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Análisis Dinámico de Motores de C.A. Nivel 1
José Miguel Zambrano E.E. Líder de Desarrollo de Negocios Baker SKF Venezolana S.A. LAM Trainer SKF Fort Collins. SKF – DPC Fort Collins
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Pruebas dinámicas en motores eléctricos
Es un trabajo … - dificil? - con algun riesgo? - bajo presión? - monótono? - divertido?
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Puede ser peor!!!!
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Puede ser peor!!!!
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Evolución de Diagnóstico Eléctrico Dinámico:
Monitoreo del nivel de corriente Reaccionar al ver humo October 30, 2007 © SKF Group Slide 5
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Analizador firma de corriente
Analizador de potencia
Analizador en red Analizador con modelo de máquina y firma de torque
Explorer II y II Light
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EXP3000 y EXP3000R
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Explorer 4000 (EXP4000)
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 Dinámicas en Motores
•Un motor es una parte de un “Sistema” que incluye: Energía suministrada (Calidad de Energía) Motor (Performance) Carga
•Las pruebas dinámicas diagnostican problemas en estas
tres partes del sistema.
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Pruebas Dinámicas en Motores
• Nos entrega claridad para el análisis de la raíz causa del problema:
Calidad de la energía, motor, carga
• Nos ayuda a hallar: Problemas eléctricos incluyendo: oscilaciones, transientes, y distorsión de armónicos Problemas mecánicos incluyendo: problemas en baleros o rodamientos, barras rotas en rotores de jaula de ardilla, cavitaciones en bombas, etc.
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Beneficios de las Pruebas Dinámicas
1. Ayuda a separar los problemas Mecánicos de los Eléctricos (o viceversa)
2. Suministra información de problemas iniciales mediante “alarmas”
3. Provee soporte para otras tecnologías (Termografía, Vibración, Sensores de Temperatura, etc.)
4. Puede ser efectuado mas a menudo que las pruebas estáticas
5. Es seguro, rápido y no-intrusivo
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Definiendo el Monitoreo Dinámico de Motores Eléctricos
•Que significa? La habilidad de encontrar problemas en la alimentación del motor, en el mismo motor y en la carga cuando el motor está en funcionamiento bajo condiciones normales de trabajo.
•Como encontramos los problemas? Medimos, analizamos, y creamos históricos de las corrientes, voltajes y otros parámetros del sistema (Alimentación, motor y carga). Tipicamente medidos en el CCM.
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Tipos de Programas de Mantenimiento •Correctivo – Se deja trabajar a la máquina hasta que falle (Mantenimiento Reactivo)
En que casos es forzoso este tipo de mantenimiento?
•Preventivo – Cambios de partes o reacondicionamientos pre-
planeados del motor con o sin importar su condición real, tiempo de funcionamiento o historial (Mantenimiento Planificado) En que casos se utiliza?
•Predictivo o Basado en la Condición – Programa completo que
incluye pruebas dinámicas, estáticas, vibración, etc., para crear tendencias de parámetros y diagnosticar la salud eléctrica y mecánica de la máquina.
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Costo vs. Beneficios Correctivo
$17 - $18 por Hp
Preventivo
$11 - $13 por Hp
Predictivo
$ 7 - $ 9 por Hp
• 1983 EPRI Study of Maintenance Programs
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Causas de Fallas de Motores Eléctricos Estudio EPRI
Estudio IEEE
Rodam. 44%
Otros 22%
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Rodam. 41%
Rotor 8%
Estator 26%
Otros 14%
Rotor 9%
Estator 36%
Causas de Fallas de Motores Eléctricos
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Motor Failure Areas
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Motor Failure Areas
Marzo 2009 © SKF Group Slide 18
Motor Failure Areas
Marzo 2009 © SKF Group Slide 19
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Areas de Fallas de Motores
Marzo 2009 © SKF Group Slide 20
Areas de Fallas de Motores
Marzo 2009 © SKF Group Slide 21
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Que se busca con el mantenimiento?
•Reducir paradas no programadas prediciendo inminentes fallas en los motores e identificando el área en donde está el problema
•Determinar la raíz causa del problema •Finalmente: ahorrar tiempo y dinero!
