ebook-motores-electricos.pdf

ÍNDICE
Introducción
¿Qué es un motor eléctrico?
Tipos de motores
Partes y componentes de un motor
Principios de funcionamiento
¿Por qué se queman los motores?
Fallas más comunes
¿Cómo evitar las condiciones que les provocan daños?
Termografía
Análisis del circuito del motor
Monitoreo de la vibración
Monitoreo de la energía eléctrica
03
04
05
15
26
28
41
57
58
60
61
62

3
M o t o r e s E l é c t r i c o s
EVOLUCIÓN
TECNOLÓGICA DE LOS
MOTORES
INTRODUCCIÓN
Los motores eléctricos son como el
“corazón” de cualquier fábrica o industria.
Ellos hacen funcionar líneas de montaje,
impulsan cintas transportadoras y dan
movilidad a juntas de sistemas robóticos.
Debido a que se utilizan en casi todos
los entornos industriales, los motores se
han vuelto cada vez más complejos y
técnicos ; lograr que funcionen al máximo
rendimiento es un gran desafío.
Por todo esto, no es exagerado asegurar
que los motores son los responsables
de mantener toda la industria en
movimiento.
1899 1926
1891 1896 1901 1924 1930 1941 1954 1964 1984 2000
88
kg/kW
67
kg/kW
42
kg/kW
29
kg/kW
21
kg/kW
19
kg/kW
12
kg/kW
12
kg/kW
11
kg/kW 7,5
kg/kW
6,8
kg/kW
5,7
kg/kW
Volver al
índice

4
¿QUÉ ES
UN MOTOR
ELÉCTRICO?
Un motor eléctrico es una máquina capaz
de transformar la energía eléctrica en
energía mecánica, utilizando el principio
de interacción entre dos campos
magnéticos.
Ellos son los que mayor energía
consumen dentro de la industria.
Motores
55%
Procesos Electroquímicos
19%
Calentamiento
18%
Refrigeración
6%
Iluminación
2%
Volver al
índice

5
TIPOS DE MOTORES
ELÉCTRICOS
Existen dos tipos fundamentales de motores, que a su vez
se dividen en dos tipos:
De excitación en serie, De
excitación independiente,
De excitación compuesta
(Compound) y de Imán
permanente.
Motor Corriente
Continua
Monofásico, Universal
y Trifásico.
Motor Corriente
Alterna
Volver al
índice

6
MOTOR
CORRIENTE
ALTERNA
MOTOR
CORRIENTE
CONTINUA
Trifásico
Universal
Monofásico
Excitación Compuesta
Imán Permanente
Excitación Independiente
Excitación en Serie
Síncrono
Assíncrono
Síncrono
Assíncrono
Jaula de Ardilla
Rotor Bobinado
Repulsión
Split Phase
Condensador de Arranque
Condensador Permanente
Polos Sombreados
Capacitor de dos valores
Reluctancia
Histéresis
De Jaula
De Anillos
Imán Permanente
Polos Salientes
Polos Lisos
Volver al
índice

7
MOTORES DE
CORRIENTE CONTINUA
Los motores de corriente continua son utilizados en acciones
que requieren posicionamiento, velocidad variable, tracción
y alto torque de arranque, por lo que son considerados un
componente importante en los sistemas de control.
Estos están presentes en innumerables procesos automatizados:
trenes de laminación, máquinas extrusoras, prensas, elevadores,
molinos de bolas, bobinadoras, y muchos otros.
En la figura 1 se muestra el comportamiento de un motor de
corriente continua, donde Va (t) es el voltaje aplicado por una
fuente de corriente continua, Ra la resistencia de la armadura,
La la inductancia de la armadura, e(t) la tensión inducida en la
armadura, 𝟂 la velocidad angular, Te (t) el momento de fuerza
o torque, F la fricción estática, J el momento de inercia y 𝞫𝟂 la
fricción viscosa.
Diagrama eletromecánico
de un motor CC
Volver al
índice

8
MOTORES DE
CORRIENTE CONTINUA
Características:
Alto torque de arranque y con bajas revoluciones
Amplia variación de velocidad
Facilidad para controlar la velocidad
Alta confiabilidad
Flexibilidad (varios tipos de excitación)
Relativa simplicidad de los convertidores CA/CC modernos
Volver al
índice

9
MOTORES DE
CORRIENTE ALTERNA
MONOFÁSICOS
Se utilizan cuando existe una sola fase, principalmente en
aplicaciones que requieren potencias menores (generalmente
inferiores a 3 kW).
Es importante señalar que no pueden arrancar solos, por lo que
es necesario utilizar componentes extra, como los modelos con
condensadores de arranque y permanentes.
Se emplean en aspiradoras de polvo, ventiladores, lavadoras,
frigoríficos, en algunas bombas centrífugas, etc.
Volver al
índice

