ZONA DE FALLA DEL ROTOR

Generalidades

Rotor Jaula de ardilla. Este tipo de motor eléctrico requiere de menos mantenimiento, comparado con el motor de rotor bobinado. El bobinado del rotor, en el caso del rotor jaula de ardilla, se encuentra cortocircuitado a través de una barra conductora. En las ranuras del rotor se alojan barras de aluminio fundido u otro material conductor que se encuentran unidos en los extremos por anillos de cortocircuito. Estas barras que componen el bobinado del rotor se encuentran inclinadas con respecto al eje del rotor para disminuir el ruido y armónicos.

Existen también rotores de doble jaula de ardilla, de ranuras normales, ranuras profundas y otros. En la Figura podemos observar los devanados de un motor tipo jaula de ardilla.

Figura : Devanado Tipo Jaula De Ardilla (Fuente Mantenimiento Correctivo, Preventivo y Predictivo En Industrias Modernas, CAPRE/GTZ, Emilio Alpizar Villegas).

Según NEMA, los motores asíncronos con potencias mayores a 1 HP con rotor tipo jaula de ardilla se clasifican en Clase A, Clase B, Clase C, Clase D, las más comunes son:

-       Clase A, tiene un par y corriente de arranque normal, bajo deslizamiento y la resistencia eléctrica del rotor es baja;

-       Clase B, tiene un par de arranque normal, corriente de arranque y deslizamiento bajo y tiene aproximadamente el mismo par de arranque que la clase A;

-       Clase C, tiene un par de arranque mayor a la Clase A y B e intensidad de arranque baja. El rotor tiene una resistencia eléctrica mayor a la clase B y es de doble jaula;

-       Clase D, tiene un par de arranque elevado mucho deslizamiento. El rotor tiene una resistencia eléctrica grande;

Grafica: Porcentaje De Momento De Torsión A Plena Carga vs Porcentaje De Velocidad Sincrónica (Fuente Motores Eléctricos Selección, Mantenimiento y Reparación, Schitch-gear and Control Handbook, Rbert W. Smeaton).

Rotor Bobinado. En este tipo de motores, el rotor lleva ranuras igual que el estator y en él se coloca un bobinado normalmente trifásico similar al del estator conectado en estrella, y los extremos libres se conectan a tres anillos de cobre, aislados y solidarios con el eje del rotor en Figura muestra el rotor bobinado. Sobre los anillos, se colocan las portas escobillas, que a su vez se conectan a la placa de bornes del motor. Por eso, en la placa de bornes de estos motores aparecen nueve bornes. La gran ventaja que presentan estos motores es su par de arranque, ya que puede alcanzar hasta 2.5 veces el par nominal, mientras que para la intensidad en el arranque es similar a la del par nominal. Para su puesta en marcha es necesaria la conexión de reóstato de arranque, conectado en serie, con el bobinado del rotor, y una vez alcanzada la velocidad de régimen, se puentean los anillos en estrella.

Figura: Despiece Del Motor De Rotor Bobinado (Fuente Mantenimiento Correctivo, Preventivo y Predictivo En Industrias Modernas, CAPRE/GTZ, Emilio Alpizar Villegas).

El estator es el mismo para el motor de rotor devanado y para el motor con rotor tipo jaula de ardilla. La carcasa debido a los anillos del rotor devanado es más larga y cumple las mismas funciones que el del motor con rotor tipo jaula de ardilla.

Cojinetes De Bolas Y De Rodillos.

Los cojinetes en el rotor es identificado como las chumaceras, cojinetes de antifricción (rodamientos a bolas y rodamientos cilíndricos) que cumplen la función de reducir la fricción en el eje del rotor.

Rodamiento De antifricción. Estos cojinetes funcionan con el principio del contacto rotatorio entre cuerpos circulares elásticos. La resistencia de esta acción rotatoria, que constituye a la fricción marginal de fluido a las chumaceras, es muy baja.

