mantenimiento predictivo de motores eléctricos...
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Mantenimiento Predictivo de Motores Eléctricos
Recomendaciones de Normas
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Expositor: Luis Beltran
• Bachiller en Ciencias con mención en Ingeniería
Eléctrica. Master en Administración de Negocios
Internacionales.
• Más de 25 años de experiencia en las prácticas
eléctricas para el mantenimiento predictivo. Trabajó
para empresas internacionales como ABB,
Siemens, y WEG. Atendió industrias como las de
minería, petroleo, gas, cemento, papel, y
siderurgia.
• Trabaja para la division de Megger Baker
Instruments desde el 2008, y su posición actual es
de Gerente de Negocios para CSA, México y
Canada.
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Agenda
Introducción
Pruebas Estáticas
Sistemas de aislamiento - modos y mecanismos de fallas
Pruebas Eléctricas Normadas
Voltajes y secuencias de prueba recomendadas
Criterios de aceptación de las pruebas
Pruebas Dinámicas
Parámetros de las condiciones de energía
Desbalances de voltajes y corrientes, armónicos
Factor de servicio efectivo
Problemas en rotores de jaula de ardilla
Arranque de motores
Torque – rizado y problemas mecánicos
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Baker Instruments
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Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas
Que es lo que realmente se busca?
Ahorros $$$$$$$ !!!!
• Reducir paradas no programadas
• Análisis de Ia raíz de la causa de los problemas
• Ahorro de dinero en el gasto de energía eléctrica
• Análisis de la interacción: Energía – Motor - Carga
• Aseguramiento de la Calidad del Motor (nuevo o reparado)
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Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas
La pregunta no es si un motor va a fallar
La pregunta es CUANDO!!!
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Pruebas Eléctricas Estáticas
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Aislamiento, Voltaje de Ruptura vs. Tiempo
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Máquinas Rotativas
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1. Balanceo Resistivo del devanado (Puente Kelvin)
2. Resistencia de Aislamiento
3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica
4. Pruebas de Alta Tensión – Hipot (Step Voltage)
5. Prueba de Impulso - Surge Test
6. L,C,Z, Angulo de fase (Ind., Cap., Imped.)
7. Factor de Disp. y Calidad D/Q
8. RIC test (Rotor Influence Test)
9. Descargas Parciales (hasta 15 Kv)
Pruebas Eléctricas Estáticas en Máquinas Rotativas
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
1. Pruebas de Balanceo de Resistencia
Problemas a detectar:
• Número de vueltas por fase
• Diámetro del cobre
• Conexiones con alta resistencia
• Cortos totales entre espiras
• Conexiones abiertas entre espiras
• Tendencias - Históricos
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2. Prueba de Resistencia de Aislamiento
(IEEE Std.43)
• Mide la resistencia a tierra
• Determina fallas a tierra o posible contaminación en la
superficie a voltajes similares al de operación pero en
corriente contínua.
• Util para crear tendencias
• No determina:
Si el motor está “totalmente” en buenas condiciones o si
existe fallas entre espiras internas de la máquina
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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2. Prueba de Resistencia de Aislamiento (IEEE Std.43)
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Voltajes recomendados
2. Prueba de Resistencia de Aislamiento (IEEE Std.43)
Voltaje de placa Voltaje de Prueba en CC
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Valores mínimos recomendados de resistencia
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minuto 1 en aResistenci de Valorminutos 10 en aResistenci de Valor
3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE Std.43)
Prueba similar al usar el megómetro, pero dura 10 minutos
Si la resistencia obtenida es mas de 5000 MΩ en un minuto, entonces
se realiza la prueba de Absorción Dieléctrica, que es similar a la IP,
pero con los valores tomados en 30 sg. y 3 minutos.
IP =
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE Std.43)
• Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse.
• Busca deterioro, resequedad, fisuras, envejecimiento o contaminación del
aislamiento a tierra.
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Hasta aquí, son suficientes la prueba de resistencia de aislamiento como
herramienta de diagnóstico?
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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4. Pruebas de Alto Voltaje en Escalón - Hipot (Step Voltage)
(IEEE Std. 95)
Asegura que el aislamiento a tierra soporte el trabajo normal durante el arranque y
parada del motor.
