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Análisis Estático y Dinámico de Máquinas Rotativas
Presentado por: Luis Beltrán, E.E., M.B.A. Gerente de Producto, América Latina SKF CMC Fort Collins
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SKF y Baker Instrument Company
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SKF y Baker Instrument Company
• SKF compró Baker en Junio 2007. • SKF CMC Fort Collins (Baker Instrument Company) esta localizado en Fort Collins Colorado, USA.
• 65 empleados +
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SKF – Baker Instrument Company
• Oficinas de SKF y distribuidores alrededor del mundo • Equipos de prueba de calidad para devanados eléctricos • Más de 50 años de experiencia en pruebas de motores eléctricos
• Entrenamientos (hasta 3 niveles): En las instalaciones del cliente (Español) Cursos abiertos al público (Español) En nuestras instalaciones (Inglés)
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SKF y Comulsa Perú
Distribuidor exclusivo en Perú:
Ing. Leopoldo Chaname
[email protected]
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Equipos para el programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas Empleado para el mantenimiento predictivo, diagnóstico y aseguramiento de calidad.
•Pruebas fuera de línea o estáticas AWA
DX
•Pruebas en linea o dinámicas Explorer 4000
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Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas Que es lo que realmente se busca? Ahorros $$$$$$$ !!!!
• Reducir paradas no programadas • Análisis de Ia raíz de la causa de los problemas • Ahorro de dinero en el gasto de energía eléctrica • Análisis de la interacción: Energía – Motor - Carga • Aseguramiento de la Calidad del Motor (nuevo o reparado)
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Programa de Mantenimiento Predictivo de Máquinas Rotativas
La pregunta no es si un motor va a fallar La pregunta es CUANDO!!!
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Vida útil de una máquina rotativa
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Gerente de Ventas RPC: +51 1 991763326 Skype: COMULSA.Leopoldo.Chaname E-mail:
[email protected] Innovamos con energía junto a ti
Aislamiento, Voltaje de Ruptura vs. Tiempo
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Pasos Típicos de Fallas de Motores 1. Aislamientos nuevos tienen alto voltaje de ruptura 2. El aislamiento del motor experimenta un envejecimiento normal y además: - Envejecimiento Térmico - Contaminación Química - Esfuerzo Mecánico, 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 eléctrico
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Pasos Típicos de Fallas de Motores 4. Los arcos eléctricos aceleran la degradación del aislamiento 5. El voltaje de ruptura del aislamiento entre espiras y el aislamiento a tierra caen debajo del voltaje nominal de operación de la máquina causando un corto entre espiras o a tierra.
6. La falla de aislamiento a tierra se produce rápidamente (típicamente en minutos)
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Pruebas Estáticas o Fuera de Línea en Motores Eléctricos
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
1. 2. 3. 4.
Pruebas de Balanceo de Resistencia (Método Kelvin)
Pruebas con el Megómetro (Megado) IEEE-43 Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica IEEE-43 Pruebas de Voltaje en Escalón – 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)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
1. Pruebas de Balanceo de Resistencia Problemas a detectar:
– – – – – –
Número de vueltas por fase Diámetro del cobre Conexiones con alta resistencia Cortos totales entre espiras Conexiones abiertas entre espiras Tendencias - Históricos
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 2. Pruebas con el Megohmetro (IEEE Std.43)
– Mide la resistencia a tierra – Determina fallas a tierra o posible contaminación en la superficie a voltajes similares al de operación pero en corriente contínua. – Util para crear tendencias – No determina: Si el motor está “totalmente” en buenas condiciones o si existe fallas entre espiras internas de la máquina
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE Std.43) Prueba similar al usar el megómetro, pero dura: Valor de Resistenci a en 10 minutos
IP = Valor de Resistenci a en 1 minuto
Si la resistencia obtenida es mas de 5000 MΩ en un minuto, entonces se realiza la prueba de Absorción Dieléctrica, 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 Marzo 2009 © SKF Group Slide 18
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 3. Indice de Polarización / Absorción Dieléctrica (IEEE Std.43)
- Mide la habilidad del aislamiento para polarizarse. - Busca deterioro, resequedad, fisuras, o contaminación del aislamiento a tierra.
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Hasta aqui, son suficientes la prueba de Megado como herramienta de diagnóstico?
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 4. Pruebas de Alto Voltaje en Escalón - 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 Suceden entre 0.2 y 0.5 µsec voltaje durante los transitorios). durante el arranque y parada del motor
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)
Voltaje de Prueba = 2 x Vn + 1000 V
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 4. Pruebas de Voltaje en Escalón – Hipot (Step Voltage)
(IEEE Std. 95)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
Caso de Estudio: Contaminación en Caja de Bornes Motor Síncrono: 7,200 Voltios 1,000 HP
3,600 RPM
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio: Contaminación en Caja de Bornes
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio: Contaminación en Caja de Bornes
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio: Contaminación en Caja de Bornes
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio: Contaminación en Caja de Bornes
“Resultado después de limpiar la caja”
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 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 único método disponible para detectar aislamiento débil entre las espiras, permitiendo al operador realizar un mantenimiento predictivo.
