Cómo monitorear un motor eléctrico industrial

El motor eléctrico es el equipo más repetido en cualquier planta industrial. Hay plantas con 5 y plantas con miles. Mueven bombas, compresores, ventiladores, bandas, agitadores y casi todo lo que gira. La mayoría de sus fallas se pueden prevenir.

Según datos de IEEE y EPRI, entre el 60% y el 70% de las fallas en motores eléctricos industriales vienen de problemas mecánicos o térmicos que dan señales medibles semanas o meses antes de la falla [1]. Casi nunca fallan sin aviso. Fallan porque nadie estaba midiendo.

Aquí van las fallas más comunes, qué variables medir, los límites de las normas internacionales que aplican y qué hacer según el nivel de severidad.

Fallas comunes en motores eléctricos

Las fallas definen cómo vas a monitorear. Estas son las más frecuentes en motores eléctricos industriales [1][2].

Rodamientos gastados

La causa número uno. Representa entre el 40% y el 50% de todas las fallas en motores [1]. Un rodamiento se echa a perder por mala lubricación, por suciedad, por carga excesiva o simplemente porque ya cumplió su vida útil. La primera señal es un aumento de la vibración en alta frecuencia. Después sube la temperatura en la zona del rodamiento.

Motor y carga mal alineados

El eje del motor y el eje de la carga (bomba, compresor, reductor) tienen que quedar en línea. Cuando no lo están aparecen fuerzas que jalan de lado y a lo largo del eje. Esas fuerzas desgastan rodamientos, sellos y acoplamientos antes de tiempo. Se nota como vibración alta a una vez y dos veces la velocidad de giro (1x y 2x).

Desbalance del rotor

Un rotor desbalanceado vibra a una vez la velocidad de giro (1x). Las causas más comunes son acumulación de material en aspas o impulsores, la pérdida de una paleta o el desgaste desigual. Es la causa de vibración más fácil de corregir. Se balancea en campo.

Devanado sobrecalentado

El devanado son las bobinas de cobre del motor, y su aislamiento es lo primero que se pierde con el calor. El daño es progresivo y no se recupera. El calor de más viene de sobrecarga sostenida, ventilación tapada, temperatura ambiente alta o desequilibrio de voltaje entre fases.

Problemas eléctricos

Una fase que falta, desequilibrio de voltaje, armónicos de los variadores de frecuencia (VFD) o conexiones flojas. Todo esto hace que las tres fases consuman corriente distinta, que el par del motor pulse y que el devanado y el rotor se calienten de más [1].

Las variables que debes medir

No todas las variables pesan igual. Estas cuatro cubren la mayoría de las formas en que falla un motor eléctrico. Van ordenadas por lo que aportan al diagnóstico.

Vibración

La variable más importante en un motor. Detecta desbalance, mala alineación, rodamientos gastados, holgura mecánica y problemas eléctricos que terminan convertidos en fuerzas mecánicas [3].

Qué medir: velocidad de vibración en mm/s RMS, rango de 10 a 1,000 Hz
Dónde medir: carcasa de rodamientos, en dirección horizontal, vertical y axial
Qué detecta: desbalance (1x RPM), mala alineación (2x RPM), rodamientos (frecuencias de defecto en alta frecuencia), holgura (múltiplos de RPM)

La vibración es la variable que más tiempo te da para reaccionar. Un rodamiento puede subir su vibración 2 o 3 meses antes de romperse.

Temperatura

La segunda en importancia, sobre todo para la vida útil del aislamiento [2].

Qué medir: temperatura del devanado (si el motor trae RTD o termopar adentro) y temperatura de la carcasa de rodamientos
Referencia: NEMA MG-1 para los límites del devanado, y tus propias mediciones en buena condición para los rodamientos
Qué detecta: sobrecarga, ventilación tapada, desequilibrio de voltaje, mala lubricación en rodamientos

La temperatura avisa más tarde que la vibración. Cuando ya ves un pico de calor, el problema mecánico o eléctrico lleva tiempo creciendo.

Corriente

Lo que consume el motor te dice qué tanta carga mecánica trae y cómo está el circuito que lo alimenta.

Qué medir: corriente RMS por fase (las tres fases)
Qué detecta: sobrecarga, desequilibrio entre fases, fase faltante, variaciones de carga
Ventaja: no hay que tocar partes móviles, se mide desde el CCM (centro de control de motores)

Un motor que normalmente consume 45 A y empieza a consumir 52 A en la misma condición de proceso trae un problema. Puede ser más carga mecánica (un rodamiento trabado, una desalineación severa) o algo eléctrico.

Velocidad de giro (RPM)

Las revoluciones por minuto dicen qué tanto se atrasa el motor respecto a su velocidad síncrona. Ese atraso es proporcional a la carga.

Qué medir: velocidad de giro real contra velocidad nominal
Qué detecta: variaciones de carga, problemas de alimentación, deslizamiento excesivo
Uso práctico: un motor de 1,800 RPM nominales que baja a 1,720 RPM está trabajando a carga alta. Si antes sostenía 1,770 RPM en la misma condición de proceso, algo cambió mecánicamente

Los límites de vibración de la norma ISO 20816-3

La norma ISO 20816-3:2022 parte la vibración de la maquinaria rotativa industrial en cuatro zonas de severidad [3]. Para motores eléctricos de 15 a 300 kW (Grupo 2, el más común en plantas manufactureras), estos son los valores.

Zona	Fundación rígida	Fundación flexible	Condición
A	< 1.4 mm/s	< 2.3 mm/s	Excelente
B	1.4 - 2.8 mm/s	2.3 - 4.5 mm/s	Aceptable
C	2.8 - 4.5 mm/s	4.5 - 7.1 mm/s	Precaución
D	> 4.5 mm/s	> 7.1 mm/s	Peligro

Los valores están en mm/s RMS (velocidad de vibración), medidos en el rango de frecuencia de 10 a 1,000 Hz [3].

