Análisis Estático y Dinámico de Máquinas Rotativas.pdf

Marzo 2009 SKF Group Slide 0

Anlisis Esttico y Dinmico de Mquinas Rotativas

Presentado por:

Luis Beltrn, E.E., M.B.A.

Gerente de Producto, Amrica Latina

SKF CMC Fort Collins


SKF y Baker Instrument

Company

1


SKF y Baker Instrument Company

SKF compr Baker en Junio 2007.

SKF CMC Fort Collins (Baker Instrument Company) esta localizado en Fort Collins Colorado, USA.

65 empleados +


SKF Baker Instrument Company

Oficinas de SKF y distribuidores alrededor del mundo Equipos de prueba de calidad para devanados elctricos

Ms de 50 aos de experiencia en pruebas de motores

elctricos

Entrenamientos (hasta 3 niveles):

En las instalaciones del cliente (Espaol)

Cursos abiertos al pblico (Espaol)

En nuestras instalaciones (Ingls)


SKF y Comulsa Per

Distribuidor exclusivo en Per:

Ing. Leopoldo Chaname

[email protected]


Equipos para el programa de Mantenimiento Predictivo de Mquinas Rotativas

Empleado para el mantenimiento predictivo, diagnstico

y aseguramiento de calidad.

Pruebas fuera de lnea o estticas

AWA DX

Pruebas en linea o dinmicas

Explorer 4000


Programa de Mantenimiento Predictivo de Mquinas Rotativas

Que es lo que realmente se busca?

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

Reducir paradas no programadas

Anlisis de Ia raz de la causa de los problemas

Ahorro de dinero en el gasto de energa elctrica

Anlisis de la interaccin: Energa Motor - Carga

Aseguramiento de la Calidad del Motor (nuevo o reparado)


Programa de Mantenimiento Predictivo de Mquinas Rotativas

La pregunta no es si un motor va a

fallar

La pregunta es CUANDO!!!


2Vida til de una mquina

rotativa


Aislamiento, Voltaje de Ruptura vs. Tiempo

Leopoldo Chanam Carpio

Gerente de Ventas

RPC: +51 1 991763326

Skype: COMULSA.Leopoldo.Chaname

E-mail: [email protected]

Innovamos con energa junto a ti


Pasos Tpicos de Fallas de Motores

1. Aislamientos nuevos tienen alto voltaje de ruptura

2. El aislamiento del motor experimenta un envejecimiento normal y adems:

- Envejecimiento Trmico

- Contaminacin Qumica

- Esfuerzo Mecnico, humedad, etc.

3. El aislamiento entre espiras de la bobina o el aislamiento a tierra del motor cae debajo del nivel de transitorios resultando en un arco elctrico


Pasos Tpicos de Fallas de Motores

4. Los arcos elctricos aceleran la degradacin del

aislamiento

5. El voltaje de ruptura del aislamiento entre espiras y el

aislamiento a tierra caen debajo del voltaje nominal de

operacin de la mquina causando un corto entre

espiras o a tierra.

6. La falla de aislamiento a tierra se produce rpidamente

(tpicamente en minutos)


3Pruebas Estticas o Fuera de

Lnea en Motores Elctricos


Pruebas Elctricas Estticas en Motores



1. Pruebas de Balanceo de Resistencia (Mtodo Kelvin)

2. Pruebas con el Megmetro (Megado) IEEE-43

3. Indice de Polarizacin / Absorcin Dielctrica IEEE-43

4. Pruebas de Voltaje en Escaln Hipot (Step Voltage) IEEE-95

5. Prueba de Surge (Impulso) IEEE-522

6. L,C,Z (Ind., Cap., Imped.)

7. D/Q

8. RIC test

(Rotor Influence Test)



1. Pruebas de Balanceo de Resistencia

Problemas a detectar:

Nmero de vueltas por fase

Dimetro del cobre

Conexiones con alta resistencia

Cortos totales entre espiras

Conexiones abiertas entre espiras

Tendencias - Histricos



2. Pruebas con el Megohmetro (IEEE Std.43)

Mide la resistencia a tierra

Determina fallas a tierra o posible contaminacin en la superficie a voltajes similares al de

operacin pero en corriente contnua.

Util para crear tendencias

No determina:

Si el motor est totalmente en buenas condiciones o si existe fallas entre espiras

internas de la mquina



3. Indice de Polarizacin / Absorcin Dielctrica (IEEE

Std.43)

Prueba similar al usar el megmetro, pero dura:

Si la resistencia obtenida es mas de 5000 M en un minuto, entonces se realiza la prueba de Absorcin

Dielctrica, que es similar a la IP, pero con los valores

tomados en 30 sg. y 3 minutos.

IP: para motores mayores de 100 HP

AD: para motores menores de 100 HP

IP = minuto 1 en aResistenci de Valorminutos 10 en aResistenci de Valor



3. Indice de Polarizacin / Absorcin Dielctrica (IEEE

Std.43)

- Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse.

