Problemas y fallos en motores trifásicos: Tipos, Razones y Soluciones

El motor de inducción trifásico es uno de los motores eléctricos más populares y más utilizados en la industria. Se utilizan en muchas aplicaciones debido a su construcción simple y robusta con una operación casi libre de mantenimiento.

Es un motor asíncrono que funciona según el principio de inducción. Pero al igual que otros motores, estos motores también son vulnerables a fallas que pueden dañar el motor y agravar la producción. Por lo tanto, la supervisión del motor de inducción debe realizarse para un funcionamiento continuo sin interrupción.

Hay muchos factores que pueden provocar problemas en motores trifásicos como el trabajo pesado, condiciones de trabajo deficientes, instalación incorrecta del motor, factores de fabricación del motor, entre otros, que pueden causar fallas en la operación del motor. Si las fallas en los motores trifásicos no se rectifican de antemano, pueden generar una gran pérdida de ingresos para la industria y pueden representar una amenaza para la confiabilidad y la seguridad de la operación.

Veamos cómo identificar las fallas en motores trifásicos de corriente alterna y cómo podemos rectificar estos problemas. Las siguientes son las posibles causas de fallas y sus remedios.

Fallas en el motor de inducción trifásicos

El motor trifásico no arranca

El motor trifásico hace mucho ruido

Problemas en el motor trifásico por sobrecalentamiento

Fallos cojinetes sobrecalentados en motores trifásicos

Problemas en motores trifásicos por arranques y paradas

El motor trifásico funciona con velocidad reducida

El motor trifásico funciona a una alta velocidad

Problemas Mecánicos en el Motor de Inducción Trifásico

En general, se encuentra que un motor desarrolla más problemas mecánicos que problemas eléctricos. Un conocimiento completo de cojinetes y lubricación es imprescindible. Los siguientes son algunos de los que se deben y no se deben hacer para el montaje, el mantenimiento, la inspección y la lubricación de los cojinetes de bolas.

• Trabaje con herramientas limpias, en un entorno limpio, utilice disolventes limpios y aceites de lavado.

• No trabaje bajo la desventaja de herramientas deficientes, un banco áspero o un entorno sucio, y no use herramientas sucias, quebradizas o astilladas.

• Los cojinetes deben limpiarse con trapos limpios y sin pelusa. No raye las superficies de apoyo.

• Mantenga limpios los lubricantes para rodamientos cuando los aplique y cubra los recipientes cuando no los use. No elimine la grasa o el aceite de los cojinetes nuevos.

• Para asegurarse de que el tamaño del eje esté dentro de las tolerancias especificadas recomendadas para el rodamiento. No instale un cojinete en un eje que muestre un desgaste excesivo.

• Use un cepillo limpio de cerdas cortas con cerdas firmemente incrustadas para eliminar la suciedad, las escamas o las astillas.

• Para estar seguro de que, cuando se instala, el rodamiento esté en escuadra y sujeto firmemente contra el hombro del eje. No golpee directamente un cojinete o un anillo al instalarlo, ya que esto puede dañar el eje y el cojinete.

• Siga las instrucciones de lubricación suministradas con la maquinaria. Use la única grasa donde se especifica el uso de grasa. Use solo aceite donde se especifica el uso de aceite. Asegúrese de usar el tipo exacto de lubricante requerido.

• El exceso de grasa y aceite rezumará de las carcasas llenas en exceso a través de los sellos y cierres, acumulará suciedad y causará problemas. Demasiado lubricante también causará sobrecalentamiento, particularmente cuando el rodamiento opera a altas velocidades.

• Manipule la grasa con paletas limpias o pistolas de engrase. Guarde la grasa en recipientes limpios. Mantenga los recipientes de grasa tapados. No permita que ninguna máquina permanezca inoperativa durante meses sin hacerla funcionar periódicamente. Esto evita que la humedad que se puede condensar en un cojinete fijo provoque corrosión.

