¿Qué son los defectos en las barras del rotor? Barras rotas en motores • Balanceador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el balanceo dinámico de rotores de trituradoras, ventiladores, trituradoras, sinfines en cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros. ¿Qué son los defectos en las barras del rotor? Barras rotas en motores • Balanceador portátil, analizador de vibraciones "Balanset" para el balanceo dinámico de rotores de trituradoras, ventiladores, trituradoras, sinfines en cosechadoras, ejes, centrífugas, turbinas y muchos otros.

¿Qué son los defectos en las barras del rotor? Barras rotas en motores

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Comprensión de los defectos de la barra del rotor

Definición: ¿Qué son los defectos de la barra del rotor?

Defectos en la barra del rotor (también llamadas barras de rotor rotas o barras de rotor agrietadas) son fracturas, grietas o conexiones de alta resistencia en las barras conductoras de los rotores de motores de inducción de jaula de ardilla. Los rotores de jaula de ardilla consisten en barras de aluminio o cobre incrustadas en ranuras de núcleo de hierro, con ambos extremos de las barras conectados mediante anillos de cortocircuito (anillos terminales). Cuando las barras se rompen o las conexiones de los anillos terminales se agrietan, la corriente eléctrica no puede fluir correctamente a través de las barras dañadas, lo que crea asimetría electromagnética, par pulsante y características. vibración y firmas actuales con bandas laterales en espaciamiento de frecuencia de deslizamiento.

Los defectos en la barra del rotor representan entre el 10 y el 15% de las fallas del motor y son particularmente problemáticos porque pueden progresar desde una sola barra rota a múltiples fallas, creando vibración severa, pulsación de torsión y eventual falla del motor si no se detectan y corrigen.

Tipos de defectos en las barras del rotor

1. Barras de rotor rotas

  • Descripción: Fractura completa de barra conductora
  • Ubicación: Generalmente cerca de los anillos finales donde se concentra el estrés térmico y mecánico.
  • Progresión: Generalmente comienza con una grieta y progresa hasta una rotura completa.
  • Barras múltiples: Una barra rota aumenta la tensión en las barras adyacentes, lo que provoca fallas progresivas.

2. Anillos de extremo agrietados

  • Descripción: Fracturas en los anillos de cortocircuito que conectan las barras del rotor
  • Efecto: Similar a las barras rotas: interrumpe el flujo de corriente
  • Ubicación: A menudo en la unión de la barra con el anillo
  • Más común en: Motores grandes, motores con arranques frecuentes, cargas de alta inercia

3. Juntas de alta resistencia

  • Descripción: Mala conexión eléctrica entre las barras y los anillos finales
  • Causa: Defectos de fabricación, ciclos térmicos, corrosión.
  • Efecto: Síntomas similares a los de las barras rotas, pero pueden ser intermitentes.
  • Detección: Firmas más sutiles que rupturas completas

4. Porosidad del rotor

  • Vacíos en rotores de aluminio fundido
  • Reduce la sección transversal efectiva del conductor
  • Puede progresar a grietas y roturas.
  • Defecto de fabricación pero puede no manifestarse hasta más adelante en la vida.

Causas de fallas en las barras del rotor

Estreses térmicos

  • Ciclado térmico: Expansión/contracción desde el inicio/cierre
  • Expansión diferencial: Las barras de aluminio se expanden más que las de núcleo de hierro.
  • Puntos calientes: Sobrecalentamiento localizado por alta resistencia
  • Inicios frecuentes: Cada arranque crea un choque térmico

Tensiones mecánicas

  • Fuerzas centrífugas: Particularmente en motores de alta velocidad
  • Fuerzas electromagnéticas: Fuerzas pulsantes durante el funcionamiento
  • Par de arranque: Las corrientes altas durante el arranque crean tensión mecánica
  • Vibración: Barras de fatiga por vibración externa

Defectos de fabricación

  • Porosidad en rotores fundidos
  • Mala unión entre la barra y el anillo del extremo
  • Inclusiones o huecos de material
  • Tratamiento térmico inadecuado

Condiciones de funcionamiento

  • Arranque frecuente: Estrés térmico y electromagnético
  • Cargas de alta inercia: Los tiempos de aceleración prolongados aumentan la tensión de la barra
  • Eventos de rotor bloqueado: Corrientes y fuerzas extremas
  • Monofásico: Operar con una fase perdida crea corrientes asimétricas

Firma de vibración

Patrón característico

El sello distintivo de los defectos en la barra del rotor son las bandas laterales alrededor de la velocidad de funcionamiento:

  • Pico central: 1× velocidad de carrera (fr)
  • Bandas laterales: fr ± fs, fr ± 2fs, fr ± 3fs
  • Donde fs = frecuencia de deslizamiento (normalmente 1-3 Hz)
  • Patrón: Bandas laterales simétricas espaciadas en intervalos de frecuencia de deslizamiento

