Los motores eléctricos son responsables de mantener en operación un amplio número de procesos industriales. Transforma la energía eléctrica en mecánica, y la transfiere a otros equipos, como compresores, bombas, turbinas, o ventiladores por medio de sistemas de transmisión o acoples.
Es por esto que se les considera uno de los equipos con mayor nivel de criticidad dentro de la industria. Su falla repentina podría ocasionar un gran prejuicio en los indicadores de productividad de las fábricas.
Resulta indispensable, entonces, que tanto los equipos de mantenimiento como sus gestores conozcan y entiendan todas las funcionalidades y partes que conforman un motor eléctrico. Esto es vital, pues al momento de realizar inspecciones o verificaciones es posible identificar e informar la ubicación de posibles fallas.
En el siguiente artículo, te contaremos todo lo que necesitas saber sobre los motores eléctricos.
Principio de funcionamiento de un motor eléctrico
En la siguiente figura se muestra como la corriente en la bobina ABCD entra desde la escobilla X.
La bobina ABCD con corriente está en un campo magnético generado de manera perpendicular. Según la regla de Fleming, AB baja y CD sube. En la siguiente media rotación, CD se acerca al polo norte y AB al polo sur.
De nuevo, aplicando la regla de la mano izquierda de Fleming, AB se mueve hacia arriba y CD hacia abajo. Este proceso se repite contínuamente generando el par de rotación.
Con el avance de la tecnología asociada a su manufactura, es posible encontrar motores eléctricos de alta eficiencia y torque.
Ya sean motores de corriente alterna o motores de corriente continua, su construcción dependerá del tipo de aplicación al que será destinado. Sin embargo, todos tienen en común los siguientes componentes.
Elementos principales en un motor eléctrico
Los motores eléctricos industriales contienen varios componentes que le permiten convertir eficazmente la energía eléctrica en energía mecánica.
La corriente eléctrica en el estator y el campo magnético entre el estator y el rotor generan fuerza para hacer girar el eje. Esa energía mecánica de salida producida por esta rotación del eje permite que sea transferida a otros tipos de equipos rotativos.
Rotor
El rotor es la parte móvil del motor eléctrico y hace girar el eje que suministra la potencia mecánica mencionada anteriormente. En una configuración típica, el rotor tiene conductores colocados en su estructura que transmiten la corriente que luego interactúa con el campo magnético del estator y así, generar las fuerzas que hacen girar el eje.
Estator
El estator es la parte estacionaria del circuito electromagnético del motor y suele estar formado por bobinas o imanes permanentes. El núcleo del estator está formado por láminas metálicas finas, denominadas laminados. Estas laminaciones se utilizan para reducir las pérdidas de energía que se producirían si se utilizara un núcleo sólido.
Independientemente de que se trate de máquinas síncronas o asíncronas, es en el estator donde se genera el campo magnético responsable de inducir corriente en el rotor.
Rodamientos
El rotor del motor eléctrico se apoya en rodamientos que le permiten girar sobre su eje. Estos rodamientos se apoyan a su vez en la carcasa del motor o cubierta. Dependiendo del diseño del motor, los rodamientos pueden ser sellados o abiertos. Por otra parte, pueden encontrarse rodamientos de bolas, de rodillos cilíndricos o rodillos cónicos, dependiendo del tipo de carga de operación al que está sometido, sea radial, axial o combinada.
Flecha
Se encarga de transmitir la potencia mecánica generada por el rotor y el estator. Durante su fabricación se somete a un tratamiento térmico para mejorar sus propiedades mecánicas y evitar problemas de fatiga. Los ejes reciben las cargas radiales y axiales, que luego son transferidas hacia los rodamientos.
En la punta de los ejes de los motores son instalados elementos conducidos como poleas, cajas reductoras o acoples para transmitir potencia mecánica hacia otros equipos.
Caja de conexiones
Su función principal es alojar los conectores y cables para la entrada de suministro eléctrico, debiendo estar en buenas condiciones para evitar choques eléctricos o entrada de contaminantes externos. Adicionalmente, los motores disponen de terminales para la puesta a tierra situados en el interior de la caja de conexiones, fabricados en latón y que garantizan un perfecto contacto eléctrico.
