fallas del motor de inducción
TRANSCRIPT
1
CAPITULO II
FALLAS EN UN MOTOR DE INDUCCIÓN
Los motores eléctricos de inducción son 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:
Ø Fallas Mecánicas
Ø Fallas Eléctricas
Ø Fallas de enlace de potencia
2.1 FALLAS MECÁNICAS
2.1.1 DESBALANCE MECÁNICO
El desbalance mecánico es una de las causas más comunes que producen
vibraciones, el desbalance produce oscilaciones importantes en el par instantáneo
requerido por el motor, produciendo la fatiga de los elementos de transmisión tales
como correas, poleas, chavetas, rodamientos y ruedas dentadas.
2.1.1.1 FUENTES DE DESBALANCE.
Los problemas que pueden producir desbalance son:
Aglomeración desigual de polvo en los alabes de un ventilador
Falta de homogeneidad en partes coladas, como burbujas, agujeros de soplado,
y partes porosas.
Excentricidad del rotor.
Flexión de rodillos, especialmente en máquinas de papel.
2
Errores de máquina. (defectos constructivos)
Distribución desigual en las barras de rotor de motores eléctricos o en el
enrollado.
Erosión y corrosión desigual de las impulsoras de una bomba. (efecto de
cavitación)
Pesos de balanceo que faltan.
Flecha con flexión.
El Desbalance en un motor puede ser de tres tipos:
Ø Desbalance estático
Ø Desbalance en dos planos o tipo par.
Ø Desbalance por rotor colgante.
2.1.1.2 DESBALANCE ESTÁTICO.
Es un sobrepeso en una sección del rotor, se caracteriza por que la amplitud de la
vibración se incrementa en proporción al cuadrado de la velocidad. En la señal de
vibración por lo general domina la frecuencia a 1 x RPS. Al realizarse las mediciones
con los sensores colocados como se muestra en la figura 2.1, las señales están en
fase.
Figura 2.1. Desbalance de masa estático. Fuente: Los autores
3
2.1.1.3 DESBALANCE EN DOS PLANOS O TIPO PAR.
Son dos sobrepesos dispuestos en diferentes planos del rotor al igual que en el caso
anterior la amplitud es proporcional al cuadrado de la velocidad, la diferencia es que
las mediciones de los sensores de vibración están desfasadas 180º. Domina la
frecuencia a 1 x RPS.
Figura 2.2. Desbalance de masa en dos planos. Fuente: Los autores
2.1.1.4 DESBALANCE POR ROTOR COLGANTE.
“Ocurre en rotores que se encuentran en el extremo de un eje. Se produce por
desgaste en la superficie del rotor y doblamiento del eje.
El espectro presenta vibración dominante a 1X RPS del rotor, muy notoria en
dirección axial y radial”12
.
Figura 2.3. Desbalance por rotor colgante.
Fuente: Los autores
12 A-MAQ S.A., Tutorial de vibraciones para mantenimiento mecánico, 2005, p.18, www.a-maq.com
4
2.1.2 FALLAS EN LOS RODAMIENTOS.
Las fallas en los rodamientos son las más comunes en los motores, se manifiestan por
vibraciones de alta frecuencia, que pueden ser de hasta 12 x RPS sin embargo a
medida que el daño es mayor las frecuencias van disminuyendo. Una vez detectada
la falla el rodamiento debe ser reemplazado, debido a que la falla seguirá
incrementándose.
En la tabla 2.1. la SKF propone las ecuaciones utilizadas para determinar la
frecuencias de fallas que se presentan generalmente en un rodamiento de bolas.
2.1.2.1 CAUSAS COMUNES DE FALLAS EN LOS RODAMIENTOS:
Ø Carga excesiva
Ø Falta de alineamiento
Ø Defectos de asientos del eje y/o de las perforaciones en el alojamiento
Ø Montaje defectuoso
Ø Ajuste incorrecto
Ø Lubricación inadecuada o incorrecta
Ø Sellado deficiente
Ø Falsa brinelación (Deformación bajo carga)
5
Frecuencia debida a defectos en la
pista externa. f
D i N
ext D D
b
o i
Frecuencia debida a defectos en la
pista interna.
