¿Cuándo es probable que se sobrecaliente un motor de CC? Educación te da un futuro mejor

Sobrecalentamiento de motores eléctricos: una causa importante de falla

Las tecnologías en línea permiten la evaluación de todo el sistema motor para facilitar la resolución de problemas.

Los expertos en mantenimiento coinciden en que el calor excesivo provoca un rápido deterioro del aislamiento del devanado del motor. La regla común establece que la vida útil del aislamiento se reduce a la mitad por cada 10 C de calor adicional a los devanados. Como ejemplo, si un motor que normalmente duraría 20 años en servicio regular está funcionando a 40 C por encima de la temperatura nominal, el motor tendrá una vida útil de aproximadamente 1 año.

Las principales organizaciones de estandarización han concluido que el 30 por ciento de las fallas del motor se atribuyen a fallas en el aislamiento y el 60 por ciento de estas son causadas por sobrecalentamiento. Se han publicado artículos que indican que una causa importante del deterioro de los rodamientos es el sobrecalentamiento.

Por lo general, existen cinco razones principales para el sobrecalentamiento: sobrecarga, mal estado de energía, factor de servicio efectivo alto, paradas y arranques frecuentes, y razones ambientales.

Condiciones de sobrecarga
La corriente del estator se usa con frecuencia para medir el nivel de carga, pero el nivel de carga puede enmascararse fácilmente por una condición de sobretensión. Se comete un error común al operar a una sobretensión para reducir la corriente del estator y reducir la introducción de calor. Se ha demostrado que para motores que van de 10 a 200 hp, operar a una sobretensión del 10 por ciento típicamente reduciría las pérdidas en solo un 1-3 por ciento.

Aunque la corriente del motor puede variar cuando se aplican sobretensiones, el calor excesivamente dañino en el motor no mejorará. Se puede introducir un error de carga de más del 10 por ciento confiando en las lecturas de corriente del estator para acceder a los niveles probables de carga y calor. En condiciones de carga completa, esta es la diferencia entre la vida y la muerte de un motor.

Por ejemplo, en una planta de energía a carbón en los Estados Unidos, un motor de 7,000 hp 6.6kV estaba funcionando con solo un 7 por ciento de sobrecorriente, pero un 8 por ciento de sobrevoltaje. Dos aplicaciones idénticas habían sufrido interrupciones no programadas en los últimos 12 meses. Se identificó una sobrecarga leve al examinar la corriente del estator de este motor. Sin embargo, después de observar la verdadera carga del motor, se descubrió una sobrecarga de casi el 20 por ciento. Esto explica por qué estos motores estaban fallando. La reparación de cada uno de estos tres motores alcanzó los cientos de miles de dólares.

En aplicaciones industriales, las condiciones de voltaje perfectas son raras. Las pérdidas, no solo los niveles actuales, son la verdadera fuente de calor. Estas pérdidas son un factor destructivo para los devanados y una razón importante para dañar los rodamientos.

Esto justifica la necesidad de un conocimiento preciso del nivel de carga operativa. Solo los cálculos precisos del nivel de carga pueden proporcionar mediciones confiables de pérdidas excesivas y sobrecalentamiento en el motor.

Condición de energía
Los motores eléctricos en las plantas de fabricación generalmente deben reducirse debido a las malas condiciones de energía para maximizar su vida útil. Las secciones II y IV de NEMA MG-1 especifican qué calidad de voltaje, en función del equilibrio y la distorsión, permite qué nivel de carga porcentual. La figura 1 muestra la curva de reducción NEMA para el porcentaje de desequilibrio. De acuerdo con la curva de reducción, cuanto mayor sea el nivel de desequilibrio, menor será el nivel aceptable de carga en estado estable. Por ejemplo, si un motor de 100 hp tiene un factor de desequilibrio del 3 por ciento, el motor debe reducirse a 0,88 u 88 por ciento de su capacidad, 88 hp.