10
MOTORES
SÍNCRONOS
Su nombre se debe a que el rotor gira
con la misma velocidad que el campo
magnético giratorio, produciendo un
devanado trifásico del estator. Son
similares a los alternadores pero difieren en
cómo se realiza el devanado del rotor.
Los rotores se dividen en dos tipos: de polos
salientes y de polos lisos.
Los motores síncronos tienen
características de alta eficiencia y torque,
velocidad constante para cargas variadas,
bajo costo de mantenimiento y de
corrección del factor de potencia de la red.
Tipos de Polos
• Rotor de Polos Salientes
• Bajas Velocidades (+ 4 polos)
• Turbinas hidráulicas
Rotor de Polos Salientes
p = 2
N
S S
N
S
N
• Rotor de Polos Lisos
• Altas Velocidades (2 a 4 polos)
• Turbinas a gas o a vapor
Rotor de Polos Lisos
p = 1
Volver al
índice

11
MOTORES SÍNCRONOS
Son usados en diversas áreas:
Minería
(trituradoras, molinos,
cintas transportadoras y
otros)
Química y Petroquímica
(compresores,
ventiladores, extractores
y bombas)
Papel y celulosa
(máquinas extrusoras,
trituradoras,
desfibradoras)
Caucho
(máquinas extrusoras,
molinos y mezcladoras)
Siderurgia
(laminadores,
ventiladores, bombas y
compresores)
Cemento
(trituradoras, molinos y
cintas transportadoras)
Saneamiento
(bombas)
Transmisión de
potencia
(compensadores
síncronos)
Volver al
índice

12
MOTORES DE
INDUCCIÓN
TRIFÁSICOS
Representan el 90 % de la potencia de los
motores fabricados, siendo responsables
del 25 % del consumo energético
brasileño.
ROTOR JAULA
DE ARDILLA
1
ROTOR
BOBINADO
2
Volver al
índice

El motor de inducción trifásico (MIT)
posee un devanado responsable del
campo giratorio. Puede tener un rotor
de jaula de ardilla que, al entrar en
contacto con el campo giratorio, sufre
una inducción. Se llama asíncrono
porque la velocidad del campo giratorio
es mayor que la del rotor. Esta diferencia
de velocidades se conoce como
deslizamiento. El montaje del bobinado
depende de la potencia y de la relación
entre el número de ranuras y el número
de polos (NASCIMENTO JUNIOR 2011).
De acuerdo con Nascimento Junior
(2015), lo que hace que el MIT sea
el más utilizado es su constitución
resistente, el bajo costo de fabricación,
la relativamente baja necesidad de
mantenimiento y su funcionamiento
eficiente.
13
Z
Z1
I𝒇𝒇
X1
R1
X2
R2
Z2
R2
(1 - s)
s
X𝒎𝒎
R𝒇𝒇𝒇𝒇
Circuito equivalente
motor trifásico
Volver al
índice

14
CARACTERÍSTICAS
Facilidad de uso de la
energía eléctrica
Buen rendimiento
Versatilidad para la
adaptación de cargas
Bajo costo
Fácil de
transportar
Fácil de
manejar
Limpieza
Volver al
índice

PARTES Y COMPONENTES
DEL MOTOR DE
INDUCCIÓN TRIFÁSICO
Para comprender el principio de funcionamiento
de un motor de inducción trifásico con rotor
de jaula de ardilla, es fundamental conocer la
función que tiene cada una de las partes que lo
componen.
15
Tapa
Delantera
Rodamiento
Caja de
Bornes
Terminales
Tapa del
Deflector
Ventilador
Carcasa
Estator
Rotor
Eje
Volver al
índice

ESTATOR
Es la parte que se mantiene pegada a
la carcasa y cuyo objetivo es conducir
el flujo magnético para transformar la
energía cinética del inducido.
Está hecho de material ferromagnético
laminado, generalmente de acero
al silicio. En sus ranuras se alojan
las bobinas. La laminación ayuda a
aumentar el aislamiento y así evitar las
corrientes de fuga y parásitas, con lo que
aumenta el rendimiento de la máquina.
En él, se crea un campo magnético capaz
de inducir una corriente en el rotor.
16
Volver al
índice

El núcleo del estator está constituido
por un empaque de láminas de
material magnético con baja densidad
de pérdidas magnéticas (conductor
magnético).
El devanado trifásico está formado por
tres conjuntos de bobinas similares, una
para cada fase, conectadas a la red de
alimentación trifásica.
La carcasa es el componente estructural
del motor, que aloja, sostiene y protege
las partes del estator y el rotor del motor.
Está hecha de una aleación especial de
aluminio fundido a presión o de fundición
gris, lo que proporciona al motor rigidez y
bajos niveles de vibración.
17 Volver al
índice

