Interpretacion de Fallas en Motores Electricos

8/2/2019 Interpretacion de Fallas en Motores Electricos

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APENDICE 17

APENDICE 17

INTERPRETACION DE FALLAS EN MOTORES ELECTRICOS

INTRODUCCION

En una instalacin industrial en general, y en particular en un proceso productivo, cadamquina accionada por un motor elctrico, y particularmente cuando este es de gran

potencia, requiere resolver distintos problemas que implican estrecha colaboracin de

tcnicos con distintas funciones, de distintas especialidades, de distintas empresas, y

con distintos intereses.

Sin pretender fijar una condicin determinada, pero para concretar ideas se describe

como ejemplo una situacin real de las tantas posibles:

a. El proyectista de la instalacin industrial rene y ordena la especificacin

tcnica de la mquina accionada y la transmite al constructor.

b. El constructor de la mquina la proyecta y define todos los elementos

relacionados con ella como ser conexiones mecnicas, fluidos necesarios para el

servicio, regulacin y caractersticas del motor elctrico de accionamiento, que

los comunica al proyectista de la instalacin.

c. El constructor del motor procede al proyecto del mismo y comunica los datosnecesarios para el control de los elementos que lo vinculan con la mquina

accionada (problemas de acoplamiento mecnico) y con la lnea de alimentacin

elctrica (corriente de arranque, oscilaciones de la corriente absorbida, etc.)

completando la especificacin tcnica del mismo.

Ser obligacin del proyectista de la instalacin controlar que el sistema de

alimentacin elctrica sea adecuado tanto para el arranque de la mquina, como para su

marcha normal.

Ser obligacin del constructor de la mquina accionada controlar el acoplamiento

mecnico y las prestaciones del conjunto.

Al proyectista de la instalacin le corresponde adems coordinar el intercambio de

informacin tcnica entre ambos constructores.

Para una mayor garanta de funcionamiento de la instalacin, adems, el proyectista

debera prescribir en el momento de adquisicin la responsabilidad solidaria de ambosconstructores, por lo menos en cuanto se refiere al acoplamiento mecnico.

d. Construidos los componentes (motor y mquina accionada en particular), y

http://www.ing.unlp.edu.ar/sispot/libros/cme/vol-08/2ape17/cm-a17.htm (1 de 31) [13/05/2005 04:14:49 p.m.]


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realizados los ensayos de recepcin en fbrica, se los instala en la obra y se los

somete a pruebas y ensayos funcionales que terminan con su puesta en servicio y

entrega al propietario.

e. Los equipos entran en produccin y sobre ellos comienzan las acciones de

mantenimiento que acompaan e intentan conservarlos en condiciones

confiables durante su vida til.

Frente a una eventual falla la bsqueda de sus causas tanto para el xito de la reparacin

como para prevenir su eventual repeticin, se deben analizar con amplitud todos los

aspectos citados, quizs remontndose hasta condiciones supuestas en el proyecto

original.

Indudablemente la documentacin que se va reuniendo a lo largo del proyecto,

instalacin y puesta en servicio, como tambin la documentacin de los controles

sistemticos de mantenimiento, son los puntos de apoyo para actuar con seguridad yeficiencia en las innumerables situaciones que se van presentando durante la vida de la

instalacin.

Si bien el tema central que se trata es la interpretacin de fallas en motores elctricos, se

cree conveniente iniciar con algunas consideraciones relativas a su acertada eleccin.

CARACTERISTICAS FUNCIONALES DE LA MAQUINA ACCIONADA NECESARIASPARA DEFINIR EL MOTOR ELECTRICO

Se deben considerar todas aquellas caractersticas que definen el motor elctrico de

accionamiento de la mquina, tales como:

r Potencia nominal y velocidad de rotacin del motor.

r Datos de la mquina accionada que influyen sobre los ciclos de arranque del motor.

r Lmites impuestos por el constructor de la mquina accionada a los pares motrices.

r Pares resistentes cclicos o bien variables.

r Acoplamiento mecnico.

r Forma constructiva del motor.

r Caractersticas de los motores elctricos en relacin con el ambiente de la instalacin.

En la industria salvo casos muy particulares se utilizan para los accionamientos motores

asincrnicos, esto es debido a su particular simplicidad constructiva.



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En casos de velocidad constante tambin se utilizan motores sincrnicos que requieren

circuitos de excitacin.

Cuando se requiere control de velocidad debemos mencionar tambin los motores de

corriente continua, cuyo principal inconveniente es la presencia del colector y los

fenmenos de conmutacin asociados.

Actualmente se dispone de generadores de frecuencia variable aptos para alimentar

motores asincrnicos y hacerlos funcionar a velocidad variable, tambin se dan casos de

uso de motores sincrnicos en aplicaciones similares.

Sin embargo debe tenerse presente que la amplia mayora de los motores de

accionamiento en las aplicaciones industriales son asincrnicos.

Potencia nominal y velocidad de rotacin

Para poder definir la potencia nominal de un motor es necesario primero definir la

potencia absorbida por la mquina, en las condiciones de funcionamiento nominales

incluidas todas las prdidas mecnicas en el interior de la mquina con exclusin de las

prdidas mecnicas de los rganos de transmisin.

Las mquinas accionadas de media y gran potencia utilizadas en la industria se pueden

subdividir, en cuanto se refiere al clculo de la potencia, en dos grupos:

r Mquinas que transforman la energa mecnica recibida por el motor en energa

potencial o cintica fcilmente calculable por el fluido tratado.

Pertenecen a este grupo todos los compresores, los ventiladores y las bombas.

Existen frmulas que permiten determinar con suficiente aproximacin la

potencia mecnica absorbida en funcin del fluido (caudal) y de las

caractersticas fsicas (presin, temperatura, etc.) de los fluidos que entran y

salen de la mquina.

Para compresores y bombas centrfugas ampliamente utilizados en instalaciones

qumicas y petroqumicas, sus proyectistas en general eligen (y especifican) la

potencia del motor elctrico un 15% superior a la potencia absorbida, para tener

en cuenta condiciones ms pesadas de funcionamiento (que se apartan de las

condiciones nominales), como por ejemplo variacin del peso especfico de

distintas composiciones o temperaturas del gas, variaciones de la presin de

aspiracin, etc.

r Mquinas que transforman la energa mecnica recibida por el motor en energa

mecnica y/o trmica (trituracin, molienda, extrusin, etc.) del material tratado. Para el

clculo de la potencia absorbida para este segundo grupo existen tablas, obtenidas de la



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experiencia, que suministran la potencia especfica es decir la potencia por unidad del

material tratado y para un determinado tipo de elaboracin.

En la definicin de la velocidad de rotacin de un motor a velocidad fija se pueden

presentar dos casos:

r Velocidad de la mquina accionada superior a aquella mxima obtenible con un motor

elctrico (3000 v.p.m. s la frecuencia de la red de alimentacin es de 50 Hz).

En este caso (grandes compresores centrfugos, axiales y algunas bombas) es necesario

siempre interponer entre el motor y la mquina accionada un multiplicador de vueltas.

Ser entonces necesario decidir si conviene partir de un motor de 4 polos (ms

confiable) o de un motor de 2 polos (en general menos costoso). Esta eleccin debe

realizarse en colaboracin entre los constructores de la mquina accionada, del motor y

el proyectista de la instalacin que coordina el proyecto y la compra.

r Velocidad de la mquina accionada inferior o igual a la mxima obtenible con un motor

elctrico.

