Sin embargo, la capacidad de detectar fallas dinámicas en una máquina, sigue siendo principalmente puras conjeturas, experiencia y en el ámbito de las vibraciones mecánicas.

En los ochentas, varios enfoques se tomaron para ver las firmas eléctricas de máquinas rotativas. Uno de ellos era ver la corriente eléctrica, que se conoció como Análisis de Firma de Corriente de Motor (MCSA) y uno fue desarrollado por Oak Ridge National Labs para la detección de barras de rotor rotas en válvulas accionadas por motores (MOV) en la industria de la energía nuclear. Este segundo método vio tanto las firmas de voltaje como las de corriente y se conoce como Análisis de firma eléctrica (ESA).

MCSA se utiliza principalmente por la industria de la vibración utilizando sondas especiales vigentes que permiten a los colectores de datos de vibración tomar la corriente de entrada. Esta corriente se convierte de analógico a digital, se filtra y se produce como un espectro de FFT (Fast Fourier Transform) de amplitud vs frecuencia. El ESA ha sido utilizado principalmente por los dedicados fabricantes de instrumentos ESA, e incluye la forma de onda de voltaje como una entrada. La diferencia principal es que la corriente le dice al usuario lo que es desde el punto de prueba para la carga de tensión mientras que proporciona información desde el punto de prueba hacia el suministro. Esto permite al usuario determinar rápidamente si una firma particular existe.

En este artículo vamos a discutir el Análisis de Firma Eléctrica y su aplicación en los circuitos de motor de inducción. ESA proporciona la capacidad de detectar los problemas de suministro de energía, problemas de conexión graves, fallas por bolsas de aire, fallas del rotor, fallas eléctricas y mecánicas en el motor y la carga impulsada, entre ellos algunas fallas de rodamientos. Es importante señalar que la tecnología no debe considerarse un sustituto para el análisis de vibración en el análisis de mecánica, pero ofrece excelentes datos de la condición del motor de la alimentación de entrada a través del rotor. De los rodamientos a la carga mecánica sigue siendo ámbito de las vibraciones, en la mayoría de los casos.

Detección de Fallas Usando ESA

Uno de los conceptos originales detrás del desarrollo del ESA fue eliminar la pérdida de los instrumentos para probar MOV en las zonas peligrosas en las plantas de energía nuclear. El fracaso principal de estas máquinas es el rotor que se sobrecarga y se derrite cuando los interruptores de límite fallan. Se descubrió que la firma de falla de barra del rotor era lo bastante singular que no sólo la firma podría ser rápidamente identificada, sino que también los valores de la condición podrían aplicarse fácilmente.

Cuando las Bandas laterales de paso de polo(P1 y P2) de la figura 1 se comparan con los valores de la tabla 1, la condición de las barras del rotor puede ser determinada. Sin embargo, en este caso, el motor es 4.160 Vac y los datos fueron tomados de los transformadores de corriente (CT) del Centro de Control de Motores (MCC). El resultado puede ser un efecto moderador sobre los picos, y el analista necesita estimar la gravedad de la falla.

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En cuanto a la mayoría de los fallos detectados con ESA, el número de barras del rotor y las ranuras del estator en el diseño del motor es necesario. Muchos de los fabricantes de instrumentos de ESA han incorporado algoritmos en su software y que puede ayudar al analista en la estimación de cualquiera de los números. En la figura 2, el motor es de 800 caballos de fuerza, 1785 RPM, 101 Amp, Louis Allis motor, con 58 barras de rotor y 72 ranuras de estator. SM1 y SM2 son picos relacionados con el movimiento de los extremos de la bobina de las bobinas del motor. Como se midió a través de CT, los valores son aproximadamente -78 dB que sería más grave si la corriente se mide directamente. Con unas RPM de 28,793 Hz (1,727.6 RPM), las frecuencias mecánicas del estator (movimiento de bobina) sería el número de ranuras del estator por la velocidad de marcha más menos la frecuencia de línea. En este caso, 2013.1 y 2133.1 Hz Hz, que se refiere a los campos pasando por los extremos de las bobinas y la interacción con los campos del rotor.

