mantenimiento predictivo de motores eléctricos...

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Mantenimiento Predictivo de Motores Eléctricos

Recomendaciones de Normas

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Expositor: Luis Beltran

• Bachiller en Ciencias con mención en Ingeniería

Eléctrica. Master en Administración de Negocios

Internacionales.

• Más de 25 años de experiencia en las prácticas

eléctricas para el mantenimiento predictivo. Trabajó

para empresas internacionales como ABB,

Siemens, y WEG. Atendió industrias como las de

minería, petroleo, gas, cemento, papel, y

siderurgia.

• Trabaja para la division de Megger Baker

Instruments desde el 2008, y su posición actual es

de Gerente de Negocios para CSA, México y

Canada.

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Agenda

Introducción

Pruebas Estáticas

Sistemas de aislamiento - modos y mecanismos de fallas

Pruebas Eléctricas Normadas

Voltajes y secuencias de prueba recomendadas

Criterios de aceptación de las pruebas

Pruebas Dinámicas

Parámetros de las condiciones de energía

Desbalances de voltajes y corrientes, armónicos

Factor de servicio efectivo

Problemas en rotores de jaula de ardilla

Arranque de motores

Torque – rizado y problemas mecánicos

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Baker Instruments

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Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas

Que es lo que realmente se busca?

Ahorros $$$$$$$ !!!!

• Reducir paradas no programadas

• Análisis de Ia raíz de la causa de los problemas

• Ahorro de dinero en el gasto de energía eléctrica

• Análisis de la interacción: Energía – Motor - Carga

• Aseguramiento de la Calidad del Motor (nuevo o reparado)

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Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas

La pregunta no es si un motor va a fallar

La pregunta es CUANDO!!!

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Pruebas Eléctricas Estáticas

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Aislamiento, Voltaje de Ruptura vs. Tiempo

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Máquinas Rotativas

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1. Balanceo Resistivo del devanado (Puente Kelvin)

2. Resistencia de Aislamiento

3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica

4. Pruebas de Alta Tensión – Hipot (Step Voltage)

5. Prueba de Impulso - Surge Test

6. L,C,Z, Angulo de fase (Ind., Cap., Imped.)

7. Factor de Disp. y Calidad D/Q

8. RIC test (Rotor Influence Test)

9. Descargas Parciales (hasta 15 Kv)

Pruebas Eléctricas Estáticas en Máquinas Rotativas

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

1. Pruebas de Balanceo de Resistencia

Problemas a detectar:

• Número de vueltas por fase

• Diámetro del cobre

• Conexiones con alta resistencia

• Cortos totales entre espiras

• Conexiones abiertas entre espiras

• Tendencias - Históricos

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2. Prueba de Resistencia de Aislamiento

(IEEE Std.43)

• Mide la resistencia a tierra

• Determina fallas a tierra o posible contaminación en la

superficie a voltajes similares al de operación pero en

corriente contínua.

• Util para crear tendencias

• No determina:

Si el motor está “totalmente” en buenas condiciones o si

existe fallas entre espiras internas de la máquina

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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2. Prueba de Resistencia de Aislamiento (IEEE Std.43)

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Voltajes recomendados

2. Prueba de Resistencia de Aislamiento (IEEE Std.43)

Voltaje de placa Voltaje de Prueba en CC

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Valores mínimos recomendados de resistencia

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minuto 1 en aResistenci de Valorminutos 10 en aResistenci de Valor

3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE Std.43)

Prueba similar al usar el megómetro, pero dura 10 minutos

Si la resistencia obtenida es mas de 5000 MΩ en un minuto, entonces

se realiza la prueba de Absorción Dieléctrica, que es similar a la IP,

pero con los valores tomados en 30 sg. y 3 minutos.

IP =

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE Std.43)

• Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse.

• Busca deterioro, resequedad, fisuras, envejecimiento o contaminación del

aislamiento a tierra.

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Hasta aquí, son suficientes la prueba de resistencia de aislamiento como

herramienta de diagnóstico?

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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4. Pruebas de Alto Voltaje en Escalón - Hipot (Step Voltage)

(IEEE Std. 95)

Asegura que el aislamiento a tierra soporte el trabajo normal durante el arranque y

parada del motor.