El uso frecuente de variadores de frecuencia (VFD) puede tener efectos perjudiciales para los motores eléctricos debido a la condición de la energía en las instalaciones de fabricación. La figura 2 muestra el voltaje que un VFD, que funciona en un modo de casi 6 pulsos, enviará al motor. Las corrientes distorsionadas son la reacción del motor a las malas condiciones de energía. Distorsiones severas son evidentes. Este escenario muestra una reducción NEMA de 0.7 que permite que el motor funcione con solo un 70 por ciento de potencia.

Factor de servicio efectivo
La clave para encontrar las causas más frecuentes de sobrecalentamiento es la precisión en la estimación del nivel de carga. Esto puede identificarse observando solo corrientes y voltajes. La fórmula para calcular el factor de servicio efectivo es:

El factor de servicio efectivo proporciona a los profesionales de mantenimiento predictivo una conclusión sólida del estrés en cualquier aplicación particular de carga del motor.

En otro ejemplo, los datos recopilados usando un dinamómetro mostraron que un motor de 300 hp bajo prueba estaba funcionando a una carga casi completa, 99.7 por ciento. La distorsión de voltaje fue deficiente debido a un defecto rectificador del controlador de silicio no identificado previamente en la fuente de alimentación. El factor de reducción NEMA resultante de 0,85 da como resultado un factor de servicio efectivo de 1,17, que indica una condición de alarma.

Independientemente del factor de servicio de la placa de identificación, cualquier motor que funcione por encima del factor de servicio 1.0 está bajo tensión. Un factor de servicio más alto significa la capacidad del motor para sobrecarga por cortos períodos de tiempo, no capacidades de operación de estado estable más altas. Las malas condiciones de voltaje son frecuentes y pueden ser causadas por una variedad de razones. NEMA especifica qué nivel de carga está permitido para condiciones de baja tensión. Las herramientas de monitoreo en línea capaces de calcular con precisión la carga operativa aseguran la operación de la planta dentro de los límites apropiados.

Comienzos y paradas frecuentes
La Tabla 1 muestra el número máximo de arranques y paradas para motores operados en línea en función de su clasificación y velocidad. Limitar la frecuencia de arranque, la parte más estresante del funcionamiento del motor, es muy importante.

Muchos casos bien documentados de falla recurrente del motor se abordaron aumentando la potencia nominal del motor, lo que acortó el tiempo entre fallas. Sin embargo, la causa raíz de la falla fue en realidad la frecuencia de arranques y paradas. La clave es monitorear de cerca el número de arranques: cada hora para motores pequeños o medianos y diariamente para motores más grandes.

Las pruebas en línea pueden garantizar el pleno cumplimiento de las normas profesionales. Se puede usar para identificar las razones de la falla en las operaciones que no cumplen con los estándares al incluir estos estándares en operaciones de monitoreo no supervisadas a largo plazo.

Condiciones ambientales
La termografía se usa con frecuencia para determinar las condiciones en las que se utilizan motores eléctricos. El mal enfriamiento debido a la alta temperatura ambiente, los conductos obstruidos, etc., son ejemplos típicos de estrés de temperatura no inducido eléctricamente tanto en el motor como en el sistema de aislamiento. Las sustancias químicas abrasivas en el aire, la operación húmeda y la operación a gran altitud son algunas de las tensiones ambientales comunes.

Prueba a los estándares
Las fallas de rodamientos y devanados son las fallas de motor más comunes. La razón fundamental suele ser el calor excesivo. Las prácticas de mantenimiento preventivo con frecuencia limitan las mediciones eléctricas en línea para interpretar los niveles actuales. Si bien es importante, este método no es concluyente para identificar fallas causadas por el calor excesivo del devanado. La mejor manera de garantizar un mantenimiento y monitoreo preventivo exitoso es realizar pruebas de acuerdo con NEMA y otras normas profesionales. La evaluación automatizada es necesaria para asegurar efectivamente la salud motora. MONTE

Ernesto J. Wiedenbrug , Ph.D., es ingeniero de I + D en Baker Instrument Co. , 4812 McMurry Ave., Fort Collins, CO 80525; teléfono (970) 282-1200.

Espero que esto ayude

Gracias