Comprensión de la frecuencia de deslizamiento en los motores de inducción
Frecuencia de deslizamiento es la diferencia entre la velocidad síncrona —la velocidad de rotación del campo magnético del estator— y la velocidad real del rotor de un motor de inducción, expresada en hercios. Mide la rapidez con la que el campo magnético «se desliza» por los conductores del rotor, y ese movimiento relativo es precisamente lo que induce la corriente del rotor que genera el par. La frecuencia de deslizamiento es fundamental para el funcionamiento de un motor de inducción, y es igualmente fundamental para diagnóstico de motores, porque, mediante la frecuencia de paso de polo (frecuencia de deslizamiento × número de polos), establece la banda lateral spacing in the vibración y las firmas actuales de defectos de las barras del rotor.
En un motor que funciona con una carga normal, la frecuencia de deslizamiento suele situarse en el intervalo de 0.5–3 Hz. Aumenta con la carga, lo que lo convierte en un indicador indirecto, pero práctico, del esfuerzo que está realizando el motor. Para interpretar correctamente el espectro de vibraciones de un motor —y diagnosticar a partir de él fallos electromagnéticos— es fundamental comprender el deslizamiento.
1. Cómo funciona el deslizamiento en los motores de inducción
El principio de inducción
Un motor de inducción genera par motor a través de una serie de fenómenos electromagnéticos:
- Los bobinados del estator crean un campo magnético que gira a velocidad sincrónica.
- Este campo gira ligeramente más rápido que el rotor.
- El movimiento relativo entre el campo y las barras del rotor induce una corriente en el rotor.
- Esa corriente inducida genera el campo magnético propio del rotor.
- La interacción entre los campos del estator y del rotor genera un par motor.
- Key point: Si el rotor llegara a alcanzar la velocidad síncrona, no habría movimiento relativo, ni inducción y, por lo tanto, tampoco par motor.
Por qué es necesario el deslizamiento
- Para que se produzca la inducción, el rotor debe girar a una velocidad inferior a la velocidad síncrona.
- Cuanto mayor es el deslizamiento, mayor es la corriente inducida y mayor es el par generado.
- Sin carga, el deslizamiento es mínimo: alrededor del 1 %.
- A plena carga es mayor, normalmente entre un 3 % y un 5 %.
- El deslizamiento es el mecanismo mediante el cual el motor adapta automáticamente su par a la carga.
2. Cálculo de la frecuencia de deslizamiento
La fórmula básica
Fs = (Nsinc − Nreal) / 60
donde fs = frecuencia de deslizamiento (Hz), Nsinc = velocidad síncrona (rpm) y Nreal = velocidad real del rotor (rpm).
Uso del porcentaje de deslizamiento
- Slip (%) = [(Nsinc − Nreal) / Nsinc] × 100
- Fs = (Slip% × Nsinc) / 6000
Es fácil confundir tres magnitudes relacionadas, por lo que conviene mantenerlas separadas: la frecuencia de deslizamiento Fs definida arriba (la diferencia de velocidad en Hz, convención utilizada en todo este glosario); la frecuencia eléctrica de deslizamiento s·flínea (la frecuencia de las corrientes inducidas en el rotor, donde s es el deslizamiento por unidad); y la frecuencia de paso de polo FP = número de polos × fs = 2·s·flínea, que es el espaciado de bandas laterales que realmente se observa en el diagnóstico de barras de rotor. La propia velocidad síncrona se obtiene a partir de la alimentación frecuencia de línea y el número de polos. Si prefiere no calcularlo a mano, el Calculadora de deslizamiento del motor & RPM reales convierte los datos de la placa de características directamente en velocidad de deslizamiento y de marcha.
Ejemplos resueltos
Motor de 4 polos y 60 Hz sin carga:
- Nsinc = 1800 RPM, Nreal = 1795 rpm (carga ligera)
- Fs = (1800 − 1795) / 60 = 0,083 Hz; deslizamiento = 0,3 %
El mismo motor a plena carga:
- Nsinc = 1800 RPM, Nreal = 1750 rpm (velocidad nominal)
- Fs = (1800 − 1750) / 60 = 0,833 Hz; deslizamiento = 2,8 %
Motor de 2 polos, 50 Hz:
- Nsinc = 3000 RPM, Nreal = 2950 RPM
- Fs = (3000 − 2950) / 60 = 0,833 Hz; deslizamiento = 1,7 %
3. Frecuencia de deslizamiento en el diagnóstico de vibraciones
Espaciado de bandas laterales para defectos en la barra del rotor
Este es el uso diagnóstico más importante de la frecuencia de deslizamiento. Una barra del rotor rota o agrietada genera una asimetría electromagnética que modula la 1× velocidad de rotación pico, produciendo bandas laterales espaciadas a la frecuencia de paso de polos FP = poles × fs:
- Patrón: bandas laterales alrededor de la velocidad de giro 1× con espaciado ±FP, ±2FP, ±3FP.
- Ejemplo: un motor de 4 polos y 1750 RPM (29.2 Hz) con fs = 0.83 Hz, por lo que FP = 4 × 0.83 = 3.33 Hz.
- Bandas laterales en: 25.8 Hz y 32.5 Hz alrededor del pico de 29.2 Hz, además de 22.5 Hz y 35.8 Hz, y así sucesivamente.
- Diagnóstico: estas bandas laterales simétricas indican barras del rotor rotas o agrietadas.
- Amplitud: La altura de las bandas laterales refleja el número y la gravedad de las barras rotas.
Análisis de firma de corriente
Los espectros de corriente del motor (MCSA) muestran un patrón muy similar en torno a la frecuencia de la red eléctrica:
- Los defectos en las barras del rotor generan bandas laterales alrededor de la frecuencia de la red eléctrica.