Voltaje de Prueba = 2 x Vn + 1000 V

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)

(IEEE Std. 95)

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)

• 80% de las fallas del motor por aislamiento, empiezan como fallas entre

espiras (General Electric Paper).

• La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa raíz del problema

se basa en una falla entre espiras (General Electric Paper - EASA).

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

26

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Caso de Estudio: Aislamiento débil entre espiras

Estator de voltaje nominal de 4160V

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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6.7. Mediciones de L, Z, C (Inductancia, Impedancia, Capacitancia), D y Q

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Ejemplos: Errores en Devanados

3/26/2019 © SKF Group Slide 30

Zreference

XL

R

1. Alambre mas delgado, mismo # vueltas

Q1: R, L, crece, decrece, igual?

Q2: Z y φ?

Q3: Q cambia?

2) Mismo alambre, menos # vueltas

Q1: R, L cambian?

Q2: Z y φ cambian?

Q3: Q cambia?

Z2

3) Mismo Alambre, igual # vueltas, bobina invertida

Q1: R y L cambian?

Q2: Z y φ cambian?

Q3: Q cambia?

Z3

Z1

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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)

Podría hallar cuatro tipos de problemas en el rotor:

• Excentricidad Estática

• Excentricidad Dinámica

• Barras rotas en el rotor

• Posibles fallas en el Estator

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Prueba RIC (Rotor Influence Check)

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Prueba RIC (Rotor Influence Check)

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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Ejemplo de Excentricidad Estática

Variaciones de amplitudes de

Peaks entre fases implican

Excentricidad Estática.

Notar que las amplitudes de

los peaks para cada fase se

mantienen constantes.

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Ejemplo: Excentricidad Dinámica

Variaciones dentro de una fase

Indica excentricidad dinámica

(Baldor 125hp)

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8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)

NO ES TOTALMENTE CONFIABLE!!!!

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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9. Prueba de Descargas Parciales

• La prueba de DP detecta vacíos y debilitamientos

en aislamientos de motores que pueden acelerar

su degradación, provocando fallas prematuras

• DP es usado para:

o Verificación de los componentes del motor

durante su fabricación.

o Pruebas de mantenimiento predictivo y

preventivo en los terminales del motor.

o Verificación del aislamiento durante

rebobinados

- Imagen: courtesía de IMCORP

“Ramificaciones” eléctricas son el

resultado de actividades de DP en el

tiempo”

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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• Escalas en eje “x” (tiempo) independientes para las ondas de Impulso y

DPs las cuales suministran mejor información del comportamiento de la

DP

• Cumple con IEC 61934, incluyendo la revisión de sensitividad y ruidos

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Transientes en VFD

Similar a transientes en el

arranque,

Los disparos en VFD

causan “picks” de voltaje

los cuales estresan los

aislamientos de los

devanados del motor.

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• Arco parcial localizado en el dieléctrico entre conductores o entre

conductor y tierra (masa)

• El stress de voltaje en combinación con una pobre laminación,

impregnación de aislamiento y contaminación contribuyen al fenómeno

Descarga Parcial: Que es?

Image Credit: www.intechopen.com

Conductor

Conductor

Ais

lam

iento

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Ejemplo de falla de aislamiento debido a una DP

Motor de subway en South Korean usado en una investigación de DP

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Valores grabados

de DP

Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores

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Descargas Parciales

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• “Generalmente, existen diferentes fuentes de descargas

parciales que estan presentes activamente y al mismo tiempo

dentro de un estator. La clave de una medición satisfactoria

de DP es la separación y la distinción entre DPs dañinas, DPs

normales y la presencia de ruido externo inevitablemente

presente en los ambientes industriales.”

Descargas Parciales

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Pruebas Eléctricas Dinámicas

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Motor

CCM

Carga

Diagnostican problemas en la línea de alimentación,

motor, carga, y la interacción entre ellas

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Mediciones modernas de parámetros eléctricos útiles para analizar:

◼ Calidad de energia, armónicos e inter-armónicos

◼ Motores trabajando con variadores de velocidad

◼ Registrar continuamente los parámetros eléctricos

◼ Analizar el torque, su rizado, espectros y obtener problemas mecánicos

◼ Problemas de barras rotas en rotor de jaula de ardilla, sin necesidad de saber el

número de barras del rotor.

