En contadas ocasiones, es posible que los operarios en la industria de procesos observen que sus motores de baja tensión experimentan el paso de una corriente por los rodamientos de los motores, especialmente cuando se están usando con un convertidor de frecuencia.
Si no se controlan, esas corrientes de rodamientos generarán, forzosamente, una avería prematura. ABB ya cuenta con una cartera consolidada de soluciones de actuación inicial. Y ahora llegan dos nuevos métodos capaces de eliminar incluso las corrientes de rodamientos más persistentes. Pero, para tomar la decisión correcta, es preciso analizar bien las condiciones específicas de cada aplicación. Así lo explican Marcus Westerlund, responsable de productos en Motores y Generadores de ABB, y Matti Fyhr, responsable de proyectos en Motores y Generadores.
¿Qué causa las corrientes de rodamientos?
Cuando hay tensión en el eje del motor, puede superar el efecto aislante de la película lubricante del rodamiento. Esto genera un flujo de corriente que da lugar a un efecto de maquinado por descarga eléctrica (EDM) del rodamiento, lo que provoca un desgaste prematuro y, a la larga, un fallo temprano.
Esta tensión puede generarse de tres formas diferentes, según el tamaño del motor, la conexión a tierra del bastidor y del eje del motor, la instalación eléctrica y las propiedades electrónicas concretas del convertidor de CA.
El primero de estos tres tipos es la corriente de circulación en motores de mayor tamaño (con un tamaño de bastidor IEC superior a 280), al inducir el flujo de alta frecuencia que circula alrededor del estátor una tensión de alta frecuencia entre los extremos del eje del motor. Cuando esta tensión alcanza un nivel lo suficientemente alto como para superar la impedancia de la película de aceite de los rodamientos, una corriente de circulación empieza a correr por el bucle formado por el eje, los rodamientos y el bastidor del estátor.
En segundo lugar, en motores grandes, la corriente de conexión a tierra del eje que se filtra en el bastidor del estátor tiene que regresar al inversor, que es la fuente de esta corriente. Cualquier vía de vuelta presenta impedancia. Por lo tanto, la tensión del bastidor del motor sube en comparación con el nivel base de la fuente. Si el eje del motor está conectado a tierra a través de la maquinaria accionada, ese aumento de la tensión del bastidor del motor se observa en los rodamientos. Si la tensión es lo bastante alta como para superar la impedancia de la película de aceite del rodamiento en el extremo del convertidor, es posible que parte de la corriente a tierra del eje circule de vuelta al inversor por el rodamiento en el extremo del convertidor, el eje y la máquina accionada.
En tercer lugar está la corriente de descarga capacitiva en motores pequeños (con un tamaño de bastidor IEC inferior a 280), cuando la división de tensión interna de la tensión de modo común en las capacitancias parásitas internas del motor genera tensiones en el eje lo bastante elevadas como para crear pulsos de corriente de alta frecuencia a través de los rodamientos. Esto puede ocurrir si la conexión a tierra del eje no se realiza a través de la maquinaria accionada y el bastidor del motor está conectado a tierra con el modo de protección estándar.
Una cartera ampliada de soluciones para las corrientes de rodamientos
No hay una única solución técnica que sirva para abarcar todas las instalaciones donde las corrientes de rodamientos pueden suponer un problema. Más bien se trata de ayudar a los clientes a elegir la mejor opción de entre una serie de posibles soluciones, teniendo en cuenta ciertas características de la aplicación en cuestión, siendo el tamaño del motor el factor clave.
ABB dispone de tres eficaces soluciones de actuación inicial, ya consolidadas en el mercado, para las corrientes de rodamientos. Dichas soluciones incluyen un rodamiento aislado en el extremo no accionado; un filtro de modo común; y puesta a tierra y cableado. Para las situaciones más complicadas, en las que una solución o una combinación de estas soluciones no sirve para remediar totalmente el problema, se han desarrollado dos nuevos métodos mejorados, a saber: escobillas de puesta a tierra del eje y rodamientos aislados en ambos extremos.
