Comprensión de la frecuencia de paso de la barra del motor
Frecuencia de paso de la barra del motor — también denominada frecuencia de paso de barras del rotor, frecuencia de ranuras del rotor o simplemente frecuencia de paso de barras — es la frecuencia a la que las barras del rotor de un motor de inducción de jaula de ardilla barren las ranuras y devanados del estátor. Es igual al número de barras del rotor multiplicado por la frecuencia de rotación del rotor, por lo que se sitúa muy por encima de la velocidad de funcionamiento, generalmente entre unos 200 y 2000 Hz dependiendo del tamaño y la velocidad del motor. En un motor en buen estado es una línea de baja amplitud y escasa presencia en el espectro de vibración, pero cuando aumenta apunta a excentricidad entre el rotor y el estátor, entrehierro problemas u otras irregularidades electromagnéticas. Está estrechamente relacionado, aunque es distinto, defectos de las barras del rotor — las barras rotas se manifiestan con bandas laterales espaciadas a la frecuencia de paso de polos (número de polos × la frecuencia de deslizamiento) alrededor de 1×, no elevando la propia línea de paso de barras.
1. Cálculo de la frecuencia de paso de barras
The formula
RBPF = Nb × N / 60, donde RBPF es la frecuencia de paso de barras del rotor en Hz, Nb es el número de barras del rotor y N es la velocidad del rotor en RPM.
La estructura de la fórmula es la misma que subyace a cualquier frecuencia de conteo de dientes o paletas, como frecuencia de engrane o frecuencia de paso de la paleta: cuente los elementos repetitivos y multiplíquelos por la frecuencia con que pasan. Dado que el número de barras suele ser un número elevado, el resultado se sitúa bien dentro de la región de alta frecuencia del espectro.
Ejemplos prácticos
Small motor: 28 rotor bars at 1750 RPM gives RBPF = 28 × 1750 / 60 = 817 Hz.
Motor grande: 56 rotor bars at 3550 RPM gives RBPF = 56 × 3550 / 60 = 3313 Hz.
Tenga en cuenta que la línea de paso de barras de la máquina más grande supera los 3 kHz — un recordatorio útil de que la cadena de medición debe alcanzar esa frecuencia para detectarla. Si desea convertir rápidamente la velocidad de funcionamiento y los números de orden en frecuencias, el calculadora de frecuencias armónicas realiza el cálculo automáticamente.
Cómo encontrar el número de barras
- Consulte la placa de características del motor o la hoja de datos del fabricante.
- Cuéntelas visualmente si el rotor es accesible durante una reparación.
- Calcúlela de forma inversa a partir de un pico claramente identificado en el espectro de vibración.
- Se esperan aproximadamente entre 16 y 80 barras, según el tamaño del motor y el número de polos.
2. El mecanismo físico
Interacción rotor-estátor
La frecuencia de paso de barras tiene su origen en la interacción magnética, no en el contacto mecánico:
- Las barras del rotor conducen corriente inducida y generan perturbaciones locales en el campo magnético.
- Al girar el rotor, cada barra pasa sucesivamente por las ranuras del estátor, una tras otra.
- La reluctancia magnética sube y baja a medida que las barras se alinean con los dientes del estátor y luego pasan entre ellos.
- Esto produce una pequeña fuerza electromagnética pulsante sobre la estructura.
- La tasa de pulsación equivale a la cadencia con la que pasan las barras: la frecuencia de paso de barras.
Entrehierro uniforme frente a no uniforme
- Entrehierro uniforme: las contribuciones de fuerza de las barras en lados opuestos del rotor se cancelan en gran medida, dejando una amplitud de RBPF baja.
- Rotor excéntrico: la interacción se vuelve asimétrica, la cancelación se rompe y la amplitud de RBPF aumenta.
- Valor diagnóstico: la altura de la línea RBPF es, por tanto, un indicador directo de la uniformidad del entrehierro.
3. Importancia diagnóstica
Estado normal
- El pico de RBPF está presente, pero es muy pequeño: a menudo por debajo de 0,5 mm/s.
- Puede ser apenas visible por encima del nivel de ruido de fondo.
- No hay bandas laterales flanqueándolo.
- Esta firma confirma un entrehierro uniforme y una buena concentricidad entre rotor y estátor.