En este segundo caso, se dimensiona la mquina accionada eligiendo su velocidad entre

aquellas nominales del motor evitando de este modo la necesidad de un reductor de

velocidad realizando entre las dos mquinas un acoplamiento directo.

Pueden aparecer situaciones muy particulares donde las velocidades normales de los

motores elctricos convenientes no son adecuadas a la mquina accionada, en cuyo caso

tambin se requiere la utilizacin de un reductor.

Con el aumento del nmero de polos el costo de un motor se incrementa notablemente;

por lo tanto, por debajo de una cierta velocidad lmite (funcin decreciente con la

potencia) ser conveniente utilizar un reductor.

Datos de la mquina accionada que influyen en los ciclos de arranque del motor.

Para los motores de media y gran potencia utilizados en la industria el tipo de servicio

requerido es casi siempre continuo; se especifican siempre los ciclos de arranque, que

los motores pueden soportar sin superar los valores prefijados de temperatura en los

arrollamientos tanto estatricos como rotricos.

Para que el constructor del motor pueda dimensionarlo respetando los ciclos de

arranque previstos debe recibir del constructor de la mquina accionada los siguientes

datos fundamentales:

r momento de inercia de todas las masas rotantes (incluyendo si corresponde el de las

masas con desplazamientos lineales) referido a la velocidad del motor.



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r diagrama de pares resistentes en funcin de la velocidad de la mquina durante el

arranque.

La figura 1 muestra cuatro ejemplos con distintos pares resistentes correspondientes a

distintas mquinas accionadas, y en particular el caso de un motor de elevacin (par

constante con la velocidad ascensor o montacargas), bomba a pistn (el par crece

linealmente con la velocidad), ventilador o bomba centrfuga (el par crece con una

potencia de la velocidad, cuadrtico o cbico), finalmente ciertos motores arrancan sin

carga (rueda libre).

Lmites impuestos por el constructor de la mquina accionada a los pares motrices.

Durante el arranque la mquina accionada debe poder soportar los valores de par motriz

que, en el caso de arranque a plena tensin, pueden ser notablemente superiores a

aquellos correspondientes a marcha normal.

El constructor de la mquina accionada debe suministrar al constructor del motor el

valor lmite del par motriz que puede soportar; valor que no debe ser superado durante

el periodo de arranque y durante la marcha normal.

Normalmente el constructor de la mquina accionada define tambin el tiempo de

arranque mnimo requerido, lo cual equivale a limitar el par medio acelerador y por lo

tanto el par desarrollado por el motor.

En los motores de gran potencia si es necesario limitar el par motor, el problema se

resuelve alimentando durante el arranque con tensin reducida, mediante un

autotransformador, o con reactor o resistor en serie que producen una cada de tensin.

La electrnica actualmente ofrece la solucin de alimentadores de frecuencia variable,

llamados arrancadores suaves (soft starters), que limitan corriente de arranque y par de

arranque segn se requiera.

Acoplamiento mecnico

En el caso de grandes mquinas es necesario un anlisis detallado de todos los

problemas mecnicos que un acoplamiento puede generar. Es necesario distinguir si el

acoplamiento es rgido o elstico.

En el primer caso el eje del motor es solidario con el de la mquina accionada y por lo

tanto el anlisis de los esfuerzos y vibraciones es relativamente simple.

Pueden aparecer problemas de eventuales empujes axiales que se deben evitarpermitiendo la dilatacin del motor del lado contrario al accionamiento.

Tambin pueden presentarse vibraciones que son mximas a determinadas velocidades



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denominadas crticas (resonancia). Para evitar esta situacin se trata de apartar

suficientemente la velocidad crtica de la velocidad nominal.

Cuando aparecen esfuerzos y vibraciones anormales debidos a la flexin y/o torsin

estos son bastante difciles de eliminar con la mquina montada y funcionando.

Debe buscarse que los ejes trabajen por debajo de la primera velocidad crtica, y si esto

no es posible (generalmente ejes muy largos) es oportuno que ninguna velocidad crtica

se ubique entre el 85% y el 125% de la velocidad nominal.

Forma constructiva del motor

La forma constructiva del motor normalmente es elegida por el constructor de la

mquina accionada en base a sus propias exigencias; en el caso particular de grandes y

complejas mquinas, la eleccin debe ser realizada en colaboracin con el fabricante del

motor.

En lo referente al montaje y grado de proteccin, las normas definen los tipos y formas

constructivas.

Motores asincrnicos

Los motores asincrnicos pueden ser de jaula simple, profunda, doble, o de rotor

bobinado, los primeros denominados con rotor en cortocircuito, en general se prefieren

por razones de simplicidad, solidez y costo.

El motor con rotor bobinado se utiliza cuando es necesario lograr ciertas condiciones de

arranque, con el inconveniente que presenta el dispositivo auxiliar, es decir, anillos

rozantes y resistencias rotricas variables.

Motores con rotor en cortocircuito

Los motores de jaula simple se pueden clasificar en motores de jaula de baja resistenciay motores de jaula de alta resistencia.

La figura 2 muestra los diagramas caractersticos de par y de corriente en funcin de la

velocidad con tensin nominal, para motores asincrnicos (Cn, In son el par y corriente

correspondientes a la carga nominal).

Los motores con jaula de baja resistencia tienen respecto a los motores con jaula de alta

resistencia corrientes de arranque ms elevadas y resbalamientos ms bajos (en

condiciones de marcha) y presentan una caracterstica de par en funcin de la velocidadcon el valor mximo cercano a la velocidad sincrnica, mientras que en los motores con

jaula de alta resistencia el par mximo se encuentra cercano al arranque.



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Los primeros (de baja resistencia) se comportan bien para funcionamiento en servicio

continuo con un nmero de arranques y frenados limitado y con arranques de breve

duracin, mientras que los segundos (de alta resistencia) son adecuados para funcionar

en servicio intermitente con un nmero de arranques y frenados elevado o con

arranques de larga duracin.

En los motores de doble jaula se pueden obtener conjuntamente ambas ventajas, la jaula

externa (de alta resistencia y baja reactancia) acta preponderantemente durante el

arranque, y la jaula interna (de baja resistencia y alta reactancia) a la velocidad nominal.

Adems las caractersticas de par en funcin de la velocidad de estos ltimos motores

presentan un comportamiento distinto en funcin de las relaciones entre las resistencias

y las reactancias de las respectivas jaulas.

La figura 3 muestra los diagramas caractersticos de par y corriente en funcin de la

velocidad con tensin nominal, para motores que presentan distintas relaciones deresistencia y reactancia, esta posibilidad permite adaptar de modo satisfactorio la curva

par en funcin de la velocidad del motor a la correspondiente caracterstica de par

requerida por la mquina acoplada.

Es importante destacar que debido a la gran variedad de motores asincrnicos en cuanto

a sus caractersticas constructivas y funcionales (como arriba indicado) como as

tambin a la gran diversidad de tipos de utilizacin y de servicio de estas mquinas,

resulta particularmente difcil describir todas las variantes constructivas posibles.

Caractersticas de los motores elctricos con relacin al ambiente de instalacin.

Las caractersticas ambientales constituyen un elemento de fundamental importancia,

debido a que intervienen en la disipacin del calor producido por las prdidas y bajo

este aspecto determinan las caractersticas de ventilacin.

