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Artículo Técnico Por Oscar Nuñez Mata, Ing., MBA.

REVISTA CIEMI NO 61 Globaltec S.A.

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Diciembre 2008

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¿Porqué fallan los motores eléctricos? Descripción y Análisis de las Fallas Eléctricas - Parte II Introducción

C

ontinuamos el tema de fallas en motores eléctricos estudiando las fallas de origen eléctrico. El motor eléctrico de inducción consta de dos componentes eléctricos: El Bobinado y el Rotor. El bobinado tiene la función de producir el campo magnético rotatorio, y se forma de dos componentes básicos: El conductor de electricidad (Normalmente Cobre, aunque se puede usar Aluminio) y el sistema de aislamiento. Por otro lado tenemos el rotor de Jaula de Ardilla, conocido así por su forma característica, el cual no se alimenta de electricidad de forma directa, sino por inducción. Un elemento común en ambas partes es el núcleo laminado, el cual se encarga de concentrar y conducir el campo magnético. El principio de funcionamiento de esta máquina eléctrica lo desarrolló Nicola Tesla, allá por 1880 en Estados Unidos, el cual se mantiene intacto, tal y como él lo describió.

Fallas Eléctricas La primera clasificación de las fallas de origen eléctrico es la siguiente: • Fallas No controladas por el usuario, como: -Defectos de fabricación -Eventos atmosféricos severos. • Fallas Controladas por el usuario: -Inadecuada aplicación. -Ambiente severo. -Condiciones del servicio eléctrico: Alto-bajo-desbalance de voltaje, pérdida de fase, corrientes armónicas. -Deficientes prácticas de Mantenimiento. Resumimos las causas de fallas eléctricas en: - Sobrecargas térmicas. - Severas anormalidades eléctricas. - Contaminación del sistema de aislamiento.

• Ciclo de trabajo alto: Excesiva cantidad de arranques por hora. • Parada repentina (trabarse). • Falla en arranque. • Restricciones en la ventilación. Una regla empírica dice que un aumento de 10°C en el levantamiento de temperatura del motor acorta la vida útil esperada en 50%. Por lo tanto, el factor que se debe cuidar en un motor eléctrico es su levantamiento de temperatura. A continuación se muestran fotografías de esta falla.

2. Severas anormalidades eléctricas Una anormalidad eléctrica es una condición inusual del servicio eléctrico del motor, lo que se aleja de los valores listados por el fabricante, reglamentaciones nacionales y organismos que dictan estándares. Estos son: • Sobrevoltaje. • Bajo voltaje. • Des balance de voltaje. • Pérdida de fase. • Voltajes transitorios. Cuando un motor opera en una condición permanente de des balance de voltaje su temperatura aumenta, y el motor se recalienta por partes como aparece en la figura 3. Un desbalance de 3.5% puede provocar hasta un 25% de levantamiento de temperatura adicional. A continuación se muestran fotografías de daños por anormalidades eléctricas.

Las fuentes típicas que producen picos de voltaje son: - Descargas atmosféricas. - Parada de grandes motores. - Bancos de condensadores automáticos. - Variadores de velocidad electrónicos. Cuando el bobinado recibe un transitorio se somete a un elevado estrés dieléctrico, lo que va debilitando poco a poco la fuerza dieléctrica del sistema de aislamiento, hasta que un día no soporta un nuevo pico, provocando la falla en el lado de las conexiones del motor.

3. Contaminación aislamiento.

del

sistema

figura no.6

Humedad

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de

Dentro del motor eléctrico no debe estar ningún elemento ajeno al motor, como: Agua, aserrín, polvo, grasa, aceite, arena, partes metálicas. Esto es, un contaminante es todo aquello que no permanecer dentro del motor, ya que se puede afectar su funcionamiento. Los principales problemas de contaminación se dan por: • Humedad-Condensación. • Grasas-Aceites. • Partículas extrañas: Aserrín, polvo, arena. • Abrasión. • Objetos extraños: Partes metálicas, tornillos, tuercas. A continuación se muestran fotografías de los daños por contaminación.

La humedad es el principal agente contaminante que se encuentra en el motor, cuando ésta se deposita por algún mecanismo (condensación, ingreso directo) la fuerza dieléctrica del sistema de aislamiento se reduce, dejándolo vulnerable, con la posibilidad de no soportar mucho tiempo hasta que un corto circuito se presente. Esta falla es típica de la industria alimenticia, donde motores son lavados periódicamente, siendo no aptos para este procedimiento, ver figuras 4 y 5. La figura 6 muestra el otro caso típico de falla por humedad, donde tenemos un motor abierto en un motor con excesiva humedad (motor no apto para ese ambiente).

figura no.7

Partículas extrañas

figura no.2

Pérdida de fase

figura no.4

Humedad

1. Sobrecargas Térmicas

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Se define una sobrecarga térmica como una condición donde se superó la capacidad térmica del motor (capacidad de disipar el calor generado). Es decir, el levantamiento de temperatura fue excesivo durante un lapso de tiempo suficiente para provocar el daño. Las causas de la sobrecarga térmica son las siguientes: • Sobrecarga mecánica. • Condiciones ambientales severas.

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Al perder una fase, el motor eléctrico de inducción mantiene el movimiento rotacional, con un aumento de corriente de 73% en las dos fases que permanecen. Esto provoca que el motor se caliente en exceso, si este no se desconecta en los siguientes minutos (3-5 minutos).

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Conclusiones figura no.5

figura no.1

figura no.3

Sobrecarga térmica

Transitorio de Voltaje (Pico de Voltaje)

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La figura 7 muestra el caso de un motor sometido a una excesiva contaminación por grasa. Cuando un chorro de aire contaminado pasa por el bobinado se puede presentar un debilitamiento del mismo, por el fenómeno de abrasión. Este fenómeno es típico de motores con ventilación forzada, la cual no tiene filtros adecuados.

Humedad

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1. El análisis de fallas eléctricas en motores debe sustentarse del conocimiento claro de los principios de funcionamiento de estos equipos. 2. Las fallas de origen eléctrico en motores de inducción tienen en común que el sistema de aislamiento es el que sufre, por lo que es necesario mantener un control del levantamiento de temperatura, así como evitar el ingreso de contaminantes y partículas al interior del motor. 3. Establecer claramente el origen de la falla eléctrica permitirá realizar un correcto análisis causa-raíz, con el cual es posible evitar fallas futuras.