Tipos de Fallas Comunes en Maquinas Eléctricas Rotativas y Estáticas

Republica Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior  UPTP J.J “Montilla” uanare Estado Portu!uesa

 Maquinas eléctricas rotativas y estáticas

 Bachilleres:

Ros"elb#s $lzur% &' ().*(+.()) Jos, P,rez &' (-.(-.*-/ Enri0ue Bastidas &' (-.(/-.( P12 En Electricidad )+3

 Maquinas eléctricas eléctricas rotativas rotativas y estáticas

Fallas en las maquinas m aquinas eléctricas eléctricas rotativas:

2allas El,ctricas4

Se pretende dar una visión !eneral de las 5allas el,ctricas "6s co"unes de las "60uinas el,ctri el,ctricas cas rotati rotativas vas77 resu"ie resu"iendo ndo su ori!en ori!en77 causas causas # posibl posibles es 5or"as 5or"as de detecc detección ión.. &lasi5ic6ndolas se!%n el ele"ento en el cual se produzcan7 #a sea en el estator o en el rotor de la "60uina el,ctrica rotativa.

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2allas en el Estator4

Estas 5allas son las 0ue se producen en el estator o en la ali"entación de este7 sie"pre antes de producirse la conversión electro"a!n,tica. Principal"ente se pueden clasi5icar  en dos tipos7 las producidas producidas en el devanado devanado # las e8ternos e8ternos al estator en la ali"entació ali"entación n de la "60uina de inducción.

2allas en el 9evanado4

9entro 9entro de esta esta se en!lob en!loban an di5ere di5erente ntess 5allas 5allas 0ue se produc producen en !eneral !eneral"e "ente nte en el aisla"iento de los "otores. $ continuación se enu"eran los di5erentes 5allos posibles4 :

&ort &ortoc ocir ircu cuit ito o entr entree espi espira rass cont conti! i!ua uas. s. El "oto "otorr pued puedee se!u se!uir ir 5unc 5uncio iona nand ndo o durante un tie"po incierto.

:

&ort &orto ocirc circu uito ito entr entree bobin obinas as de una una "is"a is"a 5ase 5ase.. El "otor tor pued uede se! se!uir  uir  5uncionando durante un tie"po incierto.

:

&ortoc &ortocircu ircuito ito entre entre 5ases 5ases distint distintas. as. El "oto "otorr de;a de 5unci 5unciona onarr # el !uarda !uarda "otor  "otor  si lo
:

&ircui &ircuito to abiert abierto o en una 5ase. 5ase. El El "otor "otor puede puede lle!ar lle!ar a se!uir se!uir oper operand ando o en 5unció 5unción n de la car!a # del e0uipo de protección 0ue le aco"pa=e.

:

&ort &ortoc ocir ircu cuit itos os ent entre re 5as 5asee # tier tierra ra..

:

2all 2allas as en el aisl aisla" a"ie ient nto. o.

Estas 5allas en el estator o en los aisla"ientos del estator producen4

:

$ltas te"peraturas de las bobinas7 o del n%cleo del estator.

:

>a"inas 5lo;as del n%cleo del estator7 ;untas en "al estado7 etc.

:

P,rdida de abrazadera en los anillos de cortocircuito.

:

&onta"inación debido al aceite7
:

9escar!as el,ctricas # desbalanceos en el su"inistro.

:

2u!as en los siste"as de re5ri!eración.

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2allas en el Rotor4

Rotura de Barras # $nillos de &ortocircuito4

>a %nica posibilidad de 0ue circule una corriente en el rotor es a trav,s de las propias  barras7 las cuales se encuentran per5ecta"ente aisladas de las c
Estas corrientes !eneraran un nuevo 5lu;o de corriente distribuido a lo lar!o del rotor  circulando transversal"ente a trav,s de las c
>as roturas de barras son producidas principal"ente por4 :

Es5uerzos t,r"icos debidos a sobrecar!as t,r"icas # desbalanceadas7 zonas calientes7 o e8cesivas p,rdidas.

:

Es5uerzos

"a!n,ticos

a

causa

de

5uerzas

electro"a!n,ticas7

ruido

electro"a!n,tico7 vibraciones7 5uerzas "a!n,ticas desbalanceadas. :

Proble"as debidos a es5uerzos residuales.

:

Es5uerzos din6"icos e"er!entes del par producido en el e;e7 5uerzas centr?5u!as # es5uerzos c?clicos.

:

Es5uerzos a"bientales causados por e;e"plo por la conta"inación # abrasión de los "ateriales de rotor debido a la
:

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Es5uerzos "ec6nicos debido a la"inaciones7 5ati!as7 5allos en los co;inetes

2allas E8ternas4

Esta en!loban las 5allas 0ue se producen por una causa e8terna a la "60uina el,ctrica rotativa7 co"o pueden ser los causados debido a 5allas en la ali"entación de la "60uina7 debidos a variaciones en la car!a de la "60uina7 etc.

9ebido a &o"ponentes Electrónicos del Siste"a de $li"entación ó Re!ulación de la "60uina el,ctrica4

En "uc
Por lo tanto7 estos siste"as e8ternos pueden inducir 5allas a la "60uina el,ctrica # deber6n ser tenidos en cuenta a la
E5ectos de la &ar!a4

Si el Par de la car!a var?a con la posición del rotor7 la corriente debe contener  co"ponentes espectrales las cuales deben coincidir con este e5ecto. En una "60uina el,ctrica ideal dónde los enlaces de 5lu;o del estator son pura"ente senoidales7 cual0uier  oscilación 0ue se produzca en el par de la car!a # a la velocidad de !iro del rotor   producir6 unas co"ponentes espectrales en la corriente del estator.