Por otro lado constituyen un elemento que puede ejercer una accin daina para la

conservacin del motor y bajo ese aspecto determina las caractersticas del motor en loreferente a su proteccin.

La ventilacin y la proteccin estn vinculados a las condiciones ambientales resultando

por lo tanto recprocamente condicionantes para su diseo.

A menudo el ambiente de las instalaciones industriales est fuertemente contaminado

por la presencia de gases, vapores y/o polvos.

En particular se pueden considerar tres tipos de ambientes que requieren especialesconsideraciones:

a. Ambiente con presencia de agentes corrosivos.



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b. Ambiente con presencia de polvos no corrosivos.

c. Ambiente con peligro de explosin o de incendio.

Es indispensable la experiencia de quien los utiliza para clasificar el grado de

contaminacin o peligro presente en cada lugar de la instalacin, las normas para cadacaso fijan condiciones constructivas y de ensayo.

FALLAS DE MOTORES ASINCRONICOS

Se dispone de datos estadsticos de fallas de motores asincrnicos con un valor medio

del 3,4% anual que se muestran en la figura 4 (bibliografa [2]). La tabla 1 muestra la

subdivisin detallada entre partes mecnicas, estator y rotor.

Tabla 1

COJINETES 41%

Cojinetes de rodamientos 16 %

Cojinetes de friccin 8 %

Empaquetaduras 6 %

Cojinetes de empuje 5 %

Lubricacin 3 %

Otras 3 %

ESTATOR 37 %

Aislamiento a tierra 23 %

Aislamiento entre espiras 4 %

Tirantes 3 %

Cuas 1 %

Carcazas 1 %

Ncleo magntico 1 %

Otras 4 %

ROTOR 10 %

Jaula 5 %

Eje 2 %

Ncleo magntico 1 %

Otras 2 %



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Entre las anomalas mecnicas se pueden mencionar la eventual excentricidad del rotor,

la flexin del eje, los defectos de alineamiento, la ovalizacin del rotor o del estator, la

resonancia mecnica a la velocidad crtica y todas aquellas referidas a los cojinetes de

soporte.

Estos defectos introducen generalmente una desuniformidad del entrehierro, que

aumenta a causa del consiguiente desequilibrio de las fuerzas magnticas radiales, queproduce nuevas frecuencias en el campo magntico del entrehierro, en las corrientes de

lnea y vibraciones de la estructura mecnica.

Las condiciones desfavorables de funcionamiento elctricas, mecnicas o ambientales

pueden acortar notablemente la vida de un devanado estatrico trifsico. A continuacin

se compara un devanado estatrico nuevo con el aspecto que presenta el de un motor

que ha experimentado algunas de las fallas que se mencionan.

Esto permite identificar la causa de la falla, debindose adoptar, cuando es posible,

medidas preventivas para evitarlas.

FOTO CAUSA DE LA FALLA Y ASPECTO DEL MOTOR

1 Devanado estatrico nuevo

2 Apertura de una fase (conexin Y)

3 Apertura de una fase (conexin D)

4 Cortocircuito entre fases de un devanado

5 Cortocircuito entre espiras de un devanado

6 Devanado en cortocircuito

7 Falla a tierra en el borde de una ranura

8 Detalle de la falla a tierra en el borde de una ranura

9 Falla a tierra en una ranura

10 Cortocircuito en una conexin

11 Devanado de fase daado por un desequilibrio de tensin

12 Devanados daados por una sobrecarga

13 Dao causado por bloqueo del rotor

14 Falla de un devanado por una sobretensin



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Apertura de una fase de un devanado trifsico

La apertura de una fase de alimentacin de un motor como consecuencia de la fusin de

un fusible, un contacto abierto, una lnea interrumpida o malas conexiones, es causa de

falla de los devanados.

Se produce un desequilibrio de corrientes, si la carga es relativamente grande sesobrecargan algunas de las fases lo que puede provocar sobretemperaturas y un dao de

los aislamientos entre espiras y a masa.

El motor alimentado en forma trifsica y con una carga constante absorbe una corriente

que cumple la condicin:

cuando se interrumpe una fase segn como estn conectados los devanados (estrella o

tringulo) se presentan distintos valores de la corriente en cada devanado.

Si la conexin es estrella quedan dos fases en serie alimentadas con la tensin

compuesta:

haciendo la relacin de ambas expresiones:

se puede suponer que la relacin de los factores de potencia y rendimiento vale 1 se

tiene entonces , como en rigor la relacin citada resulta mayor que 1 la

sobrecarga ser todava mayor.

Si la conexin es en tringulo quedan dos fases en serie en paralelo con la tercera fase

alimentadas por la tensin de lnea.

La corriente total en este caso es:

debe tenerse en cuenta que la corriente Id se reparte donde I1 es la corriente

en la fase nica e I2 en las fases en serie, adems en consecuencia:



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valores que pueden ser an mayores por la influencia de variacin del factor de potencia

y rendimiento.

Desequilibrio de tensiones

El desequilibrio de las tensiones de alimentacin de un motor puede producir fuertes

desequilibrios en corriente que conducen a una sobreelevacin de temperatura de los

devanados con daos del aislamiento.

Un desbalance en la tensin del 1% puede producir diferencias del 6 a 10% en la

corriente.

Si el motor est alimentado con secuencia directa con su carga nominal absorbe la

corriente nominal. Manteniendo el estado de rotacin del motor se le aplica una tensin

de secuencia inversa, se observar que la corriente que el motor absorbe es del orden de

la corriente de arranque (en rigor el valor de corriente corresponde a resbalamiento

igual a 2).

La tabla 2 muestra el resumen de la situacin.

Tabla 2

MAGNITUD SECUENCIA DIRECTA SECUENCIA INVERSA

Tensin Un 0.01 Un

Corriente In 0.01 Iar

Con los valores normales de corriente de arranque de 5 a 8 veces la nominal se

comprende que la corriente de secuencia inversa que corresponde a la tensin indicadaser del 6 a 10% de la corriente nominal del motor.

Cuando las tensiones aplicadas a un motor no son iguales, se produce un desequilibrio

de corrientes en el estator. Un pequeo porcentaje de desequilibrio de la tensin

provoca un gran desequilibrio de corrientes.

Consecuentemente, la sobreelevacin de temperatura del motor funcionando con una

carga dada y con un desequilibrio de tensiones, ser mayor que en el caso que est

funcionando con las mismas condiciones de carga pero con tensiones equilibradas.

El efecto de tensiones desequilibradas en un motor polifsico de induccin es



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equivalente a introducir una tensin de secuencia negativa que tiene sentido contrario

de rotacin, que produce un flujo en el entrehierro, que tiende a producir altas

corrientes.

Sobrecarga

Una sobrecarga prolongada del motor puede elevar la temperatura de los devanados

ms all de los lmites correspondientes a su clase de aislacin y provocar fallas del

aislamiento.

Sobretensiones

Las sobretensiones producidas por maniobras de los circuitos de alimentacin o

descargas atmosfricas pueden provocar fallas de los aislamientos de los devanados.

Las sobretensiones atmosfricas se presentan en instalaciones expuestas ya seadirectamente o a travs de los acoplamientos que representa la red de distribucin que

finalmente se enlaza con las instalaciones de alta tensin expuestas.