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Utilizando Tecnologías Basadas en la Condición de la Máquina
YOUR EQUIPMENT ELECTRICAL TESTING Motor Problem VIBRATION
OIL ANALYSIS
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Las Preguntas:
•Está el motor operando apropiadamente? •Está la carga trabajando adecuadamente? •Cómo esta el motor reaccionando con la carga? •Cual es la condición de la energía suministrada?
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Para hallar las respuestas:
•Observar voltajes y corrientes que alimentan al motor •Obtener la velocidad del motor (automático y manual) •Obtener el torque del motor •Analizar los datos •Crear históricos
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Cadena de Eventos
1. Frecuencia
2. Velocidad
Carga Motor CCM
4. Potencia
3. Torque
5. Voltaje 6. Corriente October 30, 2007 © SKF Group Slide 26
Notas
•Problemas relacionados al torque son causados lo que
está acoplado al eje (carga, rodamientos, jaula de ardilla, etc).
•Problemas relacionados a la Energía (Power) son relacionados hacia “aguas arriba” y afecta la barra completa
•Si se halla algun problema con la corriente, entonces es la combinación del CCM, motor y carga “juntas”
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Seguridad y Conexionado:
Voltaje < 1000 V EXP4000 Carga
Interruptor
Motor CCM
Seguridad Primero!
Exp
NFPA 70 “Mejores Prácticas:” * Requerimientos de la industria * Requerimientos de la empresa
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Quien realiza las conexiones al CCM?
Voltage Probes Current CTs
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Quien realiza las conexiones al CCM?
Voltage Probes Current CTs
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Voltaje > 1000 V Carga Interruptor
Motor TCs TVs
Explorer
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•No requiere conexión fisica al motor •No requiere transductor •Disponibilidad de TCs y TVs •Valores derivados de voltajes y corrientes
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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Visualización actual del Explorer 4000
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Caso de Estudio No 1
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Caso de Estudio No 1
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Diagrama de Fasores en las conexiones
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Caso de Estudio No 2
Mala programación de relación de transformación o pinzas invertidas
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1
Velocidad – Precisión es critica!
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Precisión de la Velocidad es Crítico: • Considerar un motor de 4 polos:
– Velocidad Síncrona = 1800 RPM – Velocidad a plena carga = 1780 RPM • 1% de error en la velocidad medida sería = 18 RPM! • Se deberá tener una precisión de 1 RPM o mejor: 0.05% (0.05% = 1/1800*100%) •Procesamiento especial de señal: DFLL (Digital Frequency Locked Loop) – Circulo cerrado de frecuencia digital (basado en formas de correlación matemática) •FFT (Transformadas Rápidas de Fourier) podría no trabajar debido a que la adquisición de datos toma mucho tiempo (60 segundos o más) para obtener suficiente resolución hacia 1 RPM October 30, 2007 © SKF Group Slide 40
Firma de Corriente: FFT vs. DFLL Necesidad de Alta Amplitud y Resolución de Frecuencia
FFT
DFLL Amplitude: 60dB Amplitude: 20dB
Resolution: 0.13Hz October 30, 2007 © SKF Group Slide 41
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Resolution: 0.005Hz
Firma de Corriente: FFT vs. DFLL
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Determinación de la Velocidad del Motor
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Velocidad del Motor
•El entrehierro cambia a manera que el rotor gira dentro
del estator, debido a excentricidades, desalineamientos del rotor y estator, rotores no cilindricos, etc.
•Las corrientes en el estator cambian ligeramente como resultado de los cambios de la distancia del entrehiero.
•Los cambios en las corrientes se muestran como peaks en el espectro de las corrientes.