El eje es la parte mecánica donde se produce la rotación y
el lugar donde se monta el conjunto del rotor soportado por
cojinetes. Este transmite la potencia producida por el motor
y es tratado térmicamente para evitar problemas como el
alabeo y la fatiga.
El núcleo está hecho de material magnético, similar al del
estator (conductor magnético), donde existen barras de
cobre o aluminio, dispuestas paralelamente entre sí y unidas
por sus extremos.
La jaula posee anillos metálicos en la tapa y la base, que
permiten el paso de corriente a través de ellos (conductor
eléctrico).
Básicamente, el rotor es todo aquello que gira alrededor de
su propio eje produciendo movimientos de rotación.
18
ROTOR
El rotor es la parte giratoria del motor y
podemos encontrar dos tipos esenciales:
Eje, núcleo, anillos cortocircuitados y
barras conductoras
Rotor bobinado
Eje, núcleo, devanados, anillos
colectores y escobillas
Rotor Jaula de Ardilla
Volver al
índice

19
TAPAS
Son los elementos que unen todo
el conjunto y sirven de apoyo a los
rodamientos.
Las tapas actúan como alojamientos
de cojinetes y son fabricadas con
aluminio fundido a presión o con
hierro fundido. Ellas garantizan la alta
resistencia mecánica que el motor
necesita.
SISTEMA DE TIERRA
Los motores disponen de bornes de
puesta a tierra situados en el interior
de la caja de bornes, fabricados
en latón, garantizando un perfecto
contacto eléctrico.
Volver al
índice

20
VENTILADOR
Esta parte provee al motor de un sistema
de ventilación forzada para impedir que
este se sobrecaliente.
Su objetivo es garantizar la mayor
refrigeración posible con un nivel de
ruido reducido. El ventilador puede ser de
polipropileno o de aluminio antichispa.
Volver al
índice

21
BOBINADO
Todos los conductores usados en el
devanado de los motores están hechos
de cobre, y están aislados por un barniz a
base de poliéster.
Los aislantes del estator se pueden
dividir en clases, en dependencia de la
temperatura a la que opera el motor.
Temperatura
ambiente
40
Tipo de Aislamiento A
40
E
40
B
40
F
40
Diferencia entre el
punto más caliente y
la temperatura media
5 5 10 10 15
Total: Temperatura
del punto más
caliente
105 120 130 155 180
H
Volver al
índice

22
CAJA DE
BORNES
Su función principal es
llevar dentro los cables de
alimentación, protegiéndolos
de un posible contacto físico
accidental y reforzando el
ambiente externo.
Por esa razón, esta se hace con
chapas de acero o de aluminio
fundido a presión, lo que permite
un desplazamiento cada 90°
para facilitar su montaje.
PLACAS DE
BORNES
Las placas de bornes son
confeccionadas con un material
autoextinguible no higroscópico,
resistente a las corrientes de
fuga y de alta rigidez dieléctrica,
para garantizar una perfecta
conexión de los motores.
Volver al
índice

23
COJINETES
Este es un elemento mecánico de gran
importancia para los motores, tanto en
la fase constructiva como durante la
operación de los mismos.
La función del cojinete es servir de
apoyo a los elementos móviles internos
del motor y ayudar a transmitir el
movimiento con la menor fricción posible.
Por esta razón, es fundamental mantener
los límites de holgura predeterminados
entre el estator y el rotor en función de la
conexión magnética (entrehierro).
Los cojinetes de rodamientos pueden
ser lubricados con grasa, mientras que
la lubricación de los cojinetes lisos se
realiza con aceite.
Eje
Rodamiento
Cojinete
Volver al
índice

24
PASACABLES
Usado para garantizar el sellado
perfecto entre la caja de bornes y
el ambiente exterior.
CHAVETA
Diseñada para asegurar el
ajuste perfecto entre el cubo del
elemento de carga y el eje del
motor. Está hecha de acero SAE
1045.
ANILLO DE
ELEVACIÓN
Su función es facilitar la
manipulación, el transporte y la
instalación.
Es insertado en los motores
dependiendo del tipo de carcasa,
llegando a ser fijo o de acero
forjado, roscado en la propia
carcasa.
Volver al
índice

25
PLACA DE
CARACTERÍSTICAS
Es usada para recopilar los principales
datos sobre la instalación y el
mantenimiento adecuado.
Volver al
índice

26
PRINCIPIOS DE
FUNCIONAMIENTO
Esta máquina utiliza el fenómeno de la inducción para
manipular los campos magnéticos y de esta forma generar el
movimiento del rotor.
El paso de corriente por las bobinas genera un flujo magnético
que recorre el núcleo del estator.
Al asociar tres pares de bobinas alimentadas por una red
trifásica, los flujos interactúan entre sí, formando un campo
giratorio que se mueve alrededor del equipo.
Volver al
índice

El rotor consta de un núcleo de láminas
de acero con los conductores en
cortocircuito dispuestos paralelamente
al eje e incrustados en ranuras alrededor
del perímetro del núcleo.
El paso de un campo magnético giratorio
por un conductor induce una corriente
que recorre el núcleo del rotor por la
ley de Lorentz, se induce una fuerza en
función del campo y de la corriente, que
genera el movimiento giratorio de todo el
sistema.
27 Volver al
índice

