Caso Práctico: “Desbalance Resistivo en conexiones eléctricas de un motor eléctrico”

El motor eléctrico es la máquina eléctrica rotativa con mayor presencia en la industria y en conjunto con una bomba u otra máquina, mueven una carga que da origen a un producto final.

No es extraño que un motor eléctrico sea parte de un sistema crítico, por tanto dotar al sistema de disponibilidad a través de una alta confiabilidad, debe ser una función que el motor eléctrico también debe cumplir.

Es habitual medir la resistencia de aislamiento de un motor eléctrico y si su valor está de acuerdo al estándar, se pone en servicio. Sin embargo, al poco tiempo de funcionamiento empieza a presentar problemas hasta fallar afectando la disponibilidad del sistema generando costos de ineficiencia.

Es habitual medir la resistencia de aislamiento de un motor eléctrico y si su valor está de acuerdo al estándar, se pone en servicio. Sin embargo, al poco tiempo de funcionamiento empieza a presentar problemas hasta fallar afectando la disponibilidad del sistema generando costos de ineficiencia.

El caso que se presenta a continuación pudo haber sido uno de esos, si no es porque aplicaron pruebas adicionales que permitieron evidenciar el problema.

Análisis estático de motores eléctricos

El análisis estático de motores eléctricos consiste en efectuar una serie de mediciones eléctricas al motor cuando está detenido. Entre estas mediciones se encuentran:

  • Resistencia de aislamiento a tierra.
  • Capacitancia a tierra.
  • Indice de polarización (IP).
  • Indice de absorción (DAR).
  • Resistencia eléctrica entre bobinas.
  • Inductancia entre bobinas.

Estas mediciones permiten efectuar un análisis más completo de un motor eléctrico, lo cual ayuda al analista a mejorar sustancialmente el diagnóstico del motor y así, poder evitar fallas inesperadas.

Las seis zonas de falla

PDMA Corporations, desarrolló el concepto de las 6 zonas de falla de un motor, las que se muestran a continuación:

Las seis zonas eléctricas de falla:

  • Calidad de la Alimentacion
  • Circuito de potencia
  • Aislamiento
  • Estator
  • Rotor
  • Entrehierro

La zona de falla afectada

La zona de falla en donde se detectó el problema corresponde al circuito de potencia y el cual se define como:

El circuito de potencia: Se refiere a todos los conductores y conexiones que existen desde el punto donde se realice la prueba hasta los bornes terminales del motor. Esto puede incluir interruptores, fusibles, contactores, protecciones contra sobrecarga, seccionadores y bornas.

El problema detectado

Durante el mantenimiento mayor de una planta de proceso, correspondía realizar el mantenimiento preventivo de un motor eléctrico de 380 (V), 50 HP y 2965 RPM que forma parte del conjunto bomba de carga a una planta de proceso.

Una vez entregado el motor por la empresa mantenedora y antes de realizar el montaje en planta, se realizó con el instrumento MCE Max de PDMA el test denominado AC Auto, el cual realiza de forma automática la medición de resistencia e inductancia de bobinas, curva tiempo resistencia, IP, DAR, resistencia de aislamiento a tierra y capacitancia a tierra.

La medición se realizó en los cables terminales de la caja de conexiones del motor, la imagen 1 muestra el punto de conexión.

Imagen 1. Cables terminales de conexión.
Imagen 1. Cables terminales de conexión.

Al efectuar el análisis de la medición se detectó un aumento de resistencia en la fase 3 provocando un desbalance resistivo anormal de un 18.31%. La IEEE Std 1415™ 2006 en el punto 4.3.40 establece que el desbalance resistivo debe estar entre un 3% y un 5% de la resistencia promedio, cualquier valor sobre debe ser investigado. Sin embargo, la IEEE Std 1068™ 2015 indica que el desbalance resistivos no podrá ser superior a un 1% después que un motor ha sido sometido a mantención. PDMA Corporations, recomienda que el desbalance resistivo para motores nuevos o rebobinados debe ser inferior a un 1% y para motores en servicio debe ser menor a un 3%. La imagen N° 2 muestra el reporte de medición.

Imagen 2. Reporte de medición 1.
Imagen 2. Reporte de medición 1.

Al revisar los cables de conexión, se evidenció que entre los cables de las bobinas del motor y los cables de conexión a la fuente de alimentación existía un manguito de conexión, ver imagen N° 1.