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Usando la curva “Torque – Velocidad” del Explorer para identificar estimaciones consistentes de velocidad
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Curva de Torque vs. Velocidad
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Curva de Torque vs. Velocidad
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Curva de Torque vs. Velocidad Torque Máximo
Torque
Carga Completa
Sin Carga Torque de Arranque
Velocidad
Velocidad Síncrona
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Línea de Deslizamiento
Carga Completa Datos de Placa
Sin Carga
Velocidad De Placa
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Línea de Deslizamiento Datos de Placa
Línea de Deslizamiento Línea de Deslizamiento Estimada
Pto. De Operación Estimado Torque de Operación Estimado
Cero Carga
Velocidad de Operación Estimada
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Identificando Estimaciones Consistentes de Velocidad: Línea de Deslizamiento Estimada
Pto. De Operación De Referencia
Estimaciones de velocidad consistentes con el pto. De operación de referencia de velocidad Estimaciones de velocidad NO consistentes con el pto. De operación de referencia de velocidad
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2
Torque: Unico de Baker
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Calculo del Torque •Uso de la teoría “dq0” – tambien llamada teoría de 2 ejes o
coordenadas •La teoría existe desde 1929 – R.H. Park, “Two-Reaction Theory of Synchronous Machines – Generalized Method of Analysis. Part 1”, AIEEE Transactions, Vol. 48, July 1929, pp. 717-717. •Usado en los variadores de velocidad (VFD) desde los 1980s •E.C. Lee, “Review of Variable Speed Drive Technology”, www.powertecmotors.com/avsde4.pdf. – T.A. Lipo, A.B. Plunkett, “A Novel Approach to Induction Motor Transfer Functions,” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems. Vol. PAS 93 pp. 1420-1419, 1979. – A. B. Plunkett, “A Current Controlled PWN Transistor Inverter Drive,” IEEE/IAS 1979 Annual Meeting, pp 785-792. •Documentado en los textos de control de motores. – P.C. Krause, O. Wasynczuk, S.D Sudhoff, “Analysis of Electric Machinery,” IEEE Press NY, ISBN 0-7803-1101-9, 1995. October 30, 2007 © SKF Group Slide 53
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Torque “Muestra lo que la carga esta haciendo”
• Las variaciones en el torque indican un problema con la correcta operación del motor y/o la carga. • Variaciones de carga intermitentes -> T(t) • Variaciones repetitivas de carga -> T(freq) • A la derecha: Ventilador con correas o fajas, bandas no ajustadas causando excesivo desgaste del rodamiento o balero (ambos: en el motor y el ventilador)
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Caso de Estudio No 3 Torque: 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? October 30, 2007 © SKF Group Slide 55
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Que nos puede decir el Explorer? • Calidad de Energía Niveles de voltajes, desbalance de voltajes, distorsión de armónicos, distorsión total, potencias, fasores, etc. • Performance de la Máquina Retorno de la inversión, factor de servicio efectivo, carga, condiciones de operación, eficiencia. • Corrientes Niveles de corrientes, desbalance de corrientes • Espectros Barras rotas del rotor, espectro V/I, espéctro demodulado • Conexiones Formas de Onda, componentes simétricos ABC/SYM, fasores • Detalles de Accionamientos de Frecuencia Variable (VFD) Torque y velocidad vs. tiempo, frecuencia y voltajes vs. tiempo October 30, 2007 © SKF Group Slide 56
Página de Resúmen (Después de cada Prueba)
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Calidad de la Energía
•Niveles de voltajes •Desbalance de voltajes •Distorsión de armónicos •Distorsión Total •Potencias •Armónicos
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Nivel de Voltaje
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Nivel de Voltaje
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Alimentación con Problemas en el Voltaje
Caída de voltaje
Subida de Voltajes
Sobre corrientes (calentamiento)
Bajo factor de potencia Saturación del fierro silicoso Incremento de Pérdidas
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Sobre/Bajo Voltajes
•Los motores son diseñados para trabajar con +/- 10% del voltaje nominal •Idealmente, la desviación en la alimentación del voltaje debería ser menor que el +/- 2% •Cuando se opera con subidas/caídas de voltajes en la
alimentación, la performance del motor, eficiencia, y factor de potencia cambian
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Sobre/Bajo Voltajes
Las desviaciones de voltajes son causadas usualmente por:
• • • • •
Pobre performance o desajustes en los transformadores Conductores mal dimensionados Malas conexiones Bajo factor de potencia en los sistemas de distribución Distribución equivocada de cargas en las barras
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Variaciones de Voltajes
“El incremento o reducción de voltaje puede resultar en un incremento de temperatura. Esto acelera el deterioro del aislamiento, produciendo fallas de corto circuito en el motor.”