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Motor

CCM

Carga

Interruptor

Exp

Voltaje < 1000 V

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Motor

Carga

TCs

Interruptor

TVs

Voltaje > 1000 V

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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• Análisis de la Calidad de Energía

- Voltajes y corrientes: niveles y desbalances

- Distorsión de armónicos y distorsión total

- Potencias reactivas, activas y aparentes

- Armónicos e inter-armónicos

Importancia:

- Una baja calidad de energía causa incremento de temperatura

- Por cada 10 ºC de incremento de temperatura, la vida del aislamiento se reduce a

la mitad (IEEE Std 43).

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Desempeño del Motor

- Desbalance de Voltajes

- Distorsión de Armónicos

- Derateo NEMA

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Desempeño del Motor:

Valores RMS de operación

Nivel de Voltaje 658.2 V 99.7%

Nivel de Corriente 378.4 A 91.4%

Nivel de Carga 312.6 Kw 78.1%

All OK?Desbalance de Voltaje 3.66%

Distorsión de Voltaje 9.80%

% demérito de NEMA 0.6

F. de Servicio Efectivo 1.28

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Estudio de Armónicos:

NEMA MG-1 30.1

Motor trabajando con VFD (Variador de Velocidad)

“Armónicos incrementan pérdidas, elevan la temperatura del

motor, disminuyen la eficiencia y la vida útil del motor”.

THD ➔ Múltiplos de la frecuencia fundamental

TD ➔ Inter-armónicos + otros

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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• Caso de Estudio:

Motor eléctrico de 770 hp, 1786 rpm, 460 V, 850 A.

Variador de velocidad ABB

Rodamiento: 6220 C3

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Caso de Estudio: Barras Rotas en el Rotor

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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• Análisis de Transientes

Ayuda a:

- Establecer los rangos de disparos de las

corrientes

- Programar los arrancadores suaves o soft

starters

- Diagnosticar problemas en bombas y

ventiladores

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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• Caso de Estudio: Arrancador suave – Estado Sólido

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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• Análisis de Torque

Herramienta muy útil para separar los problemas eléctricos de los

mecánicos (ayuda a resolver discusiones entre mecánicos y

electricistas

Se puede encontrar problemas mecánicos por comparación entre

máquinas similares o llevando el histórico de una sola máquina

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Análisis de Torque: Bomba Sumergible 4160V

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Caso de Estudio:

Cavitación en bomba sumergible de

750 HP

Perspectiva de diagnóstico:

Dos bombas identicas en

funcionamiento…una esta con

problemas…

Pregunta: Cual de estas

bombas gemelas a veces

cavita?

(1)

(2)

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Análisis de Torque:

Análisis Mecánico FFT

- Diagnostica problemas mecánicos

desde el CCM:

Rodamientos

Desbalance en Ventiladores

Cajas reductoras

Etc.

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Análisis de VFD

(Variadores de

Velocidad):

VFD:

Accionamiento de faja

60 hp, 1200 rpm

Frecuencia

Voltaje

Torque

Velocidad

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Análisis de VFD (Variadores de

Velocidad):

Beneficios

•Programar accionamientos

•Análisis de cargas

•Fallas en IGBT’S

•Problemas de realimentación en

accionamientos

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Monitoreo Contínuo:

Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores

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Pruebas Dinamicas en Linea (On-line)

Sistema NetEp

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• Sistema de Monitores de Motores 24/7 desde cualquier lugar

• Obtener la mayor utilidad de los motores electricos mediante un monitoreo continuo

de ellos.

Net EPMonitoreo de Motores de forma facil

69

Monitoreo

NetEP – Descripcion

October 30, 2007 © SKF Group Slide 69

NetEpsServidor

Mas MotoresMas

computadoras

Port 1433

SQL Server

TCP/IP Port 1100

or UDP Port 1150

SQL Database

70

Vista del Estado de los Motores

71

• Las pruebas dinámicas proveen información acerca de las

condiciones de la energía, el motor, la carga, y la interacción

entre ellas.

• Las pruebas estáticas miden la integridad del sistema de

aislamiento del motor.

• Juntos representan una imagen de la salud del motor y

suministran valiosa información para predecir eminentes

fallas. Se mejora el control de calidad y la capacidad del

diagnóstico de fallas.

Resúmen

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Luis Beltran

luis.beltran@megger.com

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