Siendo
detectar la rotura de barras aun cuando e8isten ar"ónicos inducidos por la variación de la car!a de la "60uina el,ctrica.

2allas Mec6nicas4

En este apartado se pretende dar una visión !eneral de las 5allas "ec6nicas "6s co"unes de las "60uinas el,ctricas rotativas7 resu"iendo su ori!en7 causas # 5or"as de detección. >as 5allas "ec6nicas casi todas se producen en el rotor7 #a 0ue es la parte "óvil7 # se identi5ican co"o dese0uilibrios7 desalinea"ientos7 5allos en los co;inetes7 5allos en los en!rana;es # e8centricidades en todas sus variantes.

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9ese0uilibrio4

Un siste"a "ec6nico !iratorio esta en e0uilibrio si la resultante de todas las 5uerzas7 tanto internas co"o e8ternas7 # sus respectivos pares son de "a!nitud7 dirección # sentido constante. Una vez 5i;adas la constancia en "ódulo7 sentido # dirección de las 5uerzas7 !racias a una distribución
9ebido a esta de5inición se pueden observar dos tipos de dese0uilibrios4 @ Est6tico7 producido por una distribución no
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9esalineación4

9e la "is"a "anera 0ue es i"posible 5abricar un rotor7 el cual este total"ente e0uilibrado7 lo es ta"bi,n el conse!uir alinear per5ecta"ente el e;e del "otor # el de la

"60uina acoplada en todos los planos. El acopla"iento entre a"bas se realiza a trav,s de un siste"a r?!ido o 5le8ible7 en a"bas se debe conse!uir 0ue los e;es de a"bas "60uinas sean per5ecta"ente colineales. Si esto no ocurre aparece una 5uerza resultante sobre el acopla"iento7 en caso de conse!uir dic
Es uno de los proble"as "6s 5recuentes de las "60uinas rotativas7 #a 0ue la presencia de a relación del e5ecto de las desalineaciones del e;e con la "60uina el,ctrica rotativa est6 en 5unción de la 5recuencia natural de la "is"a # de la estructura 0ue la co"pone. E8iste una relación de proporcionalidad entre la a"plitud de las vibraciones # el nivel del 5allo alcanzado7 inclusive si 5uese capaz de e8citar la vibración en al!%n ele"ento constitutivo de la "60uina cercano a la de resonancia7 podr?a ser destructivo.

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2allas en &o;inetes4

Todas las "60uinas el,ctricas rotativas disponen de co;inetes sobre los 0ue se apo#an los e8tre"os del e;e 0ue sustenta la parte "óvil. Aa 0ue estos ele"entos est6n so"etidos a una continua 5ricción # "ovi"iento7 cual0uier vibración producida por un pe0ue=o de5ecto de la "60uina o por una a!ente e8terno se les tras"ite directa"ente provocando 0ue sea el ele"ento con "a#or tasa de 5allos. Por ello7 se
apareciendo incluso cuando el co;inete est6 en per5ecto estado pero de "a!nitud no "u# si!ni5icativa.

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2allas en En!rana;es4

El uso de los en!rana;es se debe a la elevada velocidad de !iro de las "60uinas el,ctricas rotativas7 # la necesidad de di5erentes velocidades de !iro # pares se!%n el tipo del proceso al cual se adecue la "60uina el,ctrica7 es por ello en in5inidad de aplicaciones el uso de trenes de en!rana;es entre la "60uina a accionar # la "60uina "otriz. >os trenes de en!rana;e pueden estar constituidos de di5erentes 5or"as4 por (  pi=ones7 un pi=ón # un con;unto de en!rana;es7 o varios con;untos 5or"ando una estructura "6s co"ple;a. Estos en!rana;es7 ele"entos e8ternos a la "60uina el,ctrica rotativa7 in5luir6n sobre esta7 de "anera 0ue es i"portante conocer sus e5ectos no sólo desde el punto de vista del "anteni"iento7 sino de la "is"a 5or"a 0ue para la detección de 5allo de los co;inetes7 se usa el an6lisis de las vibraciones a ciertas 5recuencias7 0ue se sabe 0ue son caracter?sticas se!%n el tipo de en!rana;e7 co"o por e;e"plo 5recuencia de !iro del en!rana;e7 5recuencia de !iro del pi=ón7 5recuencia de paso de ensa"bla;e7 etc.

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E8centricidad en el Entre
>as e8centricidades en las "60uinas el,ctricas en!loban varios tipos de 5allas  provocadas por no estar per5ecta"ente alineados los centros de rotor # estator7 ta"bi,n cuando uno de los dos ele"entos constitutivos 7 estator o rotor7 no presenta una per5ecta redondez. Se suele deno"inar 0ue una "60uina el,ctrica rotativa no tiene un entre
$de"6s se debe veri5icar la per5ecta redondez7 # la e8actitud de sus posiciones relativas durante el !iro. &ual0uiera de estas causas anteriores provocar6 una de5or"ación en el rotor7 co"%n"ente deno"inada co"o una e8centricidad. >a e8centricidad en el entre
E8centricidad Est6tica4

>a e8centricidad est6tica consiste en una distorsión del ta"a=o del entre
validad del alo;a"iento estatórico. 'ncorrecto posiciona"iento del rotor dentro del estator7 causado por4 &o;inetes des!astados. Mal apo#o en co;inetes. Mal5or"ación de los alo;a"ientos. E8cesiva tolerancia.

&abe decir7 0ue es "u# 5recuente encontrarse e8centricidad est6tica por co"binación de las de las anteriores causas7 # en "enos "edida suele aparecer la e8centricidad est6tica sólo por una %nica causa de las anteriores.