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Rangos Aceptables en los Sistemas de Voltajes Nominal System Voltage
120V (L-N)
+/- 5%
114V - 126V
240V (L-L)
+/- 5%
228V - 252V
480V (L-L)
+/- 5%
456V - 504V
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Allowable Limits % Allowable Voltage Range
Niveles de voltajes para temperaturas promedio de devanados y eficiencia* Voltage
-10% (414V)
Normal (460V)
+10% (506V)
HP Full Load
Temp
Eff
Temp
Eff
Temp
Eff
10
66
90.0
56
91.4
55
91.5
20
84
90.4
70
91.8
67
92.1
50
84
91.9
69
93.1
62
93.6
100
82
94.2
72
94.8
69
94.9
95.5
74 *US Motors 95.7
90 94.9 77 200 Typical Values for TEFC 4-pole Energy Efficient Motors
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Caso de Estudio No 4
Sobre - Voltaje
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6.6kV 1000 hp Motor de Bomba en Planta Nuclear •Motor trabajando a 7.7kV •Los ingenieros en la planta pensaron que no había problemas. •Las corrientes estaban debajo de la corriente nominal Todo bien?
•Equivocados! Saturación en el fierro del estator causó sobrecalentamiento •El motor se quemó 3 veces – US$ 150,000 para reparaciones •Capacidad térmica de la planta se redujo al 50% durante 3-4 weeks por
reparación •Pérdidas de US$ 10,000,000 en ventas eléctricas durante cada reparación
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Desbalance de Voltajes
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Desbalance de Voltajes
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Cuantificando el Desbalance de Voltaje
IEC
define, y sólo usa:
VUF
VUF % 100%
VUF: Voltage Unbalance Factor CUF: Current Unbalance Factor
NEMA IEEE
define, y sólo usa : más frecuentemente usa
Vunb % 100%
Vunb Vunb
CUF % 100%
Va 2 Va1
Ia2 I a1
Vmax_ devLL Vavg LL Vavg LL
Vunb: Voltage Unbalance
•ANSI Standard Publication no.
ANSI C84.1-1995, “Electric Power Systems and Equipment – Voltage Ratings (60 Hertz)”
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Cuantificando el Desbalance de Voltaje - IEC
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Desbalance de Voltaje: Fuentes Desbalance del Sistema de Energía:
-Cargas Desbalanceadas -
Areas rurales con largas líneas de distribución
-
Areas urbanas con grandes cargas en misma fase (Gran iluminación comercial en misma fase)
-Transposición de líneas incompleta -Transformadores de Delta Abierto -Bancos C con fusibles quemados
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Fuentes de Desbalance internas a las Plantas: -Desbalance de cargas -Equipo sobrecargado desbalanceado -Conexiones de Alta Impedancia
Impacto de Desbalance en Motores con Alta Carga
* Source: EASA
* Source: EASA
Patrón de temperatura creado por desbalance de fases en Δ y Y: Y: 2/3 Δ: 1/3
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Impacto del Desbalance en VFDs’ Ih
Reportado por: von Jouanne
Todos los rectificadores de 6 pulsos saludables introducirán fuertes 6k±1 Ih En la práctica también introducen algunas 3k Ih Si se exponen a fuertes Vunb, introducen fuertes 3k Ih
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Desbalance de Voltajes:
•Cuando el desbalance alcanza el 5% en voltaje, el desbalance
de corriente puede llegar al 40%. Sabiduria popular • El % de incremento en Temp es mas o menos el doble del cuadrado del porcentaje de desbalance de voltaje. EASA • Los motores deberían entregar los HP cuando estan siendo alimentados contínuamente con VUF de 2% o menos. BS-4999 • El máximo VUF de un sistema tiene que estar limitado por debajo de 2%. IEC 50 160 •La operación de un motor con un 5% o mas de desbalance no es recomendada. NEMA MG1 •Los VFD pueden operar con Vunb < 3%. NEMA Application Guide for ASD •Los sistemas eléctricos deberían ser diseñados para operar con un máximo de desbalance de 3%. ANSI C84.1-1995
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Desbalance de Voltajes
•Cuando un desbalance de voltaje alcanza 5 %, las
corrientes de fases pueden diferir por mas de 40 %. Desb. = 100
Vmaxdev-V V
Donde: Desb. = Desbalance de Voltaje en % Vmaxdev = Mayor desviación de voltaje línea a línea respecto al promedio V = Voltaje RMS promedio de línea a línea
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Efectos de desbalance de voltajes en las pérdidas de los motores
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Distorsión de Armónica en el Voltaje
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Distorsión de Voltaje: Espectro de Torque
No hay distorsión
Si existe distorsión
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Caso de Estudio No 5
Distorsión de Voltaje
