jueves, febrero 2, 2023

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna

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Es importante realizar un acertado diagnóstico en línea de motor de corriente alterna para detectar la presencia de fallas incipientes tanto mecánicas como eléctricas.

Se trata de una prueba de diagnóstico de motores que a fin de cuentas proporciona un real conocimiento del estado del motor.

1. Diagnóstico de falla en linea de un motor de corriente alterna

El presente trabajo está orientado al análisis predictivo eléctrico mediante la técnica de monitoreo dinámico de motores eléctricos.

Esta técnica permite analizar a través de los parámetros de tensión, corriente, frecuencia y otros datos de placa para poder diagnosticar en el motor posibles problemas en cada una de las zonas de falla identificadas en motores.

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 01
Muestra las zonas de falla utilizadas para el análisis dinámico

Así mismo evaluar la calidad de suministro eléctrico, Circuito de Potencia, Estator, Rotor y Entrehierro.

2. Antecedentes

En el presente año se comenzó añadiendo uno a uno los activos de los diferentes motores eléctricos para la inspección dinámica, en esta oportunidad se creó el activo para monitorear el compresor de aire del área de Acero Dimensionado (Acedim) que es el único equipo se encarga de suministrar aire a todas las maquinarias relacionadas a la producción de estribos y barras de construcción de diferentes medidas.

Previamente de acuerdo al programa predictivo se realiza monitoreo de vibraciones e inspección termográfica. Según los resultados obtenidos en la inspección termográfica se encontró inicialmente delta entre los 2 cables de alimentación al motor de corriente alterna.

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 02
Muestra termogramas en zona de conexión
Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 03
Muestra resumen de fallas en motores eléctricos

Un informe del Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica (IEEE) estudio las fallas de los motores eléctricos indicando que el 37% de fallos están relacionados con problemas en el bobinado del estator, barras del rotor, causas de suministro eléctrico y carga de operación, los cuales se posicionan dentro de alguna (as) de las seis zonas de falla, antes mencionadas.

3. Análisis del problema

Anteriormente se había quemado un motor de igual potencia por razones que no se investigaron, se necesitaba un corte de energía que es una vez por año para el mantenimiento preventivo de rutina que incluye medir resistencia de bobina, aislamiento del motor de corriente alterna, reajuste del circuito de fuerza y cambio de contacto de los contactores.

Como registro histórico se tiene una parada general de la planta de Acero Dimensionado por 1 día dado que no se tenían motor en stand by.

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 04
Muestra compresor de aire Vcc 200.

4. Inspección predictiva

Mediciones se realizaron con maquina operando por encima del 70% de carga según recomendaciones del fabricante del equipo de inspección, pruebas fueron realizadas basándose en los siguientes datos de placa:

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 05
Muestra detalle de datos de placa de motor compresor Planta de Acero dimensionado

4.1 Test de análisis fasorial inicial

El inicio de las pruebas dinámicas empieza con la visualización del diagrama fasorial en el que se detalla la alimentación eléctrica según norma IEEE 1547 y el desfasaje entre las tres fases de tensión y corriente, día 09 de enero 16:38 hrs.

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 06
Muestra análisis fasorial

4.2 Test de análisis del circuito de potencia

Mediante esta prueba se busca analizar la zona de calidad de energía, el estado de todos los conductores, conexiones eléctricas, cajas de paso y empalmes hasta la llegada de la caja de borneras incluido motor de corriente alterna, un circuito de potencia con fallas podría ocasionar desequilibrio en tensión como en corriente, secuencias de corriente, en medida de aumento de la severidad decaerá la potencia y habrá un aumento de temperatura de la máquina según recomendaciones norma NEMA, IEEE 519, IEEE 1547, EPRI ().

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 07
Muestra resultados de análisis de circuito de potencia de los parametros según entándares
Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 08
Muestra espectro de voltaje en dominio del tiempo
Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 09
Muestra espectro de corriente en dominio del tiempo

4.3 Test de análisis de demodulación de la onda corriente

Esta prueba consiste en la captura de la señal de corriente por espacio de 68 segundos, eliminando la señal de frecuencia para el análisis de las variaciones repetitivas de carga, con esta prueba principalmente se obtiene la velocidad real del motor de corriente alterna.

