Deterioro eléctrico y mecánico en motores eléctricos

A partir de la identificación, estudio y análisis de los modos de falla asociados a los motores eléctricos se pueden identificar cada una de las posibles causas de parada de dichos equipos, y en este sentido nos permite orientar nuestra atención en las estrategias o medidas que se deben tomar y ejecutar para evitar su ocurrencia.

En motores eléctricos se tienen identificados principalmente dos grandes grupos de fallas, uno asociado a deterioros mecánicos y el otro es el correspondiente a deterioros eléctricos.

Dentro de las principales partes o piezas constructivas que conforman un motor eléctrico están el rotor, el estator, la carcasa, las bobinas, el ventilador, la placa de bornes, el eje y los rodamientos, siendo estos dos últimos los más vulnerables a deterioros mecánicos.

Los rodamientos son la parte de desgaste del motor y son los que soportan esfuerzos, ya sean axiales, radiales, o una combinación de ambos. En este sentido, el daño en rodamientos representa el modo de falla más frecuente en esta clase de máquinas rotativas, con un porcentaje mayor al 40%.

Antes que se presente una falla en los rodamientos, en el motor eléctricos se presentan una serie de síntomas que nos advierten de la existencia de una falla potencial en desarrollo, y si se revisa el objetivo, misión y responsabilidad del personal de mantenimiento se encontrará que identificar dichos síntomas lo más temprano posible, dentro del periodo de evolución de la falla, es mandatorio en la meta de garantizar confiabilidad y disponibilidad en la operación.

Dentro de esa sintomatología encontramos:

  • Altas vibraciones
  • Altas temperaturas
  • Alto ruido
  • Sobrecorrientes

Para cada uno de estos síntomas existen técnicas de mantenimiento basado en condición, que nos permiten evaluar su nivel de afectación, el estado de desarrollo de la falla y que tan crítica es su condición. Técnicas como Análisis de Vibraciones Mecánicas, Termografía y Ultrasonido, nos brindarían un diagnóstico certero sobre como y cuando intervenir el activo.

Las principales causas para que se dé un acelerado deterioro, desgaste prematuro y falla en rodamientos son:

  • Desbalanceo mecánico de la carga: Hace referencia a sobre esfuerzos axiales localizados en un punto o varios, del rodamiento y eje del motor generados por la carga (ventilador desbalanceado, distribución de pesos no uniforme con respecto a su giro, acople por peleas, etc.) 
  • Alineación deficiente: Alineación hace referencia a la colocación o disposición en línea recta y concéntrica de una serie de elementos (ejes), las líneas centrales de sus ejes coincidentes entre sí, en donde no se generan sobre esfuerzos adicionales a los propios del giro natural. Cuando la alineación es deficiente se generan cargas adicionales en los rodamientos, alojamientos y cojinetes, acelerando así su desgaste natural. 
  • Excentricidad: se presenta cuando el espacio entre el rotor y el estator no es uniforme a lo largo de sus 360°. Se presenta excentricidad por diferentes motivos, algunos de ellos asociados a fallas de fabricación y ensamble del motor, y otras a los sistemas de accionamientos acoplados al eje del motor (correas, poleas, cargas mecánicamente desbalanceadas).
  • Carga excesiva: Hace referencia a carga mecánica que sobre pasa los límites de diseño de la instalación y que genera estrés mecánico superior al máximo tolerable, que se traduce en rompimiento de piezas o acelerado deterioro de los equipos.
  • Defectos de los alojamientos, ajuste incorrecto: El alojamiento hace referencia al lugar donde van ubicados los rodamientos del motor, en donde el ajuste entre ambos (rodamiento + alojamiento) debe ser el correcto, ni con mucha holgura que haga que el rodamiento patine, ni tampoco muy justo que impida la expansión por dilatación del mismo. Un mal ajuste de los alojamientos se traduce en daño prematura de los rodamientos, del eje e incluso de las mismas tapas.
  • Montaje defectuoso del motor: Una de las labores con mayor nivel de importancia es el montaje del motor, por cuanto de él depende que la base del motor quede perfectamente colocada sobre el pedestal o sobre el lugar en donde va a ser fijado, y que durante la operación de la máquina no se generen sobre esfuerzos nocivos sobre sus partes móviles.
  • Lubricación inadecuada (exceso o ausencia, contaminación): Dentro de la amplia gama de rodamientos, existen rodamientos auto – lubricados y otros que requieren de lubricación externa periódica, en este último caso, el exceso de lubricación, su ausencia y el uso inadecuado del tipo de lubricante se traduce en daño del rodamiento e incluso del motor.
  • Erosión Eléctrica: Se refiere a pequeñas descargas eléctricas, arcos eléctricos, que se presentan por anomalías en el circuito magnético del motor o por factores externos en su accionamiento, como por ejemplo variadores de frecuencia, y cuya vía de descarga a tierra es a través de los rodamientos. 
  • Transporte y almacenamiento (periodos de no operación prolongada) inadecuado. Durante el transporte de los motores eléctricos, se deben inmovilizar y proteger las partes móviles (eje) para evitar daños durante su movilización. Si el motor va estar inoperante por largos periodos de tiempo, se deben colocar resistencias de calentamiento para evitar que se genere humedad al interior de las bobinas, y periódicamente rotar el eje para que el peso del eje no descanse siempre sobre la misma parte del rodamiento. De no realizar estar actividades o no acoger estas recomendaciones, se puede presentar falla de motor al momento de su energización.
  • Instalación y montaje de los rodamientos de forma incorrecta: El mantenimiento y cambio de rodamientos se debe ejecutar con personal entrenado y capacitado, haciendo uso de las herramientas idóneas, para así evitar daños durante el montaje por malas prácticas, e impericia del personal

Continuando con el análisis del deterioro mecánico en motores eléctricos, revisemos ahora el eje. El eje es un elemento constructivo destinado a guiar el movimiento de rotación a una pieza o de un conjunto de piezas, como una rueda o un engranaje. El modo de falla de un eje está representado básicamente en rompimiento o fractura del eje y los principales síntomas que se dan en el motor antes de que se materialice la falla o se llegue a la falla funcional son:

  • Altas vibraciones
  • Altas temperaturas
  • Sobre corrientes

Algunas de las causas de falla en el eje son semejantes a las causas de falla de los rodamientos, las cuales se explicaron anteriormente. Las principales causas para que se dé un acelerado deterioro, desgaste prematuro y falla en el eje son:

  • Desbalanceo de la carga
  • Alineación deficiente
  • Excentricidad
  • Carga excesiva – Rotor Bloqueado: Hace referencia a carga mecánica que sobre pasa los límites de diseño de la instalación y que genera estrés mecánico y eléctrico superior al máximo tolerable, que se traduce en rompimiento de piezas o acelerado deterioro de los equipos. En este caso, de no tener las protecciones del motor muy bien ajustadas, se puede presentar daño severo, no solamente en el eje sino en todo el activo.
  • Montaje defectuoso del motor

Continuaremos con el análisis de las fallas y deterioros eléctricos en la próxima edición de La Nota Energética.

 

Ing. César Espitia Pineda
Líder de Confiabilidad
Transequipos S.A.

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