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Armónicos pueden dañar el motor
•Shotton Paper (Flintshire, UK, Shaw Bowden,
[email protected]) •Inversor de gran tamaño alimentaba un motor, y en una misma barra existía un motor mas pequeño de inducción. •Armónicos del VFD destruyó el motor mas pequeño: 660V, 550hp •THD Voltaje = 11%, 9%, 8% (3 fases) •Desbalance de Voltajes = 3.6% •NEMA de-rating = 60% •Factor de Servicio Efectivo = 1.29 •Resultado: Motor trabajando con sobre-temperatura
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Distorsión de Voltaje por Armónicos 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 (DTH) Múltiplos de la frecuencia fundamental TD (DT) Inter-armónicos + otros
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Distorsión de Voltaje por Armónicos
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Caso de Estudio No 6
VFD trabajando con motor: Elevada presencia de Armónicos en el voltaje (KCP)
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Potencias
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Factor de Cresta
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Armónicos
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Rendimiento de la Máquina
•Factor de Servicio Efectivo •Carga •Condición de Operación •Eficiencia •Retorno de la inversión
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Factor de Servicio vs Factor de Servicio Efectivo Que es factor de Servicio? FS o SF Ejemplos: SF = FS= 1.10
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Factor de Servicio Efectivo Desempeño del Motor - Desbalance de Voltajes - Distorsión de Armónicos - Derateo NEMA
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Factor de Servicio Efectivo Desempeño del Motor: Valores RMS de Nivel de Voltaje Nivel de Corriente Nivel de Carga
operación 658.2 V 378.4 A 312.6 Kw
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
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Factor de Servicio Efectivo
Eff. s.f. =
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% Load % NEMA derating
Factor de Servicio Efectivo
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Factor de Servicio Efectivo
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Historial de Carga
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Pruebas Eléctricas Dinámicas en Motores Desempeño del Motor: Factor de Servicio y Temperatura Temperatura (C) Potencia
Carga Completa
FS 1.15
FS 1.25
10 20 50 100 200
49 56 75 64 69
64 75 102 80 89
77 91 128 94 106 * Courtesy U S Motors
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Condiciones de Operación
•Finalidad: comparar la operación de la máquina con el pasado.
•Metodo: • Si el pasado existe similar al presente nivel de torque y frecuencia, entonces – – –
Es el nivel de voltaje similar al previo? Es el nivel de corriente similar al previo? Es el ángulo de fase similar al previo?
• Nos avisa problemas tempranos en las barras del rotor • Nos avisa conexionados con alta resistividad en la caja de terminales
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Condiciones de Operación
October 30, 2007 © SKF Group Slide 99
2015-10-07 © SKF Group Slide 50
Eficiencia vs. Nivel de Carga
October 30, 2007 © SKF Group Slide 100
Eficiencia vs. Nivel de Carga
October 30, 2007 © SKF Group Slide 101
2015-10-07 © SKF Group Slide 51
Eficiencia
October 30, 2007 © SKF Group Slide 102
Ahorro de Dinero….la Eficiencia Importa!
Eficiencia
Pout Pin
Potencia de Salida Potencia de Entrada
Potencia de Salida = Potencia en el Eje Potencia de Entrada= Potencia Eléctrica © SKF Group Slide 103
2015-10-07 © SKF Group Slide 52
Eficiencia:
Eficiencia = 100% - Pérdidas [%] Eficiencia = Potencia de Salida / Potencia de Entrada Ejemplo:
100hp a 90% de eficiencia con condiciones perfectas de voltaje
a) Cual es la potencia de entrada y salida?
P salida = 100hp P entrada = 100hp / 0.9 = 111 hp
b) Cuanto son las pérdidas?
P perd = 111hp – 100hp P perd = 11hp
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Eficiencia: Ejemplo:
100hp a 90% eficiencia, con 2% de desbalance de voltaje
c) Cual es la potencia de entrada y la potencia de salida?
P salida = 100hp P perdidas = 11hp * 1.1 = 12.1hp P entr= Psalid + Pperdid = 112.1hp
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2015-10-07 © SKF Group Slide 53
Eficiencia del motor publicada vs. medida
* Source: LTEE
-La eficiencia de placa con la medida no siempre coinciden. -Observe que fueron muchos más los motores que “exageraron” la eficiencia de
la placa de identificación que los que “subvaluaron” su capacidad.