Solución de problemas en motores trifásicos

Prueba de resistencia de aislamiento de un motor trifásico

Una vez que la fuente de alimentación, el equipo accionado y el controlador/controles del motor se han eliminado como la causa del problema, lo siguiente es seguir una serie de procedimientos para detectar problemas en motores eléctricos y cómo solucionar un motor trifásico sospechoso y, por lo general, incluye los siguientes pasos.

El primer paso es asegurarse de que toda la energía esté desconectada y aislada del motor, utilizando los procedimientos adecuados de bloqueo/etiquetado, además de desactivar, cortocircuitar o desconectar cualquier condensador de corrección del factor de potencia que pueda estar presente.

Lo siguiente es realizar una prueba de resistencia de aislamiento en el motor eléctrico, ya que esta prueba eliminará la necesidad de un examen adicional si los devanados del motor están conectados a tierra.

Siempre que sea factible, la resistencia de aislamiento debe examinarse lo más cerca posible del motor para eliminar posibles lecturas falsas del cable compensado o alimentadores del motor. Un motor conectado a tierra es una falla común en el devanado y requiere rebobinar o reemplazar el motor.

Cuando un motor está conectado a tierra, el devanado se cortocircuita con el núcleo laminado o con la estructura del motor. Esta situación se aplica tanto a los motores de superficie como a los sumergibles. El problema generalmente se encuentra en una ranura, donde el aislamiento de la ranura se ha roto.

El agua es la causa más común de un devanado conectado a tierra. Algunas causas de averías en el aislamiento de las ranuras son el sobrecalentamiento, los contaminantes conductores, los rayos, el tiempo, la presión de un ajuste apretado de la bobina, los puntos calientes causados por daños en la laminación (debido a una falla anterior del devanado) y el movimiento excesivo de la bobina.

Para obtener una lectura óptima en la prueba de resistencia de aislamiento de un motor trifásico, esta prueba se debe realizar con un megaohmímetro con un voltaje de prueba no menor de 500 VDC (para motores de 230 voltios) hasta 1000 VDC (para motores de 460 voltios), aunque un ohmímetro analógico con un Rx100,000 A menudo se utiliza la escala de ohmios. Cuando utilice un megóhmetro de alto voltaje de salida, tenga en cuenta que los dispositivos pueden producir voltajes impactantes peligrosamente altos; nunca los use conectando los cables a personas o animales.

Para obtener los mejores resultados, la prueba debe realizarse inmediatamente después de apagar el motor con el motor trifásico a su temperatura de funcionamiento o justo por debajo de ella. Obviamente, esto no es posible si el motor no funciona.

Las lecturas de resistencia de aislamiento para todos los tipos de motores trifásicos, voltajes de 0 a 1000 VCA, fase y HP deben cumplir con el estándar IEEE 43-200/43-2013 y, en general, estar dentro de los rangos que se muestran en la Tabla 1.

Las pruebas de resistencia de aislamiento para detectar problemas en motores trifásicos en funcionamiento deben realizarse al menos una vez al año para generar una base de datos histórica y rastrear la condición del motor para predecir una falla inminente mucho antes de que ocurra.

Una regla empírica general es que se cree que el sistema de aislamiento de un motor eléctrico está en buenas condiciones si la resistencia de aislamiento medida es mayor o igual a (≥) 10 000 000 ohmios.

Al verificar la resistencia de aislamiento de un motor, los valores serán casi idénticos para todas las lecturas, ya que el circuito se enruta por igual a través de los tres devanados y regresa al medidor.

Aunque es deseable una lectura de infinito (∞), generalmente no se puede lograr con la mayoría de los motores trifásicos. La resistencia de aislamiento debe ser de aproximadamente 1 megaohmio por cada 1000 voltios de voltaje operativo con un valor mínimo de 1 millón de ohmios (1 megaohmio).