28
¿POR QUÉ SE QUEMAN
LOS MOTORES?
Volver al
índice

29
El motor depende del buen estado del devanado y de la
adecuada alimentación, para que la inducción electromagnética
fluya como se espera y pueda impulsar la rotación del eje.
El quemado se produce cuando alguna condición de operación
inadecuada inflige una corriente tan alta que daña el conductor
y evita que funcione.
¿Por qué se queman los motores?
Volver al
índice

CORTOCIRCUITO
Los conductores de cobre están revestidos
con una capa de esmalte aislante, por lo que
es posible enrollar los hilos de las bobinas uno
encima del otro sin contacto eléctrico entre ellos.
Además, los conductores esmaltados se unen con
un barniz para evitar que vibren, rocen entre sí y el
esmalte se dañe.
Los devanados están igualmente cubiertos
por la resina de impregnación, cuya función es
rellenar los espacios vacíos dentro de las ranuras
del estator, ayudando a disipar la temperatura
generada por el conductor.
30
Volver al
índice

31
Todo este sistema de aislamiento de los
devanados ayuda a evitar el contacto
eléctrico entre los conductores y si este
falla, puede producirse un cortocircuito y
en consecuencia quemarse el conductor.
Esos cortos pueden darse entre las
vueltas de una misma bobina, entre fases
de bobinas distintas o en las conexiones
de las propias bobinas.
Los fallos en el sistema de aislamiento
pueden deberse a alguna contaminación
interna del motor, a la degradación del
material aislante debido a la sequedad
por la temperatura excesiva o por
abrasión, e igualmente a las oscilaciones
de voltaje de la fuente de alimentación.
Volver al
índice

SOBRECALENTAMIENTO
El paso de la corriente eléctrica por los
devanados provoca un calentamiento en
los componentes debido al efecto Joule.
Por lo tanto, es necesario liberar el calor
para evitar el sobrecalentamiento y el
consecuente deterioro del aislamiento de
los conductores.
32 Volver al
índice

¿Te gusta este contenido?
Compártelo.

Cuando la temperatura de las bobinas sobrepasa el límite
de aislamiento, se produce un envejecimiento gradual y
generalizado que reduce la vida útil del equipo.
Rezende (2016) afirma que existe una relación entre el
envejecimiento del aislante y el aumento de la temperatura.
Es importante recordar que todos los motores poseen un
sistema de ventilación acoplado al rotor, que sirve para disipar
el calor interno.
Cualquier cosa que impida el flujo de aire,
puede ocasionar un sobrecalentamiento.
Entre las causas más comunes se encuentran
la acumulación de suciedad, polvo, hierba y
herrumbre.
34
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
20
18.46
17.04
15.73
14.54
13.43
12.42
11.49
10.63
9.84
9.11
6.24
4.31
0
7.7
14.8
21.4
27.3
32.8
37.9
42.5
46.8
50.8
54.4
68.8
78.4
Elevación de
Temperatura
ΔΘ(ºC)
Tiempo de
Vida Útil
(Anos)
Reducción
de Vida Útil
(%)
Volver al
índice

ROTOR BLOQUEADO
Esta condición genera una sobrecarga extrema en el motor de
inducción. La elevada corriente de rotor bloqueado hace que
toda la energía de entrada se transforme en calentamiento para
el rotor y el estator.
En el arranque con 100 % de carga, las corrientes en los
devanados del estator varían de 3 a 7 veces. Si el motor no logra
arrancar debido al bloqueo, la corriente se mantendrá en el nivel
de inicio, provocando el sobrecalentamiento.
35
Volver al
índice

36
PICOS DE VOLTAJE
Estas fallas se producen debido al
aumento de voltaje en una o más fases,
provocando que el motor se queme si no
está debidamente protegido.
Su origen puede estar relacionado a
descargas atmosféricas cuya energía
viaja a través de la red eléctrica,
provocando variaciones violentas en el
voltaje de alimentación.
Pueden ser ocasionados también
por maniobras en el banco de
condensadores o por problemas en el
sistema de control y accionamiento del
motor.
Volver al
índice

DESBALANCEDE
VOLTAJE
Se produce cuando las fases tienen
diferentes amplitudes de tensión, un
desfase angular diferente a 120°, o ambas
condiciones simultáneamente.
37
Volver al
índice

38
El desbalance de voltaje provoca desperdicio de energía.
Los estudios realizados por la Eletrobrás en el 2004 señalaron que los desbalances
de 3,5 % en el voltaje pueden aumentar las pérdidas del motor hasta en un 20 % y los
desbalances mayores a un 5 % ocasionan problemas operacionales inmediatos.
Valores pequeños en el rango de 1 a 2 % también son perjudiciales, pues propician el
aumento del consumo de energía y si no son detectados significa que el motor está
sobredimensionado.
En otras palabras, el voltaje de la red debe ser monitoreado con frecuencia y un
desbalance mayor que 1 % debe ser corregido.
El desbalance entre fases provoca efectos operacionales en el motor como:
surgimiento de un torque que actúa en el sentido de frenar el movimiento, alteraciones
del tiempo de arranque y disminución del factor de potencia.
Volver al
índice