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Estudio de Variabilidad de Motores Identicos
Motor HP
No. of Test 10
Efficiency Average Max. Min. Ave. Losses 96.6 96.0 96.3 5.722
Variation Losses (1) +7.9%
200 75
6
93.9 92.8 93.2 4.06
+6.5%
40
7
91.0 90.0 90.6 3.085
+7.9%
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2015-10-07 © SKF Group Slide 54
Retorno de la inversión
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Corriente
•Sobre-corrientes •Desbalance de corrientes
October 30, 2007 © SKF Group Slide 109
2015-10-07 © SKF Group Slide 55
Sobre-corriente
October 30, 2007 © SKF Group Slide 110
Desbalance de Corrientes
October 30, 2007 © SKF Group Slide 111
2015-10-07 © SKF Group Slide 56
Problemas con las corrientes
•Sobre-corrientes Incrementa la temperatura causando una degradación mas rápida en el sistema de aislamiento
•Desbalance de corrientes Puede ser producida por un desbalance de voltajes Puede indicar problemas internos en el motor Problemas en conexiones
October 30, 2007 © SKF Group Slide 112
Espectros
•Barras del Rotor •Espectro V/I •Espectro Demodulado •Armónicos
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2015-10-07 © SKF Group Slide 57
Problemas en las Barras del Rotor
•Se requiere niveles de torque constante •Una barra rota afectará a la próxima •Se incrementan las corrientes •Se incrementa la temperatura •Se reduce la vida útil del aislamiento •No hay muerte súbita del motor
October 30, 2007 © SKF Group Slide 114
Análisis de Barras: Asegurarse de la estimación de la velocidad!
•Si la velocidad estimada es
correcta, la firma debe estar en línea con la raya vertical!
•Asegurarse que la resolución sea la adecuada para su visualización
•Obtener multiples puntos (datos) •Aceptar/rechazar datos de los puntos obtenidos respecto con la línea de deslizamiento de placa
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Conociendo una barra sin problemas
Firma de una barra sin problemas
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Barras Rotas en un Rotor
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Barras Rotas en el Rotor Fan 1 hp 1740 rpm
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Barras Rotas Herramientas de ayuda para el diagnóstico:
October 30, 2007 © SKF Group Slide 119
2015-10-07 © SKF Group Slide 60
Espectros V/I
Voltaje Corriente Espectro Demodulado
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Espectro de Voltaje
October 30, 2007 © SKF Group Slide 121
2015-10-07 © SKF Group Slide 61
Espectro de Corriente
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Espectro Demodulado
October 30, 2007 © SKF Group Slide 123
2015-10-07 © SKF Group Slide 62
Torque
•Rizado del Torque (Fluctuación o Ripple) Nos muestra el torque instantaneo requerido por la carga
•Espectro de Torque
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Rizado de Torque (Fluctuación o Ripple)
October 30, 2007 © SKF Group Slide 125
2015-10-07 © SKF Group Slide 63
Rizado del Torque (Fluctuación o Ripple) Auto Factory Sanitary Pump Toronto, Canada
Cavitations
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Espectro de Torque
October 30, 2007 © SKF Group Slide 127
2015-10-07 © SKF Group Slide 64
Normal
Conexiones
•Formas de Onda •Comparaciones ABC/SYM •Fasores
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Formas de Onda
October 30, 2007 © SKF Group Slide 129
2015-10-07 © SKF Group Slide 65
Componentes Simétricas
October 30, 2007 © SKF Group Slide 130
Fasores
October 30, 2007 © SKF Group Slide 131
2015-10-07 © SKF Group Slide 66
Análisis de Variadores de Velocidad - VFD
•Torque y Velocidad vs. Tiempo •Frecuencia y Voltaje vs. Tiempo
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VFD: Problemas Comunes
•Peaks de voltajes •Ondas no sinusoidales •Corrientes de fuga •Fallas en rodamientos •Distorsión de voltajes (Armónicos) •Relaciones incorrectas Volts/Hertz
October 30, 2007 © SKF Group Slide 133
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Accionamiento de Frecuencia Variable - VFD VFD: Accionamiento de una faja transportadora 60 hp, 1200 rpm Torque Velocidad
Frecuencia
Voltaje
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VFD con Problemas VFD: Accionamiento de una faja transportadora 60 hp, 1200 rpm - Freno - Generador
Sobredimensionado
- Oscilante - Diseño inapropiado del control cerrado por realimentación
October 30, 2007 © SKF Group Slide 135
2015-10-07 © SKF Group Slide 68
Otras Herramientas
Análisis de Transientes (Arranques) Osciloscopio Virtual Adquisición contínua (Loop) o por tiempo