A bajas velocidades, los cojinetes de bolas y de rodillos producen una resistencia tan baja debido a su rotación, que son superiores a las chumaceras cuando trabajan en condiciones marginales. A altas velocidades, la resistencia a la rotación es comparable con la fuerza cortante de fluido en las chumaceras con acción hidrodinámica.

Figura: Rodamiento De Bolas (Fuente Las Principales Fallas Eléctricas en los Motores Eléctri-cos Trifásicos Y Su Mantenimiento Correctivo, Universi-dad De Costa Rica, Leonardo Monte Alegre Lobo).

Los cojinetes antifricción individuales pueden soportar, al mismo tiempo, cargas radiales y de empuje en grado variable, características que no suelen tener las chumaceras.

Estos cojinetes solo requieren pequeñas cantidades de lubricante y tienen relativa insensibilidad los cambios en la viscosidad. Los cojinetes de bolas y de rodillos se constituyen con piezas de precisión, y hay que tratarlos como tales. Son sensibles a la vibración, ajuste incorrecto, corrosión y mugre abrasiva. Sin mantenimiento y su desgaste es muy lento. La duración de los cojinetes de bolas y de rodillos depende de la resistencia a la fatiga de sus materiales, y disminuye cuando se aumentan la velocidad y la carga. Los cojinetes de bolas y de rodillos se fabrican con diversos grados de precisión. Deben tener cierta cantidad de holgura interna para el funcionamiento correcto. Por ello, en algunas instalaciones se les aplica precarga para reducir el juego, tener montaje más rígido y mantener con exactitud las posiciones del eje.

 Fallas En La Zona Del Rotor

1. Barras Rotas de Rotor

Las causas que produce la ruptura de las barras de un motor de inducción o la ruptura de los anillos que unen dichas barras, son principalmente esfuerzos térmicos y mecánicos a los que un motor puede ser sometido. Estas causas se originan por:

-          El arranque directo de motores que para cumplir su ciclo de trabajo deben arrancar varias veces periódicamente y cuyo rotor y jaula no están diseñados para soportar este modo de funcionamiento, lo que provoca altos esfuerzos térmicos y mecánicos. Este efecto se produce especialmente en motores que arrancan con frecuencia a baja carga. La condición de arranque pone la tensión más alta sobre las barras del rotor, ya que ellas cargan la corriente elevadas, debido que el rotor corre a una velocidad mucho más baja que la velocidad sincrónica. Esto lleva a un agrietamiento de las juntas, donde las barras están soldadas al anillo de cortocircuito. Tan rápido como aparezca una grieta, la resistencia de la barra se incrementa, la temperatura y empeora la grieta. Al mismo tiempo, las barras del rotor vecinas recibirán corrientes incrementadas debido a la corriente reducida en la barra rota;

-          La presencia de cargas mecánicas intermitentes, como es el caso de los compresores y trituradoras, pueden someter a la jaula del rotor a altos esfuerzos mecánicos;

-          Fallas en el proceso de fabricación del rotor, que podrían ocasionar esfuerzos adicionales a los necesarios;

-          Esfuerzos magnéticos causados por fuerzas electromagnéticas desbalanceadas, ruido electromagnético y vibración;

-          Degradación del material del rotor debido a químicos o humedad, presentes en el ambiente de trabajo del motor;

-          Esfuerzo térmico debido a sobrecarga en el motor, carga desbalanceada, puntos calientes o pérdidas excesivas;

-          Esfuerzos mecánicos debido a laminaciones flojas, partes gastadas y fallas en los rodamientos. La presencia de barras rotas en la jaula de ardilla no provoca la falla inminente del motor, pero puede ocasionar serios efectos secundarios, constituyéndose en un problema;

Al poner en funcionamiento el motor, las barras rotas tienden a desprenderse a gran velocidad pudiendo ocasionar daños en los devanados o en el núcleo del estator.

