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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.