E8centricidad Est6tica4

El centro del rotor esta desplazado e8a!erada"ente a la derec
E8centricidad 9in6"ica4

&uando se produce la e8centricidad din6"ica7 el punto "?ni"o la distancia "?ni"a entre rotor # estatorC no per"anece 5i;o en una posición7 tal # co"o ocurr?a en la e8centricidad est6tica7 si no 0ue va !irando de 5or"a solidaria con el rotor. Esta 5alla  puede ser causada por4 F :

validad del rotor. F

:

El centro de !iro del rotor no sea el centro !eo",trico de rotación7 causado por4 @ &o;inetes des!astados.

:

@ 2le8ión del e;e.

:

@ Mal5or"aciones en el pa0uete "a!n,tico del rotor.

E8centricidad Mi8ta4

&uando a"bas e8centricidades est6n presentes7 es decir la e8centricidad est6tica # la e8centricidad din6"ica7 se produce la e8centricidad "i8ta. $pareciendo unas 5recuencias adicionales a las anteriores en el espectro de la se=al de corriente del estator. $ estas bandas se les deno"ina bandas laterales # est6n asociadas a la velocidad de !iro del rotor. El e;e de !iro del rotor de la "60uina el,ctrica est6 desplazado del e;e !eo",trico del estator de la "60uina el,ctrica7 # por tanto el centro de "asas del rotor no coincide con su e;e de !iro.

E8centricidad $8ial4

Por %lti"o7 la e8centricidad a8ial no es "6s 0ue la representación de las anteriores e8centricidades a lo lar!o del e;e de la "60uina. Por tanto7 el e;e de !iro del rotor no es  paralelo al e;e !eo",trico del estator # da lu!ar a una e8centricidad distinta en cada sección.

 Procedimientos para detectar fallas en las maquinas eléctricas rotativas:

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Medida de vibraciones.

Puesto 0ue una vibración se puede de5inir co"o el "ovi"iento oscilatorio de las  part?culas de un sólido7 estas se pueden clasi5icar en dos tipos clara"ente di5erenciados4 deter"inistas # aleatorias.

>as pri"eras sie"pre se pueden de5inir "ediante ecuaciones "ate"6ticas7 e8presando la evolución con respecto al tie"po del par6"etro correspondiente. &onsisten as vibraciones aleatorias no responden a nin!una ecuación "ate"6tica7 # sólo se  pueden analizar por "edios estad?sticos. Estas no si!uen nin!%n patrón periódico7 # suelen estar causadas por una 5uerza 0ue act%a durante un periodo espec?5ico de tie"po # lue!o desaparece.

Para el dia!nóstico # detección de 5allas a trav,s de la "edida de vibraciones se analizan las alteraciones 0ue las aver?as producen en la respuesta vibratoria7 para ello to"an especial inter,s las vibraciones deter"inistas7 #a 0ue las 5allas producen una ano"al?a de 5or"a c?clica en la respuesta vibratoria # estas vibraciones son las 0ue se encar!an de reco!erlos. >as vibraciones en las "60uinas el,ctricas rotativas aparecen co"o consecuencia de la trans"isión de es5uerzos c?clicos entre los ele"entos "óviles7 los cuales reaccionan entre s?. S? una "60uina est6 bien dise=ada # sin nin!%n 5allo7 la respuesta vibratoria debe ser reducida. Sin e"bar!o7 a "edida 0ue se produce el des!aste # asenta"iento de los co"ponentes 0ue inte!ran los "ecanis"os7 estas pueden ir "odi5ic6ndose. &uando co"ienza a producirse una aver?a7 los es5uerzos din6"icos a los 0ue se ve so"etida la "60uina var?an7 # con ello su respuesta vibratoria. 9e aos aceleró"etros producen una salida en 5or"a de tensión proporcional a la aceleración a 0ue est6 so"etida la "60uina en la 0ue est6n acoplados. B6sica"ente est6n constituidos por un siste"a "asa:"uelle "u# r?!ido con un a"orti!ua"iento "u#  pe0ue=o. &uando el aceleró"etro est6 so"etido a vibración7 la "asa e;ercer6 una 5uerza sobre el disco7 proporcional a la aceleración7 la cual dar6 lu!ar a la de5or"ación del ele"ento  piezoel,ctrico. 9ic
con su nivel de de5or"ación7 al 5inal se convierte a una tensión proporcional a la aceleración a la 0ue est6 so"etida el aceleró"etro. >a "edida de las vibraciones7 i"plica el uso de un transductor de tipo aceleró"etro7 0ue se debe colocar pe!ado a la "60uina para poder "edir las vibraciones 0ue posee la "60uina rotativa7 por tanto se puede considerar co"o una "edida invasiva7 #a 0ue
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Medida de '"pedancia4

Se!%n la teor?a de las co"ponentes si",tricas7 cual0uier siste"a dese0uilibrado puede desco"ponerse en dos siste"as tri56sicos e0uilibrados de distinta secuencia7 deno"inados siste"as de secuencia directa # siste"as de secuencia inversa o ne!ativa "6s un con;unto de 5asores con i!ual 5ase deno"inados siste"as de secuencia
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Medida de 2lu;os $8iales o &onc,ntricos con el e;e4

El 5lu;o a8ial de dispersión est6 presente en las "60uinas el,ctricas co"o consecuencia de 0ue nunca pueden ser construidas de 5or"a per5ecta"ente si",trica. Sie"pre e8isten  pe0ue=as e inevitables asi"etr?as en los circuitos el,ctricos # "a!n,ticos debidas a di5erencias propias del proceso de 5abricación7 tolerancias7 anisotrop?a de los "ateriales7 etc. $ estas asi"etr?as7 0ue ori!inan pe0ue=as variaciones de las corrientes 0ue circulan  por las bobinas de la "60uina el,ctrica rotativa7
>a e8istencia de las asi"etr?as anteriores da lu!ar a la aparición de una di5erencia entre las corrientes 0ue circulan por una cabeza de bobina # su opuesta dia"etral"ente7 este dese0uilibrio ori!ina una co"ponente de 5lu;o a8ial neta. $un0ue no est6 per5ecta"ente de5inida la tra#ectoria de este 5lu;o7 la "a#or?a de autores lo ubican en el e;e.

