Por Tom Bishop, P.E.
Especialista Sénior de Soporte Técnico de EASA 

Este artículo cubre las pruebas eléctricas y la inspección de motores trifásicos jaula de ardilla que han sido instalados. Los principales objetivos al probar los motores en el sitio de trabajo son: Evaluar su condición para garantizar su funcionamiento continuo odiagnosticar presuntos fallos. Aquíharemos énfasis en las pruebas y enla interpretación de los resultados, asícomo también, en la inspección física de los puntos clave. Nota: La mayoría de las prue­bas descritas también se pueden realizar a los motores con rotor bobinado y en los gen­eradores sincrónicos y de inducción. 

Pruebas de motores
Las pruebas de rutina para evaluar o diagnosticar la condición de cualqui­er tipo de motor incluyen: Resistenciade aislamiento, índice de polarización(IP) o relación de absorción dieléctrica(DAR) e inspección visual. Todas es­tas pruebas son efectuadas a  motorparado. Las pruebas con el motor fun­cionando variarán de acuerdo al tipode máquina. Ej. Inducción jaula de ar­dilla, sincrónica o con rotor bobinado.

La prueba de resistencia de aisla­miento (Ver Figura 1) está bien definida y aplica a todo tipo de bobinados. El valor al primer minuto se debe corregir a 40° C para evaluar la condición del aislamiento a tierra del bobinado. Si el bobinado es de alambre redondo, puede que el valor del IP no sea signifi­cativo, ya que la corriente de absorción dieléctrica del bobinado decae dentro ocerca del  primer minuto despuésde aplicar el voltaje. Por esta razón,el DAR es más útil. Utilizando unaselección de medidas de aislamientotomadas a los 30 y a los 60 segundosde acuerdo a la norma IEC 60034-27-4. El IP es calculado para un período detiempo más largo dividiendo el valorde los megohmios a los 10 minutospor los megohmios al primer minuto.La medida de IP es más útil en bo­binados preformados, por ejemplo,los que tiene  bobinas fabricadas conalambre rectangular o cuadrado. Deacuerdo con las normas IEEE 43 e IEC60034-27-4, si el valor de la resistenciade aislamiento es mayor a 5000 meg­ohmios, es posible que el IP no sea significativo y que no sea necesaria esta prueba. 

El alcance de la inspección visual variará de acuerdo al encerramiento del motor. Si no se puede acceder al interior del motor, por ejemplo, no hay cubiertas desmontables, la inspección queda limitada a las superficies exter­nas. En ese caso, las partes a verificar incluyen la tapa del ventilador, los ventiladores de enfriamiento, cajas de terminales, señales de fisuras en la carcaza o en las patas y accesorios dañados o que falten. Se debe inspec­cionar el eje de salida y el acople. Otros componentes montados sobre el eje deben ser revisados en busca de evidencia de desgaste o fisuras. Si el encerramiento del motor permite ac­ceder al interior, se puede hacer una inspección visual de los bobinados y de otros componentes internos a los que se tenga acceso y se puede comprobar el entre hierro rotor-estator. Además de la inspección visual interna se puede usar un boroscopio y/o espejos para explorar más a fondo los componentes internos. 

Pruebas en un motor trifásico de inducción jaula de ardilla
Si el motor se puede poner a fun­cionar, las pruebas de rutina durante el funcionamiento, es decir, en línea, incluyen la medición de la corri­ente por cada una de las fases y de los voltajes línea-línea. Dependiendo de las condiciones de operación y la disponibilidad del equipo de prueba, las pruebas a motor parado incluyen resistencia entre fases, hipot, prueba de impulso (surge), excentricidad del eje de salida, alineación del motor con el equipo impulsado, verificación de pie suave y muestreo del aceite lubricante para análisis.

La prueba de resistencia ente fases puede detectar si existen uniones de alta resistencia en el devanado y en las conexiones de los cables y la prueba de impulso puede detectar fallos dentro del devanado. La norma CSA C392 recomienda un límite del 2% y la IEC 60034-23 un límite del 3% del promedio en bobinados de alambre redondo. Ambas normas recomiendan un límite del 1% del promedio para bobinados de pletina (solera). Además, la prueba de hipot solo se debe realizar si la re­sistencia de aislamiento del bobinado tiene un valor aceptable, y también, si corresponde, un valor de IP aceptable. La prueba de hipot se debe realizar solo si el usuario final está dispuesto a aceptar el riesgo de que se presente un fallo durante la prueba.