Figura: Barras Rotas Del Rotor Jaula De Ardilla (Fuente Las Principales Fallas Eléctricas en los Motores Eléctri-cos Trifásicos Y Su Mantenimiento Correctivo, Universi-dad De Costa Rica Leonardo Monte Alegre Lobo).

2. Desgaste De Las Escobillas En Motores De Rotor Bobinados

Una baja presión del resorte sobre las escobilla derivará de un mal contacto, que como problema trae un mayor desgaste en las escobillas, los daños a los anillos o desigual distribución de corriente entre escobillas. Una presión excesiva en las escobilla produce un desgaste anormal de los mismos y en el anillo rozante. Una presión uniforme brinda un reparto uniforme en la corriente en cada escobilla, y un desgaste uniforme de las escobillas.

Con frecuencia, la aparición de chispas inicia en un funcionamiento inadecuado. Es necesario tomar medidas inmediatamente para prevenir la aparición de chispas. Se deben eliminar la aparición de chispas y restaurarse el funcionamiento sin alteraciones. Las causas posibles de la aparición de chispas son:

-       Situación de carga inadecuada;

-       Escobillas adheridas a su porta escobillas;

-       Escobillas demasiado sueltas en su porta escobillas;

-       Conexión suelta de un borne de escobilla;

-       Contacto imperfecto de las escobillas;

-       Presión de las escobillas incorrecta o desigual;

-       Deterioro en las superficies de deslizamiento de los anillos deslizantes;

-       Desalineación de los acoplamientos de eje;

-       Máquina no equilibrada;

-       Rodamientos desgastados, con consecuencia de entrehierros desiguales;

3. Fallas En Rodamientos Defectuosos

Las fallas en los rodamientos son las más comunes en los motores, se manifiestan por problemas como vibraciones de alta frecuencia, sin embargo a medida que el daño es mayor las frecuencias van disminuyendo. Las causas comunes de fallas en los rodamientos son:

Figura: Rodamientos Deteriorados (Fuente Motores Eléctricos Selección, Mantenimiento y Reparación, Schitch-gear and Control Handbook, Robert W. Smeaton).

Ajuste: 16% de las fallas de rodamientos son causados por error de ajuste al instalar, revisar o hacer mantenimiento “preventivo”. Mucho de esto viene por la falta de un torquímetro, su conocimiento y su calibración. A veces el rodamiento no puede ser ajustado correctamente por exceso de grasa.

Figura Balero Mal Ajustado Y Balero Con Exceso De Grasa (Fuente Las Principales Fallas Eléctricas en los Motores Eléctri-cos Trifásicos Y Su Mantenimiento Correctivo, Universidad De Costa Rica, Leonardo Monte Alegre Lobo).

Contaminación: 14% de las fallas de rodamientos son causadas por contaminación del medio ambiente o del trabajo. La falla de retenes, la revisión luego de trabajar en el agua, la limpieza del área de trabajo y el exceso de polvo afectan la vida útil del equipo.

Figura: Balero Contaminado (Fuente Las Principales Fallas Eléctricas en los Motores Eléctri-cos Trifásicos Y Su Mantenimiento Correctivo, Universi-dad De Costa Rica, Leonardo Monte Alegre Lobo).

Fatiga: 34% de las fallas de rodamientos son causadas por fatiga. En términos generales, se habla de los rodamientos sobrecargados, mal aplicados (rodamientos diseñados para ser usados en posición vertical e instalada horizontalmente) o falta de protección por la grasa de escasa resistencia Timken, poca adherencia, alta consistencia o pobre resistencia a los contaminantes (agua, temperatura, gases, etc.).

Figura: Balero Fatigado (Fuente Las Principales Fallas Eléctricas en los Motores Eléctri-cos Trifásicos Y Su Mantenimiento Correctivo, Universi-dad De Costa Rica, Leonardo Monte Algre Lobo).