Si en cual0uier "60uina el,ctrica rotativa “sana”7 se considera 0ue su 5unciona"iento sea el correcto7 e8isten asi"etr?as propias de la 5abricación as? co"o pe0ue=os

dese0uilibrios en las corrientes de ali"entación debidos a la red. Es 56cil deducir 0ue cual0uier "60uina con un 5allo o ano"al?a es decir “no sana”C7 contribuir6 a au"entar  el !rado de asi"etr?a inicial 0ue se deter"inar6 en un ca"bio del 5lu;o a8ial # "6s concreta"ente en su espectro de 5recuencia.

Puesto 0ue el 5lu;o a8ial contiene una co"ponente debida a las corrientes estatóricas # otra debida a las corrientes rotóricas7 su contenido en ar"ónicos contendr6 el de a"bas corrientes. 9e esta 5or"a7 s? la "60uina el,ctrica rotativa posee al!%n 5allo o ano"al?a se produce una "odi5icación de la corriente del estator # del rotor7 de esta 5or"a se  producir6n ca"bios en el 5lu;o a8ial per"itiendo la detección del 5allo o ano"al?a.

9e lo anterior7 se e8trae 0ue del espectro del 5lu;o a8ial presenta ar"ónicos incluso para el caso de "60uina sana # per5ecta"ente si",trica. &uando aparezca el 5allo o las inevitables i"per5ecciones de 5abricación7 se producir6 un espectro di5erente en el 5lu;o a8ial. El e"pleo del 5lu;o a8ial para el "anteni"iento predictivo7 parece una buena "a!nitud #a 0ue per"ite a trav,s de su espectro detectar los di5erentes 5allos7 pero  posee la li"itación de có"o "edirlo. Si el 5lu;o debe "edirse en el interior del "otor  supone ir en contraposición a lo 0ue "arca el "anteni"iento predictivo 0ue dec?a 0ue se deb?an de e5ectuar las "edidas sin alterar el nor"al 5unciona"iento de la "60uina el,ctrica ni su estructura.

Por tanto7 para "edir el 5lu;o a8ial es necesario un transductor 0ue per"ita introducir  una se=al de tensión proporcional al 5lu;o en el instru"ento electrónico de an6lisis. Se suele realizar "ediante el uso de bobinas e8ploradoras7 a trav,s del estudio de la 5uerza electro"otriz 0ue el 5lu;o induce en ella. Por tanto7 si el 5lu;o de dispersión se canaliza a lo lar!o del rotor en la dirección a8ial7 la 5or"a "6s 56cil ser?a insertar una bobina en el interior del "otor 0ue 5uese conc,ntrica al e;e per"itiese el paso del 5lu;o a trav,s de la espira. Este procedi"iento sólo es %til en el caso de 0ue la "60uina el,ctrica se encuentre parada por otros "otivos7 o dispusiese de dic
tro procedi"iento es la inserción de una espira e8ploradora en una ranura del estator # "edir el 5lu;o "a!n,tico 0ue se produce en dic
rotórica7 co"o por e;e"plo una barra rota7 se produce un desplaza"iento de los e;es "a!n,ticos con respecto a la ubicación de los polos de la "60uina sana.

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Medida del Par4

El par de un "otor de inducción se !enera a partir de la iteración de series de ar"ónicos estatóricos # rotóricos7 de tal 5or"a 0ue unas de estas iteraciones !eneran el par neto 0ue produce el !iro de la "60uina7 # las otras !eneran pares pulsantes 0ue causan li!eras oscilaciones en la velocidad # potencia "ec6nica su"inistrada por la "60uina el,ctrica. Tras un an6lisis co"ple;o "ate"6tico se pueden deter"inar las 5recuencias de oscilación caracter?sticas del par electro"a!n,tico de una "60uina as?ncrona sana. >a a"plitud de estas 5recuencias se puede ver atenuada e incluso anulada en 5unción de la "60uina # de su 5actor de devanado7 # si nos re5eri"os al par "ec6nico a%n "6s debido al e5ecto de 5iltrado 0ue se produce debido a la inercia de la "60uina.

Medida del Par Mec6nico4

9e esta 5or"a7 puesto 0ue se conocen las 5recuencias del par "ec6nico de una "60uina de inducción sana7 resulta "u# sencillo plantear la detección # dia!nosis de 5allos7 #a 0ue se realiza una co"paración con el patrón de "60uina sana # si e8isten variaciones se podr?a detectar de 5or"a incipiente el 5allo o aver?a. $os transductores 0ue se encar!an de la "edida del par son de ori!en piezorresistivo !eneral"ente suelen tener !al!as e8tensio",tricas 0ue "iden la 5uerza aplicada por  variación de la resistencia el,ctrica de un ele"ento sensible solidario con ,l e;e de la "60uina el,ctrica. $s? pues estos deben ubicarse en el e;e de la "is"a7
Medida del Par 'nterno o Electro"a!n,tico4

Por eso7 se suele usar el par interno o electro"a!n,tico el cual se puede obtener de la "edida de las corrientes # tensiones de la "60uina. Realizando la "edida en l?nea con

la "60uina el,ctrica. >a instru"entación re0uerida para la "edida interna del par se  basa en la "edida de la corriente # la tensión7 por tanto transductores de "edida de intensidad # transductores de "edida de tensión si"ilar a los necesarios para la obtención de la potencia.

