Bram Corne
Miembro del Comité Técnico de Servicios
Orbits
Kor trijk, Belgium
Sin exagerar, los sistemas de motores eléctricos desempeñan un papel fundamental en nuestras operaciones industriales, ya que actúan como el corazón de numerosos procesos. Las bombas, compresores, ventiladores y otros tipos de movimientos mecánicos son cruciales para nuestras actividades industriales. En consecuencia, la salud de estos motores influye directamente en la confiabilidad operativa y la longevidad del ecosistema industrial más amplio. En una cultura que valora la confiabilidad, la previsibilidad del tiempo de inactividad, la disponibilidad de los repuestos, la empleabilidad de los técnicos y la limitación de los daños consecuentes son primordiales. Reconocer esto resalta la necesidad de evaluar la salud de los motores eléctricos en operación. Siguiendo el ejemplo del campo médico, nuestro objetivo es predecir de forma proactiva fallos catastróficos antes que ocurran. Al hacerlo, es posible evitar que se produzcan o progresen. Por lo tanto, la integración de las mediciones y los diagnósticos adecuados para los motores eléctricos puede mejorar significativamente el rendimiento general de los activos.
La evaluación de la salud de los activos va más allá de los enfoques de mantenimiento tradicionales al ofrecer una perspectiva holística sobre el estado de un motor eléctrico. Este método emplea un conjunto completo de herramientas y metodologías de diagnóstico, comenzando con la creación de una descripción general exhaustiva de todo el sistema. Esto se logra mediante la recopilación de información, la información a los operadores y las inspecciones visuales. Más allá de estos fundamentos, tecnologías como el análisis de firma eléctrica (ESA), el análisis de vibraciones, el análisis ultrasónico y el análisis térmico, entre otras, pueden proporcionar información más detallada sobre el estado del motor eléctrico (Figura 1). Este artículo se centra principalmente en los beneficios de incorporar el ESA al conjunto de herramientas de diagnóstico existente.
El electrocardiograma de esfuerzo del motor
En el ámbito del mantenimiento industrial, es habitual que muchas empresas y centros de reparación realicen análisis de los motores eléctricos apagados. Esto suele ocurrir periódicamente o después de una revisión general del motor, empleando herramientas como probadores de impulso (surge tester) y analizadores de bobinados. Estas pruebas son fundamentales para evaluar la calidad del aislamiento, la impedancia de las fases y, en ocasiones, la calidad mecánica del motor. Si bien estas pruebas son esenciales y ofrecen información fundamental, proporcionan una perspectiva limitada, centrándose únicamente en el motor como un componente individual. Esto se puede comparar con un electrocardiograma (ECG) realizado a una persona en reposo: Valioso pero no completo. Así como son necesarias pruebas adicionales como un ECG de esfuerzo para evaluar por completo la salud cardíaca humana, una evaluación completa de la salud de un motor eléctrico requiere un análisis más exhaustivo (Figura 2). Esto incluye la medición del rendimiento eléctrico del motor durante su estado operativo o cuando está en línea. Una técnica sólida empleada para un análisis tan profundo se conoce como análisis de firma eléctrica (ESA).
El ESA se distingue del análisis del circuito del motor (MCA) y del análisis de firma de corriente del motor (MCSA) porque facilita una evaluación completa y en tiempo real del motor midiendo el voltaje y la corriente durante su funcionamiento. La Tabla 1 muestra una comparación de las técnicas. El contenido de frecuencia de banda ancha del voltaje, accesible incluso durante el funcionamiento en línea, y la respuesta de corriente correspondiente, cuando se analizan con técnicas de procesamiento y análisis adecuadas, brindan una comprensión detallada y completa del estado del motor. Básicamente, el ESA realiza una identificación del sistema del motor eléctrico. Con un conjunto de sensores bien elegidos y un sistema de adquisición de datos, el ESA puede detectar cualquier comportamiento errático.
