DIAGNÓSTICO DE FALLAS EN BARRAS EN MOTORES CA MEDIANTE ANÁLISIS DE VIBRACIONES

Los motores trifásicos de jaula de ardilla son por mucho los elementos más comunes de transmisión de potencia de la industria en general. Determinar su condición de funcionamiento entonces es uno de los preceptos básicos del mantenimiento predictivo.

Entre los muchos problemas que se pueden encontrar en motores realizando un análisis de las vibraciones presentes, las fallas en barras del rotor del motor eléctrico suele ser las de diagnóstico más complejo, más que nada por su similitud con fallas de origen mecánico si es que no estamos atentos a sus señales distintivas.

Esta falla se pone de manifiesto cuando se producen fisuras en las barras del rotor del motor o en su anillo de cortocircuito, en su inicio se presentan pequeñas fisuras que pueden evolucionar en el corte total de una o varias barras y en un eventual colapso del motor, su característica principal desde el punto de vista de las vibraciones es que se presenta  en dos bandas de frecuencia muy diferentes. Por un lado vamos a encontrar componentes en el orden del giro del motor y sus primeros armónicos. Por otro lado también podremos observar componentes en frecuencias mucho más altas, normalmente superiores a 60000 CPM, vamos a centrarnos primero en estas últimas que suelen ser las más conflictivas.

En primer lugar debe quedar claro que para un correcto análisis de estas fallas necesitamos un analizador de vibraciones que me permita ver espectros de buena resolución. Olvídense de un medidor de vibraciones que solo mida valores globales, no serviría para este propósito. Tomaremos

entonces un espectro en ambos puntos de apoyo del motor y veremos una componente bien definida ubicada a una frecuencia que es igual al número de barras del motor multiplicada por las RPM de giro, es la frecuencia de paso de barras (FPB), es normal también encontrar armónicos de ésta (2XFPB), pero la característica más destacada es la presencia de bandas laterales a ambos lados de FPB y su armónica, la separación entre estas bandas laterales es lo que nos definirá el diagnóstico ya que esa separación es exactamente igual a dos veces la frecuencia de línea (2FL).

En muchos casos el dato de la cantidad de barras del motor es algo con lo que no contaremos por lo que no podremos identificar la FPB, no es excusa para para no definir el problema ya que podremos simplemente concentrarnos en la identificación de bandas laterales, definir si su separación es igual a 2FL y así encasillar el problema.

Este paso es fundamental ya que una falla en rodamientos presentará características muy similares pero con una separación de bandas laterales diferente.

En el espectro 1 -al pie de la columna de la izquierda- se puede ver una falla de este tipo.
En el espectro 2, podemos ver el mismo espectro con Zoom de la zona de interés y aplicadas bandas laterales con separación de 100 Hz (2FL).

Si hacemos una análisis de baja frecuencia lo que vamos a encontrar es una componente importante a las rpm de giro con bandas laterales espaciadas a la frecuencia de paso de polos (Fpp) que sale de multiplicar el número de polos del motor eléctrico por la velocidad de deslizamiento, recordemos que la velocidad de deslizamiento es la diferencia entre la velocidad de sincronismo y las RPM reales del motor, lo mismo podremos ver alrededor de sus armónicos si es que están presentes.

Si esto resulta confuso veamos un ejemplo: Un motor de 2 polos tiene una velocidad de sincronismo de 3000 CPM, si su velocidad de giro es de 2975 CPM entonces su velocidad de deslizamiento es 3000 – 2975 = 25 CPM, su Fpp es entonces 25 CPM x 2 = 50 CPM, esta será la separación de bandas laterales a los lados de la componente que coincide con las CPM de giro.

Vemos este espectro de baja frecuencia de un motor con falla en barras:

En este caso se trata de un motor de 2 polos girando a 2976 CPM, su frecuencia de paso de polos será entonces Fpp = 48 CPM, haciendo zoom de la zona de interés y configurando bandas laterales con separación de 48 CPM obtenemos la imagen inferior

Es muy importante tener en cuenta que lo antedicho es válido siempre que el motor esté conectado directamente a la corriente de línea, si está conectado a un variador de frecuencia las consideraciones serán las mismas con la salvedad de que la frecuencia de línea será la enviada por el variador por lo que 2FL será dos veces la frecuencia del variador.

Más información: www.semapi.com.ar