Pero el valor instant6neo de la potencia no se corresponde con el valor instant6neo del  par interno. Solo s? la "60uina el,ctrica !ira a velocidad constante # despu,s de descontar las p,rdidas 0ue se producen7 la "edia del valor de la potencia se puede decir  0ue es proporcional a la "edia del par. El par interno es producido por los enlaces de 5lu;o # las corrientes de la "60uina el,ctrica rotatoria.

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Medida de la potencia instant6nea4

Se basa en la "edida de la potencia instant6nea de la "60uina el,ctrica de inducción7  para si"pli5icar el desarrollo se asu"e 0ue las tensiones e intensidades del estator est6n  balanceadas.

>a "edida de la potencia resulta "u# sencilla # ade"6s se puede e5ectuar en l?nea7 e8isten di5erentes ",todos para "edir la potencia7 co"o por e;e"plo obtenerla del su"atorio del producto de la tensión por la corriente7 para el cual se "iden las tres tensiones # las tres intensidades de cada 5ase7 o el su"atorio de la tensión entre dos 5ases por la corriente de 5ase. Para ello sólo son necesarios transductores de tensión # de corriente.

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Medida de tensiones residuales a la descone8ión4

Se basa en la "edida de la tensión a la descone8ión de la 5uente de ali"entación7 de esta 5or"a7 se evitan todos los proble"as 0ue pueda inducir la ali"entación al siste"a. &uando se desconecta la "60uina el,ctrica de la ali"entación7 las corrientes del estator  dis"inu#en r6pida"ente a cero7 entonces las tensiones 0ue circulen por los devanados del estator sólo pueden estar inducidas por la corriente 0ue circula por el rotor. En caso de "60uina sana7 la 5uerza "a!neto "otriz producida por la corriente 0ue circula por las  barras del rotor a la descone8ión de las 5ases del estator es 5unda"ental"ente senoidal.

9e esta 5or"a7 la tensión inducida en el estator debida a esta 5uerza "a!neto "otriz no debe tener nin!%n ar"ónico a e8cepción del 5unda"ental debido a la distribución de la corriente en las barras del rotor. Sin e"bar!o7 cuando la "60uina no est6 sana7 posee  por e;e"plo asi"etr?as rotoricas7 la 5uerza "a!neto "otriz su5re desviaciones de la senoidal 0ue se
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Medida de la corriente4

Se conoce 0ue la corriente de ali"entación de la "60uina el,ctrica es una de las "a!nitudes 0ue contiene "6s in5or"ación sobre el estado de la "is"a. $s? por tanto7 esta siendo la "a!nitud "6s utilizada7 para posterior"ente tratarla con t,cnicas de se=al adecuadas 0ue nos per"itan detectar # dia!nosticar posibles 5allos en la "is"a. Para e5ectuar la "edida de la "a!nitud7 !eneral"ente los e0uipos de an6lisis7 co"o el osciloscopio7 el analizador7 etc. sólo per"iten la "edida de la tensión7 por tanto se
E8isten varios instru"entos capaces de realizar esta 5unción4

@ Resistencias &alibradas7 “Sa cual se conecta en serie con el ele"ento al cual se le desea "edir la corriente 0ue circula por ,l. 9e este "odo7 este transductor resulta de "u# ba;o coste # de 56cil utilización7 ade"6s co"o es un ele"ento pura"ente resistivo no introduce des5ases ni aten%a la se=al. Sólo cabe destacar un inconveniente # es su dependencia con la te"peratura.

@ Trans5or"adores de 'ntensidad4 >os trans5or"adores de intensidad per"iten "edir por el secundario la corriente 0ue circula por el pri"ario "ultiplicada por un 5actor de escala7 estableciendo ade"6s un aisla"iento !alv6nico entre a"bos. >a cone8ión de este e0uipo se realiza en serie con el ele"ento 0ue se desea "edir su intensidad. $l aplicar este procedi"iento
5recuencia 0ue se pretende estudiar7 # 0ue el secundario del trans5or"ador debe estar   pró8i"o al cortocircuito para evitar la saturación "a!n,tica con la consecuente distorsión de la "edida.

@ Sondas de &orriente4 >as sondas de corriente no son "6s 0ue trans5or"adores de intensidad cu#o n%cleo "a!n,tico puede ser abierto de tal 5or"a 0ue pueda ser e"plazado alrededor del conductor 0ue se desea "edir la corriente. Estas sondas
@ Sondas de E5ecto Dall4 Estas sondas se basan en la propiedad del e5ecto Dall 0ue se da en los "ateriales conductores # se"iconductores7 de esta 5or"a si se as !randes venta;as 0ue  presentan estas sondas son la posibilidad de "edir corriente continua # alterna7 in"unidad al ruido7 # aisla"iento !alv6nico.

Técnicas utilizadas para la Detección de Fallas:

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M,todos 55:>ine ó Tradicionales4

>a "a#or?a de las t,cnicas tradicionales re0uer?an 0ue la "60uina el,ctrica estuviese  parada con las consecuencias econó"icas7 productivas # de !estión 0ue ello conlleva a nivel industrial. Estas t,cnicas se basan en la "edida de al!%n par6"etro caracter?stico de la "60uina7 a trav,s del cual analizan el estado de la "is"a.

Entre las t,cnicas tradicionales se encuentran las 0ue re0uer?an el uso de sensores en la  propia "60uina el,ctrica para poder realizar la "edida de una "a!nitud la cual tras su

an6lisis per"itir?a deter"inar el estado de la "is"a. &onsider6ndose estas t,cnicas co"o invasivas al siste"a7 #a 0ue necesitan un "onta;e previo # una adecuación del "is"o al siste"a.