Motor Circuit Analysis (MCA): Realizado a máquina parada durante el mantenimiento, el MCA evalúa la calidad del aislamiento y la impedancia de las fases del motor.
Motor Current Signature Analysis (MCSA): Efectuado con la máquina energizada, el MCSA se centra en la corriente para deetctar condiciones eléctricas y comportamiento errático.
Electrical Signature Analysis (ESA): Proporciona una evaluación integral y en tiempo real del estado del motor midiendo tanto el voltaje como la corriente y detectando problemas eléctricos y mecánicos.
Por lo general, los problemas eléctricos se manifiestan a través de distorsiones de impedancia y de campo, mientras que los problemas mecánicos se pueden discernir a través de variaciones en el entrehierro y las distorsiones de reluctancia. Sin embargo, esta distinción es un tanto simplificada, ya que los problemas eléctricos y mecánicos suelen estar interrelacionados. Por ejemplo, un problema mecánico como un entrehierro irregular puede provocar distorsiones de reluctancia, que posteriormente causan distorsiones de campo. Estas distorsiones de campo pueden manifestarse como anomalías eléctricas.
La fortaleza del ESA reside en sus algoritmos avanzados, que pueden detectar estos cambios sutiles e interrelacionados. Al analizar las firmas de voltaje y de corriente en detalle, el ESA puede identificar y diferenciar entre problemas mecánicos y eléctricos, incluso cuando están estrechamente relacionados. Esta capacidad de diagnóstico integral garantiza que ambos tipos de problemas se puedan monitorear y abordar de manera efectiva, manteniendo la salud y la eficiencia generales del sistema del motor.
Por lo tanto, el ESA es capaz de evaluar completamente la calidad de la energía de la red o del variador de frecuencia (VFD), proporcionando un examen detallado del estado eléctrico de la máquina, evaluando el estado mecánico de la máquina e incluso aproximando el estado mecánico del tren de transmisión. La última evaluación solo es posible cuando los problemas dentro del tren de transmisión se manifiestan como distorsiones de entrehierro y reluctancia dentro del motor eléctrico.
El procedimiento ESA
La fase inicial se lleva a cabo en el sitio y es fundamental para el análisis posterior. Comienza con una inspección visual para identificar cualquier problema evidente con el equipo. Los técnicos recopilan información como listas de piezas y dibujos para comprender las especificaciones y el historial de la máquina. El operador o el equipo de mantenimiento reciben instrucciones para obtener información operativa y garantizar que se sigan los procedimientos correctos durante la recopilación de datos. Finalmente, se toman mediciones directamente de los motores eléctricos o equipos asociados, que luego se validan para garantizar la precisión y la confiabilidad de los datos.
Por razones de seguridad, las mediciones se realizan preferiblemente dentro del centro de control del motor (MCC). Si bien en teoría se podrían obtener lecturas más precisas directamente en los terminales del motor, este método no es seguro ni práctico. Es fundamental enfatizar que se recomienda realizar las conexiones a máquina parada, lo que requiere pausar el proceso. Para aplicaciones de baja tensión (hasta 1 kV), las tensiones se miden directamente en las líneas, mientras que para escenarios de alta tensión (por encima de 1 kV), se utilizan transformadores de medida. La medición de la corriente, que depende de la magnitud y la viabilidad de la configuración, se efectúa con pinzas amperimétricas, transformadores de corriente (TCs) o bobinas de Rogowski. La figura 3 muestra un ejemplo de una configuración de la medición. La calidad de la adquisición de datos es vital para un análisis en profundidad y depende de factores como la frecuencia de muestreo, el rango dinámico y el anti-aliasing, entre otros. La calidad de los datos requerida es comparable a los estándares de las mejores prácticas en medición de vibraciones.
