Diagnóstico de fallos eléctricos en motores de CA mediante análisis de vibraciones
Fallos eléctricos en los motores de inducción de CA son defectos en el circuito magnético —el estator, el rotor o el entrehierro entre ambos— que se delatan a través de la vibración. Aunque análisis de vibraciones suele asociarse a problemas mecánicos como desequilibrio y defectos de los cojinetes, pero también es una forma eficaz de detectar problemas eléctricos. Los fallos eléctricos generan fuerzas magnéticas pulsantes que hacen vibrar el estator y el rotor; esas vibraciones se transmiten a través de la carcasa del motor y son captadas fácilmente por un acelerómetro. El arte consiste en reconocer los patrones ligados a la frecuencia de alimentación y al número de polos del motor.
1. Introducción: Fallos eléctricos como fuente de vibración
La clave para diagnosticar fallos eléctricos es buscar picos específicos en frecuencias relacionadas con la frecuencia de la línea eléctrica —50 Hz o 60 Hz según la región— y con el número de polos del motor. Dado que estas fuerzas son magnéticas y no puramente mecánicas, hay dos indicios que las diferencian de los fallos mecánicos ordinarios: sus frecuencias se fijan a la alimentación y no a la velocidad del eje, y muchas de ellas cambian con la carga del motor. La prueba de diagnóstico clásica consiste en dejar caer la carga mientras se observa el espectro; un pico que se desploma cuando se retira la carga es, casi con toda seguridad, de origen eléctrico. Una comprensión clara de frecuencia eléctrica y del motor deslizamiento sustenta todos los diagnósticos siguientes.
2. Fallos del estator
Los problemas del estator —hierro suelto, holgura de bobinas o laminaciones cortocircuitadas— pueden hacer que el estator quede excéntrico o deformado, produciendo un campo magnético desigual alrededor del entrehierro. El resultado suele ser una fuerza magnética que pulsa al doble de la frecuencia de línea.
- Firma de vibración: el indicador más común es un pico elevado en 2× la frecuencia de la línea (2×FL). Para un motor de 60 Hz esto es 120 Hz (7200 CPM); para un motor de 50 Hz es 100 Hz (6000 CPM). Tenga en cuenta que un pico a 2×FL no es exclusivo de fallos del estator: el desequilibrio de tensión de alimentación, la excentricidad del entrehierro y la resonancia del bastidor también pueden elevarlo.
- Características: el 2×FL suele ser más estable y menos sensible a la carga que las firmas de barras de rotor, pero no está garantizado que sea constante: confirme el diagnóstico con comprobaciones de corriente de fase y comparando espectros con carga y sin carga. La vibración suele ser máxima en la dirección de las patas de montaje del estator, donde el bastidor es más rígido frente a la tracción pulsante. Defectos del estátor se confunden fácilmente con mecánicas holgura a 2× la velocidad de funcionamiento, por lo que la prueba de carga y una lectura precisa de la frecuencia son importantes.
3. Fallos del rotor (barras del rotor rotas)
Las barras del rotor agrietadas o rotas son un fallo común en los motores de inducción de CA. Cuando una barra se rompe, interrumpe el flujo de corriente en la jaula del rotor, produciendo un calentamiento localizado y un par pulsante que modula la vibración de la velocidad de funcionamiento.
- Firma de vibración: el signo clásico de barras de rotor rotas es frecuencia de paso de polos (FP) bandas laterales a caballo entre velocidad de giro (1×) pico y su armónicos.
- Frecuencia de paso de polos (FP): la velocidad a la que el rotor se desliza por el campo magnético giratorio, calculada como FP = número de polos × frecuencia de deslizamiento, donde la frecuencia de deslizamiento es la diferencia entre la velocidad síncrona del campo y la velocidad real del eje.
- Características: busque un pico de 1× flanqueado por dos bandas laterales claras, una a (1× + FP) y otro en (1× - FP). A medida que el daño empeora, también aparecen bandas laterales alrededor de los armónicos 2× y 3×. A diferencia de los fallos del estátor, esta firma es muy sensible a la carga: las bandas laterales crecen a medida que aumenta la carga y pueden desaparecer por completo en vacío.
4. Entrehierro excéntrico
En entrehierro es la pequeña holgura entre el rotor y el estator. Si no es uniforme alrededor del agujero, el resultado es un desequilibrio atracción magnética que obliga al rotor a vibrar.
- Excentricidad estática: el rotor gira centrado en sus cojinetes, pero el núcleo del estator no es redondo (está ovalado), por lo que el punto más estrecho del entrehierro está fijo en el espacio.
- Excentricidad dinámica: el propio rotor presenta falta de redondez o está descentrado, por lo que el punto más estrecho de la separación gira con el rotor. excentricidad del rotor.
- Firma de vibración: la excentricidad estática suele elevar un pico estable a 2×FL, porque el punto de entrehierro estrecho no se mueve. La excentricidad dinámica modula el entrehierro a medida que gira el rotor, produciendo vibración a la velocidad de giro 1× y bandas laterales de frecuencia de paso polar — a 2×FL ± FP y alrededor de los armónicos de la velocidad de giro. En la práctica, ambos suelen coexistir, dando un patrón combinado complejo.
5. Confirmación y mejores prácticas
Los fallos eléctricos se sitúan cerca de los componentes de velocidad de funcionamiento en el espectro, por lo que una medición disciplinada es esencial para distinguirlos.
- Espectro de alta resolución: El diagnóstico de averías eléctricas exige un espectro de alta resolución Espectro FFT con suficientes líneas para separar los armónicos de velocidad de funcionamiento de los armónicos de frecuencia de línea y sus bandas laterales poco espaciadas. A zoom FFT suele ser la única forma de resolver limpiamente las bandas laterales de frecuencia de deslizamiento.
- La carga es crítica: En el caso de problemas en la barra del rotor, el motor debe funcionar con una carga significativa, normalmente superior al 75%, para que aparezca el defecto. La variación de la carga mientras se observan los picos es el discriminador de campo más fiable entre fuentes eléctricas y mecánicas.
- Captúrelo sobre el terreno: un analizador portátil de dos canales como el Balanset-1A registra el espectro y la velocidad de marcha sincronizada en el motor in situ, lo que permite marcar directamente un 2×FL pico del estator o las bandas laterales de paso de polos dependientes de la carga antes de comprometerse a un desmontaje - y, cuando el verdadero culpable resulte ser un desequilibrio mecánico, a equilibrar el rotor en la misma visita.
- Confirmar con otras tecnologías: Los diagnósticos pueden corroborarse con el análisis de la firma de la corriente del motor (MCSA) o con termografía de infrarrojos, que revela el calentamiento localizado causado por barras rotas o laminaciones en cortocircuito. La comprobación cruzada con la familia más amplia de defectos de motor evita confundir una avería eléctrica con una mecánica.