$n6lisis Espectral de las vibraciones4

Si se tuviera una "60uina el,ctrica rotativa la cual 5uera teórica"ente per5ecta no e8istir?a nin!una vibración #a 0ue todas las 5uerzas e8istentes en la "60uina estar?an co"pensadas. >as vibraciones de las "60uinas son una i"a!en de las 5uerzas internas. Pero en las "60uinas reales e8isten i"per5ecciones constructivas 0ue as 5uerzas e8teriores causan e8citación # es5uerzos en las "60uinas 0ue provocan vibraciones7 estas vibraciones pueden provocar 5ati!as7 rupturas de al!%n co"ponente7 etc.

>a se=al vibratoria contiene in5or"ación de los co"ponentes 0ue la constitu#en as? co"o de la estructura "ec6nica 0ue la sostiene. El an6lisis de ciertos par6"etros es lo 0ue nos lleva a la detección de las posibles 5allas. El an6lisis de vibraciones es casi con toda se!uridad el pri"er ",todo aplicado # sobre todo el 0ue "6s se
Para el caso de la detección de e8centricidad7 las 5recuencias de vibración caracter?sticas de las e8centricidades co"o se
&uando en una "60uina el,ctrica se produce un 5allo o aver?a7 las causas el,ctricas # "ec6nicas pueden co"binarse en un "is"o ran!o de 5recuencias del espectro i"posibilitando la identi5icación del 5allo.

El espectro de vibración7 parece tener poca sensibilidad para la detención de 5allos el,ctricos7 debido a 0ue en la pr6ctica se encuentran "60uinas el,ctricas con deterioros el,ctricos # en los espectros no presentan a"plitud su5iciente co"o para ser analizados. Esto depende en !ran "edida de las condiciones din6"icas de la "60uina7 #a 0ue si su 5recuencia de resonancia interna esta pró8i"a a las 0ue se especi5icaron no se detectar6.

Valor E5icaz de la Tensión. RMS Root Mean S0uareC4

Este ",todo se basa en el an6lisis de los valores instant6neos de las "a!nitudes 0ue de5inen el co"porta"iento de la "60uina el,ctrica rotativa. Por e;e"plo7 se usa la tensión de ali"entación 5ase:neutro de la "60uina el,ctrica rotativa7 para la detención de 5allasen la "is"a.

$n6lisis Espectral "ediante la trans5or"ada de 2ourier de la &orriente Estatórica4

>a intensidad 0ue circula por los devanados del estator es una de las "a!nitudes 0ue "6s in5or"ación nos aporta sobre el estado de la "60uina7 ade"6s es una de las "a!nitudes "6s 56ciles de "edir "ediante cual0uiera de los transductores.

Justi5icación Teórica M60uina Sana4

Una vez ad0uirida la corriente de una 5ase del estator7 s? se representa 5rente al tie"po se observa 0ue la 5or"a de onda representada responde a un tipo concreto de onda deno"inado senoidal. 9ebi,ndose principal"ente a 0ue las "60uinas el,ctricas est6n ali"entadas a un siste"a tri56sico de tensiones senoidales.

Justi5icación Teórica en M60uina con 5allo4

En una "60uina 0ue presenta una ano"al?a o un 5allo7 la corriente estatórica #a no sólo  posee la co"ponente 5unda"ental en 5unción de la velocidad de !iro de la "is"a7 sino

0ue ade"6s posee una co"ponente espectral caracter?stica del 5allo o ano"al?a 0ue  posea. $s? pues7 la corriente estatórica su5re una "odulación co"o consecuencia del 5allo o ano"al?a7 es decir la se=al de la corriente se "odula con la 5recuencia caracter?stica del 5allo.

Secuencia 'ndirecta ó 'nversa ó 1e!ativa de &orrientes4

>a teor?a de las co"ponentes si",tricas enuncia 0ue cual0uier siste"a dese0uilibrado  puede desco"ponerse en dos siste"as tri56sicos e0uilibrados de distinta secuencia7 deno"inados siste"as de secuencia directa # siste"as de secuencia inversa o ne!ativa7 "6s un con;unto de 5asores con i!ual 5ase deno"inados siste"as de secuencia
Por tanto7 cabe destacar 0ue la i"pedancia correspondiente a cada secuencia "encionada anterior"ente7 sólo es v6lida para la "60uina el,ctrica si",trica7 #a 0ue  para "60uinas el,ctricas 0ue presentan asi"etr?as se establece un acopla"iento entre las co"ponentes de secuencia directa e inversa7 la cual cosa introduce nuevos t,r"inos en dic
Potencia4

Para la detección # la dia!nosis de 5allos se pretende "edir una "a!nitud la cual en estado sano se "anten!a constante # cuando aparezca al!%n de5ecto o ano"al?a esta "is"a "a!nitud var?e de 5or"a 0ue se pueda identi5icar el tipo de 5allo e interpretar el !rado o "a!nitud del "is"o. Por eso los pri"eros traba;os utilizaban la "edida de las vibraciones de la "60uina7 #a 0ue cuando e8iste una ano"al?a en la "60uina esta vibra de 5or"a di5erente a cuando est6 sana7 pero co"o se
no sea 5iable. Por otro lado el si!uiente paso 5ue el an6lisis de las corrientes del estator7 en este an6lisis # su posterior paso "ediante la trans5or"ada de 2ourier al do"inio de la 5recuencia se ve?a en"ascarado por la 5unda"ental co"o consecuencia entre otras del e5ecto de dispersión.