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la resistencia de aislamiento mínima generalmente aceptada de 1 millón de ohmios puede no ser adecuada para muchas condiciones de servicio. Esto puede ser especialmente cierto para las instalaciones de motores/bombas sumergibles, ya que varias variables, como la conductividad del agua, el cable de caída de tensión y las corrientes de irrupción de arranque del motor, pueden causar disparos molestos de los disyuntores o sobrecargas. Por lo tanto, se pueden requerir valores mayores de resistencia de aislamiento para ciertas condiciones.

Prueba de resistencia del devanado del motor trifásico

El siguiente paso es comprobar la resistencia del devanado. La resistencia de los devanados proporciona una indicación de la condición y continuidad de los devanados. La prueba de la resistencia de los devanados generalmente se realiza con un ohmímetro con una configuración Rx1.

A diferencia de una prueba de resistencia de aislamiento, la resistencia del devanado variará con los caballos de fuerza, la fase, la conexión (triángulo o estrella) y el voltaje del motor trifásico.

Los valores de la resistencia del devanado variarán, pero generalmente están disponibles para todos los motores de los fabricantes de motores, hojas de datos técnicos o manuales de servicio.

Los tres devanados de un motor trifásico deben mostrar lecturas iguales con lecturas bajas pero no de 0 ohmios. Cuanto menor sea el HP del motor, mayor será esta lectura, pero no debe mostrar un circuito abierto y generalmente será de 30 ohmios o menos.

Cuando estos datos no están disponibles, se puede sustituir el uso de una regla empírica, ya que para la mayoría de los motores trifásicos, la lectura de rama a rama debe estar entre 0,30 y 2 ohmios. Si lee 0, es probable que haya un cortocircuito. Si la lectura es superior a 2 ohmios o infinita (∞), es probable que haya un circuito abierto.

Probar la resistencia del devanado de un motor a menudo puede revelar varios problemas del motor, incluido un devanado o giros en cortocircuito o conectados a tierra. Los giros en cortocircuito son causados por alambre de bobina mellado, picos de alto voltaje, contaminantes conductivos, devanados sobrecalentados, aislamiento envejecido y alambres de bobina sueltos y que vibran.

La mayor parte de la resistencia al flujo de corriente en un motor de CA la proporciona la reactancia inductiva. La resistencia del cable en un devanado es un pequeño porcentaje de la impedancia total del motor (es decir, la resistencia más la reactancia inductiva). La reactancia inductiva hace que cada giro sea significativo en la demanda de amperios del motor, ya que cada giro proporciona mucha más reactancia inductiva que resistencia.

Solo la resistencia del cable (es decir, el número de vueltas) dentro del bucle cerrado ahora se elimina del devanado de fase. Sin la demanda de amperios de la corriente circulante, la diferencia entre los amperios de la fase defectuosa y los de las fases normales disminuye. Una pequeña diferencia en la resistencia es todo lo que se necesita para identificar la fase defectuosa.

Tenga en cuenta que, si es posible, el rotor debe girarse durante esta prueba para eliminar su efecto. Las vueltas en cortocircuito en cualquier devanado de CA suelen ser visibles. Se carbonizan rápidamente debido a la alta corriente de circulación que se transforma en ellos.

Un cortocircuito de fase a fase es causado por la ruptura del aislamiento en los extremos de la bobina o en las ranuras. Este tipo de falla requiere rebobinar o reemplazar el motor. El voltaje entre fases puede ser alto. Cuando se produce un cortocircuito, se desvía una gran parte del devanado. Ambos devanados de fase generalmente se derriten, por lo que el problema se detecta fácilmente. Entre las causas de la ruptura de la interfase se encuentran los contaminantes, el ajuste apretado de las ranuras, la edad, el daño mecánico y los picos de alto voltaje.

Las bobinas que forman los polos de cada fase se superponen en todos los motores trifásicos. Una causa común de un devanado abierto son las orejetas de plomo de tamaño insuficiente. Las conexiones carbonizadas en la caja de conexiones (terminales) del motor son una indicación confiable de este problema.