Las sobretensiones de maniobra son debidas en particular a interrupciones de corrientes

en los circuitos, donde la energa magntica se transforma bruscamente en

electrosttica. Ciertos dispositivos de maniobra (interruptores, contactores) cuya forma

de interrupcin es brusca (anticipan la extincin al cero natural) producen

sobretensiones que superan las que corresponden al caso de interrupcin ideal, y

aparecen ondas de frente escarpado que penetrando en los devanados pueden ser causade fallas.

En el mbito de los trabajos dirigidos a la preparacin de nuevas normas

internacionales, ha adquirido particular importancia la definicin de los niveles de

sobretensin de frente escarpado que los motores elctricos deben ser capaces de

soportar.

Desde hace algunos aos es tema de discusin en el Technical Committee 2 "Rotating

Machinery" de IEC, particularmente en el mbito del Working Group 15 "Isulation

Coordination" que tiene el objetivo de especificar niveles adecuados de tensin a

impulso para mquinas rotantes.

Arranques repetidos

El arranque es una situacin que puede considerarse como primera aproximacin

adiabtica (acumulacin del calor sin disipacin), varios arranques consecutivos llevan

a temperaturas inadmisibles.

Las normas fijan cantidad de arranques por hora.



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Una situacin parecida al arranque pero ms severa se puede presentar cuando se

interrumpe la alimentacin del motor e inmediatamente se lo vuelve a alimentar. Podra

ocurrir que las tensiones de alimentacin estn en contrafase con las tensiones

remanentes en bornes del motor y entonces se tendra un fenmeno anlogo a un

arranque con dos veces la tensin nominal.

En motores pequeos la tensin remanente en bornes se extingue rpidamente (2 a 5

ciclos), mientras que en motores muy grandes debido a que la resistencia del devanado

tiene menor preponderancia en la constante de tiempo (L/R) el tiempo de extincin es

mucho mayor y puede ser necesario hacer un control de fase.

Bloqueo del rotor o frenado contracorriente

Un deterioro trmico importante de la aislacin de los devanados de un motor es

causado normalmente por corrientes altas en los devanados como consecuencia del

bloqueo del rotor.

Excesivos arranques o cambios de sentido de rotacin (frenado contracorriente) tambin

puede producir este tipo de fallas.

Anomalas del rotor.

El problema de rotura o fisura de barras rotricas y anillos, es caracterstico de motores

asincrnicos que tienen que arrastrar cargas con una gran inercia.

La temperatura para las barras y los anillos a continuacin de un arranque a partir de

fro vara entre 100 a 300 C para las barras y entre 60 a 300 C para los anillos.

Debido a las temperaturas alcanzadas durante el arranque en barras y anillos, si el motor

no est bien diseado o se lo utiliza inadecuadamente, se pueden producir distintas

dilataciones relativas entre barras y anillos que provoquen incipientes daos en los

puntos de soldadura.

Los factores que influyen en el modo de comportamiento de los anillos son el dimetro

del rotor, la velocidad de rotacin, los materiales utilizados, los esfuerzos a que estn

sometidos los materiales a la temperatura mxima en caso de sobrevelocidad.

Es importante tambin si todas las barras del rotor han sido soldadas simultneamente o

no. Estas distintas tcnicas son funcin del tamao del rotor, del peso de los anillos y de

los esfuerzos entre barras y anillos.

Para el control de las soldaduras de barras y anillos la mayora recurre al uso de tintaspenetrantes, algunos al ultrasonido y otros a la inspeccin visual.

Una rotura de rotor da origen a una componente en frecuencia de la corriente estatrica,



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cuya amplitud es, para una sola barra rota, del orden de magnitud de aquella introducida

por inevitables asimetras constructivas de una mquina que no ha sufrido daos, y

resulta por lo tanto difcil de distinguir.

DIAGNOSTICO DE MOTORES ASINCRONICOS

Es necesario conocer para cada motor sus caractersticas, sus condiciones de uso,

condiciones de funcionamiento anormales (por ejemplo altas temperaturas, dificultades

de refrigeracin etc.) que seguramente tienen alguna relacin con posibles fallas.

Si se dispone de registros de fallas y de las posibles causas que las provocaron, se puede

construir un cuadro de relaciones que ayuda a vincular en base a la experiencia, causas

y efectos. Los programas de mantenimiento deben tener en cuenta esta informacin para

optimizar la frecuencia de las intervenciones y permitir juzgar la importancia de las

distintas acciones llevadas a cabo en cada intervencin.

Frecuencia de los controles de diagnstico.

Es difcil dar precisas indicaciones de validez general acerca de la frecuencia de los

controles de diagnstico; cuando se requiere sacar de servicio los motores es

conveniente que se coordine con una parada programada para no afectar la

disponibilidad de las instalaciones, y tambin para realizar una investigacin minuciosa

o realizar trabajos de mantenimiento si fuesen necesarios.

Los controles dielctricos deberan hacerse cada 8 a 9000 horas de funcionamiento, o enotras palabras una vez por ao para un motor de servicio continuo.

Estos criterios pueden estar fuertemente influenciados por otros factores como ser el

tipo de prestacin requerido para la instalacin (continuo o discontinuo), los costos de

la instalacin y de operacin (lucro cesante), la vida "econmica" estimada de la

instalacin, los criterios de gestin de stock de componentes o equipos de reserva.

Anlisis de fallas, conservacin y tratamiento de los datos.

La conservacin de los datos relacionados con intervenciones importantes, que se tienen

durante el uso de motores elctricos, permite realizar un anlisis objetivo que es de

utilidad para poder mejorar las mquinas.

La cantidad de informacin que debe ser catalogada y tratada puede llegar a ser muy

grande hacindose imprescindible conservar y elaborar estos datos utilizando medios

informticos.

INSTRUMENTACION Y PROTECCIONES

Para tener una buena disponibilidad de los motores es conveniente que la



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instrumentacin y elementos de proteccin, sea la necesaria para poner en evidencia la

aparicin de situaciones anmalas o defectos.

La instrumentacin y proteccin tienen asignadas las siguientes funciones:

r registrar las reales condiciones de funcionamiento de los motores;

r evitar que las mquinas sean sometidas a condiciones de funcionamiento excesivas y

los daos que esto implica (eventualmente fallas).

En la tabla 3 "Nivel mnimo de instrumentacin y proteccin para el control trmico y

mecnico de motores con tensin superior a 1000 V" se indican algunas

recomendaciones preparadas por el Working Group 6 del Study Committee 11

"Rotanting Machines" del CIGRE [1], referentes a la instrumentacin mnima que se

debe prever en el momento de la compra de la mquina, especialmente para el control

trmico y mecnico de motores de media tensin y de potencia elevada.

Tabla 3 - Control trmico y mecnico de motores.