D f o N
int D D
b
o i
Frecuencia de giro del balín. f
Di Do bola
D D D b o i
Frecuencia de traslación o arrastre
(jaula).
f f Di
jaula ext D D
o i
Tabla 2.1. Frecuencias características de rodamientos FUENTE: ESTUPIÑAN Edgar, “Técnicas de diagnostico para el análisis de vibraciones de
rodamientos”, Departamento de Ingeniería Mecánica, Concepción Chile, p.6
2.1.3 EXCENTRICIDAD.
La excentricidad es otra causa común de vibración en una máquina rotativa. La
excentricidad se produce cuando la línea central del eje no es la misma que la línea
central del rotor, el centro de rotación verdadero difiere de la línea central
geométrica. Tipos de Excentricidades:
Ø Excentricidad de tipo estática.
Ø Excentricidad de tipo dinámica.
Ø Excentricidad combinada estática-dinámica.
6
2.1.3.1 EXCENTRICIDAD DE TIPO ESTÁTICA.
La excentricidad estática se presenta cuando “el entrehierro presenta un valor
mínimo en una posición espacial fija, es decir, durante todo el giro del rotor existe
siempre un punto en el que el entrehierro es mínimo y otro en el que es máximo. Este
tipo de excentricidad puede estar ocasionado por una forma oval del alojamiento
estatórico o por una ubicación incorrecta del rotor dentro del estator``13
tal y como se
indica en la figura 2.4.
Figura 2.4. Forma de producirse la excentricidad estática. Fuente: Los autores
2.1.3.2 EXCENTRICIDAD DE TIPO DINÁMICA.
“Cuando el entrehierro presenta un valor mínimo que varía en el tiempo y en el
espacio (al considerar el giro de la máquina) la excentricidad se denomina dinámica.
Este tipo de excentricidad puede estar causado por la rotación del eje alrededor de un
punto que no es su centro geométrico o por la existencia de un rotor deformado que
presente una sección ovalada‟‟14
. En la figura 2.5 se puede observar este tipo de
excentricidad.
13 1 Manés F. Cabanas, y otros, Relación entre los modos de vibración y la combinación de excentricidad estática y dinámica en el entrehierro de los motores de inducción, www.dimie.unovie.es, p1 14 2 Idem, p 1
7
Figura 2.5. Forma de producirse la excentricidad dinámica. Fuente: Los autores
2.1.3.3 EXCENTRICIDAD COMBINADA ESTÁTICA-DINÁMICA.
En la práctica se presentan las dos excentricidades combinadas ya que es imposible
fabricar rotores y estatores con una sección perfectamente circular, como lograr que
el eje gire sin tolerancias en torno a su centro geométrico.
En la figura 2.6 se observa como se consigue que el rotor presente una combinación
de excentricidades superponiendo un desplazamiento hacia la derecha –
excentricidad estática – con una rotación alrededor de un punto que no es el centro
geométrico del rotor – excentricidad dinámica.
Figura 2.6. Combinación de excentricidad estática-dinámica
Fuente: Los autores
La excentricidad puede causar daños en el motor debido al golpeteo entre el rotor y
el estator, así como frecuencias inducidas por la combinación de excentricidades
estática y dinámica en la corriente de alimentación de un motor de inducción.
8
2.2 FALLAS ELÉCTRICAS.
2.2.1 FALLAS EN LA SIMETRÍA DE LOS BOBINADOS 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 asimetría
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 de la corriente”15
, estos esfuerzos
alcanzan su máximo valor en le momento de arranque del motor.
2.2.2 FALLAS EN LA SIMETRÍA DE LOS BOBINADOS DEL ROTOR
(JAULA).
Al igual que en el estator, la asimetría de las barras del rotor de un motor de
inducción estas 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.
2.2.3 PAQUETES DE BOBINAS DEL 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, movimiento de las bobinas,
corrientes elevadas, todo esto puede dar como resultado cortocircuitos entre
bobinados de diferentes fases o entre los bobinados y tierra.
2.2.3.1 CAUSAS TÍPICAS DE FALLA EN BOBINAS DEL ESTATOR
TRIFÁSICO:
2.2.3.1.1 OPERACIÓN ENTRE 2 FASES.
Esta falla es el resultado de la 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.
15 Bonnet A., ¨Causes and Analysis of Stator and Rotor Failures in Three-Phase Squirrel-cage Induction Motors’’. IEEE Trans. On Ind. Applic. Volumen 28, pp. 921-937, Julio-Agosto 1992.