La prueba de impulso (surge u onda de choque) puede detectar cortos entre espiras, entre bobinas o entre fases. Un problema común al realizar la prueba de impulso en un motor ensamblado es el “acoplamiento del rotor”. Esta es la interacción magnética entre un rotor de jaula de ardilla y el devanado del esta­tor. Durante la prueba de impulso, esto puede ocasionar que se vea un doble trazo, por lo que girar el rotor unos pocos grados mecánicos permitirá que las ondas se fusionen, si el devanado no tiene ningún problema, por ejemplo, circuitos desequilibrados. La prueba de impulso solo se debe realizar si el devanado tiene un valor de IR acept­able y también, si corresponde, un valor de IP aceptable.

Las pruebas mecánicas incluyen medir la excentricidad del eje de salida. Esta prueba se realiza us­ando un indicador de caratula. En ella, el in­dicador de caractula se monta sobre la su­perficie externa del eje de salida, si es posible, o en el eje adyacente al acoplamiento, y se gira el eje. La norma NEMA MG1 (en lo sucesivo MG1) permite hasta 0.003” (0.08 mm) de ex­centricidad total (TIR) para ejes con diámetros por arriba de 1.625” y hasta 6.500” (41 a 165 mm). Un criterio aún mas riguroso consiste en limitar la excen­tricidad a no más de 0.001” (0.025 mm) en los motores de 2 polos, 0.002” (0.051 mm) en los motores de 4 polos y 0.003” (0.076 mm) en los motores de 6 polos o con velocidades más bajas.

En sentido estricto, la corriente de Inrush es el desplazamien­to asimétrico de CC que ocurre durante el primer ciclo, o unos pocos ciclos, después de energizar un motor de CA (ver Figura 2). La MG1 establece que la corriente de Inrush puede ser 1.8 o 2.8 vec­es la corriente a rotor bloqueado, que por lo general es 6 a 8 veces la corriente a plena carga. Así que la corriente de Inrush puede ser de hasta 22 (2.8 x 8) veces la cor­riente a plena carga. Una corriente de Inrush que supere los valores típicos de corriente a rotor bloqueado puede ser lo suficientemente alta para causar el disparo del interruptor. Nota: A no ser que el amperímetro utilizado para medir la corriente de arranque tenga capacidad para medir la corriente de Inrush momentánea (pico), este solo indicará la corriente a rotor bloqueado en estado estable. 

Según la MG1, los voltajes línea-línea deben estar dentro del 10% del voltaje nominal del motor. No obstante, la norma IEC 60034-1, establece que los voltajes deben estar dentro del 5 % (dentro del 10% por un tiempo y frecuencia de ocurrencia limitados). Demasiado voltaje puede aumentar el calentamiento del núcleo magnético del motor, mientras que un voltaje muy bajo puede reducir la capacidad de torque (Ver Figura 3). No existe “regla general” para estimar cuando el sobre-voltaje causará un aumento o disminución de la corriente del motor. Lo mismo sucede con el sub-voltaje.  

Otro factor relacionado con el voltaje es el desbalanceo, La MG1 establece que si el desbalanceo de voltaje sobre pasa el 1%, el motor debe ser derrateado (Ver Figura 4). Este requisito es a menudo confun­dido con la tolerancia de variación de voltaje. Las compañías de electric­idad usan con frecuencia un límite de desbalanceo de voltaje del 3% en la po­tencia suministrada. De acuerdo con la MG1, el derrateo de potencia para un desbalaceo del 3% es de un 12%. A menudo el derrateo no es práctico, por tal motivo, los usuarios finales pueden verse forzados a operar sus motores con voltajes desbalanceados. Los efectos sobre el motor son la reducción del torque de salida y una corriente más alta. El aumento de corriente es especialmente significativo ya que la corriente se desvía más que el voltaje. La MG1 también establece que se puede esperar que el desbalance de corriente con carga sea de 6-10 veces el porcentaje de desbalanceo de voltaje, Aplicando esta regla al desbalance de voltaje del 3%, el desbalance de cor­riente podría estar entre el 18-30%. 