PÉRDIDADEFASE
Esta condición se produce cuando hay algún problema en la
alimentación, debido a una rotura del cable de alimentación, un
fusible quemado, una fase quemada en el transformador o por
problemas en el sistema de accionamiento.
Si el motor está inactivo y se produce una pérdida de fase,
este no podrá arrancar. Ahora, si el motor ya se encuentra
en movimiento, el torque se reducirá llegando a detenerse o
continuar a baja velocidad.
La pérdida de fase es la condición extrema del desbalance
de fases. En este caso ocurre un aumento considerable
de corrientes en las fases activas provocando el
sobrecalentamiento del motor.
39
Volver al
índice

40
COMPONENTESDE
PROTECCIÓNDEL
MOTOR
Los motores son susceptibles a una serie
de fenómenos que pueden hacer que se
queme el equipo.
Por eso es muy necesario usar
algunos recursos que los protejan del
sobrecalentamiento y así evitar daños a
los devanados.
El fusible es el elemento más básico y
sirve de protección contra los picos de
voltaje. Sin embargo, no es muy efectivo
contra las demás condiciones.
Volver al
índice

41
El relé de sobrecarga sirve de protección térmica, monitorea la
temperatura a través del flujo de corriente y aísla el sistema en
caso de ser necesario.
La protección térmica con el uso de sondas es mucho más
precisa y disminuye el tiempo de reacción, ya que mide la
temperatura directamente en el equipo.
Esos tres elementos combinados forman un circuito de
protección que evita que el motor se queme y prolonga su vida
útil.
Volver al
índice

42
FALLAS MÁS
COMUNES
Volver al
índice

43
Ya sabes cuáles son los problemas mecánicos y eléctricos que pueden hacer
que los motores eléctricos fallen, causando paradas en la línea de producción y
perjudicando a la empresa.
Los incidentes que provocan estas fallas pueden ser de diversas naturalezas.
Sin embargo, la gran mayoría de estos puede ser evitada con equipos bien
entrenados y el uso de programas de mantenimiento eficaces, como los
sistemas de monitoreo de condición capaces de prever eventuales problemas.
A continuación mencionamos las fallas más comunes que se producen en esta
maquinaria.
Fallas más comunes
Volver al
índice

44
DESALINEACIÓN
El problema surge cuando el eje de
accionamiento del motor (rotor) o
la pieza de acoplamiento no están
correctamente alineados con la carga,
provocando una transferencia de
esfuerzos mecánicos que aumenta el
desgaste del motor y su carga mecánica
aparente. Uno de los efectos de este
problema es el aumento de la vibración,
tanto en la carga como en el motor.
La desalineación puede ser clasificada
en tres tipos: paralela, angular o
combinada.
La desalineación paralela o radial ocurre
cuando las líneas centrales se presentan
en forma paralela.
La desalineación angularo axialse manifiesta
a partir de un ángulo formado entre dos líneas
centrales del eje, que se cruzan.
La combinadaes la más común de las tres y
se detecta cuando hay desviaciones
paralelas y angulares en las líneas centrales.
Volver al
índice

45
OVERLOAD/SOBRECARGA
Ocurre cuando un motor es expuesto a una exigencia superior a
su torque nominal, o sea, la corriente eléctrica de operación está
por encima de lo normal, provocando un sobrecalentamiento.
Esto disminuye la vida útil del activo y, en dependencia del nivel
de sobrecarga, podría activarse el sistema de protección del
motor y provocar una parada inesperada en la operación del
activo.
Existen algunas señales que indican que el motor está
sobrecargado, como el consumo excesivo de corriente eléctrica
y el torque insuficiente. El enorme calor provocado por el
sobrecalentamiento es una de las principales causas de falla
y el principal perjuicio es el desgaste prematuro del motor y
sus componentes mecánicos, lo que puede conducir al fallo
permanente.
Por otro lado, el exceso de material, los arranques, la inercia,
la inversión, el arrastre, el régimen incorrecto y la vibración,
también pueden contribuir al aumento de la temperatura.
Volver al
índice

46
BASEDESAJUSTADA
Ocurre cuando los pies del motor o su componente accionado
no están asentados en la misma superficie, provocando
tensiones mecánicas de desalineación tanto en el eje del motor
como en el de la carga.
Esa falla puede desencadenar nuevas tensiones de
desalineación. Una de las formas de detectar el problema es
observar los tornillos de fijación. Cuando la base se encuentra
desajustada, por lo general dos tornillos quedan en posición
diagonal.
Una analogía simple que permite visualizar este suceso es
pensar en una silla o una mesa desiguales, las cuales siempre se
balancearán hacia una posición diagonal.
Para evitar que esto ocurra, es importante que el motor y la
carga se mantengan sujetos a la superficie.
Volver al
índice

