Diagnóstico de averías en motores eléctricos mediante análisis avanzado de la corriente

Los motores eléctricos son utilizados en infinidad de procesos y aplicaciones industriales. Estas máquinas constituyen, en numerosas ocasiones, elementos críticos dentro del proceso en el que operan. En este contexto, averías inesperadas pueden derivar en importantes costes, tanto económicos (interrupción del proceso productivo, costes de reparación, etc¿) como de índole más intangible (deterioro de la imagen de las empresas, peligro para la integridad de los operarios¿).

En la industria, la formas más comunes de diagnosticar muchas de las posibles averías en motores de inducción de basan en el análisis de la vibraciones de la máquina o bien de la corriente demandada por la misma. El diagnóstico mediante vibraciones tiene el problema de que implica muchas veces instalar sensores que permitan la medida de tal magnitud, lo cual no siempre resulta factible. El análisis mediante corrientes permite evitar este requerimiento, ya que dicha magnitud puede ser registrada con un equipamiento muy simple, sin necesidad de interferir en el proceso productivo en el que la máquina opera (medida no invasiva).

El método tradicional de diagnóstico de averías mediante corrientes, denominado MCSA (Motor Current Signature Analysis) se basa en registrar la corriente demandada por la máquina en régimen permanente y aplicar a esta señal la transformada de Fourier. El método consiste en detectar en el espectro de Fourier el incremento de determinadas componentes frecuenciales provocado por la correspondiente avería. De tal forma, si se detecta un incremento en la correspondiente frecuencia del espectro, se puede aseverar que la avería está presente. En función de la magnitud del incremento, la avería en la máquina será más o menos severa.
Este método, ampliamente difundido en la industria, tiene, no obstante, notables inconvenientes. Entre ellos, el hecho de que, en muchas ocasiones, los componentes asociados a la avería pueden ser también amplificados por otras causas que nada tienen que ver con un mal funcionamiento de la máquina (operación bajo condiciones de carga oscilante, presencia de conductos axiales de refrigeración, etc¿). Esto, naturalmente, puede llevar a un diagnóstico erróneo con las consiguientes repercusiones (transporte y desmontaje innecesarios de la máquina con el consiguiente coste).

En otras ocasiones, la aplicación de la técnica resulta directamente inadecuada al no poder (o resultar complicado) detectar la avería (detección de roturas de barra en máquinas descargadas, detección de roturas de jaula externa en rotores de doble jaula).

Investigadores de la Universitat Politècnica de València han desarrollado un nuevo enfoque que, en lugar de basarse en el análisis de la corriente en régimen permanente, se centra en analizarla en cualquier régimen de operación (estacionario o transitorio). La técnica se basa en aplicar avanzadas herramientas de procesamiento de señal (herramientas tiempo-frecuencia) sobre la señal de corriente y, a continuación, rastrear las evoluciones en el tiempo de las componentes frecuenciales asociadas a la correspondiente avería. Estas evoluciones dan lugar a patrones muy característicos en el plano tiempo-frecuencia, íntimamente ligados a la avería en cuestión. Resulta muy improbable que otra causa diferente a la avería dé lugar a patrones similares.

La técnica ha sido aplicada con éxito para la detección de roturas de barras rotóricas y excentricidades. Además, ha sido validada en motores de potencia muy variada (desde pocos kW hasta MW) operando en condiciones muy diversas. Muchos de estos motores operaban en instalaciones industriales reales.