Detección de barras de rotor rotas es el proceso de identificar barras conductoras agrietadas, fracturadas o totalmente seccionadas en la jaula de ardilla de un motor de inducción antes de que provoquen un sobrecalentamiento descontrolado, la desintegración de la jaula o daños consecuentes en el estator y los rodamientos. Las barras del rotor transportan las corrientes inducidas que generan el par, y una vez que falla una barra, la corriente que debería haber llevado se redistribuye entre las barras vecinas, acelerando su fallo. Si no se detecta, una sola barra rota típicamente progresa a múltiples barras rotas y al fallo de la jaula del rotor en cuestión de meses, por lo que la detección temprana mediante métodos eléctricos, magnéticos o basados en vibración es una disciplina central de fiabilidad para cualquier planta que opere motores de inducción de gran tamaño.
Los rotores en jaula de ardilla están construidos con barras de aluminio (fundición a presión) o cobre unidas a anillos extremos y alojadas en ranuras de acero laminado. El fallo casi siempre está causado por una combinación de tensiones térmicas, mecánicas y electromagnéticas más que por una única causa.
Las barras rotas rara vez se anuncian mediante un único síntoma obvio. Observe:
La MCSA es el método no intrusivo primario para la detección de barras de rotor rotas. Requiere solo una pinza de corriente o un TC instalado permanentemente en una fase del estator, análisis FFT de alta resolución y el motor en carga, sin necesidad de desmontaje. Esto lo convierte en una opción natural para programas de monitorización de condición basados en rondas, donde las firmas de corriente se registran y trenden junto con los datos de vibración.
Una barra rota interrumpe el flujo de corriente en esa ubicación, creando una asimetría en la fuerza magnetomotriz del rotor. Esta asimetría produce un componente de campo magnético que rota hacia atrás y que induce una modulación en la corriente de alimentación del estator a la doble frecuencia del deslizamiento. El resultado es un par de bandas laterales alrededor de la componente fundamental de la frecuencia de red.
Las características bandas laterales por barras de rotor rotas aparecen en:
f_b = (1 ± 2s) × f
Donde f es la frecuencia de suministro (50 o 60 Hz) y s es el deslizamiento en unidad por unidad, definido como:
s = (n_s − n_r) / n_s
con n_s la velocidad síncrona en rpm (n_s = 120f / p, donde p es el número de polos) y n_r la velocidad real del rotor en rpm.
Ejemplo resuelto: un motor de 4 polos y 50 Hz tiene velocidad síncrona n_s = 120 × 50 / 4 = 1500 rpm. Si el rotor gira a 1470 rpm en carga, el deslizamiento s = (1500 − 1470) / 1500 = 0,02 (2%). Las bandas laterales aparecen en:
Ambas están próximas al fundamental de 50 Hz, por lo que el espectro debe capturarse con una resolución de frecuencia fina (binning de 0,01 a 0,05 Hz, lo que implica ventanas de muestreo largas de 30 a más de 100 segundos) y con una carga estable y en régimen para resolverlas con claridad. La fluctuación de carga difumina el deslizamiento y emborrona las bandas laterales, que es la causa más común de una lectura ambigua o faltante en campo.
La severidad se juzga por la amplitud de las bandas laterales en relación con la componente fundamental, expresada en dB. Esta es una guía de uso industrial ampliamente empleada más que un estándar universal único, y los umbrales varían algo según la referencia y el diseño del motor.