16 2 Idem, p1
34
Figura 2.7. Operación en 2 Fases (Conexión Y). FUENTE: ELECTROMOTORES DE COSTA RICA, Causas Típicas de Falla en Bobinados de
Estatores Trifásicos, Costa Rica, p.1
2.2.3.1.2 CORTO CIRCUITO ENTRE FASES.
Esta clase de falla en el aislamiento es típicamente causada por la presencia de
contaminantes, materiales abrasivos, vibración o picos de voltaje.
Figura 2.8. Corto circuito entre fases16.
2.2.3.1.3 CORTO CIRCUITO ENTRE ESPIRAS.
Esta clase de falla en el aislamiento es típicamente causada por la presencia de
contaminantes, materiales abrasivos, vibración o picos de voltaje.
18 4 Idem, p2
35
Figura 2.9. Cortocircuito entre espiras17.
2.2.3.1.4 CORTO CIRCUITO EN BOBINA, CORTO CIRCUITO EN
CONEXIÓN, FALLA A TIERRA EN EXTREMO DE RANURA Y FALLA A
TIERRA DENTRO DE RANURA.
Esta falla en el aislamiento es típicamente causada por la presencia de contaminantes,
materiales abrasivos, vibración o picos de voltaje.
Figura. 2.10. (a) falla de cortocircuito en la bobina, (b) corto circuito en la conexión,
(c) falla a tierra dentro de la ranura (d) falla a tierra en el extremo de la ranura18
2.2.3.1.5 FALLA POR DESBALANCES 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
17 3 Idem, p1
19 5 Idem, p3
36
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.
Figura 2.11. Falla por desbalance de voltaje.19
2.2.3.1.6 FALLA POR SOBRECARGA.
El deterioro térmico del aislamiento en las tres fases del bobinado es causado
típicamente por demandas de carga que exceden la potencia del motor Nota: Bajo
voltaje y sobre voltajes excediendo los estándar de NEMA) resultarán en el mismo
deterioro del sistema de aislamiento.
Figura 2.12. Falla por sobrecarga.20
22 8 Idem, p3
37
2.2.3.1.7 FALLA POR ROTOR BLOQUEADO
Un severo deterioro térmico del aislamiento en las tres fases del motor es causado
por corrientes excesivamente altas debido a la operación a rotor bloqueado o semi-
bloqueado (falla en rodamientos). Esto también puede ocurrir por arranques o
reversión de giro excesivos (fuera del rango permitido)
Figura 2.13. Falla por rotor bloqueado21.
2.2.3.1.8 FALLA POR PICOS DE VOLTAJE
Esta falla en el aislamiento es causada por picos de voltaje. Los picos de voltaje son
frecuentemente el resultado de “switcheo” en los circuitos de potencia, descargas
eléctricas (rayos), descarga de capacitores y los efectos de dispositivos de estado
sólido tales como variadores de frecuencia.
Figura 2.14. Falla por picos de voltaje.22
20 6 Idem, p3
21 7 Idem, p3
38
2.2.3.1.9 BOBINADOS DEL ESTATOR SUELTOS.
Si los bobinados eléctricos del estator están ligeramente sueltos, los niveles de
vibración a dos veces la frecuencia de la red aumentara. 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.
2.2.4 RANURAS DEL ESTATOR Y RANURAS DEL ROTOR.
La ranuras del estator como del rotor son agujeros los bordes de las láminas
redondas y su conformación longitudinal es el resultado del apilamiento de láminas.
Estas hojas delgadas son aisladas unas de otras. Esto impide que las corrientes
inducidas magnéticamente circulen en el hierro y provoquen calentamiento. Si las
hojas están puestas en cortocircuito, en algunos lugares un calentamiento local
ocurrirá y en consecuencia existiera una distorsión termal. Hojas en corto también
causarán niveles de vibración más altos a 120 Hz. Por lo general cuando se repara un
motor debe evitarse introducir objetos punzantes en las ranuras del estator que
podían comprometer el aislamiento de las laminas.
2.2.5 BOBINADO DEL ROTOR.
Las barras del rotor agrietadas generan bandas laterales a la frecuencia de paso de
polos alrededor del 1 x y sus armónicos (2x, 3x y demás). A menudo se vera 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 el número de
polos. La frecuencia de deslizamiento es la diferencia entre la velocidad real y la
velocidad síncrona.