- Busca deterioro, resequedad, fisuras, o contaminacin del aislamiento a tierra.



Hasta aqui, son suficientes la prueba de Megado

como herramienta de diagnstico?



4. Pruebas de Alto Voltaje en Escaln - Hipot (Step

Voltage)

(IEEE Std. 95)

Asegura que el aislamiento a tierra soporte el trabajo

normal durante el arranque y parada del motor (peaks de

voltaje durante los transitorios).Suceden entre 0.2 y 0.5 sec durante el arranque y parada del motor



4. Pruebas de Voltaje en Escaln Hipot (Step Voltage)

Voltaje de Prueba = 2 x Vn + 1000 V



4. Pruebas de Voltaje en Escaln Hipot (Step Voltage)

(IEEE Std. 95)



Caso de Estudio: Contaminacin en Caja de Bornes

Motor Sncrono:

7,200 Voltios

1,000 HP

3,600 RPM




Resultado despus de limpiar la caja



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

- Consiste en aplicar una corriente alta de impulso. Se

genera un voltaje por una fase del motor, teniendo las

otras fases a tierra.

- Es el nico mtodo disponible para detectar aislamiento

dbil entre las espiras, permitiendo al operador realizar

un mantenimiento predictivo.



Tom Baker con un primer probador de Impulso




-El aislamiento de las espiras es el punto ms dbil de donde puede generarse una falla del motor.

-Condiciones externas en el aislamiento pueden acelerar el deterioro de la vida til.

- Existen movimientos mecnicos en las bobinas debido

a los arranques del motor. (Crawford/General Electric)




-80% de las fallas del motor (aislamiento) empiezan como fallas entre espiras (General Electric Paper).

- La mayora de los motores fallan a tierra, pero la causa

raz del problema se basa en una falla entre espiras

(General Electric Paper - EASA).




- Peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 sec durante el arranque del motor

- Peaks de voltaje se generan al segundo cierre de contacto

- Uso de variadores de velocidad



Caso de Estudio: Aislamiento dbil entre espiras

Estator de voltaje nominal de 4160V



6,7. Mediciones de L, Z, C (Inductancia, Impedancia,

Capacitancia), D y Q

Marzo 2009 SKF Group Slide 393/10/2014 SKF Group Slide 39


I

V

IV

360



3/10/2014 SKF Group Slide 40

ZL

XL

R

L: Inductancia: Angulo

C: Capacitancia

ZC

XC

R

Q: Calidad

D: Disipacin


Ejemplos: Errores en Devanados

3/10/2014 SKF Group Slide 42

Zreference

XL

R

1) Alambre mas delgado, mismo # vueltas

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

Q2: Z y ?Q3: Q cambia?

2) Mismo alambre, menos # vueltas

Q1: R, L cambian?

Q2: Z y cambian?Q3: Q cambia?

Z2

3) Mismo Alambre, igual # vueltas, bobina invertida

Q1: R y L cambian?

Q2: Z y cambian?Q3: Q cambia?

Z3

Z1



8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)

Puede hallar cuatro tipos de problemas en el rotor:

Excentricidad Esttica

Excentricidad Dinmica

Barras rotas en el rotor

Posibles fallas en el Estator



Prueba RIC (Rotor Influence Check)


Ejemplo de Excentricidad Esttica

Variaciones de amplitudes de

Peaks entre fases, implican

Excentricidad esttica.

Notar que las amplitudes de

los peaks para cada fase

se mantienen constantes.


Ejemplo: Excentricidad Dinmica

Variaciones dentro de una fase

Indica excentricidad dinmica

(Baldor 125hp)




NO ES TOTALMENTE CONFIABLE!!!!


Por que realizar las pruebas estticas?


4Pruebas Dinmicas o en

Lnea en Motores Elctricos


Motor

CCM

Carga

Diagnostican problemas en la lnea de alimentacin,

motor, carga, y la interaccin entre ellas

Pruebas Elctricas Dinmicas en Motores



Explorer 4000

Softwares opcionales:

1. VFD4000: Variadores de Velocidad

2. DC4000: Motores de Corriente Contnua (500V mximo)

3. CM4000: Monitoreo Contnuo

4. DT4000: Instalacin en computadoras

5. TM4000: Anlisis de Torque

6. V4000: Anlisis de Vibracin



Calidad de Energa

Voltajes y corrientes: niveles y

desbalances

Distorsin de armnicos y distorsin

total

Potencias reactivas, activas y

aparentes.