| Nivel de la banda lateral relativo al fundamental | Interpretación típica | Acción recomendada |
|---|---|---|
| Por debajo de −54 dB (por debajo del umbral de ruido) | No hay defecto detectable | Continuar con el intervalo de monitorización normal |
| −54 a −45 dB | Indicación en etapa inicial, posiblemente una microgrieta o una junta de alta resistencia | Registrar tendencia mensualmente; verificar con carga consistente |
| −45 a −35 dB | Una o dos barras rotas, o un segmento de anillo extremo roto | Aumentar la frecuencia de monitorización; planificar inspección en la siguiente parada |
| −35 a −30 dB | Múltiples barras rotas, degradación de la jaula en avance | Programar mantenimiento correctivo; evitar arranques duros repetidos |
| Por encima de −30 dB | Daño severo de la jaula, riesgo de que fragmentos de barra dañen los bobinados | Planificar la retirada del servicio; reparación o sustitución del rotor |
Note que el número de barras rotas no escala linealmente con la amplitud de las bandas laterales: la geometría de la jaula, la ubicación de la barra respecto al patrón de flujo y la excentricidad rotor‑estator influyen en la lectura, por lo que las bandas de severidad de la MCSA deben tratarse como una ayuda para la planificación del mantenimiento más que como un recuento exacto de barras.
Rara vez se utiliza la MCSA en aislamiento para un activo crítico. Corroborar con otras técnicas reduce los falsos positivos, ya que el desgaste de rodamientos, problemas de engranajes o acoplamientos, o el desequilibrio de tensión de alimentación pueden generar componentes de corriente o vibración que imitan las firmas de barras rotas.
Puesto que las firmas de barras rotas se desarrollan de forma gradual y dependen de condiciones de carga y deslizamiento coherentes, el verdadero valor proviene del trendeo, no de verificaciones puntuales. Registrar espectros de corriente en el mismo punto de carga en intervalos fijos, archivarlos junto con el historial de mantenimiento y abrir automáticamente una orden de trabajo cuando una banda lateral supera un umbral de dB definido convierte una tarea diagnóstica manual en un sistema repetible de alerta temprana. Aquí es donde los flujos de trabajo de mantenimiento basado en condición se integran directamente en un CMMS: una plataforma de OEE y monitorización de condición puede señalar la ruptura de la tendencia, adjuntar el espectro al registro del activo y generar automáticamente la orden de inspección, cerrando el ciclo entre la firma eléctrica y la acción de mantenimiento antes de que un fragmento de barra alcance el bobinado del estator. Fabrico soporta este tipo de flujo de trabajo desencadenado por condición como parte de su solución más amplia de OEE y seguimiento de mantenimiento.
Los modos de fallo relacionados que vale la pena monitorizar junto con las barras de rotor rotas incluyen el deslizamiento del motor en máquinas de inducción y las pruebas de descarga parcial para el aislamiento de los devanados del estator, ya que la degradación del rotor y del estator a menudo se aceleran mutuamente una vez presente una falla. Para ver cómo funcionan en la práctica los desencadenadores automáticos de condición y la generación de órdenes de trabajo, Reserve una demo de Fabrico.
Sí, a corto plazo. Una sola barra rota en un motor grande a menudo continúa operando con solo una eficiencia ligeramente reducida y mayor vibración, pero las barras restantes ahora soportan una mayor densidad de corriente, lo que acelera la fatiga en las barras adyacentes. La continuación de la operación debe basarse en una evaluación de severidad documentada y, cuando sea posible, en la reducción de carga, no dejarse indefinidamente.
Es más difícil. La salida del VFD contiene armónicos de conmutación que pueden enmascarar o emular las bandas (1±2s)f, y el cálculo del deslizamiento requiere conocer la frecuencia comandada real en cada instante. Se necesitan herramientas MCSA especializadas con filtrado consciente del variador, y los resultados generalmente son menos fiables que en motores alimentados directamente desde la red.
El desequilibrio de tensión o de carga, la excentricidad del rotor, el desajuste en engranajes o acoplamientos, e incluso asimetrías de fabricación normales en la jaula del rotor pueden generar bandas cerca de las frecuencias características de barras rotas. Por eso es práctica habitual corroborar la MCSA con datos de flujo o vibración antes de condenar un rotor.
Los motores con mayor número de polos giran a velocidad síncrona más baja y con frecuencia operan a deslizamientos por unidad más altos, lo que aleja las bandas laterales del fundamental y facilita su resolución. Los motores de 2 polos con bajo deslizamiento y carga ligera son el caso más difícil, ya que las bandas pueden quedar a una fracción de hertzio del fundamental.
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