Análisis de la firma de corriente del motor: método, hallazgos y evaluación

Qué es

El análisis de la firma de corriente del motor, conocido por sus siglas en inglés MCSA, es una técnica de diagnóstico en la que la corriente que toma un motor energizado y en marcha se captura con un sensor de pinza y se convierte de una forma de onda en el tiempo a un espectro de frecuencias. El propio motor actúa como transductor: cualquier anomalía mecánica o eléctrica que module el campo magnético en el entrehierro deja una huella pequeña pero reconocible en la corriente de alimentación. El método se aplica a motores y generadores de inducción trifásicos y a máquinas sincrónicas, y normalmente se realiza con la máquina acoplada a su carga habitual. Como el sensor se coloca alrededor de un conductor en el arrancador, en el centro de control de motores o en el tablero, no hay que abrir nada y la medición se toma desde un lugar seguro. En las especificaciones de aceptación y de mantenimiento la prueba figura como opcional, por lo que se añade cuando la máquina es grande, crítica, costosa de reparar o de difícil acceso, o cuando otra prueba dejó una duda que una verificación en condiciones de operación puede aclarar. También se solicita con frecuencia como referencia inicial para que los estudios posteriores cuenten con un punto de comparación confiable.

Por qué se realiza

Muchos defectos de las máquinas rotativas se desarrollan lentamente y no dan señales externas hasta que la máquina dispara o se destruye. Una barra del rotor agrietada o rota, un anillo de cortocircuito poroso o un paquete de laminaciones flojo aumentan el calentamiento y la pulsación del par, pueden desprender fragmentos hacia el devanado del estator y terminan provocando una salida no planificada. La excentricidad estática o dinámica del entrehierro, generalmente causada por un eje doblado, rodamientos desgastados o una base floja, produce una atracción magnética despareja que acelera el desgaste de los rodamientos y puede acabar en roce del rotor contra el estator. También se manifiestan las espiras en cortocircuito, el desbalance de la alimentación y los problemas del lado de la carga, como desalineación, daño en engranajes o un proceso pulsante. Detectar estas condiciones en la señal de corriente resulta atractivo porque no exige parar la máquina, ni acceder a ella, ni instalar sensores en los rodamientos, y además permite observar tanto el motor como la carga que acciona. Una referencia tomada en la aceptación y repetida en un ciclo de mantenimiento permite descubrir una falla en desarrollo meses antes de que se convierta en avería, de modo que las reparaciones se programan en vez de ser forzadas.

El principio

En un motor ideal y perfectamente simétrico, la corriente de alimentación contiene esencialmente solo la frecuencia de la línea. Las máquinas reales nunca son perfectas y, cuando hay una falla, el campo magnético giratorio del entrehierro se perturba a frecuencias ligadas a la velocidad del rotor y al deslizamiento. Esas perturbaciones inducen componentes adicionales en la corriente del estator que aparecen como bandas laterales a ambos lados del pico de la frecuencia de línea. Una barra rota del rotor, por ejemplo, produce bandas laterales separadas del pico de alimentación por un múltiplo de la frecuencia de deslizamiento, y la altura de esas bandas respecto al pico principal, expresada en escala logarítmica, crece a medida que aumenta el daño. La excentricidad añade componentes relacionados con la frecuencia de rotación del rotor y con la frecuencia de paso de las ranuras, mientras que los defectos de rodamientos y las fallas de carga aportan sus propias frecuencias características. Como el deslizamiento depende de la carga, la máquina debe soportar una carga estable y razonablemente sustancial durante la captura; un motor con poca carga tiene un deslizamiento muy pequeño, lo que aprieta las bandas laterales contra el pico de línea y dificulta resolverlas. Por eso una buena resolución en frecuencia, es decir, una captura suficientemente larga, es tan importante como la carga.