Un ejemplo. Tienes un motor de 55 kW (Grupo 2) montado sobre base metálica, o sea fundación flexible. Mides 5.8 mm/s de vibración. Eso lo coloca en Zona C. El motor trae una falla en desarrollo y tienes que planear la intervención.

Los límites de temperatura de la norma NEMA MG-1

La norma NEMA MG-1 clasifica los motores por la clase de aislamiento de su devanado, y para cada clase define hasta qué temperatura puede operar [2].

Clase de aislamiento	Temperatura máxima del devanado	Elevación permitida (sobre 40 C ambiente)
B	130 C	80 C
F	155 C	105 C
H	180 C	125 C

La regla más importante es esta. Cada 10 C por encima de la temperatura nominal reduce a la mitad la vida útil del aislamiento [2]. Es una relación medida. Se llama la relación de Arrhenius y describe cómo se degradan con el calor los polímeros del aislamiento. La documentan tanto NEMA como IEEE.

Un motor Clase F que opera a 165 C está perdiendo años de vida cada semana. Además, la mayoría de los motores Clase F de la industria se diseñan para operar a valores de Clase B (130 C), con el aislamiento Clase F como margen de seguridad. Operar a 155 C ya es estar en el límite real del diseño térmico.

Qué hacer cuando tu motor entra en Zona C o D

Los números de la tabla no sirven de nada si no tienes un plan de acción para cada zona. Esto es lo que hay que hacer cuando el motor cruza los límites.

Zona C, falla en desarrollo

La máquina trae un problema activo. Puede seguir corriendo un rato, pero no debe operar así a largo plazo [3].

Mide más seguido. Si medías una vez al mes, pasa a una vez por semana. Si tienes monitoreo continuo, revisa la tendencia todos los días
Busca la causa. No supongas. Revisa la alineación, revisa los rodamientos (si la frecuencia de vibración apunta a un defecto de rodamiento) y revisa la carga del proceso
Planea la reparación. Programa la intervención en la próxima parada planificada, o antes si la tendencia se acelera
Pon una fecha límite. Un motor no se queda en Zona C para siempre. Cada semana sin intervenir es más daño y más costo de reparación
Documenta. Anota la lectura, la fecha, la causa probable y la acción planeada. Cuando el gerente de planta pregunte necesitas un registro, no la memoria del técnico de turno

Zona D, considera parar el motor

La vibración o la temperatura ya alcanzan para ir dañando rodamientos, sellos, acoplamientos y la estructura de la máquina [3].

Evalúa el riesgo de daño catastrófico. Un rodamiento que falla por sobrecarga puede trabar el eje, destruir el devanado y convertir una reparación de $2,000 USD en un reemplazo de $25,000 USD
Considera un paro controlado. Si la producción lo permite, parar el motor es la decisión correcta. Si no lo permite, baja la carga al mínimo con el que puedas operar
No lo vuelvas a arrancar sin inspección. Después del paro no basta con ver que gira bien. Revisa rodamientos, alineación, aislamiento del devanado (con megger) y conexiones eléctricas
Encuentra la causa de fondo. Cambiar el rodamiento sin encontrar la desalineación crónica que lo mató garantiza que el problema regresa

Lista de verificación para monitorear un motor

Si apenas vas a empezar a monitorear motores en tu planta, o quieres ver si tu programa actual tiene huecos, revisa estos puntos.

Identifica la clase de aislamiento de cada motor. Búscala en la placa de datos. Si el motor no la trae, asume Clase F (la más común hoy) y opera con los límites de Clase B (130 C) como margen de seguridad
Clasifica cada motor por grupo de ISO 20816-3. Más de 300 kW es Grupo 1. De 15 a 300 kW es Grupo 2. Define si la fundación es rígida o flexible. Con eso ya tienes tus límites de vibración
Toma mediciones de referencia con el motor en buena condición. Mide vibración, temperatura y corriente cuando el motor está recién alineado, con rodamientos nuevos y con carga normal de proceso. Ese es tu punto de comparación
Mide corriente en las tres fases. Si entre la fase que más consume y la que menos consume hay más de 5% de diferencia, tienes un problema eléctrico que investigar [2]
Escribe las acciones de cada zona. No dejes la interpretación al criterio del técnico de turno. Zona B es monitoreo de rutina. Zona C es investigar y planear. Zona D es evaluar el paro. Ponlo en un procedimiento documentado
Mira la tendencia, no solo el valor del día. Un motor en 2.5 mm/s que hace tres meses estaba en 1.2 mm/s te está contando algo. El valor suelto dice Zona B, todo bien. La tendencia dice que algo está cambiando y que hay que investigar antes de que llegue a C

Siguiente paso

Los límites de este artículo vienen de la norma ISO 20816-3 y de la norma NEMA MG-1. Si quieres entender la norma ISO a fondo, con las tablas de los dos grupos y las acciones detalladas por zona, lee ISO 20816 explicado para ingenieros de planta. Y si quieres ver cómo estas variables se juntan en una sola calificación por equipo, revisa qué es un Health Score.

Referencias

[1] IEEE Std 493-2007. IEEE Recommended Practice for the Design of Reliable Industrial and Commercial Power Systems (Gold Book). Institute of Electrical and Electronics Engineers.

[2] NEMA MG-1:2021. Motors and Generators. National Electrical Manufacturers Association.

[3] ISO 20816-3:2022. Mechanical vibration. Measurement and evaluation of machine vibration. Part 3: Industrial machinery with a power rating above 15 kW and operating speeds between 120 r/min and 30 000 r/min. International Organization for Standardization.