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 10
Muestra onda demodulada de corriente con amplitudes y en escala RPM
Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 11
Muestra análisis de evaluación de rotor muestra frecuencia fundamental sin presencia de bandas laterales de la frecuencia de paso de polos en amplitudes que no evidencian problemas de barras rotas

4.4 Test de análisis de evaluación de rotor

Prueba de análisis de Rotor consiste en obtención de datos por espacio de 34 segundos de la corriente trifásica que consume el motor, con este test se puede analizar la condición del rotor de jaula de ardilla de un motor de corriente alterna, luego mediante la FFT se obtiene un espectro para ser analizado esperando encontrar los picos de las bandas laterales respecto a la frecuencia de paso de polos con amplitudes por encima de lo recomendado.

4.5 Test de análisis de excentricidad

Prueba de excentricidad consiste en el análisis del entrehierro es decir el espacio entre el rotor y el estator analizando las amplitudes de las bandas laterales que aparecen alrededor de la frecuencia de excentricidad, esta prueba nos permite monitorear en el tiempo la severidad de la excentricidad, ayudando a monitorear la condición en el tiempo.

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 12
Muestra análisis de excentricidad sin evidencia de problemas relacionados al entre hierro

5. Pruebas dinámicas después de una intervención

5.1 Test de análisis fasorial

El inicio del diagnóstico y pruebas dinámicas es con la visualización del diagrama fasorial en el que se detalla la alimentación eléctrica según norma IEEE 1547 y el desfasaje entre las tres fases de tensión y corriente, día 09 de enero 18:27 hrs.

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 13
Muestra análisis fasorial después de intervención

5.2 Test de análisis del circuito de potencia

Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 14
Muestra resultados de análisis de circuito de potencia de los parámetros después de corrección
Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 15
Muestra espectro de voltaje en dominio del tiempo despues de la intervención
Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 16
Muestra espectro de corriente en dominio del tiempo después de intervención

6. Conclusiones y recomendaciones

  • Mediciones se realizaron desde el tablero eléctrico a la salida de Contactores, con ello se consigue analizar  el diagnóstico del motor la corriente de línea.
  • Se evidenció desequilibrio de corriente de 26.99%, teniendo un mayor consumo en la fase 2 (176.86 Amp.) luego de la intervención desequilibrio de corriente fue de 1.63%, teniendo un mayor consumo en la fase 3 (152.93 Amp.) encontrándose dentro de la corriente nominal del motor.
  • Se evidencio desequilibrio de impedancia de 32.74% en el sistema de potencia, luego de intervención desequilibrio de impedancia fue de 1.82% en el sistema de potencia.
  • Durante inspección unidad compresora estuvo trabajando al 80 % de carga aprox.
  • En resultado de % FLA (porcentaje de carga) se observa que se encuentra en el 70 %.
  • Temperatura de cables en los empalmes superaban los 114 °C. y deltas de 19.2 °C, posterior a intervención disminuyeron a 40 °C.
  • Mediciones de aislamiento entre fases y fase a masa superan la unidad del GΩ.
  • El análisis realizado al motor eléctrico de corriente alterna de una unidad compresora de la planta de Acedim se encuentra en condición ACEPTABLE según las recomendaciones de PdMA, teniendo en cuenta que se basan en lo estipulado de las normas IEEE 1547, IEEE 519, NEMA MG1 y recomendaciones EPRI (instituto de investigación de energía eléctrica).
  • Continuar con inspección predictiva programada.
Diagnóstico de Falla en Línea de un Motor de Corriente Alterna - Grafico 17
Muestra estado de conexiones de empalmes y terminales del motor

Por: Enrique Munar G. / Eliseo Hernández Q. (*)
Supervisor e Inspector de Mantenimiento Predictivo – Corporación Aceros Arequipa S.A. SEDE 2 Pisco 


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