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Tom Baker con un primer probador de Impulso
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)
-El aislamiento de las espiras es el punto más débil de donde puede generarse una falla del motor.
-Condiciones externas en el aislamiento pueden acelerar el deterioro de la vida útil. - Existen movimientos mecánicos en las bobinas debido a los arranques del motor. (Crawford/General Electric)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)
-80% de las fallas del motor (aislamiento) empiezan como fallas entre espiras (General Electric Paper).
- La mayoría de los motores fallan a tierra, pero la causa raíz del problema se basa en una falla entre espiras (General Electric Paper - EASA).
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 5. Prueba de Impulso o Surge (IEEE Std. 522)
- Peaks de voltajes suceden entre 0.2 y 0.5 µsec durante el arranque del motor - Peaks de voltaje se generan al segundo cierre de contacto - Uso de variadores de velocidad
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Caso de Estudio: Aislamiento débil entre espiras Estator de voltaje nominal de 4160V
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 6,7. Mediciones de L, Z, C (Inductancia, Impedancia, Capacitancia), D y Q
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
V I
V 360˚
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I
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores ZL L: Inductancia
XL
φ: Angulo
R
Q: Calidad C: Capacitancia R
D: Disipación XC
ZC
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores
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Ejemplos: Errores en Devanados 1)
2) Mismo alambre, menos # vueltas Q1: R, L cambian? Q2: Z y φ cambian? Q3: Q cambia?
Alambre mas delgado, mismo # vueltas Q1: R, L, crece, decrece, igual? Q2: Z y φ? Q3: Q cambia?
Zreference Z2 XL
Z3
R 3) Mismo Alambre, igual # vueltas, bobina invertida Q1: R y L cambian? Q2: Z y φ cambian? Q3: Q cambia?
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Z1
Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores 8. Prueba RIC (Rotor Influence Check)
Puede hallar cuatro tipos de problemas en el rotor:
• • • •
Excentricidad Estática
Excentricidad Dinámica Barras rotas en el rotor Posibles fallas en el Estator
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check)
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Ejemplo de Excentricidad Estática
Variaciones de amplitudes de Peaks entre fases, implican Excentricidad estática.
Notar que las amplitudes de los peaks para cada fase se mantienen constantes.
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Ejemplo: Excentricidad Dinámica
Variaciones dentro de una fase Indica excentricidad dinámica (Baldor 125hp)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check)
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Pruebas Eléctricas Estáticas en Motores Prueba RIC (Rotor Influence Check)
NO ES TOTALMENTE CONFIABLE!!!!
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¿Por que realizar las pruebas estáticas?
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Pruebas Dinámicas o en Línea en Motores Eléctricos
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Diagnostican problemas en la línea de alimentación, motor, carga, y la interacción entre ellas Carga Motor CCM
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Explorer 4000 Softwares opcionales:
1. VFD4000: Variadores de Velocidad 2. DC4000: Motores de Corriente Contínua (500V máximo) 3. CM4000: Monitoreo Contínuo 4. DT4000: Instalación en computadoras 5. TM4000: Análisis de Torque 6. V4000: Análisis de Vibración
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Calidad de Energía
Datos de Corrientes
Voltajes y corrientes: niveles y desbalances
Sobrecorriente
Distorsión de armónicos y distorsión total
Sumas de corrientes
Potencias reactivas, activas y aparentes.
Espéctros
Desempeño del motor
Espectros de V/I
Factor de servicio efectivo
Armónicos
Niveles de carga
Condiciones de operación Eficiencia Tiempo de retorno de inversión
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Desbalances
Barras rotas del rotor
Diagrama de conexiones
Formas de ondas ABC/Componentes SYM Fasores
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Voltaje < 1000 V Carga Interruptor
Motor CCM
Exp
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Voltaje > 1000 V Carga Interruptor
Motor TCs TVs
Explorer
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Conexión del modulo EP-1000:
- Se instala una sola vez - Futuras mediciones sin abrir el gabinete - Reconocimmiento automático del motor en la base de datos
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Carga Interruptor
Motor TCs TVs EP
Explorer
Panel Interior Panel Exterior
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Análisis de la Calidad de Energía
- Voltajes y corrientes: niveles y desbalances - Distorsión de armónicos y distorsión total
-Potencias reactivas, activas y aparentes -Armónicos e inter-armónicos Importancia: - Una baja calidad de energía causa incremento de temperatura - Por cada 10 ºC de incremento de temperatura, la vida del aislamiento se reduce a la mitad (IEEE Std 43).