October 30, 2007 © SKF Group Slide 136
3
Análisis de Transientes (Arranques)
October 30, 2007 © SKF Group Slide 137
2015-10-07 © SKF Group Slide 69
Análisis de Transientes - Arranque Normal Directo Voltaje vs. tiempo Torque vs. tiempo
Corriente vs. tiempo
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Diagnóstico en Arranque:
Tiempo de Arranque del Motor de Rotor Bobinado
T
Tarde: Salto para arriba Timing óptimo Arranque real Stress y desgaste no necesario
Temprano: Salto para abajo
RPM
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2015-10-07 © SKF Group Slide 70
Diagnóstico en Arranque:
Tiempo de Arranque del Motor de Rotor Bobinado
•Molino 3500hp, 6polos •Cerro Vanguardia •13kV, 142A
‘Bien’ Tarde Tarde
•3 “saltos para arriba”
Tarde
•Arranque mas lento y desgaste mayor al necesario.
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4
Case Study
Cavitations
Caso de Estudio - Cavitación
2015-10-07 © SKF Group Slide 71
Cavitación en Bombas Tres Bombas Verticales Identicas • 4160V, 1250hp, 254rpm • Diseñadas para obtener 32,000Nm del motor.
Motor es diseñado para suministrar 35,000Nm a carga completa Una bomba solo obtiene 28,000Nm del motor
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Hallazgos El problema estaba en la bomba – no en el motor: • La primera bomba inicialmente trabajaría a 28,000Nm o 75% de la capacidad • La bomba mostró fluctuaciones en el torque
La empresa deseaba mayor capacidad para los meses de verano – la bomba fue removida para reparación Reparación costó US$180,000
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2015-10-07 © SKF Group Slide 72
Torque Signature Bomba # 1
Típico - Bombas # 2 & 3
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Los problemas continuaron
•La bomba fué reparada y retornada a servicio •La potencia de salida de la planta (730MW) estuvo disponible hasta que…….
•Una de las otras bombas falló en el eje
October 30, 2007 © SKF Group Slide 145
2015-10-07 © SKF Group Slide 73
Segunda bomba falló •Se especuló que la turbulencia de la primera bomba estresó el eje de la segunda bomba. Quizás la segunda bomba estaba prevista a fallar.
•El rizado del torque fue mayor en la 2nd y 3ra bomba cuando la 1ra bomba estuvo trabajando al 75% con la campana suelta.
•La planta ahora perdió 1/3 de su capacidad de enfriamiento •La reparación de la segunda bomba duró 5 semanas •Durante las 5 semanas, la primera bomba fué capaz de suministrar el
100% de su capacidad. Si hubiera estado al 75% de su capacidad, las pérdidas en ventas de energía hubieran sido de US$4,000,000 debido a la baja de capacidad de enfriamiento.
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5
Case Study
Casos de Estudios:
Bearing Fault Unbalance
Falla en Rodamiento y Desbalance
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Induced Bearing Problem 5hp, 4 polos, Motor Baldor 24” Ventilador Axial Instrumentado con • Cognitive Systems CV395B Spectrum Analyzer • Bentley Nevada ADRE 208P (Automated Diagnostics for Rotating Equipment) • SWANTECH stress wave analysis system • Medidores de Flujo de Aire • Acelerómetros • Tacómetros Laser • Medidores de corriente • Termocuplas • Baker Explorer
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Induced Bearing Failure •SKF 6503 •Vibration calculations: BPFO=107Hz:
Outer Race ( BPFO ) October 30, 2007 © SKF Group Slide 149
2015-10-07 © SKF Group Slide 75
n Bd f (1 Cos ) Pd 2
Demodulación 3-D
BPFO: 107Hz. Outer Race ( BPFO )
n Bd f (1 Cos ) Pd 2
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Espectro de Vibración: Falla Conocida
harm. * BPFO 2 * RPM October 30, 2007 © SKF Group Slide 151
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Espectro de Torque BPFO en el Explorer … Como trabaja Rodamiento en buen estado Frecuencias Eléctricas Removidas
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Rodamiento en buen estado
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Defecto en pista externa Marcando 1 * bandas BPFORemovidas Frecuencias Electricas Añadir armonicos, laterales
Problemas en Pista Externa
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Problemas en Pista Externa
120Hz – 240Hz – BPFO BPFO BPFO
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120Hz + BPFO
Resultados de las Mediciones
•Acelerómetros no detectaron el problema. •Firma de Torque muestra el problema a 107hz; sin
embargo mayores estudios son requeridos en fallas iniciales antes de usar los resultados como herramienta predictiva.
