Desbalance de Voltaje…efectos en la vida útil de los motores

   

    Los motores trifásicos son diseñados para producir trabajo útil cuando convierten eficientemente la energía eléctrica en energía mecánica y esto se logra cuando la tensión de cada fase del suministro es igual, produciendo un campo magnético giratorio de intensidad constante dentro del motor.

Sin embargo, en ocasiones, la calidad del suministro eléctrico es tal que se presentan alteraciones del voltaje en cada línea (desbalance) ocasionando falla prematura del equipo y por lo tanto pérdidas económicas para el proceso productivo.

Estas alteraciones se deben generalmente a la existencia  o a la incorporación de cargas monofásicas que hace que unas líneas posean mas cargas que otras.

Durante períodos con voltaje desbalanceado, el motor consume más corriente sin aumentar el torque de salida, convirtiendo esta energía extra en calor que disipará el bobinado, afectando entonces la vida útil de la parte más importante y costosa del motor.

Operando a velocidad normal, el flujo de corriente se verá incrementado de 6 a 10 veces con respecto al desbalance del voltaje, esto es, un desbalance de voltaje del 2% genera un desbalance de corriente del 12 al 20%

A su vez, el porcentaje de sobrecalentamiento será directamente proporcional a dos veces el cuadrado del porcentaje del balance, por lo que el incremento de temperatura Δt(°C) será:

           Δt(°C) =2 x (%Desbalance)²       (1)

Por otra parte, de forma empírica se tiene que la vida útil relativa del motor (VUR) guarda una relación del tipo exponencial con incremento de Temperatura Δt(°C) , tal como sigue:

               VUR = 0.9 x e ^{-0.05x (Δt(°C))}         (2)

Lo que nos lleva a establecer la relación entre el desbalance y la vida útil relativa del motor, a través de la siguiente ecuación:

                                                       VUR = 0.9 x e ^{-0.05 x (2 x %Desbalance)}         (3)

La tabla siguiente muestra valores probables, destacando que para un desbalance mínimo del 1% el valor de vida útil relativa es de 0.8, es decir, que en este caso se reduce la vida útil del motor al 80% de su valor de fábrica, y en un caso extremo de un desbalance de 4% la vida útil se reduce hasta el 20%, es decir, una quinta parte para lo que fue diseñado

Como medida preventiva o mitigante para esta situación, se tiene la reducción del régimen de carga del motor, el cual se logra seleccionando el mismo con un factor de seguridad tal que evite una operación al 100% de su carga en todo momento.   Como referencia se tiene la relación de reducción del régimen de carga en función del porcentaje de desbalance, tal como sigue:

Luego, para un desbalance del 4 % el régimen de carga se reduce a 0.82 de su régimen de operación, consumiendo el amperaje equivalente a un 20% por encima, si este opera en su valor nominal, por encima del factor de servicio del 15% quedando en riesgo el equipo.  Una medida preventiva se podría tomar desde el diseño, seleccionando el motor con un factor de seguridad de 20% por encima del punto de operación previsto.