Un motor de inducción con barras rotas producirá una firma de vibración que varia
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 a 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 síncrona.
39
Las altas corrientes causan un calentamiento y una expansión de las barras con
relación al rotor y debido a las diferencias en la resistencia eléctrica de las barras
individuales, el calentamiento y la expansión serán desiguales. Esto lleva a un
agrietamiento de las juntas, donde las barras están soldadas al anillo de cortocircuito.
Tan rápido como aparezca una grieta, la resistencia de la barra se incrementa, lo que
incrementa el calentamiento y empeora la grieta. Al mismo tiempo, las barras del
rotor vecinas recibirán corrientes incrementadas debido a la corriente reducida en la
barra rota.
El problema de la rotura en una barra del rotor es que puede ocasionar una flexión
del rotor, lo que resulta en una condición de desbalanceo. Esta falla se puede detectar
por el hecho que desaparece cuando el motor está frió.
2.2.5.1 FRECUENCIAS CARACTERÍSTICAS DE BANDAS LATERALES
La corriente de estator en las máquinas de inducción contiene generalmente
armónicos que se deben: a que la disposición de los devanados en las ranuras no es
perfectamente sinusoidal sino escalonada, a las imperfecciones o irregularidades
originadas en la fabricación del motor, a las posibles componentes armónicas
presentes en la fuente de alimentación, ante un cortocircuito en alguna de las bobinas
del estator, ya sea entre bobinas o espiras de la misma fase o entre bobinas de fases
diferentes y la presencia de barras rotas en el rotor.
Entonces mediante el análisis de las corrientes se pueden diagnosticar averías
mecánicas y eléctricas, pero fundamentalmente en la detección de la rotura de barras
de la jaula del rotor.
La rotura de barras de un rotor representa el 10% de los daños en los motores
eléctricos de inducción, pero cabe resaltar que aunque tenga un porcentaje de
incidencia bajo y su presencia no sea motivo de para inminente, provoca la
degradación del motor trayendo consecuencias muy graves para el funcionamiento
del motor. (La falla de barras rotas por lo general es diagnosticada como otro tipo de
falla).
Para un motor trifásico de corriente alterna de Pp pares de polos, con una velocidad
sincrónica Ns, se cumple que:
40
Pp= Nº pares de polos
f1 N s .Pp 2.1
f1=frecuencia de alimentación de las bobinas del estator (Hz)
Ns=Velocidad de sincronismo (rev/seg.)
Si la simetría del rotor es perfecta entonces solo existe un campo magnético giratorio
sincrónico.
Definiendo el deslizamiento del rotor como:
s N s N r
N s
2.2
N r =Velocidad del rotor.
Entonces:
f 2 s.N s .P 2.4
= frecuencia de corriente del rotor.
La velocidad de rotación del campo magnético producido por la corriente de los
conductores del rotor con respecto al estator es:
N s N r s.N 2.5
Si se sitúa un observador en el estator, este aprecia un campo magnético rotativo (a
velocidad Nb) hacia atrás y hacia adelante producido por las barras rotas.
Como es un campo pulsante, este se descompone en dos campos giratorios a
velocidad relativa +/-Nb por lo tanto el que va hacia delante va a girar con una
velocidad absoluta N’b = Nr + s.Ns = Ns por lo que no se aprecia en el análisis de
frecuencias.
Siendo.
N r N r 1 s 2.6
Por lo tanto
N b N s 2s.N s 2.7
41
Expresándolo en términos de: • Frecuencia (fb)
• Número de pares de polos
f b N s 2.s.N s .P 2.8
f f1
b P
f 2.s. 1 .P
P
2.9
f b f1 2.s. f1 2.10
f b f1 1 2.s 2.11
Es la frecuencia a la cual el campo magnético rotativo corta las bobinas del estator
induciendo así, una corriente de frecuencia .
Esto significa que es la doble frecuencia de deslizamiento que se manifiesta a una
distancia 2.s.f1 por debajo de la frecuencia de alimentación del motor f1.