Voltaje de Prueba = 2 x Vn + 1000 V
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)
(IEEE Std. 95)
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)
• 80% de las fallas del motor por aislamiento, empiezan como fallas entre
espiras (General Electric Paper).
• La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa raíz del problema
se basa en una falla entre espiras (General Electric Paper - EASA).
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Caso de Estudio: Aislamiento débil entre espiras
Estator de voltaje nominal de 4160V
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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6.7. Mediciones de L, Z, C (Inductancia, Impedancia, Capacitancia), D y Q
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
30
Ejemplos: Errores en Devanados
3/26/2019 © SKF Group Slide 30
Zreference
XL
R
1. Alambre mas delgado, mismo # vueltas
Q1: R, L, crece, decrece, igual?
Q2: Z y φ?
Q3: Q cambia?
2) Mismo alambre, menos # vueltas
Q1: R, L cambian?
Q2: Z y φ cambian?
Q3: Q cambia?
Z2
3) Mismo Alambre, igual # vueltas, bobina invertida
Q1: R y L cambian?
Q2: Z y φ cambian?
Q3: Q cambia?
Z3
Z1
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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)
Podría hallar cuatro tipos de problemas en el rotor:
• Excentricidad Estática
• Excentricidad Dinámica
• Barras rotas en el rotor
• Posibles fallas en el Estator
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Prueba RIC (Rotor Influence Check)
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Prueba RIC (Rotor Influence Check)
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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Ejemplo de Excentricidad Estática
Variaciones de amplitudes de
Peaks entre fases implican
Excentricidad Estática.
Notar que las amplitudes de
los peaks para cada fase se
mantienen constantes.
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Ejemplo: Excentricidad Dinámica
Variaciones dentro de una fase
Indica excentricidad dinámica
(Baldor 125hp)
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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)
NO ES TOTALMENTE CONFIABLE!!!!
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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9. Prueba de Descargas Parciales
• La prueba de DP detecta vacíos y debilitamientos
en aislamientos de motores que pueden acelerar
su degradación, provocando fallas prematuras
• DP es usado para:
o Verificación de los componentes del motor
durante su fabricación.
o Pruebas de mantenimiento predictivo y
preventivo en los terminales del motor.
o Verificación del aislamiento durante
rebobinados
- Imagen: courtesía de IMCORP
“Ramificaciones” eléctricas son el
resultado de actividades de DP en el
tiempo”
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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• Escalas en eje “x” (tiempo) independientes para las ondas de Impulso y
DPs las cuales suministran mejor información del comportamiento de la
DP
• Cumple con IEC 61934, incluyendo la revisión de sensitividad y ruidos
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Transientes en VFD
Similar a transientes en el
arranque,
Los disparos en VFD
causan “picks” de voltaje
los cuales estresan los
aislamientos de los
devanados del motor.
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• Arco parcial localizado en el dieléctrico entre conductores o entre
conductor y tierra (masa)
• El stress de voltaje en combinación con una pobre laminación,
impregnación de aislamiento y contaminación contribuyen al fenómeno
Descarga Parcial: Que es?
Image Credit: www.intechopen.com
Conductor
Conductor
Ais
lam
iento
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Ejemplo de falla de aislamiento debido a una DP
Motor de subway en South Korean usado en una investigación de DP
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Valores grabados
de DP
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Descargas Parciales
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• “Generalmente, existen diferentes fuentes de descargas
parciales que estan presentes activamente y al mismo tiempo
dentro de un estator. La clave de una medición satisfactoria
de DP es la separación y la distinción entre DPs dañinas, DPs
normales y la presencia de ruido externo inevitablemente
presente en los ambientes industriales.”
Descargas Parciales
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Pruebas Eléctricas Dinámicas
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Motor
CCM
Carga
Diagnostican problemas en la línea de alimentación,
motor, carga, y la interacción entre ellas
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Mediciones modernas de parámetros eléctricos útiles para analizar:
◼ Calidad de energia, armónicos e inter-armónicos
◼ Motores trabajando con variadores de velocidad
◼ Registrar continuamente los parámetros eléctricos
◼ Analizar el torque, su rizado, espectros y obtener problemas mecánicos
◼ Problemas de barras rotas en rotor de jaula de ardilla, sin necesidad de saber el
número de barras del rotor.