Con el objeto de descartar que el problema no estuviese en la conexión que ejerce el manguito entre ambos cables, se midió nuevamente la resistencia de las bobinas conectando el instrumento sobre el manguito de conexión de las tres fases, ver imagen N° 3.

El reporte de la medición 2, indica que la resistencia de la fase 3 y el desbalance resistivo todavía siguen elevados, ver imagen N° 4.

Imagen 3. Medición 2.
Imagen 3. Medición 2.
Imagen 4. Reporte de medición 2.
Imagen 4. Reporte de medición 2.

Con la idea de detectar cual era el problema que provocaba la alta resistencia en la fase 3, se procedió a retirar el manguito de conexión. En el retiro se evidenció que existía una conexión deficiente entre el manguito y el cable de la bobina 3, provocado por el no retiro del barniz aislante del conductor de la bobina, ver imagen N° 5.

Imagen 5. Cable bobina de motor.
Imagen 5. Cable bobina de motor.

En la imagen 5, se aprecia que la conexión entre la bobina del motor y el cable de conexión a la fuente de alimentación, se realizaba solo por el contacto entre las puntas sin aislamiento de ambos conductores.

Se retira el barniz aislante de los cables de conexión de la fase 3 del motor, se unen y se efectúa una nueva medición, ver imagen N° 6.

Imagen 6. Medición 3.
Imagen 6. Medición 3.

Esta vez, la resistencia de la fase 3 disminuye y también el desbalance resistivo a un 9.86%, pero todavía está por sobre el máximo aceptable, ver imagen N° 7.

Imagen 7. Reporte de medición 3.
Imagen 7. Reporte de medición 3.

Para asegurar que el alto desbalance resistivo tenía como causa una de ciencia en la conexión de la fase 3, se efectúa una cuarta medición, pero esta vez, se mejora la conexión instalando una prensa partida, ver imagen N° 8.

Imagen 8. Instalación de prensa partida.
Imagen 8. Instalación de prensa partida.

Esta vez, la resistencia y el desbalance resistivo de la fase 3 disminuyen. El desbalance resistivo lo hizo de un 9.85% a un 3.07%, valor que esta cercano al máximo recomendado, ver imagen N° 9.

Imagen 9. Reporte de medición 4.
Imagen 9. Reporte de medición 4.

Con la última medición se comprueba que el problema de desbalance resistivo tenía como causa una de ciencia en la conexión eléctrica de la fase 3 del motor. Finalmente, se decidió instalar una bornera de conexiones en el motor, para efectuar una conexión óptima de los cables de fuerza con las bobinas del motor. La imagen N° 10 muestra la bornera de conexiones instalada.

Imagen 10. Motor reparado.
Imagen 10. Motor reparado.

Instalada la bornera de conexiones, se efectúa la quinta medición y se comprueba que la resistencia de la fase 3 disminuye a valores muy similares de las otras dos fases, a su vez, el desbalance resistivo dismiuyó de 3.07% a un 0.89%, valor que está muy por debajo del 1% recomendado, ver imagen N° 11.

Imagen 11. Reporte de medición 5.

Conclusiones

  • En función a los resultados del análisis y a la evidencia presentada, se concluye que el elevado desbalance resistivo que presentaba el motor, fue provocado por una de ciencia en la conexión eléctrica entre las bobinas del motor y los cables de conexión a la línea de fuerza.
  • Aplicar una tensión a un motor con desbalance resistivo, dará origen a corrientes de secuencia negativa. Estas corrientes causan calentamiento en los bobinados del motor. Es así como un desbalance de tensión de un 3.5% provocará un aumento de la temperatura en el motor de un 25%. También, la conexión con mayor resistencia dará origen a una anomalía térmica provocando una elevación de T° de la conexión, la que afecta al material aislante pudiendo provocarse un cortocircuito a tierra en la caja de conexiones del motor.

Recomendaciones

  • La simple medición de la resistencia de aislamiento en un motor, no es su ciente para indicar la condición del mismo, sino, que es necesaria la medición de una serie de variables que en conjunto permiten hacer un diagnóstico con mayor confiabilidad del motor. Hoy en día la tecnología permite que con un solo click se puedan medir todas las variables de una sola vez, además de su registro para un análisis de tendencia.
  • Considere siempre que debe proveer al analista la instrumentación y capacitación adecuada, y la oportunidad de medición. Cada medición que se realice mejora la curva de aprendizaje del analista, hasta convertirse en un experto.

