Las fallas eléctricas en motor pueden generar patrones de vibración característicos en equipos rotativos. Por esta razón, el análisis de vibraciones también puede revelar problemas asociados al sistema eléctrico del motor.
En motores eléctricos de inducción, las fuerzas electromagnéticas interactúan constantemente entre el rotor y el estator. Cuando estas fuerzas pierden equilibrio, aparece una vibración característica en el espectro.
Además, comprender el origen de estas vibraciones permite evitar diagnósticos incorrectos. En muchos casos, la señal eléctrica observada en vibraciones puede tener origen mecánico.
Explicación Del Fenómeno Electromagnético En Motores
Un motor eléctrico convierte energía eléctrica en energía mecánica rotativa. Este proceso ocurre gracias a la interacción entre el campo magnético del estator y el campo inducido en el rotor.
Cuando las bobinas del estator reciben corriente alterna, se genera un campo magnético rotativo. Este campo induce corrientes en las barras del rotor, creando un segundo campo magnético.
La interacción entre ambos campos genera el torque que hace girar el rotor.
Sin embargo, la fuerza electromagnética no es constante. La corriente alterna oscila entre valores máximos y cero durante cada ciclo eléctrico.
Por lo tanto, la fuerza electromotriz también oscila con el tiempo. Como resultado, el motor genera dos instantes de fuerza máxima en cada ciclo eléctrico.
Por Qué Aparece La Vibración A Dos Veces La Frecuencia De Red
En condiciones normales, las fuerzas electromagnéticas están equilibradas dentro del motor. Esto significa que fuerzas opuestas actúan con la misma intensidad en direcciones contrarias.
Cuando ese equilibrio se rompe, aparece una vibración característica. Esta vibración ocurre a dos veces la frecuencia de red.
En países con red eléctrica de 60 Hz, este fenómeno genera una vibración a 120 Hz o 7200 CPM.
[Insertar imagen: relación entre corriente y fuerza electromotriz]
Además, esta vibración suele observarse como:
- Una vibración radial
- Frecuencia baja
- Pico visible en el espectro de velocidad
- Mayor amplitud en dirección horizontal
Por lo tanto, el analista normalmente detecta un pico claro en 120 Hz dentro del espectro de vibraciones.
[Insertar imagen: espectro típico con pico en 120 Hz]
Interpretación Correcta Del Espectro De Vibraciones
Un error común en mantenimiento predictivo ocurre cuando el analista observa un pico en 2X frecuencia de red.
En muchos informes, este patrón se interpreta automáticamente como una falla eléctrica. Sin embargo, esa conclusión puede ser incorrecta.
El pico a 120 Hz solo indica vibración de origen electromagnético, pero no confirma una falla eléctrica.
En algunos casos, el origen puede ser un problema mecánico que genera descentrado del rotor respecto al estator.
Por esta razón, el diagnóstico debe considerar otras evidencias de condición.
Problemas Mecánicos Que Pueden Generar Este Patrón
Varios problemas mecánicos pueden producir vibraciones a dos veces la frecuencia de red.
Uno de los más comunes es el pie cojo del motor (soft foot).
Cuando un motor tiene pie cojo y se aprieta sobre la base, la carcasa puede deformarse. Esta deformación desplaza ligeramente el rotor respecto al estator.
Como resultado, el campo electromagnético actúa con mayor intensidad en un lado del rotor. Esto genera vibración a 2X frecuencia de red.
[Insertar imagen: ejemplo de pie cojo en motor]
Otros problemas mecánicos que pueden causar este fenómeno incluyen:
- Error de mecanizado en tapas del motor
- Holgura en los alojamientos de rodamientos
- Excentricidad dinámica del rotor
- Desbalanceo del rotor
- Desalineación del conjunto rotativo
- Resonancias estructurales
En estos casos, el origen del problema no es eléctrico. Sin embargo, el espectro de vibraciones puede sugerirlo.
Problemas Eléctricos Que También Generan La Señal
Algunos problemas eléctricos sí pueden provocar este patrón de vibración.
Uno de los casos más frecuentes es el mal contacto en una fase eléctrica.
Cuando una fase presenta mala conexión, el flujo de corriente entre bobinas se desequilibra. Como resultado, el campo magnético se vuelve asimétrico.
Este desequilibrio genera vibración mecánica a dos veces la frecuencia de red.
[Insertar imagen: inversor con mala conexión en una fase]
En un caso real descrito en el documento, un mal apriete en una fase del inversor generaba un pico en 120 Hz.
Después de corregir la conexión, la amplitud de la vibración disminuyó significativamente.
[Insertar imagen: espectro antes y después de corregir el contacto]
Otro problema eléctrico posible es rotor con barras rotas. Sin embargo, este defecto se identifica mejor mediante análisis de corriente eléctrica.
En ese caso, el espectro muestra bandas laterales alrededor de la frecuencia de red.
[Insertar imagen: espectro de corriente con bandas laterales]
Cómo Diferenciar Si El Problema Es Mecánico O Eléctrico
Un método práctico consiste en observar el comportamiento de la vibración durante el apagado del motor.
Cuando el motor se detiene:
- Si la frecuencia se desplaza y disminuye gradualmente, el origen es mecánico.
- Si la señal desaparece inmediatamente, el origen es electromagnético.
Este método ayuda a identificar el origen del fenómeno. Sin embargo, no determina por sí solo si existe una falla eléctrica.
Por lo tanto, el diagnóstico debe complementarse con otras técnicas predictivas.
Conclusión Técnica
La presencia de vibración a dos veces la frecuencia de red es un fenómeno común en motores eléctricos. Sin embargo, este patrón no confirma automáticamente fallas eléctricas en motor.
Este tipo de señal indica vibración de origen electromagnético. No obstante, su causa puede ser eléctrica o mecánica.
Por esta razón, el analista debe evaluar el contexto completo del espectro. Además, debe considerar condiciones mecánicas, eléctricas y operativas del equipo.
Un diagnóstico correcto evita intervenciones innecesarias y mejora la confiabilidad del mantenimiento predictivo.
Referencias
SKF College. Análise De Vibrações E O Defeito Elétrico.