47
Volver al
índice
DESGASTESENLOS
RODAMIENTOS
Se estima que una gran parte de las
fallas en los motores se debe a desgastes
en los rodamientos.
Las fallas en los rodamientos ocurren por
diversos motivos:
• Lubricación inadecuada;
• Sellado ineficaz del rodamiento;
• Tensiones inducidas en el eje;
• Desalineación;
• Contaminación, entre otros.
Lubricación inadecuada
34%
Desalineación
20%
Contaminación
19%
Errores de montaje
18%
Causas desconocidas
5,5%
Almacenamiento y
manipulación inadecuadas
2,8%
Fallas en los rodamientos: principales causas

48
De forma general, podemos clasificar las fallas en pre-operacionales y operacionales.
Pre-operacionales
Daños provocados antes o durante la
instalación del rodamiento.
Desalineación estática.
Ajuste impreciso del eje y el alojamiento del cojinete.
Asientos de rodamientos en los ejes y en los
alojamientos de cojinetes defectuosos, manoseo.
Almacenamiento
Tensión excesiva por el paso de corriente eléctrica
en el rodamiento y transporte, etc.
Operacionales
Durante la operación del activo.
Lubricación o sellado ineficientes.
Falso punzonamiento.
Fatiga del material.
Fuga de corriente (debido al paso de
corriente eléctrica por el rodamiento).
Desalineación operacional.
Volver al
índice

49
DESEQUILIBRIODELEJE
Ocurre cuando una parte giratoria del centro de una masa no
gira sobre el eje de rotación, lo que provoca un desequilibrio. La
distribución de masa irregular genera fuerzas centrífugas que se
transmiten a los rodamientos y pueden dañar los componentes,
acortando la vida útil del activo.
Algunos factores que provocan desequilibrio pueden ser
la acumulación de suciedad, la falta de pesos equilibrados,
la masa desigual en los devanados del motor o incluso las
variaciones de fabricación.
El principal daño es el desgaste prematuro de los componentes
de transmisión mecánica, lo que resulta en la falla prematura
del activo.
También podemos clasificarlo en tres tipos: estático, conjugado
o dinámico.
Volver al
índice

50
Volver al
índice

51
HOLGURAAXIAL
La holgura se produce cuando hay un desgaste excesivo
entre las partes de un activo. Puede darse en la rotación, por el
alejamiento excesivo entre los elementos fijos y los giratorios, o
en reposo, en partes que normalmente no giran, como un pie y
una base, por ejemplo.
Según el Vibration Diagnostic Manual for Technical Associates
of Charlotte (Manual de diagnóstico de vibración de Technical
Associates of Charlotte) existe una tercera definición de holgura,
que debemos tener en cuenta. Dividámosla en tipos A, B y C.
• Erosión o hundimiento en el suelo debajo del
equipo;
• Tornillos de la base flojos;
• Averías en la estructura de la base de la
máquina.
Factores que intensifican la
holgura mecánica
Volver al
índice

52
HOLGURAMECÁNICA
TIPOA
La holgura de tipo A, también llamada
holgura estructural, es causada por
inconsistencias en el pie, la base
o los cimientos del activo, y ocurre
principalmente por distorsiones en la
armadura o base, por el deterioro de
las juntas o el apoyo en el suelo, o por la
holgura entre los tornillos que sustentan
la base. En el espectro, esta holgura se
identifica por una onda de un pulso por
rotación.
Radial
mm/s
1x
Base de Concreto
Pie
Base metálica
Volver al
índice

53
HOLGURAMECÁNICA
TIPOB
La holgura de tipo B se debe
principalmente a tornillos sueltos en la
base, grietas en el pedestal del cojinete
y/o en la estructura del skid. En el
espectro se presenta como una onda
temporal de dos pulsos por rotación.
Volver al
índice

54
HOLGURAMECÁNICA
TIPOC
El tercer tipo de holgura (tipo C) ocurre
por el ajuste inadecuado de las partes
que componen las fuerzas dinámicas del
rotor. Es el caso de una holgura excesiva
entre el rodamiento y el mango, un
rotor suelto en un eje determinado o un
casquillo suelto en la tapa, por ejemplo.
En el espectro se manifiesta como un piso
de ruido elevado que detecta la holgura
y varios armónicos, que representan
las respuestas no lineales de las partes
sueltas.
Volver al
índice

55
DISTORSIÓNARMÓNICA
Los armónicos son los componentes de alta frecuencia de una señal eléctrica. Son,
básicamente, cualquier fuente adicional indeseada de alta frecuencia que transmite
energía a los devanados del motor. Aunque esta energía adicional no sea utilizada
para mover el eje del motor, esta circula por los devanados, lo que provoca pérdidas de
energía interna (que se manifiestan en forma de calor).
Con el paso del tiempo, estas pérdidas pueden causar un deterioro de la capacidad de
aislamiento de los devanados. En consecuencia, surgen problemas como el aumento
de la temperatura del activo cuando está en funcionamiento, pérdida gradual de la
eficiencia del motor y costos adicionales de mantenimiento.
Cualquier sistema que use cargas electrónicas está expuesto a la distorsión armónica.
Sin embargo, es necesario investigar el origen de estas distorsiones para analizar si
están fuera de los parámetros considerados normales o pueden llegar a perjudicar su
activo.
Ver más en el
gráfico siguiente.
Volver al
índice

