Por Miles Budimir, redactor jefe
La comprobación de motores eléctricos no tiene por qué ser un misterio. El conocimiento de los fundamentos junto con los nuevos y potentes equipos de prueba simplifica enormemente el trabajo.
Los motores eléctricos han tenido fama de ser una mezcla de ciencia y magia. Por eso, cuando un motor no funciona puede no ser obvio cuál es el problema. Conocer algunos métodos y técnicas básicas junto con tener a mano algunos instrumentos de prueba ayuda a detectar y diagnosticar los problemas con facilidad.
Cuando un motor eléctrico no arranca, funciona de forma intermitente o caliente, o dispara continuamente su dispositivo de sobrecorriente, puede haber una variedad de causas. A veces, el problema se encuentra en la fuente de alimentación, incluidos los conductores del circuito derivado o el controlador del motor. Otra posibilidad es que la carga accionada esté atascada, atorada o desajustada. Si el propio motor ha desarrollado una avería, el fallo puede ser un cable o una conexión quemados, un fallo en el bobinado, incluido el deterioro del aislamiento, o un cojinete deteriorado.
Una serie de herramientas de diagnóstico, como pinzas amperimétricas, sensores de temperatura, un Megger o un osciloscopio, pueden ayudar a iluminar el problema. Las pruebas preliminares suelen realizarse con el omnipresente multímetro. Este comprobador es capaz de proporcionar información de diagnóstico para todo tipo de motores.
Mediciones eléctricas
Si el motor no responde en absoluto, sin zumbidos de CA ni falsos arranques, tome una lectura de la tensión en los terminales del motor. Si no hay tensión o la tensión es reducida, trabaje aguas arriba. Tome lecturas en los puntos accesibles, incluidos los desconectadores, el controlador del motor, cualquier fusible o caja de conexiones, etc., hasta la salida del dispositivo de sobrecorriente en el panel de entrada. Lo que busca es esencialmente el mismo nivel de tensión que se mide en el interruptor principal del panel de entrada.
Cuando no hay carga eléctrica, debería aparecer la misma tensión en ambos extremos de los conductores del circuito derivado. Cuando la carga eléctrica del circuito está cerca de la capacidad del mismo, la caída de tensión no debe superar el 3% para una eficiencia óptima del motor. En una conexión trifásica, todos los tramos deben tener lecturas de tensión sustancialmente iguales, sin caída de fase. Si estas lecturas varían en unos pocos voltios, puede ser posible igualarlas rodando las conexiones, teniendo cuidado de no invertir la rotación. La idea es igualar los voltajes de alimentación y las impedancias de carga para equilibrar las tres patas.
Si el suministro eléctrico se comprueba, examine el propio motor. Si es posible, desconecte la carga. Esto puede restablecer el funcionamiento del motor. Con la alimentación desconectada y bloqueada, intente girar el motor a mano. En todos los motores, excepto en los más grandes, el eje debe girar libremente. Si no es así, hay una obstrucción en el interior o un rodamiento agarrotado. Los rodamientos bastante nuevos son propensos a agarrarse porque las tolerancias son más estrictas. Esto es especialmente cierto si hay humedad ambiental o el motor ha estado sin usar durante un tiempo. A menudo se puede restablecer el buen funcionamiento engrasando los rodamientos delanteros y traseros sin desmontar el motor.
Si el eje gira libremente, ponga el multímetro en su función de ohmios para comprobar la resistencia. Los devanados (los tres en un motor trifásico) deben dar una lectura baja pero no cero ohmios. Cuanto más pequeño sea el motor, más alta será esta lectura, pero no debería estar abierta. Normalmente será lo suficientemente baja (menos de 30 Ω) para que suene el indicador de continuidad.
Los motores universales pequeños, como los que se utilizan en las taladradoras eléctricas portátiles, pueden contener una extensa red de circuitos que incluye un interruptor y escobillas. En el modo de ohmímetro, conecte el medidor al enchufe y controle la resistencia mientras mueve el cable donde entra en la caja. Mueva el interruptor de un lado a otro y, con un interruptor de disparo pegado para que permanezca encendido, presione las escobillas y gire el conmutador con la mano. Cualquier fluctuación en la lectura digital puede indicar un defecto. A menudo, lo que se necesita es un nuevo juego de escobillas para restablecer el funcionamiento.
Las lecturas de corriente o de amperaje también son útiles en las pruebas del motor. Con una lectura de voltaje, usted conoce la energía eléctrica disponible en los terminales, pero no sabe cuánta corriente fluye. Los multímetros siempre tienen una función de corriente, pero hay dos problemas con ella. Uno de ellos es que hay que cortar el circuito investigado (y restablecerlo posteriormente) para poner el instrumento en serie con la carga. La otra dificultad es que el multímetro típico no es capaz de manejar la cantidad de corriente presente incluso en un motor pequeño. Toda la corriente tendría que fluir a través del medidor, quemando los cables de la sonda si no destruyendo todo el instrumento.
Una herramienta esencial para la medición de la corriente del motor es la pinza amperimétrica. Sortea estas dificultades midiendo el campo magnético asociado a la corriente, mostrando el resultado en una lectura digital o analógica calibrada en amperios.
Los amperímetros de pinza son fáciles de usar. Sólo hay que abrir las mordazas con resorte, insertar el conductor caliente o el neutro y soltar las mordazas. No es necesario que el cable esté centrado en la abertura y no pasa nada si pasa en ángulo. Sin embargo, no se puede medir de esta manera un cable entero que contenga conductores calientes y neutros. Esto se debe a que la corriente que circula por los dos cables viaja en direcciones opuestas, por lo que los dos campos magnéticos se anulan. En consecuencia, no es posible medir la corriente en un cable de alimentación, como se suele desear. El uso de un divisor soluciona el problema. Se trata de un cable alargador corto de capacidad adecuada al que se le han quitado unos 15 centímetros de cubierta para poder separar y medir uno de los conductores.