- Pattern: flínea ± 2·s·flínea, donde s es el deslizamiento por unidad; las mismas ±FP spacing as in vibration, since 2·s·flínea = FP.
- Para el motor de 4 polos y 60 Hz del ejemplo anterior (s = 50/1800 ≈ 2.8 %, FP = 3.33 Hz), las bandas laterales se sitúan en 56.7 Hz y 63.3 Hz.
- Esto confirma de forma independiente un diagnóstico de la barra del rotor realizado a partir de las vibraciones. El Calculadora de frecuencia de defectos eléctricos del motor establece estas bandas laterales de corriente esperadas para cualquier motor.
4. El deslizamiento como indicador de carga
El deslizamiento varía con la carga.
- No load: Deslizamiento del 0,2 % al 1 % (0,1–0,5 Hz para motores típicos).
- Half load: Deslizamiento del 1–2 % (0,5–1,0 Hz).
- Full load: Deslizamiento del 2–5 % (1–2,5 Hz).
- Sobrecarga: Deslizamiento superior al 5 % (por encima de 2,5 Hz).
- Arranque: Deslizamiento del 100 %: la frecuencia de deslizamiento es igual a la frecuencia de red, ya que el rotor se detiene momentáneamente.
Uso del deslizamiento para evaluar la carga
- Mida con precisión la velocidad real del motor.
- Calcule el deslizamiento a partir de la diferencia con respecto a la velocidad síncrona.
- Compárelo con el deslizamiento nominal a plena carga que figura en la placa de características.
- Calcule la carga del motor en porcentaje.
- Esto resulta especialmente útil cuando no se dispone de una medición directa de la potencia.
5. Factores que influyen en el deslizamiento
Factores de diseño
- Resistencia del rotor: una mayor resistencia provoca un mayor deslizamiento.
- Clase de diseño de motores: La letra de diseño NEMA determina las características de deslizamiento.
- Voltaje: Una tensión más baja aumenta el deslizamiento para una carga determinada.
Condiciones de funcionamiento
- Par de carga: el principal factor determinante del deslizamiento.
- Tensión de alimentación: La subtensión aumenta el deslizamiento.
- Variación de frecuencia: Los cambios en la frecuencia de alimentación modifican la velocidad síncrona y, por lo tanto, el deslizamiento.
- Temperatura: Un rotor caliente presenta una mayor resistencia, lo que aumenta el deslizamiento.
Estado del motor
- Las barras rotas del rotor aumentan el deslizamiento, ya que la generación de par se vuelve menos eficaz.
- Problemas con los devanados del estator puede desplazarse por deslizamiento.
- Los problemas en los cojinetes que aumentan la fricción elevan ligeramente el deslizamiento.
6. Cómo se mide la frecuencia de deslizamiento
Medición directa de velocidad
- Use a tacómetro o un estroboscopio para leer las revoluciones por minuto reales.
- Toma la velocidad síncrona indicada en la placa de características (polos y frecuencia).
- Calcula el deslizamiento como fs = (Nsinc − Nreal) / 60.
- Este es el método más preciso.
A partir del espectro de vibraciones
- Identifica con precisión el pico a la velocidad de rotación de 1×.
- Convierte esa frecuencia máxima en velocidad de rotación.
- Calcular el deslizamiento a partir de la diferencia con respecto a la velocidad síncrona.
- Esto requiere una alta resolución FFT; the Calculadora de resolución FFT te ayuda a establecer el número adecuado de líneas para separar los picos separados por la frecuencia de deslizamiento.
A partir del espaciado de bandas laterales
- Si hay bandas laterales debidas a defectos en la barra del rotor, la distancia entre ellas es la frecuencia de paso de polos; dividirla por el número de polos da directamente la frecuencia de deslizamiento.
- Práctico, pero solo está disponible una vez que ha aparecido un defecto.
En la práctica, estas mediciones se realizan in situ con un instrumento portátil de dos canales. El Balanset-1A registra el espectro de vibración en el rodamiento del motor mientras su tacómetro láser óptico lee la velocidad real del eje, de modo que puede fijar la frecuencia exacta de 1×, calcular el deslizamiento y buscar las bandas laterales espaciadas por el paso de polos que delatan daños en las barras del rotor, todo ello sin sacar el motor de servicio. Como el deslizamiento cambia con la carga, las mediciones más reveladoras se toman con la máquina bajo su servicio normal.
7. Aplicaciones prácticas en el diagnóstico
Valores de deslizamiento normales
- Registre el deslizamiento de referencia con varias cargas para cada motor.
- El deslizamiento típico a plena carga es del 1 al 3 %; compruebe siempre la placa de características.
- Si el deslizamiento supera el valor indicado en la placa de características, puede indicar una sobrecarga o un problema en el motor.
- Si el deslizamiento cae por debajo del valor esperado con una carga determinada, podría indicar un fallo eléctrico.
Indicadores de deslizamiento anormal
- Deslizamiento excesivo: sobrecarga del motor, rotura de las barras del rotor o alta resistencia del rotor.
- Variable slip: fluctuaciones de carga o inestabilidad en el suministro eléctrico.
- Deslizamiento reducido bajo carga: un posible problema en el estator o un problema de tensión.
La frecuencia de deslizamiento ocupa un lugar central tanto en el funcionamiento como en el diagnóstico de los motores de inducción. Como base del espaciado de las bandas laterales de paso de polos que revela defectos en las barras del rotor, y como indicador de la carga del motor, concentra una gran cantidad de información de condición en un solo número. Determinarla con precisión es lo que permite a un analista interpretar correctamente las firmas de vibración y corriente del motor, y distinguir el funcionamiento normal de un fallo incipiente.