MEDIDAS Y CONTROLES OBSERVACIONES

Medida de la temperatura del arrollamiento

estatrico

Se deben instalar por lo menos dos termosondas internas por fase,

colocadas en el tramo de ranura de las zonas que se consideran ms

calientes

Medida de la temperatura del ncleo estatrico En casos particulares, debera preverse la instalacin de por lomenos dos termosondas en los dientes y una en el yugo estatrico

Medida de la temperatura de los cojinetes y/o

medida de la temperatura del aceite de los

cojinetes

Debera normalmente preverse, convenientemente los transductores

se deben conectar con los sistemas de medicin, alarma y

proteccin

Medida de la temperatura del aire La medicin se debera efectuar para cada ingreso y salida del aire

conectados con los sistemas de medicin, alarma y proteccin

Control de la circulacin del aceite en los

cojinetes

Control de la circulacin del agua de

refrigeracin de los cojinetes

En general debera preverse un sistema visual

Control de la circulacin y de la presin del

agua en los intercambiadores de calor

Se recomienda la instalacin de un adecuado dispositivo conectado

al sistema de alarma, y un dispositivo indicador de la presin y

caudal del circuito

Medida de la presin diferencial en los filtros de

aire

Se debera prever el control continuo con umbral de alarma. Si la

ventilacin se realiza con motores auxiliares separados, se debe

prever una sealizacin por falta de ventilacin

Control de las vibraciones El control se debe prever siempre, recurriendo segn el caso a un

sistema porttil o no (particularmente en mquinas de potenciasuperior a 2500 kW)

Protecciones elctricas



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Las protecciones tratan de detectar:

r Fallas de los arrollamientos o circuitos asociados

r Excesivas sobrecargas

r Reduccin o prdida de la tensin de alimentacin

r Inversin de fases

r Desbalance de fases

Para estas funciones se utilizan rels de distinto tipo y con mayor o menor grado de

integracin.

r Proteccin de falla de fase

r Proteccin de falla a tierra

r Proteccin de rotor bloqueado

r Proteccin de sobrecarga

r Proteccin trmica (imagen trmica o deteccin de temperatura)

r Proteccin de mxima corriente para sobrecarga

r Proteccin de baja tensin

r Proteccin de secuencia de fases

r Proteccin de secuencia negativa

r Proteccin de desbalance de fases

Segn la importancia del motor y del servicio se decide cuales protecciones adoptar

para cada caso.

Proteccin por sobretensiones

En ciertos casos en media tensin es necesario proteger de sobretensiones del tipo de

impulso (atmosfricas y/o de maniobra) y para esto se utilizan descargadores y/o

capacitores.



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Este tipo de protecciones se utiliza ms frecuentemente con mquinas cuya tensin

nominal es de 2300 V o mayor.

Los descargadores limitan el valor mximo del pico de la onda de sobretensin,

mientras los capacitores suavizan la pendiente del frente.

Para elegir adecuadamente estos dispositivos de proteccin se debe tener presente que

el tiempo de crecimiento del frente de la onda es de fundamental importancia, cuanto

ms breve es el tiempo ms escarpado resulta el frente, resultando ms severo para los

devanados el efecto acumulativo de este tipo de solicitaciones.

Si el frente de la onda de sobretensin crece gradualmente el fenmeno se desarrolla en

nmero mayor de bobinas, reduciendo la solicitacin dielctrica de cada punto a valores

dentro de lmites de seguridad.

MANTENIMIENTO

En general las operaciones de control y mantenimiento programadas se pueden

subdividir en funcin del servicio en:

r control en servicio y mantenimiento ordinario, para los cuales no se requiere sacar de

servicio los motores;

r revisin y controles peridicos, para los cuales es necesario sacar de servicio lasmquinas. La revisin prev el desmontaje parcial o total o el cambio del motor e

implica normalmente una interrupcin programada de un determinado sector del

servicio.

Mtodos de inspeccin

Se debe iniciar por aquellas partes que, en base a la experiencia, son ms propensas a

experimentar daos o degradacin como consecuencia de las solicitaciones de distintas

naturaleza a que estn sometidas las mquinas rotantes en servicio.

Tcnicas de limpieza

Se deben realizar tambin trabajos de limpieza de los canales radiales y/o axiales de

ventilacin, que tienen fundamental importancia para asegurar que la circulacin del

fluido de refrigeracin es la prevista.

Esta limpieza se debe realizar mediante aspiracin para remover partculas carbonosas opolvo, completando la misma con soplete de aire con una presin limitada para evitar

daar la aislacin.



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APENDICE 17

El uso indebido de solventes puede causar ms dao que ventajas y provocar costosas

reparaciones. Las normas dan indicaciones al respecto y aconsejan consultar al

fabricante que tipo de solvente utilizar.

Controles de mantenimiento

Entre los controles peridicos tienen particular inters aquellos destinados a controlar el

estado de los aislamientos estatricos, y el estado de la jaula y anillos de cortocircuito

[13].

Los controles dielctricos se refieren tanto al aislamiento entre espiras como a masa,

pero casi siempre en la prctica es este ltimo el que se realiza. Los mtodos utilizados

son los siguientes:

r prueba con tensin aplicada (con tensin continua o alterna a frecuencia industrial);

r medida de la tg ;

r medida de descargas parciales;

r medida de la resistencia de aislamiento y del ndice de polarizacin

r medida de la resistencia de los devanados

Medida de descargas parciales

La presencia de descargas parciales internas o superficiales en un material aislante

puede producir cambios moleculares y en consecuencia iniciar un proceso de

envejecimiento acelerado. El problema es complicado ms an cuando como en el caso

de mquinas rotantes los aislamientos estn sometidos a mltiples exigencias

incluyendo vibraciones mecnicas.

La medida de descargas parciales en estas condiciones se debe considerar como unagua para conducir el diagnstico, y complementarlas con otras mediciones cuando se lo

considere necesario.

Estas mediciones tienen por finalidad:

r Controlar el adecuado contacto elctrico entre los costados de bobina y la ranura en la

cual estn alojados. Un deterioro acelerado de la aislacin contra masa se produce como

consecuencia de este tipo de descargas, siendo importante detectar y corregir

rpidamente este problema.

Para la medicin se puede utilizar un analizador de descargas en ranura que tiene



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APENDICE 17

circuitos resonantes en el rango de frecuencias que se producen cuando se tienen

altas descargas superficiales (aproximadamente 2500 Hz), no dejando pasar la

frecuencia de 50 60 Hz de la tensin de alimentacin.

Para realizar este tipo de mediciones generalmente es necesario retirar el rotor de

la mquina.

r Controlar si hay descargas parciales internas en la estructura del aislamiento (ionizacin

en cavidades internas). Comparativamente con las descargas superficiales en ranura la

amplitud de estas descargas puede ser de mucho menor magnitud.

Esta tcnica es utilizada normalmente durante la etapa de fabricacin de las bobinas

para controlar la calidad y uniformidad del proceso de fabricacin.

Estas mediciones requieren disponer de instrumental adecuado y adems experiencia en

la interpretacin de los resultados, considerndose una medicin de laboratorio quedebe ser hecha por personal especializado.

El aflojamiento de las cuas de cierre de las bobinas o de los soportes de bobinas puede

permitir movimientos axiales o vibraciones (particularmente en mquinas verticales)

que pueden provocar descargas parciales.

Tambin este efecto puede producirse por dao de la pintura semiconductora utilizada

en los costados de bobinas y en las cabezas para uniformar el campo.

Este fenmeno es de fundamental importancia particularmente donde los costados de

las bobinas salen del paquete magntico (fuerte concentracin de campo elctrico).

Resistencia de aislacin.

Se denomina resistencia de aislacin la relacin entre la tensin continua aplicada y la

corriente medida simultneamente, en la prctica la medicin de resistencia de aislacin

se hace durante 1 min o 10 min.

Cuando a un aislamiento se aplica una tensin continua la corriente que circula est

formada por dos componentes: la primera es la que se establece en los caminos de fuga

superficiales del aislamiento, la segunda dentro de su volumen.