Estándares aplicables

  • IEEE Std 1415™-2006, IEEE Guide for Induction Machinery Maintenance Testing and Failure Analysis.
  • IEEE Std 1068™-2015, IEEE Standard for the Repair and Rewinding of AC Electric Motors in the Petroleum, Chemical, and Process Industries.

Autor: Jaime Zamora C.
Ingeniero Eléctrico
Diplomado en Gestión de Activos y Mantenimiento
Ingeniero de Mantención
Enap Refinerías Aconcagua
Chile
Correo: jzamora@enap.cl

0 comentarios

Enviar un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *

Edición 29 Predictiva21

ver todas las ediciones

Suscríbete a Predictiva21

Síguenos en Linkedin

Sistemas de Indicadores (KPI) para Evaluar la Gestión del Mantenimiento

  • Sistemas de medición del desempeño en mantenimiento
  • Balanced scorecard y la gestión de mantenimiento
  • Indicadores técnicos de mantenimiento
  • Overall equipment effectiveness (OEE) y el mantenimiento
  • Indicadores de la SMRP y de la EFNMS- en 15341
  • Sistema jerárquico-funcional de indicadores para mantenimiento

Taller de Análisis de Criticidad (Detección de Oportunidades)

  • Fundamentos del Análisis de Criticidad
  • Pasos para la realización de un Análisis de Criticidad
  • Modelos Cuantitativos
  • Modelos Cualitativos
  • Modelos Probabilisticos
  • Selección de Matriz de Criticidad

Fundamentos Técnicos de Tribología y Lubricación

  • Conocer los fundamentos de tribología y lubricación, así como su uso y aplicación.
  • Importancia de la Lubricación para mejorar la confiabilidad en los procesos.
  • Conocer características de los diferentes productos empleados en lubricación y criterios de uso.
  • Conocimientos para facilitar un proceso de cambio en el enfoque de mantenimiento.
  • Identificar el vinculo Mantenimiento-Lubricación-Diseño.
  • Identificar que una adecuada Lubricación contribuye en ahorrar energía y reduce costos.

Auto Evaluación de Mantenimiento

  • Formación del Comité de Análisis y Diagnostico.
  • Establecimiento de parámetros para evaluar el mantenimiento.
  • Elaboración y aplicación de cuestionarios.
  • Principios y reglas de investigación eficaz.
  • Grado de madurez del área de mantenimiento.
  • Establecimiento da la Matriz de Esfuerzos versus Impacto.

Análisis de Costo de Ciclo de Vida LCC

  • Comprender la teoría del Análisis del Costo del Ciclo de Vida acorde a las normas ISO 15663 y UNE EN 60300-3-3 para la selección de alternativas económicas.
  • Evaluar el impacto económico de la Confiabilidad y de la Mantenibilidad en los costos de ciclo de vida de un equipo industrial.
  • Identificar los puntos de atención, barreras y debilidades relacionados con la utilización de las técnicas de Análisis del Costo del Ciclo de Vida y Evaluación Costo Riesgo Beneficio.
  • Determinar la Vida Útil Económica para decidir cuándo es el momento oportuno para reemplazar un activo físico instalado en una planta industrial.

Gestión y Optimización de Inventarios para Mantenimiento

  • Aspectos claves en gestión de inventarios
  • Clasificación de inventarios en mantenimiento
  • Análisis de Criticidad jerarquización de repuestos
  • Cantidad económica de Pedido
  • Indicadores en la Gestión de Inventarios

Generación de Planes Óptimos de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad RCM

  • Fundamentos del MCC
  • Desarrollo del MCC
  • Beneficios del MCC
  • Desarrollo del AMEF
  • Generación de Planes de Mantenimiento

Planificación, Programación y Costos de Mantenimiento

  • Modelo de la Gestión de Mantenimiento
  • Sistemas indicadores de la Gestión
  • Planificación del Mantenimiento
  • El sistema de Orden de Trabajo
  • Análisis de Mantenibilidad
  • Programación del Mantenimiento

Técnicas de Análisis de Fallas y Solución de Problemas a través del Análisis de Causa Raíz RCA

  • Fundamentos del falla
  • Modos de falla
  • Tipos de falla
  • Análisis Causa Raiz
  • Tipos de ACR
  • Aplicación de ACR con Árbol Logico
  • Jerarquización de Problemas
  • Desarollo de Hipótesis
  • Evaluación de resultados

Análisis de Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad (RAM)

  • Definiciones y conceptos.
  • Relación de un análisis RAM con la vida del activo.
  • Información requerida para realizar un análisis RAM.
  • Etapas para efectuar un análisis RAM.
  • Construcción del modelo en el análisis RAM.
  • Ajuste de distribuciones de probabilidad.
  • Incorporación de la opinión de experto.
  • Combinación de fuentes (Teorema de Bayes).
  • Simulación Montecarlo.
  • Análisis de Resultados.
  • Jerarquización de activos según criticidad.