Cálculo de la frecuencia de deslizamiento

  • fs = (Nsync – Nactual) / 60
  • Ejemplo: motor de 4 polos, 60 Hz
  • Nsync = 1800 RPM, Nactual = 1750 RPM
  • fs = (1800 – 1750) / 60 = 0,833 Hz
  • Las bandas laterales aparecen a 29,17 ± 0,833 Hz (28,3 Hz y 30,0 Hz)

Dependencia de carga

  • Sin carga: Bandas laterales mínimas (bajo deslizamiento, baja corriente a través de barras rotas)
  • Carga ligera: Comienzan a aparecer pequeñas bandas laterales
  • Carga completa: Bandas laterales fuertes, diagnóstico más obvio
  • Estrategia diagnóstica: Prueba bajo carga para obtener la mejor sensibilidad

Firma actual (MCSA)

El análisis de la corriente del motor muestra el mismo patrón que la vibración:

  • Bandas laterales alrededor de la frecuencia de línea (no la velocidad de funcionamiento)
  • Patrón: fline ± 2fs (dos veces la frecuencia de deslizamiento en la corriente)
  • Para motor de 60 Hz con deslizamiento de 1 Hz: bandas laterales a 58 Hz y 62 Hz
  • La amplitud aumenta con el número de barras rotas
  • Puede detectar antes la vibración en algunos casos.

Detección y diagnóstico

Procedimiento de análisis de vibraciones

  1. Calcular patrón esperado: Determinar la velocidad sincrónica, medir la velocidad real, calcular la frecuencia de deslizamiento
  2. FFT de alta resolución: Utilice una resolución fina (< 0,2 Hz) para resolver las bandas laterales
  3. Busque bandas laterales: Búsqueda de picos en 1× ± frecuencia de deslizamiento
  4. Bajo carga: Prueba con motor bajo carga de funcionamiento normal
  5. Confirmar patrón: Verificar bandas laterales simétricas con el espaciado correcto

Evaluación de la gravedad

  • Banda lateral < 40% de 1× pico: Posiblemente una sola barra rota, monitor
  • 40-60% de 1×: Barra(s) rota(s) confirmada(s), plan de reemplazo
  • > 60% de 1×: Varias barras rotas, se necesita reemplazo urgente
  • Bandas laterales > 1× pico: Estado grave, se requiere acción inmediata.

Consecuencias y progresión

Falla inicial (una sola barra)

  • Ligera pulsación de par
  • Aparecen pequeñas bandas laterales
  • Puede funcionar durante meses con una sola barra rota
  • Degradación mínima del rendimiento

Fallas progresivas (varias barras)

  • Las barras adyacentes se sobrecalientan debido al aumento de corriente
  • El estrés térmico provoca fallos adicionales
  • Las pulsaciones de par aumentan
  • La vibración se vuelve severa
  • Puede progresar de una sola barra a varias en semanas.

Condición grave

  • Varias barras rotas adyacentes
  • Pulsación de torsión severa
  • Alta vibración y ruido
  • Sobrecalentamiento del rotor
  • Riesgo de fallo completo del rotor
  • Puede dañar el estator debido a una corriente excesiva.

Acciones correctivas

Tras la detección

  • Aumentar la frecuencia de monitoreo (mensual → semanal)
  • Realizar MCSA para confirmar el diagnóstico
  • Planifique el reemplazo del motor o del rotor
  • Prepare un motor de repuesto si la aplicación es crítica
  • Considere la causa raíz (por qué se rompieron las barras)

Opciones de reparación

  • Reemplazo del rotor: La solución más confiable para motores grandes
  • Reemplazo completo del motor: A menudo es más económico para motores pequeños.
  • Refundición del rotor: Los talleres especializados pueden refundir rotores de aluminio.
  • Operación Temporal: Una sola barra rota puede permitir el funcionamiento continuo con monitoreo

Prevención

  • Minimizar los arranques frecuentes (utilizar arrancadores suaves o variadores de frecuencia)
  • Evite las condiciones monofásicas
  • Asegúrese de que haya ventilación y refrigeración adecuadas.
  • Utilice motores clasificados para el ciclo de trabajo (motores de arranque frecuente para aplicaciones de ciclo alto)
  • Monitorizar para la detección temprana antes de múltiples fallos

Los defectos en las barras del rotor se encuentran entre las fallas de motor más distintivas desde el punto de vista diagnóstico, gracias a sus características bandas laterales de frecuencia de deslizamiento que permiten una detección fiable mediante análisis de vibración y corriente. La identificación temprana permite el reemplazo planificado del motor antes de que se produzcan múltiples fallas en las barras que pueden causar daños catastróficos en el rotor y tiempos de inactividad imprevistos prolongados.

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