Esta ltima se subdivide a su vez en:

r Corriente de carga capacitiva que tiene un pico de valor relativamente alto y breve

duracin que se extingue antes de que se tomen los primeros valores y en consecuenciano afecta la medicin;

r Corriente de absorcin que decrece desde un valor inicial comparativamente alto a un



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APENDICE 17

valor final prximo a cero.

La resistencia de aislamiento en funcin del tiempo es una funcin exponencial que

representada en escala doble logartmica resulta una lnea recta como muestra la figura

5.

Normalmente la resistencia de aislamiento medida en los primeros momentos delensayo est fuertemente determinada por la corriente de absorcin.

Finalizada la prueba se debe proceder a descargar el circuito, algunos instrumentos

efectan la descarga automticamente una vez finalizada la medicin.

La resistencia de aislamiento de los devanados de mquinas rotantes depende del tipo

de material utilizado y del proceso de fabricacin empleado.

En general vara directamente con los espesores de la aislacin e inversamente con el

rea de la superficie conductora.

Las mediciones de resistencia de aislacin dependen de los siguientes factores:

1 Condicin de la superficie

2 Humedad

3 Temperatura

4 Valor de tensin continua de ensayo

5 Tiempo de medicin

6 Carga residual de los arrollamientos

El polvo depositado en las superficies aislantes en presencia de humedad puede hacerse

parcialmente conductor y reducir el valor de la resistencia de aislacin.

Si la resistencia de aislacin se reduce por causa de la contaminacin o excesiva

humedad, normalmente puede lograrse un incremento de su valor procediendo a realizar

una adecuada limpieza y secado de la mquina.

Aunque la superficie de los devanados se encuentre limpia, si la temperatura de los

mismos es igual o menor a la temperatura de roco del aire, se forma una pelcula sobreel devanado que reduce el valor de la resistencia de aislacin.

La resistencia de aislacin de la mayora de los materiales vara inversamente con la

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APENDICE 17

temperatura.

Cuando se comparan valores de ensayos de medicin de resistencia de aislacin se

deben efectuar correcciones por temperatura, las normas dan coeficientes de

temperatura que permiten corregir aproximadamente como vara la resistencia de

aislacin [12], en particular este coeficiente se hace igual a 1 para una temperatura base

de 40 C.

La medicin de la resistencia de aislacin debe ser realizada con un valor de tensin

continua adecuado el nivel de aislamiento del devanado.

Si la tensin es muy elevada podra producir una solicitacin inadecuada del

aislamiento.

Los ensayos de medicin de resistencia de aislacin se realizan normalmente con

tensiones continuas de 500 a 5000 V.

El valor de la resistencia de aislamiento puede reducirse algo con el aumento de la

tensin de ensayo; sin embargo para aislamientos en buenas condiciones y

completamente secos los valores son independientes del valor de tensin de ensayo

siempre que no se supere el correspondiente valor mximo admisible para el nivel de

aislacin del devanado.

Una disminucin significativa de la resistencia de aislacin con la tensin puede poner

en evidencia alguna imperfeccin del aislamiento.

Las lecturas de resistencia de aislacin se hacen normalmente despus de 1 min de

aplicacin de la tensin continua, y de ser factible despus de 10 min para poder

determinar el ndice de polarizacin (relacin entre el valor de resistencia de aislacin

medida a los 10 min y a 1 min).

El valor de la medicin se estabiliza despus de uno o dos minutos de aplicada la

tensin de ensayo si el devanado est hmedo o sucio.

El resultado de los ensayos es errneo si existen cargas residuales en los arrollamientos.

Cuando el centro de estrella es accesible es recomendable que el ensayo se realice

aislando las fases y midiendo cada una separadamente, de este modo se pueden

comparar las mediciones entre s.

Cuando el ensayo se hace con la totalidad de los devanados al mismo tiempo, slo se

prueba la aislacin contra masa y no entre fases. La aislacin entre fases slo se puedeprobar cuando se ensaya una sola fase y las restantes estn conectadas a tierra.



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APENDICE 17

Se debe tener en cuenta que los cables de conexin, capacitores, descargadores u otros

accesorios externos pueden influenciar el valor de la medicin; es aconsejable medir

directamente en bornes del motor.

Resistencia de los devanados.

Una reduccin en la resistencia de los devanados puede deberse a la presencia de

conductores cortocircuitados, un aumento en cambio puede indicar alguna conexin o

soldadura deficiente.

En este caso es aconsejable medir la resistencia empleando el mtodo de voltmetro y

ampermetro (utilizando instrumentos con alcances y escalas adecuadas), con una

corriente prxima a la nominal para poner en evidencia eventuales defectos.

ACERCA DEL ARRANQUE DE MOTORES

La forma ms simple de arrancar un motor de jaula es conectndolo directamente a la

red de alimentacin mediante un arrancador, en estas condiciones la corriente que toma

es relativamente alta, dependiendo de su potencia y de la forma constructiva del rotor.

Si esta corriente supera el valor permitido, se adoptan distintos mtodos siendo los ms

utilizados el arranque estrella-tringulo o el empleo de un autotransformador de

arranque.

Si la aplicacin accionada requiere un alto par de arranque, el motor debe ser capaz desuministrarlo, estas condiciones de arranque lo someten a sobrecargas que pueden ser la

causa de fallas.

Que hace rotar un motor?

Un motor trifsico de induccin es un simple, elegante y eficiente medio de convertir

energa elctrica en energa mecnica.

La idea acerca de la operacin de un motor es muy simple. Un sistema trifsico de

alimentacin conectado en bornes de un motor hace circular corriente en sus tres

devanados, produciendo un campo magntico giratorio que gira en su entrehierro. Este

campo causa un acoplamiento electromagntico con el devanado del rotor que lo hace

girar a una velocidad inferior a la del campo magntico giratorio (resbalamiento).

La velocidad del motor depende de la frecuencia de la red de alimentacin, del nmero

de polos y del diseo del rotor que incide en el resbalamiento.

En grandes motores (100 HP o ms) el resbalamiento a plena carga es de alrededor de 1

a 1,5% de su velocidad sincrnica, en cambio pequeos motores tienen un

resbalamiento ms alto.



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APENDICE 17

La tabla 4 construida con datos obtenidos de catlogo para motores normales cuyo

nmero de polos va de 2 a 12 (3000 a 500 v.p.m. para 50 Hz) muestra el margen dentro

del cual se encuentra generalmente el resbalamiento para distintas potencias.

Tabla 4

POTENCIA (kW) RESBALAMIENTO (%)

0.75 a 1.5 5 a 8.5

1.5 a 3 4 a 6.3

3 a 7.5 3 a 6.5

7.5 a 22 1.5 a 4.5

22 a 200 0.9 a 3.5

mayor 200 menor 0.9

Qu ocurre cuando un motor arranca?

Cuando se conecta un motor directamente a una red de alimentacin puede ocurrir que

arranque hasta alcanzar su velocidad nominal o bien no arranque. Qu ocurre durante

el arranque del motor, es decir durante el transitorio de arranque?

Examinaremos los tres casos ms comunes de arranque de motores:

r Arranque directo

r Arranque con tensin reducida y frecuencia de red

r Arranque con tensin y frecuencia reducidas

Cuando un motor se conecta directamente a una red, se establece en forma inmediata el

campo magntico giratorio que trata de hacer girar el rotor a su misma velocidad.

