Mejorar la fiabilidad electromecánica con ESA

Figura 1. Averías comunes del motor (CF=Frecuencia central, RS=Velocidad de marcha, LF=Frecuencia de línea)

El análisis de firmas eléctricas (ESA) es una tecnología de mantenimiento predictivo (PdM) que utiliza la tensión de alimentación y la corriente de funcionamiento del motor para identificar fallos existentes y en desarrollo en todo el sistema del motor. Estas medidas actúan como transductores y cualquier perturbación en el sistema del motor hace que la corriente de alimentación del motor varíe (o module). Analizando estas modulaciones, es posible identificar la fuente de estas alteraciones del sistema motor. Las pruebas de motores energizados mediante ESA proporcionarán información valiosa para motores de inducción de CA y CC, generadores, motores de rotor bobinado, motores síncronos y motores de máquinas herramienta utilizados para pruebas de PdM, puesta en servicio y resolución de problemas.

Las formas de onda de corriente y tensión se recogen utilizando el instrumento portátil ALL-TEST PRO On-Line II™ (ATPOL II™) ESA, que funciona con pilas, y a continuación, mediante un análisis Fast Fourier, el técnico puede evaluar el estado tanto eléctrico como mecánico del sistema del motor.

Todos los fallos del sistema del motor (ya estén relacionados con la potencia de entrada, la electricidad o la mecánica del motor, el acoplamiento mecánico o la carga accionada) tendrán firmas únicas cuando se utilicen técnicas de ESA (véase la figura 1). Por lo tanto, con información sobre el motor y el sistema del motor, se identifican las frecuencias de fallo relevantes y se puede evaluar todo el sistema.

En los dominios de tiempo y frecuencia se revelan numerosas indicaciones de rendimiento que proporcionan la información necesaria para determinar la “salud” del motor y el impacto de la carga suministrada. Esto permite “ver” realmente la velocidad de funcionamiento real, la frecuencia de deslizamiento del motor, la frecuencia de engrane de los engranajes, los componentes del tren de transmisión y las velocidades de rotación de los engranajes.

Las transformadas rápidas de Fourier (FFT) se utilizan para crear espectros de alta y baja frecuencia. Los picos de estos espectros corresponden a las velocidades de rotación de los distintos componentes de la máquina. Por ejemplo, en el caso de un ventilador accionado por un motor eléctrico a través de una correa, los picos corresponden a la velocidad del motor, la frecuencia de paso de los polos, la velocidad del ventilador y la velocidad de la correa. Si se utiliza una caja de engranajes en lugar de una transmisión por correa, aparecerán picos espectrales en la velocidad de rotación de los engranajes y en las frecuencias de engrane de los engranajes.

Realización de análisis de firmas eléctricas

Los datos de la placa de características no son necesarios durante el proceso de recopilación de datos, pero puede realizarse un análisis automático introduciendo la tensión de la placa de características del motor, la velocidad de funcionamiento, la potencia nominal y la corriente a plena carga durante el proceso de análisis. Entre los fallos habituales del sistema mecánico entre el motor y la carga debidos al desgaste y la aplicación se incluyen la desalineación de la correa o del accionamiento directo, el desgaste de la correa o del inserto, los problemas de tensión de la correa y el desgaste de la polea. La carga puede presentar numerosos tipos de fallos en función del tipo de carga. Las más comunes son las piezas desgastadas (por ejemplo, juntas), los componentes rotos (engranajes, ventilador, aspas del impulsor, etc.) y los cojinetes.

El software ESA permite al técnico introducir información sobre el sistema mecánico (véase la figura 2) y, a continuación, se calculan automáticamente las frecuencias pertinentes (el software proporciona cursores para localizar estas frecuencias dentro de los espectros). El análisis de los equipos accionados incluye los equipos con correas, engranajes y palas. Tenga en cuenta que la información del sistema mecánico no es necesaria para el análisis eléctrico y mecánico del motor y sólo es relevante cuando es necesario analizar la carga mecánica.

Figura 2. El software de análisis de firmas eléctricas automatiza los cálculos y proporciona cursores de frecuencia

Como ejemplo, veamos los datos de baja frecuencia de un ventilador de colector de polvo 1 accionado por un motor de inducción de 150 kilovatios, 400 voltios, 260 amperios y 1.485 RPM (véase la figura 3). Fíjese en el pico BLT: es la frecuencia o velocidad de la cinta. Hay múltiplos del BLT, que se muestran en ambos espectros. Los espectros inferiores muestran el pico de frecuencia de línea y que hay bandas laterales a ambos lados de la frecuencia de línea que están en la frecuencia BLT. El hecho de que las frecuencias de banda estén presentes, especialmente a 4,3 amperios, es significativo. Las bandas laterales se evalúan por el hecho de estar presentes. Además, es múltiplo de la frecuencia de la correa, por lo que sospecho que hay algún problema con este colector. Sin embargo, el técnico que recopiló estos datos y realizó el análisis inicial optó por supervisar esta máquina en lugar de realizar más inspecciones o pruebas.

Figura 3. Este ventilador colector de polvo está accionado por un motor de inducción de 150 kilovatios, 400 voltios, 260 amperios y 1485 RPM.

También se probó una máquina hermana, el ventilador colector de polvo 2. En la Figura 4, observe que la carga del motor es inferior a la del ventilador 1 (194 A frente a 220 A), aunque el pico de BLT es de 8,3 A; mientras que el ventilador 1 sólo tenía un pico de 4,3 A. A partir de esta prueba inicial, no podemos concluir que se trate de un problema grave, sino que es una señal de advertencia de que algo es diferente en esta máquina en comparación con la primera.

Figura 4. Resultados de las pruebas del ventilador del colector de polvo 2.

Dado que estos datos se han tomado durante la fase de detección del proceso de trabajo PdM, el siguiente paso es iniciar la fase de análisis. Como parte de la fase de análisis, el técnico realizó una rápida inspección visual de ambas máquinas y observó que la correa del ventilador 2 tiene un movimiento excesivo en comparación con la del ventilador 1. El siguiente paso es realizar un trabajo adicional que puede incluir la toma de datos adicionales con la ESA o la incorporación de otros instrumentos como parte de la Fase de Análisis.

Conclusión

El motor eléctrico es un transductor excelente para el análisis de firmas eléctricas, ya que permite evaluar la potencia de entrada, el estado eléctrico y mecánico del motor y la carga accionada. Cuando se trata de la calidad de la energía, los controles, el estado del estator y del rotor, los entrehierros, los cojinetes, la alineación y la carga, es posible detectar un fallo en desarrollo y realizar un seguimiento con fines de mantenimiento predictivo, pero primero debe contar con el equipo adecuado para realizar el análisis de firmas eléctricas.

Este artículo de aplicación es la primera parte de una serie de tres sobre el uso de la ESA para evaluar el estado de los sistemas mecánicos accionados por motor.

Para más información, visite www.alltestpro.com.

Acerca de ALL-TEST Pro, LLC

ALL-TEST Pro cumple la promesa de un verdadero mantenimiento del motor y solución de problemas, con innovadoras herramientas de diagnóstico, software y soporte que le permiten mantener su negocio en funcionamiento.