Las oscilaciones en velocidad y torque que ocurren a la frecuencia 2.s.f1 inducen la
banda superior a una distancia 2.s.f1 de la frecuencia de alimentación23
f b f1 1 2.s 2.12
2.3 FALLAS DE ENLACE DE POTENCIA
2.3.1 DESALINEACIÓN EN ACOPLE DE EJES.
La desalineación es una condición en la que los centros de unos ejes acoplados no
coinciden. La mayor parte de casos de desalineación son una combinación de
desalineación paralela y angular. El diagnostico, como regla general, se basa en
vibración dominante a dos veces la velocidad de giro, con niveles altos a la velocidad
de giro en la dirección axial, y bien en la dirección vertical u horizontal.
2.3.1.1 CAUSAS DE DESALINEACIÓN.
La desalineación esta causada por las condiciones siguientes:
Ensamblado impreciso de los componentes, como motores, bombas etc.
La posición relativa de los componentes se altera después del montaje.
23 THOMSON William, “Motor current signatures analysis to detect faults in induction motor drives – fundamentals, data
interpretation, and industrial case histories”, Escocia, 2003, p12
42
Distorsión debido a fuerzas en tuberías.
Distorsión en soportes flexibles debido a torque.
Expansión de la estructura de la máquina debido al alza de la temperatura.
El frente del acoplamiento no está perpendicular al eje de la flecha.
"Pie Suave", esto es cuando una máquina se altera cuando los pernos de
fijación son puestos bajo fuerzas de torque.
Se pueden presentar tres tipos de desalineación:
Ø Desalineación angular
Ø Desalineación paralela
Ø Desalineación por cojinete inclinado con respecto al eje
2.3.1.2 DESALINEACIÓN ANGULAR.
La desalineación angular se da cuando dos ejes no son paralelos en su punto de
acople.
Esta se caracteriza por una elevada vibración axial que puede ser de 1 x RPS o 2 x
RPS y en algunos casos de 3 x rpm con un desfasamiento de 180º con la vibración
radial en el acoplamiento.
Figura 2.15Desalineación angular
Fuente: Los autores
2.3.1.3 DESALINEACIÓN PARALELA.
La desalineación paralela se da cuando dos ejes paralelos no coinciden en el punto de
acople.
La desalineación paralela produce tanto una fuerza cortante como un momento
flector en le lado de acoplamiento de cada eje. Este tipo de desalineación presenta
síntomas similares a la angular, solo que en este caso la vibración es radial, de igual
manera tiene un desfase aproximado de 180º con el acoplamiento.
43
Figura 2.16. Desalineación paralela. Fuente: Los autores
2.3.1.4 DESALINEACIÓN POR COJINETE INCLINADO CON RESPECTO
AL EJE.
Un cojinete inclinado genera una considerable vibración axial causando incluso
movimiento torsional con cambios de fase de 180º de arriba a abajo o de lado a lado
cuando se mide en dirección axial sobre la caja del cojinete.
Figura 2.17. Desalineación por cojinete inclinado.
Fuente: Los autores
2.3.2 FALLAS EN ENGRANAJES.
La vibración que resulta de problemas de engranaje es de fácil identificación porque
normalmente ocurre a una frecuencia igual a la frecuencia de engrane de los
engranajes es decir, la cantidad de dientes del engranaje multiplicada por las rpm del
engranaje que falla.
Problemas comunes de los engranajes, que tienen como resultado vibración a la
frecuencia de engrane, comprenden el desgaste excesivo de los dientes, inexactitud
de los dientes, fallas de lubricación y materias extrañas atrapadas entre los dientes.
No todos los problemas de engranajes generan frecuencias de vibración iguales a las
frecuencias de engrane. Si un engranaje tiene un solo diente roto o deformado, por
ejemplo, el resultado puede ser una frecuencia de vibración de 1x RPS.
La amplitud y frecuencia de vibración debida a los engranajes pueden también
parecer erráticas a veces. Dicho tipo de vibración errática ocurre normalmente
cuando un conjunto de engranajes está funcionando en condiciones de carga muy
44
liviana. En tales condiciones la carga puede desplazarse repetidamente de un
engranaje a otro de modo irregular.
Figura 2.18. Engranaje en condiciones normales. Fuente: A-MAQ S.A., Tutorial de vibraciones para mantenimiento mecánico, 2005
2.3.2.1 DESGASTE DE DIENTES.
Es desgate de dientes ser produce por: operación más allá del tiempo de vida del
engranaje, contaminación de la grasa lubricante, elementos extraños circulando en la
caja del engrane o montaje erróneo.