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Motor
CCM
Carga
Interruptor
Exp
Voltaje < 1000 V
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Motor
Carga
TCs
Interruptor
TVs
Voltaje > 1000 V
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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• Análisis de la Calidad de Energía
- Voltajes y corrientes: niveles y desbalances
- Distorsión de armónicos y distorsión total
- Potencias reactivas, activas y aparentes
- Armónicos e inter-armónicos
Importancia:
- Una baja calidad de energía causa incremento de temperatura
- Por cada 10 ºC de incremento de temperatura, la vida del aislamiento se reduce a
la mitad (IEEE Std 43).
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Desempeño del Motor
- Desbalance de Voltajes
- Distorsión de Armónicos
- Derateo NEMA
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Desempeño del Motor:
Valores RMS de operación
Nivel de Voltaje 658.2 V 99.7%
Nivel de Corriente 378.4 A 91.4%
Nivel de Carga 312.6 Kw 78.1%
All OK?Desbalance de Voltaje 3.66%
Distorsión de Voltaje 9.80%
% demérito de NEMA 0.6
F. de Servicio Efectivo 1.28
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Estudio de Armónicos:
NEMA MG-1 30.1
Motor trabajando con VFD (Variador de Velocidad)
“Armónicos incrementan pérdidas, elevan la temperatura del
motor, disminuyen la eficiencia y la vida útil del motor”.
THD ➔ Múltiplos de la frecuencia fundamental
TD ➔ Inter-armónicos + otros
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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• Caso de Estudio:
Motor eléctrico de 770 hp, 1786 rpm, 460 V, 850 A.
Variador de velocidad ABB
Rodamiento: 6220 C3
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Caso de Estudio: Barras Rotas en el Rotor
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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• Análisis de Transientes
Ayuda a:
- Establecer los rangos de disparos de las
corrientes
- Programar los arrancadores suaves o soft
starters
- Diagnosticar problemas en bombas y
ventiladores
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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• Caso de Estudio: Arrancador suave – Estado Sólido
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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• Análisis de Torque
Herramienta muy útil para separar los problemas eléctricos de los
mecánicos (ayuda a resolver discusiones entre mecánicos y
electricistas
Se puede encontrar problemas mecánicos por comparación entre
máquinas similares o llevando el histórico de una sola máquina
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Análisis de Torque: Bomba Sumergible 4160V
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Caso de Estudio:
Cavitación en bomba sumergible de
750 HP
Perspectiva de diagnóstico:
Dos bombas identicas en
funcionamiento…una esta con
problemas…
Pregunta: Cual de estas
bombas gemelas a veces
cavita?
(1)
(2)
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Análisis de Torque:
Análisis Mecánico FFT
- Diagnostica problemas mecánicos
desde el CCM:
Rodamientos
Desbalance en Ventiladores
Cajas reductoras
Etc.
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Análisis de VFD
(Variadores de
Velocidad):
VFD:
Accionamiento de faja
60 hp, 1200 rpm
Frecuencia
Voltaje
Torque
Velocidad
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Análisis de VFD (Variadores de
Velocidad):
Beneficios
•Programar accionamientos
•Análisis de cargas
•Fallas en IGBT’S
•Problemas de realimentación en
accionamientos
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Monitoreo Contínuo:
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores
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Pruebas Dinamicas en Linea (On-line)
Sistema NetEp
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• Sistema de Monitores de Motores 24/7 desde cualquier lugar
• Obtener la mayor utilidad de los motores electricos mediante un monitoreo continuo
de ellos.
Net EPMonitoreo de Motores de forma facil
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Monitoreo
NetEP – Descripcion
October 30, 2007 © SKF Group Slide 69
NetEpsServidor
Mas MotoresMas
computadoras
Port 1433
SQL Server
TCP/IP Port 1100
or UDP Port 1150
SQL Database
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Vista del Estado de los Motores
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• Las pruebas dinámicas proveen información acerca de las
condiciones de la energía, el motor, la carga, y la interacción
entre ellas.
• Las pruebas estáticas miden la integridad del sistema de
aislamiento del motor.
• Juntos representan una imagen de la salud del motor y
suministran valiosa información para predecir eminentes
fallas. Se mejora el control de calidad y la capacidad del
diagnóstico de fallas.
Resúmen
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Luis Beltran
luis.beltran@megger.com
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