Lo que indica un RBPF elevado
Excentricidad del entrehierro. El rotor está descentrado en el taladro del estátor, la amplitud de la RBPF aumenta y pueden aparecer bandas laterales a ±1× la velocidad de giro. El patrón es paralelo a la forma en que frecuencia de paso de polos aumenta bajo el mismo fallo.
Desalineación rotor-estátor. Cuando el eje del rotor no es paralelo al eje del estátor, el entrehierro varía a lo largo de la longitud del motor, elevando tanto la RBPF como sus armónicos.
Barras del rotor rotas o dañadas. Esta es una firma completamente distinta: las barras rotas crean bandas laterales alrededor de 1× espaciadas a la frecuencia de paso de polos, en lugar de elevar la línea de paso de barras. Véase barras de rotor rotas y defectos de las barras del rotor para el detalle diagnóstico completo.
4. Distinción entre la frecuencia de paso de barras y otras frecuencias
RBPF frente a frecuencias de rodamientos
- RBPF: normalmente 200–3000 Hz, determinado por el diseño del motor.
- Frecuencias de los rodamientos: típicamente entre 50 y 500 Hz para rodamientos de motores.
- Cómo distinguirlas: calcule ambas y compárelas con los picos observados.
- Atención a las superposiciones: en motores de gran tamaño, la RBPF puede caer en la misma banda que frecuencias de fallo de los rodamientos, por lo que debe confirmar el origen antes de actuar.
RBPF frente a frecuencia de ranuras del estátor
- Paso de ranuras del estátor: número de ranuras del estátor × velocidad de giro — raramente significativo.
- RBPF: número de barras del rotor × velocidad de giro — más frecuentemente observado.
- Both present: en algunos motores verá ambas, y separarlas depende de conocer el número de barras y ranuras.
5. Aplicación práctica
Cuándo monitorizar el RBPF
- Cuando se sospecha un problema de entrehierro.
- Tras la sustitución de un rodamiento, para verificar que el rotor está correctamente centrado.
- Cuando la frecuencia doble de red está elevada, lo que puede acompañar a la excentricidad.
- Al establecer una base para un motor nuevo o rebobinado.
- Como verificación de calidad tras la reparación del motor.
Consideraciones de medición
- El rango de frecuencias del analizador debe superar cómodamente el doble de la RBPF (Fmax > 2 × RBPF) para capturarla sin aliasing.
- Un acelerómetro suele ser necesario en lugar de un sensor de velocidad, porque las frecuencias son elevadas.
- Mida en la carcasa del motor o en la caja del cojinete.
- Compare siempre con una línea de base o con motores similares en buen estado.
6. El papel de la frecuencia de paso de barras en el diagnóstico de motores
Conviene mantener claramente separadas las dos firmas del rotor del motor. La línea de paso de barras habla de la geometría del entrehierro; las barras rotas hablan de la integridad eléctrica de la jaula. En la práctica ambas pueden estar presentes al mismo tiempo, por lo que un electrical-fault diagnóstico exhaustivo verifica cada una de ellas:
- Defectos de la barra del rotor: bandas laterales alrededor de 1× de la velocidad de giro espaciadas a la frecuencia de paso de polos.
- RBPF issues: amplitud elevada en la propia línea de paso de barras (barras × velocidad).
- Pueden coexistir: la excentricidad y las barras rotas no son mutuamente excluyentes.
- Diagnóstico completo: inspeccione ambos patrones para completar el diagnóstico.
Este tipo de diagnóstico electromagnético de alta frecuencia constituye la mitad de la evaluación del estado de los motores de inducción; la otra mitad es el ámbito mecánico de baja frecuencia de desequilibrio y desalineación. Un instrumento portátil de dos canales como el Balanset-1A cubre ese aspecto mecánico, capturando la amplitud y la fase de 1× necesarias para equilibrar el rotor en sus propios cojinetes y verificar el resultado — un complemento natural a los controles espectrales del motor descritos aquí.
La frecuencia de paso de barras del motor, aunque se vigila con menos regularidad que las frecuencias de los rodamientos o las firmas de barras rotas, aporta un valor diagnóstico genuino sobre la uniformidad del entrehierro y la concentricidad rotor-estátor. Saber calcularla y reconocerla en un espectro completa el panorama diagnóstico para la evaluación del estado de los motores de inducción de jaula de ardilla.
