Monitoreo de condiciones de motores eléctricos: Monitoreo online de potencia

El monitoreo de condiciones de motores eléctricos es fundamental considerarlo dentro de cualquier programa de mantenimiento predictivo o correctivo, ya que permitirá obtener información de soporte sobre la causa raíz de los problemas relacionados con calidad de la energía, como armónicos, baja o alta tensión y situaciones de desequilibrio de tensión. También se pueden identificar posibles fallas con la barra del rotor, cojinetes, desalineación y otros.

Como bien sabemos, los motores de inducción (IM) están diseñados para funcionar en condiciones excelentes condiciones de energía, voltaje nominal, equilibrado y sin distorsión de frecuencia nominal., sin embargo, rara vez se encuentran en aplicaciones del mundo real. Los voltajes trifásicos de estado estable difieren en el nivel de voltaje, balance de voltaje o distorsión de voltaje de condiciones óptimas.

Predecir las fallas inminentes del motor requiere conocimiento, experiencia y tantas herramientas como sea posible utilizar, mientras más instrumentación tenga disponible un técnico y utilice adecuadamente más probable será que él o ella pueda predecir la salud y longevidad de los activos en uso. El monitoreo de motores eléctricos y variadores de frecuencia industriales se ha convertido en una herramienta vital con dos facetas a considerar para obtener un diagnóstico exitoso:

• Pruebas fuera de línea
• Monitoreo online de potencia.

En este artículo, centraremos la información en el monitoreo online de potencia, debido a que se ha convertido en la herramienta elegida por muchos profesionales de mantenimiento porque es seguro, rápido y no intrusivo, además proporciona una enorme cantidad de información en un informe. Los evaluadores en línea pueden localizar problemas eléctricos y muchos problemas mecánicos que de otra manera no se pueden diagnosticar.

3 aspectos del monitoreo de condiciones de motores eléctricos: monitoreo online de potencia

1. Nivel de voltaje

Los niveles de voltaje por encima del 100% nominal introducen componentes de corriente de magnetización más grandes y reducen la corriente general a nivel del motor, por lo que la eficiencia operativa del motor de inducción suele aumentar ligeramente disminuyendo así el factor de potencia operacional.

Tal y como se demuestra en la siguiente gráfica, una condición de sobretensión suave crea una mayor inclinación en el perfil de deslizamiento de torsión del motor cuando se aumenta efectivamente la velocidad de operación.

A la inversa, un voltaje operacional más pequeño resulta en un aumento severo de la corriente del estator, que a su vez introduce un rápido incremento de las pérdidas resistivas, temperatura y una caída de eficiencia. Es importante tener claro que las temperaturas de los motores son la causa más común de la degradación del aislamiento y la falla de los motores de bajo voltaje.

Y los sobrevoltajes representan esfuerzos de aislamiento adicionales insignificantes, pero disminuyen considerablemente el factor de potencia. Las condiciones de bajo voltaje son una fuente de aumentos bruscos de la temperatura y una disminución notable de la eficiencia del motor; aquí tienes 5 claves del monitoreo del consumo energético de líneas de producción que te permitirán medir el rendimiento de tus sistemas.

2. Desequilibrios de tensión

Las condiciones variables de voltaje desequilibrado se pueden traducir matemáticamente con el uso de un componente que intente girar el rotor en sentido de giro opuesto. Los desequilibrios de voltaje relativamente pequeños son la fuente de una corriente significativa que desequilibra y genera aumentos sustanciales de calor en el motor.

Existe una medida muy útil de carga térmica que se debe conocer y forma parte del monitoreo de condiciones de motores eléctricos para confirmar si el motor está funcionando en su nivel térmico óptimo y es el factor de servicio efectivo (ef. S.f.), el cual es igual al porcentaje de carga dividido por la cifra de reducción de NEMA y debe ser igual a uno (1.0)

Un factor de servicio efectivo mayor que uno significa que un motor está operando a un nivel por encima de su límite térmico (teniendo en cuenta el hecho de que las condiciones nominales son las de temperatura ambiente normal y enfriamiento). Esta combinación de porcentaje de carga con la cifra de reducción de NEMA genera valores térmicos.

Los desequilibrios de voltaje dentro de un sistema de distribución en plantas industriales suelen ser elevados, debido a las cargas monofásicas típicas de dichas plantas lo que puede causar pérdidas de calor adicionales localizadas y el calentamiento en una fase, esto envejece la vida útil del aislamiento.

3. Distorsiones de voltaje

La distorsión de voltaje ocurre cuando cualquier componente del voltaje tiene una frecuencia diferente a la frecuencia fundamental (60 Hz) y la contaminación armónica se genera a menudo por cargas no lineales, como los rectificadores. NEMA definió un gráfico de reducción 4 que acomoda el calor adicional generado por las corrientes armónicas en el motor que es similar al balance de voltaje.

Realizando las pruebas para el monitoreo de condiciones de motores eléctricos de cinco caballos de fuerza (5 HP) a una carga del 80 por ciento se pudo observar que los niveles más bajos de distorsión son necesario para superar el umbral del factor de servicio efectivo de 1.0 bajo niveles de carga más altos.

Las condiciones de energía en estado estable pueden diferir en el nivel de voltaje, balance de voltaje o distorsión de voltaje en la placa de identificación. Cada una de estas tres condiciones se incrementó y probó en un motor de 5 hp con una carga constante del 80 por ciento, lo que se permitió comprobar lo siguiente:

• El aumento de los niveles de voltaje reducirá las corrientes.
• Aumentará la eficiencia (ligeramente).
• Reducirá sustancialmente el factor de potencia.

Los desequilibrios leves de voltaje pueden causar desequilibrios de corriente mucho más grandes y causan condiciones de corriente sobrevaloradas en una fase singular. El monitoreo de condiciones de motores eléctricos instantáneo de par reveló que la banda de ondulación tiene un componente proporcional al desequilibrio de tensión.

La distorsión de voltaje también está vinculada a un factor de servicio efectivo, pero con menos sensibilidad que el desequilibrio, pero la combinación de niveles de desequilibrio y distorsión define la cifra total de reducción de NEMA. Con el monitoreo de condiciones de motores eléctricos además de definir áreas problemáticas relacionadas con la electricidad, ahora también se pueden diagnosticar muchos problemas mecánicos que incluyen fallas en los cojinetes, desequilibrios, flojedad mecánica, física y excentricidad.

Toda esta capacidad brinda soporte al enfoque del ingeniero de confiabilidad para mantener una operación segura, efectiva y productiva. Al igual que con cualquier técnico de campo un técnico de confiabilidad necesita la capacitación y la educación adecuada para diagnosticar y utilizar los datos dinámicos de las pruebas con éxito.

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