Desempeo del motor

Factor de servicio efectivo

Niveles de carga

Condiciones de operacin

Eficiencia

Tiempo de retorno de inversin

Datos de Corrientes

Sobrecorriente

Desbalances

Sumas de corrientes

Espctros

Barras rotas del rotor

Espectros de V/I

Armnicos

Diagrama de conexiones

Formas de ondas

ABC/Componentes SYM

Fasores



Motor

CCM

Carga

Interruptor

Exp

Voltaje < 1000 V



Motor

Carga

TCs

Interruptor

Explorer

TVs

Voltaje > 1000 V



Conexin del modulo EP-1000:

- Se instala una sola vez

- Futuras mediciones sin abrir el gabinete

- Reconocimmiento automtico del motor en la base de datos


Motor

TCs

Interruptor

TVs

EP

Explorer

Panel Exterior

Panel Interior


Carga



Anlisis de la Calidad de Energa

- Voltajes y corrientes: niveles y desbalances

- Distorsin de armnicos y distorsin total

-Potencias reactivas, activas y aparentes

-Armnicos e inter-armnicos

Importancia:

- Una baja calidad de energa causa incremento de temperatura

- Por cada 10 C de incremento de temperatura, la vida del

aislamiento se reduce a la mitad (IEEE Std 43).



Desempeo del Motor

- Desbalance de Voltajes

- Distorsin de Armnicos

- Derateo NEMA


Desempeo del Motor:

Valores RMS de operacin

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%

Distorsin de Voltaje 9.80%

% demrito de NEMA 0.6

F. de Servicio Efectivo 1.28




Estudio de Armnicos:

NEMA MG-1 30.1

Motor trabajando con VFD (Variador de Velocidad)

Armnicos incrementan prdidas, elevan la temperatura del motor, disminuyen la eficiencia y la vida til del

motor.

THD Mltiplos de la frecuencia fundamental

TD Inter-armnicos + otros



Caso de Estudio:

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

Variador de velocidad ABB

Rodamiento: 6220 C3



Caso de Estudio:


Condiciones del Motor: Barras Rotas en el Rotor



Caso de Estudio: Barras Rotas en el Rotor




Anlisis 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



Caso de Estudio: Arrancador suave Estado Slido



Software Anlisis de Torque

- Herramienta muy til para separar los problemas

elctricos de los mecnicos (ayuda a resolver

discusiones entre mecnicos y electricistas)

- Si la seal de torque de una mquina se muestra

diferente a la de otra mquinas similar, el problema se

encuentra en la carga.


Software Anlisis de Torque: Bomba Sumergible

4160V



Pruebas Elctricas Dinmicas en MotoresCaso de Estudio:

Cavitacin en bomba

sumergible de 750 HP

Perspectiva de

diagnstico:

Dos bombas identicas en

funcionamientouna esta con problemas

Pregunta: Cual de estas

bombas gemelas a veces

cavita?



Software Anlisis de Torque:

Anlisis Mecnico FFT

- Diagnostica problemas mecnicos

desde el CCM:

Rodamientos

Desbalance en Ventiladores

Cajas reductoras

Etc.



Software Anlisis de

VFD (Variadores de

Velocidad):

VFD:

Accionamiento de faja

60 hp, 1200 rpm

Frecuencia

Voltaje

Torque

Velocidad


Software Anlisis de VFD

(Variadores de Velocidad):

Beneficios

Programar accionamientos

Anlisis de cargas

Fallas en IGBTS

Problemas de realimentacin en accionamientos




Software de Monitoreo Contnuo:


4NetEp Sistema de Anlisis de Motores en Lnea (On-

Line)


Tipos de motores a monitorear

Asncronos

Estatores de motores Sncronos

Estatores de motores de rotor bobinado

Estatores de generadores

En el futuro, disponibilidad para motores asncronos trabajando con variadores de velocidad y motores de

corriente contnua.


NetEP Descripcin del Sistema

El monitoreo se realiza a travs de los NetEps que son instalados en diferentes

lugares de la planta.

Se obtiene informacin de los voltajes y corrientes de cada motor, se determina

los niveles de desempeo y las

mediciones de espectros.

Programacin de alarmas para identificar mediciones fuera de rangos permitidos.



Una caja NetEp puede tener 7 barras de voltajes

diferentes

Es permanentemente instalado, capaz de monitorear

hasta 32 motores en 7 barras diferentes de voltajes a

travs de transformadores de corriente para cada motor

La distancia mxima de cableado desde la caja NetEp

hacia cualquier tablero, gabinete o CCM es de 300

metros



Supervisor

NetEpsServido

r

Mas motores!Mas

supervisores!

Port 1100 TCP o

Port 1150 UDP Multicast

TCP/IP Port 1100

o UDP Port 1150

SQL Database



Se puede monitorear mas de 40 parmetros de motores elctricos, compara los resultados con los

lmites permitidos, y muestra alarmas si alguno de los

lmites es excedido.

Puede mostrar tendencias de los parmetros (histricos), que es importante para el mantenimiento

predictivo.



Diagnsticos similares al efectuado por la unidad porttil Explorer 4000


Resmen

Las pruebas dinmicas proveen informacin acerca de las condiciones de la energa, el motor, la carga, y la

interaccin entre ellas (Explorer, NetEp).

Las pruebas estticas miden la integridad del sistema de aislamiento del motor (AWA).

Juntos representan una imagen de la salud del motor y suministran valiosa informacin para predecir eminentes

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

diagnstico de fallas.

Gracias!!

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