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Desempeño del Motor - Desbalance de Voltajes - Distorsión de Armónicos - Derateo NEMA
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Desempeño del Motor: Valores RMS de operación Nivel de Voltaje 658.2 V Nivel de Corriente 378.4 A Nivel de Carga 312.6 Kw
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99.7% 91.4% 78.1%
Desbalance de Voltaje All OK? Distorsión de Voltaje
3.66% 9.80%
% demérito de NEMA F. de Servicio Efectivo
0.6 1.28
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Estudio de Armónicos:
NEMA MG-1 30.1 Motor trabajando con VFD (Variador de Velocidad) “Armónicos incrementan pérdidas, elevan la temperatura del motor, disminuyen la eficiencia y la vida útil del motor”. THD Múltiplos de la frecuencia fundamental TD Inter-armónicos + otros
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Caso de Estudio:
Motor eléctrico de 770 hp, 1786 rpm, 460 V, 850 A. Variador de velocidad ABB Rodamiento: 6220 C3
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Caso de Estudio:
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Condiciones del Motor: Barras Rotas en el Rotor
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Caso de Estudio: Barras Rotas en el Rotor
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Análisis 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
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Caso de Estudio: Arrancador suave – Estado Sólido
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Software Análisis de Torque - Herramienta muy útil para separar los problemas eléctricos de los mecánicos (ayuda a resolver discusiones entre mecánicos y electricistas) - Si la señal de torque de una máquina se muestra diferente a la de otra máquinas similar, el problema se encuentra en la carga.
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Software Análisis de Torque: Bomba Sumergible 4160V
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Caso de Estudio: Cavitación en bomba sumergible de 750 HP Perspectiva de diagnóstico: Dos bombas identicas en funcionamiento…una esta con problemas…
Pregunta: Cual de estas bombas gemelas a veces cavita? Marzo 2009 © SKF Group Slide 71
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Software Análisis de Torque:
Análisis Mecánico FFT - Diagnostica problemas mecánicos desde el CCM:
Rodamientos Desbalance en Ventiladores Cajas reductoras Etc.
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Software Análisis de VFD (Variadores de Velocidad):
VFD: Accionamiento de faja 60 hp, 1200 rpm
Frecuencia
Voltaje
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Torque Velocidad
Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Software Análisis de VFD (Variadores de Velocidad): Beneficios •Programar accionamientos •Análisis de cargas
•Fallas en IGBT’S •Problemas de realimentación en accionamientos
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Software de Monitoreo Contínuo:
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NetEp – Sistema de Análisis de Motores en Línea (OnLine)
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Tipos de motores a monitorear
•Asíncronos •Estatores de motores Síncronos •Estatores de motores de rotor bobinado •Estatores de generadores •En el futuro, disponibilidad para motores asíncronos trabajando con variadores de velocidad y motores de corriente contínua.
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NetEP – Descripción del Sistema
•El monitoreo se realiza a través de los NetEps que son instalados en diferentes lugares de la planta.
•Se obtiene información de los voltajes y corrientes de cada motor, se determina los niveles de desempeño y las mediciones de espectros.
•Programación de alarmas para identificar mediciones fuera de rangos permitidos.
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NetEP – Descripción del Sistema
Es permanentemente instalado, capaz de monitorear La distancia máxima cableado desde la NetEp hasta 32 motores en de 7 barras diferentes decaja voltajes a hacia tablero, gabinete o CCM de 300 través decualquier transformadores de corriente paraes cada motor metros Una caja NetEp puede tener 7 barras de voltajes diferentes
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NetEP – Descripción del Sistema SQL Database
NetEps
Servido r
Port 1100 TCP o Port 1150 UDP Multicast
Supervisor TCP/IP Port 1100 o UDP Port 1150
Mas supervisores!
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Mas motores!
NetEP – Descripción del Sistema
•Se puede monitorear mas de 40 parámetros de motores eléctricos, compara los resultados con los límites permitidos, y muestra alarmas si alguno de los límites es excedido.
•Puede mostrar tendencias de los parámetros (históricos), que es importante para el mantenimiento predictivo.
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NetEP – Descripción del Sistema
•Diagnósticos similares al efectuado por la unidad portátil Explorer 4000
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Resúmen
•Las pruebas dinámicas proveen información acerca de las condiciones de la energía, el motor, la carga, y la interacción entre ellas (Explorer, NetEp).
• Las pruebas estáticas miden la integridad del sistema de aislamiento del motor (AWA).
• Juntos representan una imagen de la salud del motor y suministran valiosa información para predecir eminentes fallas. Se mejora el control de calidad y la capacidad del diagnóstico de fallas.
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Gracias!!