Para evitar este 5enó"eno o solapa"iento de 5recuencias con la 5recuencia 5unda"ental se utiliza la "edida de la potencia #a 0ue co"o la potencia es el producto de la tensión de ali"entación por la corriente consu"ida7 posee un espectro en el cual la 5unda"ental a -* Dz casi desaparece7 apareciendo a +** Dz 0ue es el resultado del producto de la tensión por la corriente7 "ientras 0ue los e5ectos pró8i"os a -* Dz 0uedan visibles7  puesto 0ue #a no se en"ascaran.

Justi5icación Teórica en M60uina con 5allo4

&uando e8iste una ano"al?a en la "60uina de inducción7 tal co"o un 5allo en el rotor7 un desalinea"iento en el e;e7 rotura de al!%n diente del roda"iento7 en de5initiva cual0uier variación o vibración en la corriente7 par7 o velocidad del "otor a5ectan a la  potencia consu"ida por el "is"o.

Espectro de rden Superior “DS” Di!
E8isten "ultitud de se=ales 0ue se producen de 5or"a "ec6nica por siste"as 0ue  presentan co"porta"ientos no lineales de 5or"a din6"ica7 co"o por e;e"plo las se=ales provenientes de 5enó"enos 5?sicos tales co"o la "%sica7 la velocidad7 etc.

Para el an6lisis de se=ales sur!ió una nueva t,cnica7 deno"inada “DS” 0ue se encar!a de analizar el espectro en 5recuencia de orden superior. >os pri"eros art?culos re5erentes a “DS” se encuentran por los a=os *7 pero tratan el te"a "6s desde un punto de vista estad?stico # teórico 0ue aplic6ndolo a un siste"a 5?sico. >as publicaciones 0ue aparecen por los a=os 3* co"ienzan a aplicar las t,cnicas “DS” aplicadas a los  proble"as 0ue sur!en con el procesado de se=al. 9urante los %lti"os +- a=os
>as "edidas “DS” son una e8tensión de las "edidas de se!undo orden se"e;antes a la auto correlación # al espectro de potenciaC
En el do"inio del tie"po7 las "edidas de se!undo orden son la 5unción de auto correlación. >as de tercer orden se les deno"ina H"o"entsI 0ue son "edidas estad?sticas 0ue caracterizan las propiedades de la se=al # se usan para la obtención del valor "edio7 la varianza7 etc.

>as “DS” se constru#en i!ual 0ue estas pero au"entando de orden "ediante la derivada de las anteriores tercer ordenC. $ partir de estos se obtiene la derivada7 # as? sucesiva"ente.

2lu;o $8ial4

&ual0uier "60uina el,ctrica rotativa de inducción aun0ue se encuentre en condiciones nor"ales de 5unciona"iento e8isten pe0ue=os dese0uilibrios en las corrientes. Estos dese0uilibrios pueden ser causados por pe0ue=os de5ectos o i"per5ecciones constructivas as? co"o de la propia red de ali"entación. Todo ello puede derivar en la  presencia de corrientes de secuencia ne!ativa en la "60uina el,ctrica7 ade"6s de  provocar dese0uilibrios en la corriente en las cabezas de la bobina 0ue ori!inan un 5lu;o en el sentido a8ial del "otor.

Este 5lu;o es el producto de las corrientes del estator7 por tanto posee los "is"os ar"ónicos 0ue poseen las corrientes del estator # por consi!uiente es v6lido para detectar # dia!nosticar los 5allos.  Una bobina colocada sobre el e8tre"o de la "60uina el,ctrica en 5or"a conc,ntrica al e;e de esta7 per"ite "edir el 5lu;o a8ial # a partir de este per"ite dia!nosticar la "60uina el,ctrica tras el posterior an6lisis.

Resu"iendo7 "ediante el an6lisis en 5recuencia del 5lu;o a8ial de la "60uina el,ctrica se  pueden detectar cortocircuitos producidos en los devanados7 e8centricidades # barras rotas.

Ruido4

En las "60uinas el,ctricas el ruido7 o "e;or dic
Fallas en las maquinas eléctricas estáticas:

>as pruebas el,ctricas est6ticas se realizan para evaluar el siste"a de ri!idez diel,ctrica e inte!ridad del aisla"iento del "otor a tierra # el potencial cobre a cobre con el "otor  desconectado7 pero para ello as 1or"as 'EEE:L- +N e 'EEE:)(( (N "encionan las ecuaciones de c6lculos para
 Fig. 1

Est6ndar E$S$ $R:+** : El est6ndar E$S$ $R:+** (*+* contiene las pr6cticas reco"endadas para las pruebas el,ctricas est6ticas de "60uinas el,ctricas rotativas. E$S$ es una or!anización internacional ubicada en St. >ouis Missouri7 US$7 con "6s de +7L** e"presas de servicios # ventas en su asociación7 # con presencia en "6s de -L pa?ses en el "undo. Esta or!anización "antiene in5or"ación de las %lti"as tecnolo!?as # pruebas aplicadas a "60uinas el,ctricas rotativas. Una de las pruebas est6ticas 0ue "enciona la sección ) del Est6ndar $R:+** es la de '"pulso o Sur!e 0ue se describir6 a continuación. Ensa#o de '"pulso o Sur!e4 El aisla"iento entre espiras de una bobina o entre bobinas en una "60uina rotativa es el  punto "6s d,bil en donde puede !enerarse una 5alla de aisla"iento en el "otor. >a  prueba de i"pulso nos a#uda a deter"inar si se est6n presentando arcos el,ctricos entre las espiras debido a un debilita"iento de su aisla"iento. Estos arcos el,ctricos aceleran el deterioro del aisla"iento # producir6n una 5alla in"inente en la "60uina. >a idea del "anteni"iento predictivo es la de a prueba consiste en aplicar corrientes de i"pulso 0ue !eneran ondas sinusoidales a"orti!uadas7 # 0ue deber6n contrastarse al incre"entarse el volta;e7 entre las  5ases o independiente"ente. Una distorsión de la onda nos indicar6 la e8istencia de

un arco el,ctrico. >a 2i!ura "uestra el punto de inicio de un arco el,ctrico en un "otor  de )/* Voltios.