56 Volver al
índice

57
CORRIENTESIGMA
Son las corrientes parásitas o de Foucault que circulan por un circuito eléctrico,
generadas por la frecuencia de la señal, el nivel de voltaje, capacitancias e
inductancias asociadas a los conductores eléctricos. Al circular por los sistemas de
puesta a tierra, las corrientes sigma pueden provocar disparos intempestivos e incluso
un exceso de calor en los devanados del motor.
Estas corrientes se encuentran en los cables del motor y representan la suma de la
corriente de las tres fases en cualquier punto del tiempo. En condiciones ideales, la
suma de las corrientes debe ser siempre igual a cero, o sea, la corriente que sale de la
unidad, debería ser igual a la corriente que entra.
Para prevenir este
problema, se recomienda
utilizar conductores bien
dimensionados y de
calidad. Es igualmente
recomendable evitar
las soldaduras o las
conexiones inadecuadas
en el conductor.
Volver al
índice

58
¿CÓMO EVITAR ESTAS
CONDICIONES?
Los métodos preventivos sumados al mantenimiento predictivo
son la mejor alternativa para quien quiere estar siempre un paso
adelante de la falla. Así es posible sustentar un ritmo y mantener
las actividades en marcha todos los días.
Técnicas como el Análisis de circuitos de motores, la
Termografía, el Monitoreo de la vibración y la energía, son
opciones efectivas para anticipar la falla, mejorar la rutina de
mantenimiento y evitar que los motores dejen de funcionar.
Volver al
índice
Análisis de Circuitos
de Motores
Termografia
Monitoreo de la Vibración
Monitoreo de la Energía

59
TERMOGRAFIA
Uno de los principales indicios de fallas eléctricas o de
sobrecarga en fábricas e industrias es el aumento exagerado de
la temperatura.
La termografía muestra patrones de calor y radiación en las
máquinas, indicando fallas o degradaciones en el motor, ya que
mientras mayor sea la temperatura, mayor será la radiación
infrarroja emitida por él.
Esta permite aumentar la vista del ojo humano a través del
espectro infrarrojo - una frecuencia electromagnética emitida
por cualquier cuerpo, con una intensidad proporcional a su
temperatura.
La escala policromática (escala de temperatura) va del
negro (temperatura baja) al blanco (temperatura más
alta) impregnando suaves variaciones de tonalidades, que
dependen de la escala utilizada. La escala IRON es la más
utilizada en la termografía, que va del negro al blanco, pasando
por tonalidades de violeta, azul, rosa, rojo, naranja y amarillo.
Sin embargo, existen otras escalas, que se utilizan según sea
necesario (SILVEIRA, 2010).
Este método es muy importante para los motores, pues permite
identificar fallas y desgastes en diversos puntos del activo sin
necesidad de desmontarlo.
Y recuerda que cada motor está diseñado para
operar a una temperatura interna específica.
Volver al
índice

60
~ 625-740 nm ~ 480-405 THz
Rojo
Color
Longitud
de Onda
Frecuencia
Naranja
Amarillo
Verde
Celeste
Azul
Violeta
~ 590-625 nm ~ 510-480 THz
~ 565-590 nm ~ 530-510 THz
~ 500-565 nm ~ 600-530 THz
~ 485-500 nm ~ 620-600 THz
~ 440-485 nm ~ 680-620 THz
~ 380-440 nm ~ 790-680 THz
Colores del Espectro Visual
Escala IRON
Volver al
índice

61
ANÁLISISDECICUITOSDEMOTORES
Es una técnica utilizada desde 1985 y consta de una serie de
pruebas de bajo voltaje para detectar y monitorear fallas en
motores y/o estatores bobinados desenergizados.
También conocida como prueba MCA (Motor Circuit Analysis),
este análisis permite identificar el desarrollo de fallas al inicio de
la vida útil del activo, tales como desequilibrios de tensión y/o
degradación.
Martínez (2008) señala que la prueba considera que la mayoría
de los motores tienen una distribución eléctrica homogénea
entre las fases de 120º, y que las fases de la fuente de tensión
también tienen un desfase eléctrico de 120º.
Este autor afirma también que cuando aumenta la tensión en
cada fase, la corriente aumenta proporcionalmente y en la
misma medida en cada fase, y está limitada por la impedancia
del circuito del motor.
Las pruebas que componen esta técnica son:
• Medición de la resistencia;
• Medición de la impedancia;
• Medición de la inductancia;
• Medición del ángulo de fase;
• Medición de la respuesta de la corriente/frecuencia;
• Medición de la resistencia del aislamiento.
Volver al
índice