El calenta­miento es una función de las pérdidas de potencia en el devanado, es decir, el pro­ducto entre la corriente al cuadrado por la resistencia (I2R). Con un des­balanceo de voltaje del 3%, la corriente más alta por “una rama del bobinado” puede tener aproximadamente un 18% más de calentamiento debido al des­balanceo de corriente asociado. El calentamiento adicional se estima tomándolo como el doble del desbalanceo de voltaje al cuadrado, por ejemplo, 2 x 32 = 18% en este caso. Si se tiene acceso al bobinado, una imagen tomada con una cámara termográ­fica puede ser usada para verificar las temperaturas reales derivadas de las condiciones de desbalanceo de voltaje y de corriente.  

Una termografía de la parte externa del motor puede revelar calentamiento anormal de las partes del motor (Figura 5), No existen normas de tem­peratura específicas para la superficie exterior de los motores eléctricos. Ej. “Cualquier parte externa, incluyendo las tapas y la carcasa”. Comparar la temperatura superficial de motores eléctricos idénticos bajo las mismas condiciones de carga o similares, puede revelar calentamiento anormal. 

Si se tiene acceso al interior del motor, se puede hacer una inspección visual en busca de daños o defectos, como problemas con el amarre y so­porte de las bobinas (ver Figura 6). Se pueden usar espejos o sondas externas para explorar áún más el interior. Los boroscopios pueden sondear incluso mucho más que los espejos y pueden facilitar la inspección del interior del rotor y entre el núcleo del estator y la carcasa. La inspección del interior del rotor puede revelar suciedad y otros contaminantes, pérdida de ajuste en­tre el núcleo y el eje o posibles fisuras en las soldaduras. De igual forma, la inspección entre el estator y la carcasa puede revelar suciedad y otro tipo de contaminación, soldaduras fisuradas y posibles ductos de ventilación ob­struidos.  

Los motores grandes y los mo­tores accionados con variadores de frecuencia electrónicos (VFD) deben ser inspeccionados para ver la posi­bilidad de circulación de corrientes por el eje (Ver Figura 7), incluso si no se sospecha que existan. Los motores grandes pueden tener corrientes por el eje inducidas por asimetría del circuito magnético, Ej. Debido a laminaciones segmentadas. Los méto­dos para medir los voltajes por el eje descritos más adelante pueden ser usados para verificar la probabilidad de que existan corrientes que dañen los rodamientos en un motor que se encuentre instalado o en el cen­tro de servicios. Sin embargo, Para otras causas de corrientes por los rodamientos, como en los VFDs, se requieren pruebas de campo, Un VFD puede causar acoplamiento capaci­tivo que  enlaza el rotor y el estator, causando que pase corriente a través de los rodamientos. Los rodamientos fallarán prematuramente debido a la degradación producida por la circu­lación de corriente por el “eje”. Medir la corriente directamente no es prác­tico, ya que eso requiere instalar un transformador de corriente alrededor del eje, dentro del motor, Ej. Entre los rodamientos. La alternativa es medir el voltaje entre la carcasa y el eje, para determinar si existe una magnitud de voltaje lo suficientemente grande que indique la posibilidad de que existan corrientes dañinas por el eje. 

Un método para medir el voltaje por el eje consiste en fijar una de las puntas de un voltímetro de valor eficaz verdadero RMS a la carcasa y la otra punta del instru­mento al eje, utilizando algún tipo de dispositivo con escobil­las. El conector del eje puede ser un alambre de cobre fino, como una escobilla de derivación. El cable de cobre se arrastra por el eje y mide el voltaje. No se recomienda medir el voltaje directamente con la punta del voltímetro por que generalmente no es un contacto continuo. Si el voltaje medido es mayor de 100 milivoltios CA en los motores con rodamientos o más de 200 milivoltios CA en los motores con cojinetes de deslizamiento, es probable que existan corrientes da­ñinas por el eje. Otro criterio es dado en la MG1, indicando que un voltaje  medido entre el eje lado opuesto aco­plamiento y el eje lado acoplamiento que exceda los 300 milivoltios CA, indica que pueden existir corrientes dañinas por el eje. 

La Inspección y pruebas in situ de los motores es una parte importante del mantenimiento de estas máquinas esenciales y a menudo críticas. Dedicar tiempo a conocer las pruebas y los procedimientos adecuados y a cómo aplicarlos, le permitirá ayudar a sus clientes a mejorar la confiabilidad y a reducir los costos. 

DISPONIBLE EN INGLÉS

Categories: AC motors, Alternators/generators, Testing, Motor testing

Tags: Motor testing Generators Field service

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