Los amperímetros de pinza digitales y analógicos tradicionales funcionan bien y son capaces de medir hasta 200 A, lo que es adecuado para la mayoría de los trabajos con motores.
El procedimiento básico consiste en medir la corriente de arranque y de funcionamiento de cualquier motor mientras está conectado a una carga. Compare la lectura con las especificaciones documentadas o de la placa de características. A medida que los motores envejecen, la corriente consumida suele aumentar porque la resistencia del aislamiento del bobinado disminuye. El exceso de corriente provoca calor, que debe ser disipado. La degradación del aislamiento se acelera hasta que se produce un evento de avalancha, lo que provoca que el motor se queme.
La lectura de la pinza amperimétrica le indicará en qué punto se encuentra en este continuo. En una instalación industrial, como parte del mantenimiento rutinario del motor, se pueden tomar lecturas periódicas de la corriente y ponerlas en un registro colocado en las proximidades, de modo que se puedan detectar las tendencias perjudiciales con antelación para evitar costosos tiempos de inactividad.
Prueba de aislamiento
El comprobador de resistencia de aislamiento (o megóhmetro), generalmente conocido por su nombre comercial Megger, puede proporcionar información crítica sobre el estado del aislamiento del motor. En una instalación industrial, el procedimiento recomendado es realizar pruebas periódicas y registrar los resultados para poder detectar y corregir las tendencias perjudiciales y evitar así una interrupción y un tiempo de inactividad prolongado.
El comprobador de la resistencia del aislamiento se parece a un ohmímetro convencional. Pero en lugar de la típica tensión de prueba de tres voltios derivada de una batería interna y presente en las sondas, el Megger proporciona una tensión mucho más alta aplicada durante un tiempo determinado. La corriente de fuga a través del aislamiento, expresada en forma de resistencia, se muestra para que pueda ser graficada. Esta prueba puede llevarse a cabo en cables instalados o en carrete, herramientas, aparatos, transformadores, subsistemas de distribución de energía, condensadores, motores y cualquier tipo de equipo o cableado eléctrico.
La prueba puede ser no destructiva, para equipos en servicio, o prolongada a una tensión elevada para probar prototipos hasta el punto de destrucción. El uso del Megger conlleva una pequeña curva de aprendizaje. Hay que aplicar los ajustes correctos, los procedimientos de conexión, las duraciones de las pruebas y las precauciones de seguridad para evitar dañar el equipo o electrocutar al operador o a los compañeros de trabajo.
El motor que se está probando debe estar apagado y desconectado de todo el equipo y el cableado que no se vaya a incluir en la prueba. Además de invalidar la prueba, estos equipos extraños podrían resultar dañados por la tensión aplicada. Además, las personas desprevenidas podrían estar expuestas a altas tensiones peligrosas.
Todo el cableado y los equipos tienen una cantidad inherente de capacitancia, que generalmente es significativa en los motores grandes. Dado que el equipo es en efecto un condensador de almacenamiento, es esencial que la energía eléctrica persistente se descargue antes y después de cada prueba. Para ello, ponga en derivación el conductor o conductores correspondientes a tierra y entre sí antes de volver a conectar la fuente de alimentación. La unidad debe descargarse al menos cuatro veces más que la tensión de prueba aplicada.
El Megger es capaz de aplicar diferentes tensiones, y el nivel debe coordinarse con el tipo de equipo bajo prueba y el alcance de la investigación. Por lo general, la prueba se aplica entre 100 y 5.000 V o más. Debe componerse un protocolo que incluya el nivel de tensión, la duración, los intervalos entre las pruebas y los métodos de conexión, teniendo en cuenta el tipo y el tamaño del equipo, su valor y su función en el proceso de producción y otros factores.
Equipos de prueba de motores
Los instrumentos más modernos facilitan aún más las pruebas. Por ejemplo, los equipos de comprobación como el analizador de calidad de la energía y de motores 438-II de Fluke utilizan algoritmos para analizar no sólo la calidad de la energía trifásica, sino también el par, la eficiencia y la velocidad para determinar el rendimiento del sistema y detectar las condiciones de sobrecarga, eliminando la necesidad de sensores de carga del motor.
Proporciona datos de análisis de las características eléctricas y mecánicas del motor durante su funcionamiento. Mediante algoritmos propios, el 438-II mide las formas de onda de corriente y tensión trifásicas y las compara con las especificaciones nominales para calcular el rendimiento mecánico del motor. El análisis se presenta en lecturas sencillas, lo que facilita la evaluación del rendimiento operativo y la determinación de si es necesario realizar ajustes antes de que los fallos provoquen una parada operativa.
El analizador también proporciona mediciones para determinar la eficiencia de un motor (por ejemplo, la conversión de energía eléctrica en par mecánico) y la potencia mecánica en condiciones de carga operativa. Estas medidas permiten determinar la potencia de funcionamiento del motor en servicio en comparación con su potencia nominal para ver si el motor está funcionando en condiciones de sobrecarga o, por el contrario, si está sobredimensionado para la aplicación, puede desperdiciarse energía y aumentar el coste de funcionamiento.
Otros desarrollos incluyen la integración de múltiples funciones de los instrumentos en una sola unidad. Por ejemplo, una nueva pinza amperimétrica de imagen térmica de FLIR lleva incorporada una cámara de infrarrojos que ofrece al usuario una indicación visual de las diferencias de temperatura y las anomalías térmicas.
Información de impresión >>
FLIR
www.flir.com
Fluke
www.fluke.com
Keithley/Tektronix
www.tek.com/keithley