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Desbalance Inducido 7.6 gramos introducidos a 2” del centro del ventilador, produciendo desbalance.
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Resultados del desbalance •Espectro de Torque muestra una diferencia significante entre la señal balanceada y la desbalanceada a 1 x velocidad del eje. Señal de Torque es muy útil para detectar estos problemas
•Acelerometros montados afuera de los ductos mostraron un incremento del 6.7% en amplitud a 1 x velocidad del eje.
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6
Case Study
Correas o fajas sueltas – Caso de Estudio
Mechanical Problem Loose Fan Belt
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Correas o fajas sueltas – Caso de Estudio
•Usando el “Rizado de Torque” para localizar problemas mecánicos.
•En este caso, un ventilador estuvo teniendo problemas de rodamientos o baleros, así como problemas de alineamiento.
•El Rizado de Torque identificó un golpe cíclico de la correa o faja.
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Ventilador •125hp, 480V, 1780RPM motor acoplado a un ventilador
•Variaciones de torque 25% + •No se mantenía el motor y ventilador alineado.
•Reemplazo de rodamientos cada 6 meses
•Usaron desviación de torque para determinar cuando realizar un alineamiento.
•No mas reemplazo de
rodamientos tan a menudo
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Case Study
Caso de Estudio
Transient Analysis
Análisis de Arranques
Análisis de Arranques
•Uso del análisis de arranque de motores para realizar el ajuste de soft-starters y localizar los problemas
•In este caso, el cliente tenía 6 soft-starters instalados;
cinco estuvieron trabajando como se esperaba, pero uno de ellos no.
•Resultado: Reemplazo por un arrancador nuevo
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Operación Correcta
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Operación con Problemas
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Case Study
Caso de Estudio
Using “Load History” to Define Over Load Problem
Usando “Histórico de Carga” para definir problema de sobrecarga
Antecedentes
•6 Bombas de reciclaje en una planta de tratamiento de aguas. Costo: $ 14,000 cada una de ellas
•14hp, 460 voltios, sumergibles •4 Bombas se requerían para trabajar todo el tiempo •Las bombas fueron fallando después de 9 a 15 meses •El cliente asumió una limpieza adecuada cada 3 meses
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Prueba Inicial
•Cada bomba en situación de sobrecarga •Se retiraban las bombas y se limpiaban –
Se probaba nuevamente – trabajando al 90% carga y corriente
Sin embargo: –
Durante la semana de trabajo, se detectaba otra vez la sobrecarga
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Bomba Recicladora #6 – Historial de Carga
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Limpieza no apropiada
•Los mecánicos estuvieron lavando las bombas sobre los tanques y forzando que el material regrese al tanque.
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Antes de limpiar
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Después de limpiar
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Conclusiones
•Cliente decidió que era necesaria una evaluación mensual. (Dinámicamente)
•Evaluaciones posteriores ayudaron a ver que tan rápido se cargaba nuevamente.
•Una vez que el tanque se limpiaba, las bombas operaron en un nivel seguro por mucho más tiempo.
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Puntos Importantes
•La prueba dinámica entrega información respecto problemas en la calidad de energía, carga y motor.
•El equipo dinámico no solo entrega información de cuanta energía esta siendo consumida por el motor, si no también de cuanta potencia esta siendo entregada a la carga.
•La prueba dinámica es rápida, segura y no-intrusiva. •El EXP4000 suministra información para tomar decisiones inteligentes sobre la operación y mantenimiento en las máquinas rotativas.
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Preguntas
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