Durante muchos años, se han utilizado los motores de inducción en la industria debido a su menor costo de adquisición y mantenimiento en comparación con otros tipos de motores.

Algunas de sus características más importantes, además de su construcción, están relacionadas con su principio de funcionamiento. El campo magnético giratorio inducirá una fuerza electromotriz (a la que se denominará f.e.m.), que el rotor intenta seguir pero nunca alcanza. Por ejemplo, un motor diseñado con 2 polos tiene una velocidad producida por la f.e.m. de 3600 RPM, mientras que el rotor, en su intento de igualarla, alcanza 3505 RPM. A esta diferencia de velocidad se le llama resbalamiento.

En vibraciones mecánicas, el resbalamiento se traduce como la frecuencia de deslizamiento, que está dada por la ecuación: Fs=Ns−RPM

Donde:

• Fs = Frecuencia de deslizamiento.
• Ns = Velocidad síncrona (producida por la f.e.m.).
• RPM = Velocidad del rotor físicamente.

Para este caso: Fs= 3600 − 3505 = 95CPM

Una vez conocida la frecuencia de deslizamiento, podemos calcular la frecuencia de paso de polos, que está dada por la ecuación:Fp=P×Fs

Donde:

• Fp = Frecuencia de paso de polos.
• P = Número de polos.
• Fs = Frecuencia de deslizamiento.

Para este caso: Fp= 2 × 95CPM = 190CPM = 3.16Hz

Con este contexto y conociendo estas frecuencias, podemos asociarlas con una variedad de problemas eléctricos que pueden apreciarse desde el punto de vista mecánico a través de las vibraciones. Aunque esta no es la mejor manera de determinar problemas eléctricos, sí es una herramienta útil para detectar comportamientos anómalos. Asociando estas frecuencias a tendencias aplicadas en el mantenimiento predictivo (PdM), podemos realizar un seguimiento puntual en términos de frecuencia y amplitud.

Estas frecuencias se presentan en un espectro de vibración, incluyendo la presencia de la 2FL, que corresponde a 2 veces la frecuencia de suministro eléctrico o de línea. En México, esta frecuencia es de 60 Hz, por lo que la 2FL sería:2×60Hz=120Hz

En campo, se detecta un aumento de la amplitud de la vibración de un motor de inducción de dos polos. En este caso, se observan múltiplos de la frecuencia fundamental (1X, 2X, 3X, 4X...), indicando holgura rotativa. Esto apunta principalmente a un desajuste en las cajas del rodamiento del motor.

En la resolución del espectro de vibración, se observan "picos" de amplitud en banda ancha debido a frecuencias muy cercanas entre sí. Para estudiar estas frecuencias, es necesario configurar adecuadamente la resolución del espectro.

Se emplea el método de demodulación para buscar frecuencias altas o de tildeo que aporten al diagnóstico, enfocándose en detectar algún desajuste en el rodamiento o frecuencias de falla asociadas a los rodamientos. Durante el análisis, se identifican valores síncronos (no relacionados con los rodamientos) y una pronunciación marcada de la frecuencia 2FL.

Se configura la resolución del espectro. En este, se pueden apreciar los múltiplos de la frecuencia fundamental, como ya se había mencionado. Además, se observan bandas laterales en cada uno de ellos. Estas bandas laterales tienen una frecuencia de 3.16 Hz, lo cual está completamente ligado a la frecuencia de paso de polos calculada al principio del artículo.

La aparición de las bandas laterales a múltiplos de giro se presenta cuando existe una excentricidad en el rotor. Esto ocurre debido a un entrehierro variable de manera giratoria entre el rotor y el estátor, lo que induce una vibración pulsante. Las frecuencias que generan solo un par de bandas laterales suelen corresponder a modulaciones de amplitud.

En la medición de aceleración en el dominio del tiempo, la velocidad de rotación (58.41 Hz / T=0.017s) está siendo modulada en amplitud por la frecuencia de paso de polos (3.16 Hz / T=0.316s). Este efecto puede ser percibido durante inspecciones visuales, manifestándose como sonidos de motor "rugiendo" o "mufeando", como se le llama coloquialmente. Esto es causado por oscilaciones grandes y rápidas bajo carga.

La variación del entrehierro puede ser producida por muchos factores. Centrar la armadura para eliminar la distorsión del estátor puede ser una solución, pero en este caso, se sospecha la presencia de una holgura rotativa severa debido a los múltiplos de la velocidad fundamental, lo cual tiene su origen en un claro excesivo entre los cojinetes.

Un rotor excéntrico significa que el diámetro exterior del núcleo del rotor no es concéntrico con los muñones del rodamiento. Esto crea un punto mínimo de espacio de aire que gira con el rotor a la frecuencia de rotación. Asociado a este fenómeno, habrá una fuerza magnética desequilibrada actuando en el punto mínimo del entrehierro, ya que la fuerza en el entrehierro mínimo es mayor que la fuerza en el entrehierro máximo, como se ilustra en la figura. Esta fuerza neta de desequilibrio girará junto con el entrehierro mínimo a la frecuencia de rotación, causando vibración en dicha frecuencia.

En recomendación a las observaciones en campo y al análisis del espectro, se sugiere revisar y centrar la armadura del motor, eliminar la distorsión del estátor, inspeccionar el claro excesivo y corregir el desajuste de los rodamientos, o cualquier otra condición que pueda causar que el rotor esté excéntrico con respecto al estátor.

Bibliografía - Excentricidad dinámica en motores de inducción

Artículo técnico

Análisis de vibraciones en motores eléctricos - Carlos Aroeira.

Vibraciones básicas de maquinaria

Introducción al análisis básico de maquinaria - Ronald L. Eshleman.

Tablas ilustradas de diagnóstico de vibraciones - Tablas de Charlotte