Conmutador
Tiene la función de mantener la corriente circulando en el mismo sentido en el inducido, es decir, asegura que el par generado sea siempre en el mismo sentido.
Carcasa
Es el elemento que protege los elementos internos del motor eléctrico del polvo u otros contaminantes y evita el contacto directo de las personas con altas rotaciones. Normalmente son fabricadas en aleación especial de aluminio inyectado a presión o en fundición gris, proporcionando al motor rigidez y bajos niveles de vibración. Por otra parte, en su parte externa posee aletas de disipación que permiten la transferencia de calor no forzada.
Cubiertas frontal y posterior
Su funcionamiento principal es permitir el ajuste de los rodamientos junto con el eje. En este caso, la pista externa del rodamiento (ajuste fijo) va sobre la cubierta, y la pista interna va ajustada al eje.
Ventilador
Sistema disipador de calor por ventilación forzada que extrae aire caliente desde los componentes internos del motor hacia el exterior. El ventilador gira en solidariamente junto con el eje.
Base de fijación
Parte del motor que soporta toda la estructura del motor y va fijada por a través de tornillos y tuercas a una fundación previamente diseñada y construida específicamente para ese motor.
Placa de identificación
Elemento donde se encuentra toda la información básica del motor en relación a su fabricante y parámetros de operación como: voltaje de operación, RPM de funcionamiento, temperatura, entre otros.
Ahora que ya conoces todos los elementos principales de un motor eléctrico, podemos pasar a identificar sus fallas más comunes.
¿Cómo puedo extender la vida útil de los motores eléctricos?
Existen diferentes formas para el abordaje del mantenimiento de los motores:
En primer lugar, definir su criticidad dentro del proceso productivo. Entiende cómo es su funcionamiento normal y los tipos de falla más frecuentes. Con base en esas informaciones, podrás determinar cuál es su tipo de mantenimiento más adecuado, evitando lo máximo posible el mantenimiento correctivo.
Existen diferentes técnicas predictivas que nos permiten determinar una falla en su fase inicial como: análisis de vibraciones, análisis de aceite, termografía infrarroja, o el monitoreo online.
La combinación entre el mantenimiento predictivo y el monitoreo online nos permite evitar fallas funcionales en los elementos internos del motor, los cuales a lo largo del tiempo causan la disminución de su vida útil y altos costos de mantenimiento.
Eficiencia energética con monitoreo de energía
La eficiencia energética es crucial para la sostenibilidad y la rentabilidad. Conoce las tres principales magnitudes de la industria y por qué debes monitorearlas:
Corriente y Tensión Trifásica
La esencia de la distribución de energía en la industria. Monitorear la corriente y la tensión trifásica es vital para garantizar una distribución equilibrada y evitar sobrecargas que puedan provocar fallos costosos.
Esto es especialmente útil en motores trifásicos donde un desbalance puede causar vibraciones y calor excesivo, llevando a un mantenimiento correctivo y paros no planeados.
Potencia Activa y Reactiva
La potencia activa hace el trabajo efectivo, mientras que la potencia reactiva es necesaria para mantener los campos magnéticos en motores y transformadores. Una gestión adecuada de ambas asegura que tus operaciones se realicen con la máxima eficiencia.
Esto es crítico en industrias con grandes motores, donde mejorar la potencia reactiva puede reducir significativamente la demanda eléctrica y con ello los costos de energía.
Factor de Potencia
Este es el indicador de cuán efectivamente estás utilizando tu energía. Un factor de potencia cercano a 1 significa que estás utilizando la energía de manera eficiente, reduciendo desperdicios y costos operativos. Al identificar un motor que está consumiendo más energía reactiva de lo normal, podrías prevenir una falla de rodamientos o el desgaste de otras piezas mecánicas.
Monitoreo de energía con sensores IoT
Con Energy Trac, el sensor IoT para monitoreo de energía de TRACTIAN, elimina las fallas eléctricas y mecánicas y obtén control total sobre el consumo de energía de tu operación.