62
MONITOREODELAVIBRACIÓN
El monitoreo de esta magnitud de los motores eléctricos
permite identificar y anticipar fallas, tales como: desalineación,
desbalance, holguras mecánicas, desgaste de rodamientos,
falta de lubricación, sobrecarga y otros.
El Smart Trac, nuestro sensor IoT de vibración, monitorea no solo
este tipo de activo, sino más de 100 categorías de activos con un
patrón de vibración definido.
Utilizando el aprendizaje automático (machine learning) y la
estadística, este sensor proporciona una evaluación completa
del estado y el comportamiento de los activos mediante la
recopilación de datos de vibración, temperatura y horas de
funcionamiento, sin necesidad de recogerlos en el lugar.
Volver al
índice

63
MONITOREO DE LA ENERGÍA
ELÉCTRICA
El monitoreo de las fuentes de alimentación permite identificar
los fallos de la red eléctrica que dañan el motor eléctrico a largo
plazo, como el alto y bajo voltaje, el bajo factor de potencia y el
desequilibrio entre fases.
De esta forma, es posible actuar sobre potenciales problemas
en la red eléctrica, mejorar las distribuciones de carga,
redimensionar proyectos e instalar bancos de condensadores
para mejorar la calidad de la energía suministrada a los activos.
No basta con inspeccionar estas condiciones de forma puntual.
Lo ideal es monitorearlas de forma continua para asegurar
las condiciones nominales y así alargar la vida útil de los
componentes y aumentar la eficiencia de los sistemas.
Volver al
índice

El sensor Energy Trac recopila datos
de los activos industriales de forma
automática y en tiempo real, alertando a
los equipos ante la más mínima señal de
falla.
Mide datos de tensión y corriente
trifásica, con lo cual es posible tener un
control total sobre el consumo energético
de una operación.
Algunas fallas detectadas son:
cortocircuito en el devanado, sobrecarga,
sobrecorriente, picos anormales de
corriente y tensión, falla y desequilibrio
entre fases y otras.
64 Volver al
índice

65
REFERENCIASBIBLIOGRÁFICAS
[03] REZENDE, P. H. Efeitos do desequilíbrio de tensões
de suprimento nos motores trifásicos, obtidos de
forma indireta. 2022 Trabalho de Iniciação Científica.
Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia 2016.
[07] ELETROBRÁS. Disseminação de informações em
eficiência energética -Eficiência energética aplicada
para comércio e indústria. Programa de combate
ao desperdício de energia elétrica – PROCEL. Rio de
Janeiro: PROCEL, 2004. 309p
[04] FREITAS, P. C. F. Comparação dos rendimentos
dos motores da linha padrão e de alto rendimento,
obtidos de forma indireta. 2007 Trabalho de Iniciação
Científica. Universidade Federal de Uberlândia,
Uberlândia 2005.
[01] KOSTENKO, M.; PIOTROVSKY, L. Electrical Machines.
Moscow. Mir Publishers, 1977. 700p.
[05] ELETROBRÁS / PROCEL. Programa de
eficientização industrial: módulo motor elétrico. Rio de
Janeiro. 130 p. MEHL, Edvaldo L. M. Qualidade da energia
elétrica. Disponível em: http://www.eletrica.ufpr.br/
mehl/downloads/qualidade-energia.pdf>. Acesso em:
18 out.2007, 13:38.
[08] GONÇALEZ, Fábio Gonçalves. Estudo do motor de
indução trifásico e desenvolvimento de um dispositivo
de proteção efetiva de motores operando em
condições anormais.
[09] WOLL, R. F.; “Effect of Unbalanced Voltage on
the Operation of Polyphase InductionMotors”; IEEE
Transactions on Industry Applications, VOL. IA-11, No. 1,
January/1975.
[10] UNESP, Universidade Estadual Paulista. Motores
Elétricos.
[11] Barbi, I.; “Teoria Fundamental do Motor
de Indução”. Disponível em: http://ivobarbi.
c o m / n o v o / w p c o n t e n t / u p l o a d s / 2 0 1 5 / 0 7 /
TeoriaFundamentaldoMotordeInducao.pdf
[12] NASCIMENTO JUNIOR, Geraldo Carva. Máquinas
elétricas: teorias e ensaios. 1. ed. São Paulo: Érica, 2006.
[13] SILVEIRA, Deivison. Manutenção preditiva em
painéis elétricos com a utilização da termografia. 2010.
Disponível em: . Acesso em: 28 dez. 2016.
[02] KOSOW, I. L. Máquinas Elétricas e Transformadores.
Porto Alegre. Editora Globo, 1979. 632p.
[06] SOUTO, Olívio Carlos Nascimento. Modelagem
e análise do desempenho térmico de motores de
indução sob condições não ideais de alimentação.
Uberlândia, dez. 2001. 399 p.30 Tese (Doutorado em
Engenharia Elétrica) – Faculdade de Engenharia
Elétrica, Universidade Federal de Uberlândia.
Volver al
índice

¿Te ha resultado útil este contenido?
Compártelo con otros.

ebook-motores-electricos.pdf

Recomendados

Recomendados

Más contenido relacionado

La actualidad más candente

La actualidad más candente (20)

Similar a ebook-motores-electricos.pdf

Similar a ebook-motores-electricos.pdf (20)

Último

Último (20)

ebook-motores-electricos.pdf