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Manteniendo la eficiencia
del motor eléctrico durante su reparación
Por Ing. Oscar Núñez M., Profesor U. de Costa Rica, y estudiante Dr.-Ing. Eléctrica U. de Chile, e Ing. Julio Sepúlveda N., Gerente de Operaciones en Ferroman S. A., Chile. oscarnunezmata@gmail.com julio.sepulveda@ferroman.cl
Cuando falla un motor -elemento fundamental en diversas aplicaciones-, es generalmente reparado y puesto de nuevo en servicio para afectar lo menos posible las actividades productivas. Se requiere de un tratamiento adecuado durante la reparación para mantener su eficiencia, especialmente en aquellos motores clasificados como de “eficiencia mejorada”.
Fotos Gentileza Ferroman S.A.

Las posibles causas de falla en motores se pueden clasificar en tres categorías: mecánicas (41%), eléctricas (37%) y otras (22%). Las primeras se asocian principalmente con rodamientos y descansos, los cuales fallan principalmente por contaminación, mala lubricación, malos montajes y desalineamiento. En tanto, las fallas eléctricas predominan en los devanados de estator o rotor, las que se originan por problemas térmicos, contaminación y condiciones inusuales del servicio eléctrico. Finalmente, en otras causas se incluyen fallas en el rotor, el eje o en la estructura del motor. La Figura 1 muestra algunas fallas típicas en devanados.

Considerando la prevalencia y consecuencias de los modos de falla mencionados, junto con los efectos potenciales de los métodos de reparación, se recomienda enfocar los esfuerzos en mantener (o mejorar) la eficiencia del motor.

Por ejemplo, cuando se presenta un cortocircuito en el devanado de estator, la configuración y magnitud de la falla determinará las consecuencias sobre la eficiencia. En caso que se alcance el núcleo laminado (chapas), y se produzca un daño considerable, el centro de servicio deberá realizar distintos ensayos (como la prueba de pérdidas) para constatar la viabilidad de la reparación. Para esto, se necesitará de interpretación especializada y técnicas idóneas para controlar la afectación sobre la eficiencia.

En general, las buenas técnicas de reparación incluyen:

(i) Prácticas de rebobinado, tales como remoción de las bobinas dañadas, configuración y modificación de devanados, procesos de impregnación, y selección de materiales.

(ii) Verificación y reparación de los núcleos de chapas.

(iii) Verificación y reparaciones mecánicas.

(iv) Selección de partes de repuesto, como rodamientos y ventiladores.


Distribución de pérdidas en motores eléctricos

Un motor eléctrico es una máquina que convierte potencia eléctrica en potencia mecánica por medio de la acción de los campos generados en los devanados. No obstante, en todo proceso de transformación de energía se producen diferencias entre la potencia de entrada y salida, lo que se conoce como pérdidas. En máquinas eléctricas se distinguen tres tipos: eléctricas, magnéticas y mecánicas. Algunas varían con la carga, y otras no, y permanecen constantes durante la operación.

La distribución típica de pérdidas de un motor de baja tensión de propósito general, 4 polos, puede alcanzar lo siguiente:

(1) Magnéticas: 16%.

(2) I2R en estator: 33%.

(3) I2R en rotor: 15%.

(4) Fricción y ventilación: 14%.

(5) Indeterminadas: 22%.

Figura 1. Detalle de fallas en devanados de motores eléctricos.

Al entender en qué consiste cada una de estas, se podrá comprender dos elementos importantes sobre el tema de eficiencia:

1. ¿Cuál ha sido la estrategia seguida por las entidades que definen estándares de fabricación, así como las prácticas de los fabricantes para cumplir con las exigencias?

2. ¿Cómo se puede afectar la eficiencia de un motor a lo largo de su vida útil, y, por ende, durante su reparación y mantención?

Por ejemplo, la Figura 2 muestra un núcleo de chapas con un daño por un cortocircuito. Con esto, se afectará directamente las pérdidas magnéticas, y tendrá un afecto indirecto sobre la aislación (produce una región con excesivo calor o punto caliente), si se repara el motor sin tratar este daño en las chapas.


Métodos y prácticas de reparación que afectan las pérdidas

Cuando un motor falla, hay una clasificación para el nivel de reparación, definidos como:

Nivel 1: Mantención básica, con reemplazo de rodamientos y limpieza.

Nivel II: Nivel I + limpieza de devanados y reparación de asientos de rodamientos.

Nivel III: Nivel II + rebobinado.

Nivel IV: Nivel III + reparación de chapas o reemplazo del eje.

Nivel V: En este nivel, no se recomienda la reparación, pero sí por circunstancias especiales (por ejemplo, problemas con el tiempo de entrega).

Sin importar el nivel de la reparación, las pérdidas se pueden afectar según lo siguiente:

(1) Magnéticas: pérdidas en los núcleos de chapas debido a la histéresis de magnetización y corrientes parásitas. Varían aproximadamente con el cuadrado de la tensión de entrada. Pueden incrementarse si se sobrecalientan las chapas durante la extracción del alambre; por daños mecánicos, y por cambios en la densidad de flujo (por ejemplo, por modificación en el devanado).

(2) I2R en estator: pérdidas en los devanados del estator por calor. Pueden incrementarse si se disminuye la sección del alambre; aumenta el tamaño de las cabezas de bobina, y por cambios en las configuraciones del devanado.

Figura 2. Muestra de un núcleo de chapas con daño severo.

(3) I2R en el rotor: pérdidas en los devanados/barras del rotor por calor, se incluyen las pérdidas de contacto de escobillas en motores de rotor devanado. Pueden incrementarse por daños en las chapas o barras; mecanizado del rotor; y por cambios en la densidad de flujo.

(4) Fricción y ventilación: pérdidas por fricción en rodamientos y dispositivos de enfriamiento. Pueden incrementarse si hay cambios en rodamientos o mal montaje; mala lubricación; inclusión de retenes y sellos; modificación incorrecta del ventilador, y cambios en los ductos de enfriamiento.

(5) Indeterminadas: son producidas por corrientes armónicas. Los factores que las afectan incluyen:

Geometría de la ranura (propio del diseño).

Número de ranuras (propio del diseño).

Dimensiones del entrehierro (propio del diseño).

Procesos de manufactura, los que tienen que ver con el tamaño y forma de la bobina, tipos de devanado, y otros.

Pueden incrementarse si el entrehierro presenta defectos, como no uniformidad por excentricidad, o modificaciones; y cambios en el tipo del devanado.


Conclusión

El problema de la reparación de motores requiere asegurar que el nivel de eficiencia no se reducirá durante su intervención o reparación, especialmente en motores clasificados como de eficiencia mejorada (Alta Eficiencia-IE2, Eficiencia Premium-IE3, Eficiencia Super Premium-IE4), esto requerirá de buenas prácticas de reparación y mantención.

Julio 2017
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