Los devanados abiertos también son causados por espiras en cortocircuito, cortocircuitos de fase a fase, cortocircuitos de tierra a estructura, conexiones internas de bobina a bobina defectuosas, sobrecargas graves y bobinas dañadas físicamente. Estas fallas también requieren rebobinar o reemplazar el motor.

Un devanado abierto mostrará varios síntomas diferentes, según la conexión interna del motor. Un motor conectado en estrella con un devanado abierto probará de manera diferente a un motor conectado en delta. Un devanado de circuito único abierto será monofásico. Su potencia se reducirá a la mitad y el motor no arrancará. Si la conexión interna del motor es multicircuito, arrancará pero tendrá potencia reducida. Un circuito abierto hará que el circuito magnético se desequilibre. Por lo tanto, bajo carga normal, el motor funcionará más lentamente y se sobre calentará.

Exámenes visuales de motores trifásicos defectuosos

Siempre es importante identificar la causa real de los devanados quemados y no solo reemplazar el motor eléctrico. Los devanados del motor tienen apariencias diferentes a las situaciones de falla comunes, que incluyen rotura monofásica, sobrecarga, voltaje desequilibrado y picos de voltaje.

Una inspección visual de los devanados del motor a menudo puede ayudar a determinar la causa de la falla y desarrollar una solución. Dos de los problemas más comunes con los motores trifásicos son la sobrecarga y la monofásica.

El daño por picos de voltaje ocurre con mayor frecuencia en motores trifásicos controlados por variadores de frecuencia. Por lo tanto, verifique el voltaje aplicado lo más cerca posible del motor completamente cargado para verificar que los voltajes aplicados sean uniformes.

El desequilibrio de voltaje del motor no debe exceder el 5% del voltaje de línea. Para un motor de 460 voltios, eso es hasta 23 voltios de variación de línea a línea. Si no se puede leer el voltaje cerca del motor, considere la longitud del recorrido y el tamaño del cable para estimar la caída de voltaje real en el motor. Si los voltajes de línea a línea son los mismos pero el desequilibrio de corriente aún supera el 10 %, lo más probable es que el devanado esté en cortocircuito y el motor deba repararse o reemplazarse.

Guía de solución de problemas en motores trifásicos y pruebas de rutina

La prueba rutinaria de un motor eléctrico como parte de un programa de mantenimiento también reduce la posibilidad de fallas debido al calor excesivo. Muchos de los motores que se usan hoy en día están clasificados para un aumento de temperatura de 60 °C (140 °F). Cuando se combina con una temperatura ambiente de 40 °C (104 °F), la temperatura resultante del motor puede aumentar a 244 °F Esto está por encima del punto de ebullición del agua y puede provocar una falla prematura del motor, especialmente en casos con circulación de aire de enfriamiento inadecuada.

No juzgue la temperatura del motor simplemente sintiendo la superficie exterior con la mano. El tacto no es un sensor de calor confiable, ya que lo que se siente caliente para uno es genial para otra persona. Utilice métodos de prueba apropiados, como un sensor de calor infrarrojo, para encontrar puntos calientes dentro de los devanados del motor, ya que esos puntos calientes excesivos reducen la vida útil del motor.

Asegúrese de que los motores tengan la protección adecuada en su lugar. Esa protección debería incluir termostatos y protección contra sobrecargas. Solo un elemento de un plan de mantenimiento predictivo de motores eléctricos efectivo, estos dispositivos aseguran que el motor no esté funcionando con sobrecarga o temperaturas dañinas.

Los motores eléctricos suelen ser algunos de los activos más caros en una instalación, pero con el mantenimiento adecuado y el sentido común, extender su vida útil se vuelve un poco más fácil. Si quieres conocer más ejemplos de fallos comunes en motores eléctricos y cómo solucionarlos puedes suscribirte al newsletter de Tecnología para la Industria.