Durante el arranque la corriente puede alcanzar valores de 5 a 10 veces la corriente

nominal (depende del diseo del motor).

Esta corriente inicial no depende de la carga del motor, debido a que hasta que el rotor

comienza a girar el mismo no puede percibir si est cargado o no (transitorio

electromagntico).

En el instante de arranque el motor en forma repentina produce un par cuyo valorrelativo al par nominal es funcin del diseo. Siempre que el par antagnico sea inferior

al par medio desarrollado por el motor (par acelerador) el sistema comienza a girar

hasta alcanzar su velocidad nominal.



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APENDICE 17

La repentina aparicin del par puede provocar un efecto brusco en la carga. Si el motor

est acoplado mediante correas, la polea puede deslizar y producir un cierto chirrido.

Para evitar esta situacin la algunas veces se sobreajustan las correas, provocando de

este modo una sobrecarga de los rodamientos o bujes. Esta situacin alarga la vida de

las correas pero provoca un desgaste prematuro de los rodamientos o bujes.

Si el motor est acoplado directamente a la carga, esta situacin puede provocar unafalla en los acoplamientos, y tambin el dao de los engranajes u otros componentes de

los elementos de transmisin.

El pico de la corriente de arranque que puede alcanzar valores de 5 a 10 veces la

corriente nominal, puede exceder la capacidad de la red de alimentacin. Algunas redes

no pueden tolerar el arranque directo de grandes motores.

Un efecto del pico de corriente demandada durante el arranque es la cada de tensin de

la red, que puede afectar otros equipos conectados al mismo circuito. Esta situacin

puede no ser soportada por dispositivos delicados que requieren ser alimentados (en

alguna medida) a tensin constante, computadoras, programadores lgicos controlables

(PLC), rels y dispositivos electrnicos en general, contactores y rels

electromecnicos, iluminacin, cuyas consecuencias son: prdidas de datos (en

computadoras y adquisidores), interrupcin de procesos que se encontraban en rgimen

(por apertura de contactores o mal funcionamiento de dispositivos de control),

disturbios en la iluminacin, apagado o parpadeo (flicker).

Este tipo de problemas debe ser resuelto a nivel de proyecto de la instalacin elctrica

con una buena clasificacin de compatibilidad electromagntica de las cargas,

lamentablemente cuando esto no se tiene en cuenta el problema aparece debindose

buscar otras soluciones.

Por estas razones resulta evidente que se consideren otras alternativas de arranque.

Qu ocurre reduciendo la tensin durante el arranque?

Cuando se reduce la tensin durante el arranque, tambin se reduce el par de arranque y

la corriente de arranque. La corriente se reduce en forma proporcional a la reduccin de

la tensin, en cambio el par se reduce con el cuadrado de la tensin, es decir una

reduccin de tensin a la mitad (50%) provoca una reduccin del par a la cuarta parte

(25%).

La reduccin de la tensin de alimentacin puede facilitar los siguientes problemas

durante el arranque:

r Permite controlar el par durante el arranque pudiendo reducir las solicitaciones y en

consecuencia el desgaste de los elementos de acoplamiento o bien del conjunto motor



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APENDICE 17

mquina accionada, con reduccin del costo de mantenimiento.

r La reduccin de la corriente de arranque adems de satisfacer exigencias de la red

permite reducir las exigencias electrodinmicas y trmicas de los transformadores de

distribucin. Tratndose de motores muy grandes por este medio se puede lograr reducir

el tamao del transformador que se debe seleccionar en funcin de la exigencia de este

motor.

r Cuando se hace el arranque a tensin reducida es muy importante fijar correctamente el

tiempo de conmutacin a la plena tensin para conseguir efectivamente las ventajas de

utilizar este mtodo, si no se acierta con el tiempo correcto no se logra el propsito

buscado.

Tipos de arranques por reduccin de tensin

Se pueden utilizar distintos tipos de dispositivos arrancadores por reduccin de tensincomo ser:

r Arrancador estrella - tringulo

r Arrancador con arrollamiento particionado

r Autotransformador de arranque

r Arrancador por reactancia en serie

r Arrancador de estado slido (rampa continua)

Todos los arrancadores reducen la tensin del motor a un valor fijo menor, y una vez

que el motor comienza a girar se produce la conmutacin mediante contactores

mecnicos a la tensin plena.

Los arrancadores con reactancia serie permiten lograr un crecimiento de la tensin mssuave durante el ciclo de arranque.

Cuando se produce la conmutacin a plena tensin se tiene un incremento abrupto del

par motor. El salto del par puede en algunos casos llegar a valores superiores al par de

arranque, situacin esta que puede producir daos a la carga accionada.

La llave que conmuta a plena tensin puede producir serios transitorios en la red de

alimentacin, razn por la cual muchos usuarios han desechado este tipo de arranque.

Mtodos de arranque que ofrece la tcnica electrnica actual



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APENDICE 17

Los arrancadores suaves en vez de conectar toda la tensin directamente al motor, o en

dos etapas como en el arranque estrella-tringulo, incrementan la tensin del motor

despus de una rampa como muestra en la figura 6. El intervalo hasta la tensin total

puede ajustarse en el orden de 0.5 y 60 segundos. Tienen adems una funcin de parada

suave, con un tiempo de rampa ajustable en el orden de 0.5 hasta 240 segundos como

indica la figura 7.

La utilizacin en la industria de estos arrancadores para distintas aplicaciones prolonga

la vida mecnica y reduce la necesidad de mantenimiento, solucionando por ejemplo los

problemas de sobrepresin en tuberas al arrancar o parar el motor de una bomba (golpe

de ariete), eliminando el patinado de las correas y reduciendo los grandes esfuerzos en

cojinetes al arrancar ventiladores, el desgaste de motorreductores en la operacin de

compresores, etc.

Los motores que funcionan en vaco o que estn sometidos a baja carga durante gran

parte de su tiempo de operacin consumen ms energa de la necesaria. Losarrancadores suaves adaptan la tensin del motor a la carga del momento, esto permite

una mejora del factor de potencia y de la eficiencia, con el consiguiente ahorro de

energa.

Poseen adems un rel de sobrecarga que protege el motor controlando su temperatura

durante la operacin intermitente y protegiendo contra sobrecorrientes que excedan el

lmite establecido.

Cmo funcionan los arrancadores por variacin de tensin y frecuencia?

La corriente de arranque de un motor se puede limitar en forma importante sin afectar el

par variando la tensin y la frecuencia de alimentacin del motor en la misma

proporcin.

Cuando se utilizan para el arranque controladores de tensin y frecuencia (VF) se

controla la velocidad del motor pero el par que desarrolla no se ve afectado, en

consecuencia si se desea obtener un arranque suave el controlador debe disponer de unlimitador de par.

Estos controladores trabajan convirtiendo la tensin alterna en continua y luego la

continua en una tensin alterna de valor y frecuencia variables. La tensin alterna que

producen no es sinusoidal (tiene un cierto contenido armnico), y provoca distorsin de

la tensin en la red de alimentacin.

Estas armnicas no participan en el desarrollo del par til pero si contribuyen a

aumentar las prdidas joule del motor. Estas prdidas adicionales ms las propiasprdidas del controlador de tensin y frecuencia, pueden llegar a incrementar hasta un

5% la potencia absorbida por el motor.