 Fig. 2

>as 5i!uras 7) "uestran las tres ondas obtenidas en las  5ases de un "otor de /* V la  prueba se reco"ienda realizarla a dos veces el volta;e de placa del "otor "6s +7*** voltiosC. En el e;e"plo7 se realizó la prueba !radual"ente a 5ase + 2i!.  # la 5ase ( 2i!. ) "ostraron estabilidad en las ondas. >a 5ase  "ostró inestabilidad a +*** voltios7 "o"ento en donde se paró la prueba.

 Fig. 3

 Fig.4

2inal"ente7 se debe se=alar 0ue las pruebas est6ticas reco"endadas por el Est6ndar  E$S$ $R:+** N7 # sustentadas por los Est6ndares 'EEE ) )N7 L- +N7 )( -N7 # -(( (N son una
$n6lisis4 Ros"elb#s $lzur%

Tradicional"ente las "60uinas el,ctricas rotativas
9esde el punto de vista "ec6nico7 las "a0uinas el,ctricas rotativas pueden estar  so"etidas a arran0ues "u# 5recuentes7 ciclos de traba;o "u# pesados vac?o : plena car!aC7 a "arc
$ lo e8puesto en los dos p6rra5os anteriores7 se une la apertura reciente de las 5ronteras # con ello la introducción a nuevos "ercados tanto en i"portación co"o en e8portaciónC7 la cada vez "6s e"er!ente libre co"petencia entre di5erentes pa?ses7 etc. >o cual dese"boca en todos los sectores industriales7 en una reducción de los costes por   parte del e"presario7 "ediante el uso de "ateriales "6s econó"icos7 el abarata"iento de la "ano de obra7 la auto"atización de las plantas de producción7 etc. $ctual"ente en el sector industrial de 5or"a !eneralizada se est6n produciendo ca"bios e innovaciones para adaptarse a los nuevos tie"pos 0ue se avecinan. Uno de estas innovaciones es el incre"ento e8peri"entado por los presupuestos destinados al "anteni"iento de las "60uinas el,ctricas rotativas # de"6s e0uipos industriales. Sobre todo debido al a consecuencia de este aporte econó"ico destinado al desarrollo del "anteni"iento7 son los estudios elaborados # el desarrollo de planes de

"anteni"iento realizados en los %lti"os a=os. $de"6s se
$ continuación7 se co"entan breve"ente los di5erentes planes o estrate!ias del "anteni"iento industrial as? co"o su evolución su5rida en los %lti"os a=os.

Manteni"iento &orrectivo se basa en la intervención en caso de 0ue ocurra una aver?a7 "ani5estada co"o parada de un e0uipo o instalación7 es decir la interrupción s%bita de la producción en la e"presa. El "anteni"iento correctivo es el "odelo "6s co"%n en la pe0ue=a # "ediana e"presa7 # aun0ue tradicional"ente
En la actualidad sólo se usa el "anteni"iento correctivo cuando los costes de una  parada i"prevista son "enores 0ue realizar un "anteni"iento preventivo. 1or"al"ente su uso es en siste"as secundarios 0ue no inter5ieren en la producción de una e"presa.

El Manteni"iento Preventivo sur!ió para re"ediar los inconvenientes del correctivo7 es decir tener 0ue actuar una vez 0ue ocurr?a el 5allo con las pertinentes consecuencias.

$ di5erencia con el "anteni"iento correctivo se produce el ca"bio de las piezas o  partes del siste"a propensas a 5allos con cierta periodicidad. Esta periodicidad est6  pro!ra"ada "ediante an6lisis estad?sticos o tras una aver?a o 5allo "ediante la realización de
por

tanto

incre"entando

el presupuesto

necesario

para realizar dic
"anteni"iento. Este "anteni"iento conte"pla una serie de actividades caracter?sticas co"o la li"pieza # revisiones periódicas7 la conservación de e0uipos # protección contra a!entes a"bientales7 lubricación7 reparación # reca"bios plani5icados7 etc.

$n6lisis4 Jos, P,rez

>as "60uinas el,ctricas est6n presentes en la "a#or?a de los procesos productivos suponen alrededor de un L*O del total de las "60uinas el,ctricas e8istentes en el "ercadoC7 !racias a su si"plicidad constructiva # a su 5iabilidad. Por "otivos de  producción # sobre todo econó"icos se
9e a
Tradicional"ente7 la detección # dia!nosis de 5allos en las "60uinas el,ctricas se
$n6lisis4 Enri0ue Bastidas

>as "60uinas el,ctricas rotativas est6n presentes en in5inidad de aplicaciones industriales7 incluidas las aplicaciones deno"inadas “cr?ticas” por encontrarse o 5or"ar   parte de la cadena de producción industrial. E8iste la posibilidad de 0ue al!unas de las aver?as 0ue pueden padecer o su5rir las "60uinas el,ctricas rotativas sean destructivas. Por tanto7 se as "60uinas de inducción poseen unas caracter?sticas constructivas 0ue las
eneralizando7 constructiva"ente las "60uinas el,ctricas rotativas pueden incorporar  e8centricidad din6"ica7 #a 0ue es casi i"posible construir un rotor per5ecta"ente redondo en su totalidad7 esta e8centricidad es "?ni"a o por decirlo de al!una 5or"a7 est6 dentro de los l?"ites de la tolerancia per"itida.