Una vez que se han recopilado los datos, la fase de análisis se suele efectuar en una oficina, que es más adecuada para un examen en profundidad. Inicialmente, el proceso implica el análisis de la forma de onda temporal de las señales eléctricas para detectar cualquier anomalía. A esto le sigue un análisis integral de la calidad de la energía, que evalúa parámetros clave como el factor de cresta (CF), el factor de forma (FF), el valor de la raíz cuadrada media (RMS), la potencia (P), la distorsión armónica total (THD) y el factor de potencia (PF). Posteriormente, se realiza un análisis espectral detallado que incluye varias transformaciones. La figura 4 muestra un ejemplo de un espectro simétrico utilizado para el análisis. Al examinar múltiples mediciones en condiciones idénticas, la identificación de las características de tendencia se vuelve crucial. El seguimiento de los cambios en los patrones a lo largo del tiempo es una estrategia eficaz para identificar posibles problemas emergentes. En la fase final de la evaluación de la salud de los motores, todos los datos y análisis recopilados alcanzan su punto culminante. Esta fase es fundamental, ya que implica la interpretación de los datos para diagnosticar problemas actuales con los motores eléctricos y predecir problemas futuros, que es un aspecto clave para garantizar la fiabilidad y la longevidad del equipo. El análisis se fusiona luego con el análisis de modos de fallo, efectos y criticidad (FMECA), lo que lleva a la creación de un informe exhaustivo que detalla el estado del activo.
La comunicación juega un papel vital en esta etapa, ya que los hallazgos se comparten con el cliente. Este diálogo no se trata solo de presentar resultados, sino que también implica discutir posibles soluciones y planificar acciones posteriores, lo que garantiza que el cliente esté completamente informado y participe en el proceso de toma de decisiones.
El proceso se completa con pasos de confirmación y evaluación. Los diagnósticos se finalizan confirmando las evaluaciones y evaluando el estado general del motor o sistema eléctrico. Este método integral proporciona una base sólida para las estrategias de mantenimiento y las acciones proactivas, que son esenciales para evitar tiempos de inactividad inesperados y prolongar la vida útil operativa del activo.
Lo indispensable de un ESA periódico para la salud de los activos a largo plazo
Así como las personas invierten en controles médicos anuales para garantizar su bienestar. incluso sin síntomas evidentes, también el sector industrial debería adoptar una postura proactiva sobre el estado de sus activos críticos. El análisis de firma eléctrica (ESA) programado regularmente sirve como control de estado esencial para los motores eléctricos, actuando como una medida preventiva y no reactiva. Este escrutinio periódico permite la identificación de cambios sutiles o problemas emergentes que podrían no haberse manifestado todavía en problemas visibles, pero que podrían conducir a fallos futuros. Al adoptar una rutina constante de ESA, las organizaciones pueden garantizar el rendimiento óptimo de sus equipos, de manera similar a cómo los controles regulares pueden ayudar a mantener la salud de una persona y detectar posibles problemas antes de que se conviertan en afecciones graves. Este enfoque estratégico tiene como objetivo mantener un estado duradero de preparación operativa y protegerse contra los efectos secundarios de las interrupciones no planificadas, asegurando así tanto la eficiencia como la longevidad en el panorama industrial.
Conclusión
En conclusión, la adopción del análisis de firma eléctrica (ESA) en la gestión del estado de los activos no es simplemente una mejora de los protocolos de mantenimiento, sino una estrategia transformadora hacia una atención predictiva y proactiva. La adopción del ESA es paralela a un compromiso con el corazón de las operaciones industriales, garantizando una vigilancia constante y maximizando el ciclo de vida de los motores eléctricos. Esta medida proactiva es una inversión en el futuro, un futuro en el que la continuidad operativa es la norma y el tiempo de inactividad inesperado se convierte en una reliquia del pasado. A medida que integramos el ESA en los programas de mantenimiento regulares, posibilitamos un entorno industrial más resistente, eficiente y sostenible.
DISPONIBLE EN INGLÉS
Related Reference and Training Materials
Print