Cómo se realiza

La prueba se realiza con el motor funcionando en una condición estable, preferiblemente cerca de su carga y velocidad normales. Un técnico con la capacitación y el equipo de protección personal adecuados coloca un sensor de corriente de núcleo partido o flexible alrededor de un conductor de fase en un punto de acceso seguro, como el arrancador o el centro de control, y lo conecta a un analizador dedicado o a un colector de datos con una entrada apropiada. Antes de registrar, se introducen la velocidad de placa, la tensión nominal, la corriente nominal, el número de polos y la frecuencia de la línea para que el instrumento calcule el deslizamiento esperado y marque las frecuencias de interés. El registro debe ser lo bastante largo para lograr una resolución fina en frecuencia, y la carga debe mantenerse estable durante toda la captura; una carga oscilante, un variador de frecuencia o una máquina cercana que consuma una corriente cambiante pueden difuminar el espectro o crear picos falsos. Cuando el accionamiento es de velocidad variable, la configuración y la interpretación son distintas y requieren un cuidado adicional. Normalmente se toman varios registros y se comparan para comprobar su repetibilidad. Se anotan las condiciones de operación, incluido el nivel de carga y cómo se determinó, porque un espectro solo puede juzgarse con justicia frente a otro obtenido en condiciones similares. La prueba nunca debe hacerse abriendo un circuito energizado ni metiendo la mano en equipos con tensión.

Qué se registra

El registro indica la identificación y las características de la máquina, la frecuencia de alimentación y la condición de carga durante la captura, junto con la forma en que se estimó la carga. Se anota el tipo y la clase del sensor de corriente y del analizador, la duración de la captura y la resolución en frecuencia utilizada, así como la fecha y el operador. El espectro medido, o las amplitudes clave de bandas laterales y armónicos extraídas de él, se guarda junto con el deslizamiento o la velocidad usados en el análisis. Se documentan las anomalías observadas, como fluctuaciones de carga, interferencia del variador o picos visibles sin explicación, además del estado mecánico de la máquina tal como se encontró y de los resultados relacionados de vibración u otras pruebas, para poder interpretar las lecturas en conjunto.

Cómo se juzgan los resultados

Ni ANSI/NETA ATS-2025 ni ANSI/NETA MTS-2023 asignan un único valor universal de aprobación o rechazo a esta prueba opcional, de modo que el juicio se basa en la comparación y en la interpretación técnica. Las amplitudes de las bandas laterales se leen en relación con el pico principal de la frecuencia de línea y se comparan con la referencia registrada cuando la máquina era nueva, con estudios anteriores de la misma máquina y con máquinas hermanas de igual diseño y servicio. Un espectro estable que coincide con el registro previo es tranquilizador; una tendencia ascendente o una banda lateral que crece frente a la referencia exige corroborar con datos de vibración, con pruebas de aislamiento y de devanados, y con una inspección más detallada. Las bandas de severidad publicadas por el fabricante del instrumento o por un programa interno ayudan a jerarquizar los hallazgos, pero son orientación y no sustituyen a la norma. La misma máquina debe probarse con una carga comparable cada vez, porque las lecturas tomadas con cargas distintas no son equivalentes. Consulte la edición vigente de las normas aquí citadas y los datos del fabricante aplicables para conocer los criterios que rigen y la forma de informar los resultados.

Variaciones

En la aceptación, el objetivo principal es documentar una referencia sana de una máquina nueva o reacondicionada mientras soporta carga real o simulada, de modo que todo estudio posterior tenga un punto de comparación. En el mantenimiento, la misma firma se repite en un ciclo periódico, con una frecuencia que refleja lo crítica que es la máquina, y la tendencia importa más que cualquier resultado aislado. Los motores de inducción grandes y de media tensión son los sujetos más comunes, aunque también pueden examinarse las máquinas sincrónicas, ajustando la interpretación a su construcción de rotor y a su excitación. Un variador de frecuencia, un tren de engranajes o el acople a una carga fluctuante complican el espectro y pueden requerir un análisis especializado. Cuando dos máquinas comparten una misma alimentación o barra, la captura debe confirmar a cuál pertenece la firma. La prueba es opcional en ambos documentos y suele combinarse con un estudio de vibración en marcha y una verificación de temperatura, así que los hallazgos que coinciden entre métodos pesan más.