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Movimiento excesivo de la bobina, causaría fracturas en las bobinas cuando salen de la ranura del estator. En el caso del motor de 800 caballos de fuerza que se muestra en las Figuras 3 y 4, este movimiento junto con la contaminación por aceite causo que la bobina fallara donde los bobinados salen de la ranura.

Formula 1 - Frecuencia del Paso de Polo

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Donde SS es la Velocidad Sincrona, RS es la Velocidad Operacional, LF es Frecuencia de Linea y PPF es la Frecuencia del Paso de Polo

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Aplicaciones de ESA

ESA tiene la capacidad de detectar algunas fallas de rodamientos y problemas relacionados con la carga. Con la capacidad de tomar datos exactos del MCC o desconectar, un técnico puede tomar los datos en varios equipos desde un solo MCC. Esto permite al usuario evaluar el equipo que es difícil o peligroso, para el acceso. Conocer las limitaciones de la tecnología permitirá al técnico comprender los riesgos involucrados en la detección del ESA en estas aplicaciones.

Para que la tecnología trabaje, una fuerza de torsión o radial debe producirse dentro del espacio de aire del estator. Los cambios radiales en el espacio de aire del campo magnético y, en consecuencia, la corriente. Las pequeñas variaciones se alojan en la frecuencia fundamental, o línea que, cuando se convierte en una FFT, asiste al técnico en el análisis de las fallas. Los principales cambios a la velocidad del motor, rotor, torque, acoplamiento y algunas cargas que se mostrarán como bandas laterales alrededor de la frecuencia de línea, mientras que otros se muestran como una mayor frecuencia de las firmas relacionadas con el número de barras del rotor y las ranuras del estator. Los Cojinetes, sin embargo, se muestran de una manera similar como en el análisis de vibración con un pequeño cambio. Al igual que en la vibración, los problemas de los cojinetes se muestran como la velocidad operacional por los distintos multiplicadores del cojinete tales como la carrera interna, la carrera externa, la jaula y los balines de giro. La diferencia es que en ESA, la firma se muestran en realidad como picos de +/- la frecuencia de línea.

El desafío es que el defecto que causa suficiente cambio en el espacio de aire con el fin de registrarlo en la corriente. La detección se hace menos probable en situaciones donde el análisis se realiza a través de CT y PT. Hay casos en que una relación es audible y la firma se muestra en la vibración, pero no se mostrará en el ESA.

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Los problemas relacionados con las vibraciones se identificaran como un pico de velocidad operacional de bandas laterales alrededor de la frecuencia de la línea de corriente por una vez la velocidad operacional en la corriente demodulada. Sin embargo, mientras que la corriente demodulada muestra un problema potencial, le toma a las bandas laterales determinar la gravedad. El desbalance se debe comprobar cuando las bandas laterales exceden -65 dB.

La alineación, la polea, el ventilador, la bomba, y otros problemas de componente pueden ser detectados. Sin embargo, ESA no siempre puede determinar la naturaleza exacta del problema que se detecte. Puede ser utilizado como un método para determinar que existe un problema antes de cualquier prueba adicional o acción se lleve a cabo.

Conclusión

El Análisis de Firma Eléctrica (ESA) es una tecnología moderna que puede usarse para identificar las fallas que otras tecnologías no pueden o tienen dificultades, para detectar. Desarrollado en la década de los ochenta, ESA sólo está ganando terreno dentro de la industria a raíz del cambio de siglo. Mientras que la tecnología tiene la fuerza para detectar fácilmente las fallas de barras del rotor por encima de cualquier otra prueba dinámica, tiene sus limitaciones cuando se trata de fallas mecánicas. ESA puede ser utilizado para probar varios equipos del MCC, en sí, pero el analista debe conocer las limitaciones de la tecnología de pruebas.

Howard W Penrose, Ph.D., CMRP, es Presidente de SUCCESS by DESIGN

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