La medición de armónicos, niveles de voltajes y sus desbalances son, entre otras variables, muy importantes para detectar problemas que podrían provocar un sobrecalentamiento en el motor, aun sin presencia de sobrecarga. Una disminución del voltaje nominal de alimentación generará un incremento en los niveles de corriente que necesitará el motor para entregar la potencia nominal, elevando la temperatura y deteriorando el aislamiento del mismo. De igual modo, un desbalance en los voltajes de alimentación también generará calor en el motor debido a corrientes de secuencia negativa en el estator.

La norma NEMA MG-1 30.1 explica los efectos de la combinación de motor-accionamiento (variador de velocidad), indicando que la presencia de armónicos -los cuales incrementan las pérdidas eléctricas- elevan la temperatura, reducen la eficiencia y la vida útil del aislamiento. Muchos equipos que miden armónicos se concentran sólo en el cálculo de componentes múltiplos de la frecuencia fundamental (Total Harmonic Distortion, THD). Sin embargo, los variadores de velocidad realizan conmutaciones a altas frecuencias introduciendo distorsiones en las formas de onda, cuyas componentes se encuentran ubicadas "entre" los múltiplos de la frecuencia fundamental (interarmónicos).

El cálculo de la distorsión total (TD) cuantifica el efecto de las componentes fundamentales y no-fundamentales (interarmónicas). En las Figuras 1 y 2 podemos ver ejemplos de las mediciones de THDv y TDv, destacándose que, en un mismo motor, los valores THDv son mínimos, mientras que los TDv se encuentran en niveles muy elevados.

Figura 1.

Figura 2.

Rendimiento del motor

Las mediciones de corrientes, voltajes y potencias no son suficientes para determinar una sobrecarga en el motor. La norma NEMA MG-1 II 14.36 especifica el nivel de carga permitido ante la presencia de desbalances de voltajes en la alimentación al motor. El cálculo del Factor de Servicio Efectivo (Eff.s.f.) identifica los niveles apropiados de carga para evitar sobrecalentamiento en los devanados. Un incremento de 10ºC en la temperatura reduce a la mitad la vida útil del aislamiento del motor (IEEE 43-2000) (ver Figura 3).

Figura 3. Ejemplo de cómo se detecta un motor trabajando
con sobrecalentamiento de acuerdo a su nivel
de carga y el factor de demérito de NEMA.

Es importante el análisis del arranque de los motores eléctricos con diversos tipos de configuraciones o durante el uso de dispositivos electrónicos (arrancadores suaves), y se debe efectuar una medición de las tres señales de voltajes, las tres corrientes y el torque durante las partidas. Estas señales se obtienen durante la medición de transitorios y nos pueden revelar problemas en la programación de dispositivos (contactores y relés), altas resistencias de contacto, uso de cables de diámetros inadecuados, fallas internas en los arrancadores suaves o problemas asociados entre el motor y la carga, los cuales podrían aumentar el stress mecánico y eléctrico, provocando aumento de temperatura y deterioro del aislamiento del motor. Las Figuras 4 y 5 muestran un ejemplo de la detección de fajas o correas sueltas en el acople de un motor con su carga, mediante la visualización de las señales de las tres corrientes y el torque.

Figura 4.

Figura 5.

Análisis de la carga

Una herramienta eficaz para diagnosticar problemas asociados a la carga es la adquisición del espectro de torque, ampliamente más eficaz que uno de corriente. Las variaciones de torque indican problemas con la correcta operación del motor y/o carga. Es importante analizar las mediciones instantáneas y compararlas con su histórico (tendencias), siendo el rizado de torque la forma instantánea de encontrar problemas asociados con la carga (ver Figura 6).

Figura 6. Una señal de torque en una bomba con cavitación, y otra sin problemas.

Finalmente, existen otras herramientas muy importantes para diagnosticar problemas en motores en servicio. Si el motor trabaja con un variador de velocidad, necesitaremos adquirir las señales de Torque y Velocidad v/s Tiempo, así como el Voltaje y Frecuencia v/s Tiempo. Si es necesario realizar un monitoreo continuo, debemos escoger correctamente las variables que podrían afectar el desempeño del motor (en las Figuras 7 y 8 se pueden apreciar algunos ejemplos).

Figura 7.

Figura 8.