En concreto, las tres soluciones de actuación inicial para las corrientes de rodamientos son:
1 - Incorporación de un rodamiento aislado en el extremo no accionado
Una solución eficaz para los motores con un tamaño de bastidor IEC de 280 o superior es reemplazar el rodamiento en el extremo no accionado por un rodamiento aislado que prevenga que la corriente circule por este punto. Se puede colocar como una readaptación o especificarse como una opción para los motores nuevos. Cabe señalar que la corriente todavía tiene que ir a algún sitio. Por lo tanto, aunque el motor esté protegido, es importante comprobar que este método no genere otros problemas en otras partes de la instalación.
2 - Uso de un filtro de modo común junto con un convertidor de frecuencia
Para motores grandes con una potencia nominal superior a 350 kW (tamaño de bastidor IEC 400 o mayor), un filtro de modo común reducirá las corrientes en modo común y, por lo tanto, disminuirá el riesgo de sufrir corrientes de rodamientos. El filtro de modo común podría ir instalado en el interior, como elemento del paquete de motor y convertidor, o colocado en el cable entre el convertidor de frecuencia y el motor. Los filtros de modo común no afectan de manera significativa a la fase de las tensiones principales de los terminales del motor.
3 - Puesta a tierra y cableado de transformador, convertidor de frecuencia, motor y tren de carga
Para todas las instalaciones, especialmente motores con una potencia nominal de más de 30 kW, recomendamos usar cables de conexión del motor y puesta a tierra con un apantallamiento PE (puesta a tierra protectora) simétrico en todo el sistema, puesto que así se logra atenuar en gran medida las tensiones del bastidor y del eje del motor. Es una buena práctica, incluso cuando las corrientes de rodamientos no constituyen un problema. También debería ser la primera medida a adoptar antes de instalar un filtro de modo común en motores grandes.
Cómo abordar los problemas de corrientes persistentes de rodamientos:
A continuación, presentamos los dos nuevos métodos mejorados para aquellas instalaciones donde las soluciones de actuación inicial no remedian totalmente el problema:
4 - Escobilla de puesta a tierra del eje instalada en el interior
Una solución nueva relevante para motores con tamaño de bastidor IEC de 132 a 250 es instalar una escobilla de puesta a tierra en el eje que conduzca la corriente a tierra a través de la escobilla, en vez de por el rodamiento. Así se protege el propio motor y toda la instalación. La escobilla puede ir ya instalada en los motores nuevos, especificando un código de variante. O también se puede montar más adelante, in situ.
Un cepillo de puesta a tierra del eje del motor. 
Cojinetes aislados en ambos extremos
¿Cómo podemos medir las corrientes de rodamientos?
En la mayoría de los casos, a los operarios les resulta complicado medir una corriente de rodamiento que pueda estar presente en un motor estándar. Pero, si se sospecha que hay alguna corriente de rodamiento, se puede detectar con un equipo especial manejado por profesionales expertos. ABB ha acumulado una vasta experiencia realizando estas mediciones en instalaciones de convertidores y motores en un amplio abanico de aplicaciones por todo el mundo.
Resumen: Las corrientes de rodamientos se pueden evitar
Aunque es importante admitir que las corrientes de rodamientos pueden constituir un problema, en realidad son responsables de una cantidad muy pequeña de fallos en los rodamientos de un motor. Las causas más habituales de fallos en los rodamientos son simplemente problemas mecánicos, como una carga axial o radial demasiado grande, una lubricación insuficiente o incorrecta, o la presencia de partículas extrañas o humedad en el interior del rodamiento.
Cuando aparece una corriente de rodamiento, no hay una solución única que abarque todos los casos. Es fundamental que el cliente y el proveedor de los convertidores y motores se unan y trabajen juntos para identificar la solución más adecuada para la aplicación en cuestión. Comprobar que los cables de conexión y puesta a tierra se usan correctamente, según las buenas prácticas, siempre será un primer paso fundamental. Ahora, las escobillas de puesta a tierra del eje y los rodamientos híbridos se posicionan como soluciones nuevas que resultan muy prometedoras y ofrecen una forma económica de eliminar los efectos potencialmente dañinos de las corrientes de rodamientos.