Mantenimiento Productivo Total (TPM)

  • Evolución del mantenimiento.
  • Objetivos del TPM.
  • Eficiencia operacional global.
  • Pilares de sustentación del TPM.
  • Implementación del TPM.
  • Evaluación de la eficacia de los equipos.
  • Control administrativo (Las 5 S – housekeepig).

Introducción a la Confiabilidad Operacional

  • Los fundamentos de confiabilidad, así como su uso y aplicación.
  • Visión de Confiabilidad Operacional como estrategia para mejorar la confiabilidad en los procesos
  • Conocimientos para facilitar un proceso de cambio del enfoque de mantenimiento hacia un enfoque de Confiabilidad Operacional, que apunta hacia la reducción sistemática en la ocurrencia de fallas o eventos no deseados en los Sistemas.
  • Obtener criterios para aplicar la estrategia de Confiabilidad Operacional.
  • El diseño de estrategias y la selección de acciones técnicamente factibles y económicamente rentables en minimizar la ocurrencia de fallas.

Mantenimiento por Condición para Equipos Estáticos y Dinámicos (Mantenimiento Predictivo)

  • Mantenimiento por monitoreo de condición
  • Estimación de intervalos P-F
  • Costo riesgo beneficio
  • Planes de Monitoreo de Condición

Mantenibilidad y soporte a la Confiabilidad Operacional

  • Conocer conceptos que soportan el enfoque de Mantenibilidad.
  • Importancia de la Mantenibilidad para mejorar la confiabilidad en los procesos.
  • Entender y comprender los factores que influyen y afectan la Mantenibilidad en las operaciones.
  • Diferenciar función y funcionalidad para aplicar mejoras.
  • Identificar que una adecuada valoración de Mantenibilidad permite aumentar la rentabilidad.
  • Identificar el vinculo Mantenibilidad-Disponibilidad.
  • Mantenibilidad y los factores: personales, condicionales, del entorno organizacional y ambientales.

Análisis de Vibración Nivel I

  • Fundamentos de las vibraciones Mecánicas
  • Características de la vibración
  • Tipos de medición de vibración
  • Posición para medir vibración
  • Sistemas de monitoreo continuo y portátiles de vibración
  • Criterios para la selección de un sistema de medición y/o protección de vibración

Aplicación de la Norma ISO 14224 en sistemas CMMS para gestión de Activos

  • Protocolos para definición del Plan de Mantenimiento
  • Plan de Mantenimiento
  • Estándar Internacional ISO-14224
  • Sistemas de información para Gestión de Mantenimiento – CMMS
  • Administración de información de mantenimiento.
  • Limites jerárquicos de los equipos
  • Equivalencia taxonómica SAP-PM e ISO-14224.

Estándares de Planeamiento y Control de Mantenimiento

  • Formación del Comité de Análisis y Diagnostico.
  • Establecimiento de parámetros para evaluar el mantenimiento.
  • Elaboración y aplicación de cuestionarios.
  • Principios y reglas de investigación eficaz.
  • Grado de madurez del área de mantenimiento.
  • Establecimiento da la Matriz de Esfuerzos versus Impacto.

Administración del Mantenimiento

  • Identificación de los Activos.
  • Planificación y programación de mantenimiento
  • Plan / Programa maestro de mantenimiento
  • Las órdenes de trabajo, su evolución y metodologías de generación y recolección de registros
  • Los registros de materiales
  • Recolección de Datos de Mantenimiento

Gestión de Mantenimiento

  • Identificación de los Activos.
  • Planificación y programación de mantenimiento
  • Plan / Programa maestro de mantenimiento
  • Las órdenes de trabajo, su evolución y metodologías de generación y recolección de registros
  • Los registros de materiales
  • Recolección de Datos de Mantenimiento