Su espectro se caracteriza por la aparición de bandeamiento lateral alrededor de la
frecuencia natural de vibración (fn) del engrane defectuoso. El espaciamiento de las
bandas laterales es 1 X RPS del engrane defectuoso. Si el desgaste es avanzado, hay
sobreexcitación de la GMF‟‟24
.
Figura 2.19. Desgaste de dientes.
Fuente: A-MAQ S.A., Tutorial de vibraciones para mantenimiento mecánico, 2005
24 A-MAQ S.A. Análisis de maquinaria Op. Cit. p.26.
45
2.3.2.2 SOBRECARGA EN ENGRANAJE.
En sistema de engranajes todos los dientes reciben una sobrecarga continua. La
amplitud de la frecuencia de engrane GMF (Gear Mesh Frecuency) es altamente
excitada, pero un pico alto de frecuencia de engrane no indica necesariamente un
problema si las bandas a su alrededor se mantienen bajas. Un análisis de la
sobrecarga de engrane resulta factible si se lo realiza a la máxima carga de operación
de la maquina.
2.3.2.3 ENGRANAJES DESALINEADOS.
Este problema se presenta cuando los ejes de los engranes no son paralelos, los
engranajes desalineados figura 2.20, generan altas frecuencias de engrane con
frecuencias laterales. Sin embargo, es común tener armónicos de la frecuencia de
engrane con niveles mas altos a dos y tres veces la frecuencia de engrane. Es por
tanto importante configurar tu rango de frecuencia. Lo suficientemente alto para
poder ver esas frecuencias.
Figura 2.20. Engranajes desalineados.
Fuente: Los autores
2.3.2.4 DIENTES AGRIETADOS O ROTOS.
Este tipo de fallas generan picos de alta amplitud a la velocidad de giro de ese
engranaje, y causara la excitación de la frecuencia natural del engranaje.
“Sin embargo, el mejor modo de ver un diente agrietado o roto es vía la onda
temporal. Si hubiera 12 dientes, uno de cada 12 pulsos en la onda temporal seria muy
diferente de los demás pulsos. Naturalmente, la diferencia de tiempo entre esos
pulsos seria igual al periodo de la velocidad de giro del engranaje (el diente engrana
una vez por cada revolución) ‟‟25
.
25 TROYA Patricio, Teoría para análisis de vibración, 2003 p.13.
46
1 N d 1
fengrane
2 N d 2
N d
2.5
2.6
= velocidad de giro de la rueda dentada
fengrane = frecuencia de vibración
Desalineac ión
f lateral fengrane 2 piñon 2.7
Exentricid ad
f lateral fengrane piñon 2.8
2.3.3 TRANSMISIÓN DE POTENCIA EN POLEAS
En enlace entre dos ejes, mediante el sistema de poleas debe emplearse es conjuntos
de giro suave, ya que la banda derrampa sobre la ranura de la polea, en cargas que
exigen relativamente un alto par de arranque.
2.3.3.1 DISTENSIÓN
Figura 2.21 Distensión de la polea
Fuente: Los autores
Ocurre por sobrepaso de la vida útil de la banda, o por desgaste excesivo de la
misma. Las frecuencias de bandas siempre están por debajo de la frecuencia del
motor o máquina conducida Para corregir el problema, si la banda no presenta
demasiado desgaste intente tensionarla, de lo contrario reemplácela.
47
2.3.3.2 DESALINEACIÓN EN POLEAS
Figura 2.22. Desalineación de poleas Fuente: Los autores
Puede ocurrir porque los ejes de las poleas no están alineados o porque las poleas no
están paralelas. También pueden ocurrir ambos casos simultáneamente. Para
solucionar el problema deben alinearse las poleas tanto angular como paralela
2.3.3.3 EXCENTRICIDAD DE POLEAS
Figura 2.23. Excentricidad del par de poleas Fuente: Los autores
Ocurre cuando el centro de rotación no coincide con el centro geométrico en una
polea. Aunque es posible balancear poleas gracias a la adición de pesas, la
excentricidad seguirá induciendo vibración y esfuerzos de fatiga reversible. Se
recomienda cambiarse la polea excéntrica.
48
l f
2.3.3.4 RESONANCIA DE LA BANDA
Figura 2.24. Resonancia de banda
Fuente: Los autores
Sucede si la frecuencia natural de la banda coincide o se aproxima a las RPS del
motor o de la máquina conducida. La frecuencia natural puede ser alterada
cambiando la tensión de la banda o su longitud.