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APENDICE 17

INFLUENCIA DE LA CORRIENTE DE ARRANQUE EN LA INSTALACION

Se plantea un problema, determinar los perfiles de tensin en arranque de motores,

pudindose utilizar algn programa de clculo, en particular dentro del paquete

correspondiente a WproCalc, se dispone de Q-ARRANQ que desarrolla los clculos de

cada de tensin en una red radial considerando el estado anterior al arranque, el

instante inicial del arranque y el estado final de rgimen.

Los clculos presentados se han desarrollado con un programa similar a este.

Para calcular los perfiles de tensin en arranque de motores, como muestra la figura 8,

se analiza el caso de una instalacin cuya fuente de alimentacin es una red de 13.2 kV

y se supone que tiene una potencia de cortocircuito de 300 MVA con una relacin r/x

igual a 0.1.

La rama 2 corresponde a un cable cuya longitud se supone de 300 m con una seccin3x240 mm2, y la rama 4 tambin es un cable de la misma seccin pero longitud 100 m.

La rama 3 es un transformador de relacin 13.2/2.4 kV, cuya potencia e impedancia se

indican en la tabla 5.

Los nodos 2 y 3 no tienen cargas y el nodo 4 un motor de 1288 kW; 2.3 kV; factor de

potencia 0.89; rendimiento 94.6%; y corriente nominal 382 A, finalmente el nodo 5

tiene un motor igual al anterior que a los fines del clculo se considera en proceso de

arranque.

El motor absorbe una corriente de arranque igual a 6.5 In cuando se realiza el arranque

directo, mientras que absorbe 4.16 In con un autotransformador de relacin 80%.

La tabla 5 muestra para distintas condiciones de arranque los valores de variacin de

tensin en los nodos que se consideran de inters, la variacin por el arranque est dada

por la tensin presente antes del arranque y la que se produce como consecuencia de la

sobrecorriente que toma el motor que arranca y la eventual variacin de corriente del

motor que se encontraba en marcha, la variacin en rgimen est dada por la tensin

antes del arranque y la que corresponde cuando el motor que arranca alcanz su

rgimen.

Tabla 5

CASO NODO TIPO DE

ARRANQUE

TRANSFORMADOR VARIACION

POR EL

ARRANQUE

VARIACION

EN

REGIMEN

Potencia(MVA)

Ucc (%) % %

A 4 Directo 5 6 14.3 1.6



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APENDICE 17

5 Directo 5 6 16.1 1.9

B 4 Directo 10 8 11.1 1.1

5 Directo 10 8 12.9 1.4

C 4 80 % 5 6 9.7 1.6

5 80 % 5 6 10.9 1.9

Analizando los resultados de la tabla 5 se hacen las siguientes observaciones:

En el caso A se observan variaciones por el arranque relativamente grandes,

que son particularmente importantes en el nodo 4 que alimenta un motor que se

encuentra en funcionamiento y eventualmente otras cargas que sufrirn esta

variacin de tensin cuya duracin puede considerarse igual al tiempo que el

motor tarda en arrancar.

En el caso B se observan variaciones de tensin menores justificadas por la

mayor potencia del transformador utilizado.

En el caso C se observa la influencia de un autotransformador de arranque

cuyo efecto es reducir con el cuadrado de la relacin de transformacin la

corriente que el motor absorbe durante el arranque, y en consecuencia las

variaciones de tensin tambin se reducen.

DETERMINACION DE LA DURACION DEL ARRANQUE

Se trata de determinar la duracin del tiempo de arranque de un motor, pudindose

utilizar algn programa de clculo, en particular para estos ejemplos se ha utilizado

TRANMOT.

Se analiza el caso de un motor que mueve un compresor centrfugo para distintas

condiciones de arranque; en particular arranque directo, arranque con

autotransformador con distintos valores de temporizacin.

La tabla 6 muestra magnitudes de inters para analizar distintas condiciones de arranque

de un motor de 1288 kW; 2300 V; 50 Hz; 4 polos; momento de impulsin (GD2) igual a

175 kgm2,que acciona un compresor que tiene un GD2 total (caja reductora ms el

compresor) igual a 758 kgm2 (referido a la velocidad del motor) con un par resistente

de 475 kgm para 10% del caudal nominal a la velocidad nominal.

Tabla 6



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APENDICE 17

Autotr. Tcon

seg

Tarr

seg

Pico par neto

Kgm

Par mximo

kgm

Ia

A

Iac

A

Idc

A

(Ith-Ir)2t

kA2 seg

Figura

1 - 0 3.4 1485 1897 2235 - - 12.5 9

2 80% 5.5 5.6 803 1214 1788 325 406 13.2 10

3 80% 5.0 5.4 1485 1897 1788 1181 1476 13.1 11

4 80% 4.0 4.9 1485 1897 1788 1522 1903 12.9 12

Al comparar las figuras que representan distintas condiciones de arranque, se observa

como puede reducirse la corriente de arranque y contenerse el segundo pico eligiendo

adecuadamente el instante de conmutacin.

La tabla 7 muestra estas magnitudes obtenidas para el mismo motor que acciona encambio un compresor que tiene un GD2 total (caja reductora ms el compresor) igual a

876 kgm2 (referido a la velocidad del motor) con un par resistente de 336 kgm para

10% del caudal nominal a la velocidad nominal.

Tabla 7

Autotr. Tcon

seg

Tarr

seg

Pico par neto

Kgm

Par mximo

kgm

Ia

A

Iac

A

Idc

A

(Ith-Ir)2t

kA2 seg

Figura

1 - 0 3.7 1605 1897 2235 - - 14.1 13

2 80% 5.0 5.6 1605 1897 1788 1410 1763 14.4 14

3 80% 4.5 5.4 1605 1897 1788 1511 1889 14.4 15

Analizando los resultados de las tablas se hacen las siguientes observaciones:

Durante el proceso de arranque se tiene un aporte transitorio de calor al motor

que se ha evaluado determinando Ith2 t y restndole lo que correspondera al

estado de rgimen Ir2 t.

Debe notarse que el aporte de calor es mnimo para el arranque directo y se

incrementa al hacer el arranque con tensin reducida.

En los casos que se examinan el par de aceleracin es siempre sensiblementeimportante por lo que an con tensin reducida el aporte de calor resulta

contenido, si en cambio el par de aceleracin fuese pequeo se incrementara la

importancia del aporte de calor.



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APENDICE 17

El pico de par neto slo logra limitarse en forma importante eligiendo tiempos

de conmutacin relativamente largos (prximos al tiempo de arranque) de

manera que el motor encuentre un primer estado de rgimen con el

autotransformador y luego efecte la aceleracin final.

Cuando se logra esta situacin tambin queda limitado el par mximo que

desarrolla el motor.

Comparando el valor eficaz inicial I0 con el valor eficaz despus de la

conmutacin Idc se observa que a medida que disminuye el tiempo de

conmutacin los valores de Idc superan a los de I0, con lo que se pierde en parte

el efecto limitador de la corriente de arranque que se busca con el proceso

elegido.

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11. PUBLICACION IEC 34-8 (1972) Part 8: Terminal markings and direction of rotation of rotatingmachines.



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18. "Rilievo dei guasti dei motori ad induzione atraverso l'analisis di frequenza delle correnti" L'EnergaElettrica - N 9 1984.



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Interpretacion de Fallas en Motores Electricos

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