1 D1 2 D2 2.9
Frecuencia de defecto de polea
D polea
banda
banda
polea
2.10
2.4 ESTADÍSTICA DE FALLAS
Aproximadamente un 40 % de los fallos en este tipo de máquinas corresponde a
anormalidades en los rodamientos, entre un 30 y un 40 % a fallos en el estator y un
10 % aproximadamente corresponden a fallos en el rotor el resto de los casos se
distribuyen en una gran variedad de fallos (sobrecarga y defectos de
manufacturación) 26
.
A continuación se presenta una tabla de las causas y efectos que produce una falla en
un motor eléctrico.
26 Motor Reliability Working Group, “Report of large motor reliability survey of industrial and commercial installations Part I,
and II,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 21-4, pp. 853-872, July-Aug. 1985.
49
PERTURBACIÓN
CAUSA DE LA PERTURBACIÓN EFECTO DE PERTURBACIÓN
(Falla).
Aumento de la
temperatura
Suciedad de las partes del motor.
Aislamientos térmicos defectuosos.
Cuchillas gastadas en molinos.
Sobrecarga de barrajes, cables y motores.
Sistemas de control desconfigurados.
Operación inadecuada de protecciones.
Calentamiento excesivo.
Destrucción de equipos.
Conatos de incendio.
Pérdidas de energía.
Paros indebidos.
Sobrecorrientes.
Caídas de tensión
Ineficiencia en el proceso.
Extracostos en operación y mantenimiento. Vibraciones Mecánicas
Rotor que no es redondo.
Chumaceras del inducido que son excéntricas.
Falta de alineamiento entre el rotor y el estator.
Entrehierro no uniforme.
Perforación elíptica del estator.
Devanados abiertos o en corto circuito.
Hierro del rotor en corto circuito.
Bandas destempladas.
Poleas desgastadas en Accionamientos.
Calentamiento excesivo.
Desgaste y destrucción del equipo (disminución
considerable de la vida útil).
Pérdidas de energía.
Paros indebidos.
Sobrecorrientes.
Desbalances de corriente.
Desbalances de voltaje.
Ineficiencia en el proceso.
Extracostos en operación y mantenimiento.
Variaciones
momentáneas de bajo y
alto voltaje
Corto circuito en un alimentador de alta potencia.
Arranque de motores de potencia alta
incremento temporal del voltaje durante un desbalance
de fases en una falla sólida a tierra.
Falla de un sistema no aterrizado y de impedancia de
secuencia cero infinita.
Fallas localizadas en sistemas de alimentación de 4 hilos
y múltiple aterrizaje.
Apertura indebida en contactores y dispositivos de
protección.
• Arranque no exitoso del motor que genera la
perturbación.
Incremento temporal del voltaje.
Sobrevoltaje línea-tierra.
Operación inadecuada de dispositivos de control y
protección.
Problemas de hardware por calentamiento en
equipos de cómputo.
Destrucción de componentes electrónicos.
Daños en discos duros o en cabezales de diferentes
dispositivos.
Armónicos e
interarmónicos.
Se originan por la operación de cargas no lineales y
dispositivos que requieren de electrónica de potencia
(convertidores, grandes motores de corriente directa y
variadores de velocidad).
Paros indebidos en equipos sensibles.
Pérdidas de energía.
Sobrecargas en los equipos.
Operación inadecuada de fusibles y equipos de
protección.
Calentamientos excesivos.
Resonancias electromagnéticas.
Errores de medición (adelanto y retraso de los
contadores de energía), etc.
Transitorios.
Maniobras de interruptores asociados a grandes motores.
Conexión y desconexión de capacitores (corrección del
factor de potencia en grandes motores).
Desconexión de motores eléctricos en elevadores,
equipos de aire acondicionado, refrigeradores, etc.
Esfuerzos excesivos al aislamiento de ciertos
equipos.
Daños a componentes electrónicos sensibles.
Interrupción de programas de control en procesos.
Pérdida de la información almacenada en memoria
de computadoras.
Daño de los elementos mismos del equipo de
cómputo (Hardware).
Tabla 2.2. Causas y efectos de las fallas más comunes en un motor eléctrico. Fuente: Los autores