Prueba de funcionamiento de motores bajo carga: propósito, procedimiento y evaluación

Qué es

La prueba de funcionamiento de un motor bajo carga es la etapa de una secuencia de pruebas de máquinas rotativas en la que, por fin, la máquina se energiza, se arranca y opera acoplada al equipo que impulsa. Todo lo anterior, la inspección, las pruebas de aislamiento y las mediciones de resistencia, se realiza con la máquina detenida. Esta prueba muestra cómo se comporta realmente la máquina cuando gira y realiza trabajo. Se aplica a motores y generadores de inducción de corriente alterna, a motores y generadores sincrónicos y a máquinas de corriente continua. En las máquinas de corriente alterna se mide la corriente de operación de cada fase, mientras que en las de corriente continua se vigila la corriente de armadura junto con el nivel de excitación, ya sea como corriente o como tensión. Las temperaturas de los rodamientos se leen mientras la máquina se calienta hasta alcanzar la estabilidad térmica y, en máquinas grandes o críticas, también puede registrarse el período de arranque y aceleración. Algunas partes de la prueba son opcionales en las normas, por lo que el alcance exacto lo fijan la especificación del proyecto, el tamaño de la máquina y su importancia para el proceso que atiende.

Por qué se realiza

Las pruebas estáticas no lo revelan todo. Una máquina puede superar todas las verificaciones de aislamiento y de resistencia y, aun así, consumir corriente excesiva, calentarse, tener dificultad al arrancar o comportarse mal una vez cargada. Una corriente de operación alta o desbalanceada entre fases puede señalar un problema de alimentación, una falla en el devanado, una sobrecarga mecánica, un acople desalineado o una discrepancia entre el motor y la carga para la que fue seleccionado. Las temperaturas de rodamientos que suben de manera continua en lugar de estabilizarse son una alerta temprana de problemas de lubricación, desalineación, corrientes en el eje o un ajuste demasiado apretado, y la falla de un rodamiento en una máquina grande es costosa y lenta de reparar. Un arranque que tarda demasiado, o que hunde la tensión de alimentación, puede sobrecalentar el rotor, disparar protecciones y perturbar otras cargas de la barra. Hacer estas observaciones bajo supervisión durante la puesta en servicio permite hallar los problemas mientras el contratista y el fabricante aún están en sitio y siguen siendo responsables, y no después de que el equipo haya sido aceptado y esté sosteniendo la producción.

El principio

Un motor cargado toma una corriente proporcional al par que exige la carga. La relación entre corriente de operación, velocidad, deslizamiento y potencia queda fijada por el diseño de la máquina y se resume en la placa de datos, de modo que una lectura tomada con carga real puede compararse con los valores nominales para ver si la máquina y su carga guardan proporción. En una máquina de corriente continua, la corriente de armadura sigue al par de la carga y el campo suministra el flujo, por lo que ambos se vigilan juntos. En una máquina sincrónica, la corriente de campo controla el factor de potencia y la excitatriz debe mantener el campo en un ajuste estable mientras la máquina soporta carga. El calor es la otra mitad de la física. Las pérdidas en los devanados, en el núcleo y en los rodamientos se convierten en calor, la máquina se calienta hasta que el calor que sale iguala al que se produce, y la temperatura del rodamiento se estabiliza en un nivel determinado por ese equilibrio, el lubricante y la refrigeración. Una temperatura de rodamiento que nunca se estabiliza indica que no se alcanza el equilibrio. El arranque es un transitorio: la máquina toma una corriente elevada mientras acelera el rotor y la carga hasta la velocidad, y el tiempo que tarda depende del par que el motor puede producir y de la carga que debe acelerar.

Cómo se realiza

La prueba de funcionamiento se realiza una vez terminadas la inspección y las pruebas con la máquina desenergizada y después de que la persona responsable la haya liberado para operar. Se confirma que el acople, la lubricación, la refrigeración, las guardas y los dispositivos de protección estén en su lugar, y que los detectores de temperatura o termómetros de los rodamientos lean correctamente. En una primera marcha sin carga, la máquina puede arrancarse brevemente para confirmar el sentido de giro y la suavidad de marcha; luego se lleva a la carga de trabajo que el proceso permita, que en la puesta en servicio puede ser una fracción de la carga nominal. La corriente de cada fase se lee con una pinza amperimétrica calibrada o un analizador de potencia, y se anota junto con la tensión de alimentación. En una máquina de corriente continua, la corriente de armadura y las magnitudes del circuito de campo se leen con instrumentos adecuados. Las temperaturas de los rodamientos se registran a intervalos regulares mientras la máquina se calienta, hasta que las lecturas dejan de subir o termina el período de prueba previsto. Si se requiere registrar el arranque, un registrador captura la corriente y, de ser posible, la tensión y la velocidad durante toda la aceleración. Durante todo el proceso, el técnico escucha y observa si hay ruido anormal, vibración, fugas u olores, y debe estar listo para detener la máquina de inmediato.

Qué se registra

El registro anota la identificación de la máquina y los datos de placa, la condición de carga durante la marcha y cómo se estableció, y la tensión de alimentación. Incluye la corriente de operación medida en cada fase en las máquinas de corriente alterna, o la corriente de armadura y el nivel de excitación en las de corriente continua, con los instrumentos utilizados. Las temperaturas de los rodamientos se registran en función del tiempo para observar el comportamiento durante el calentamiento, junto con la condición ambiental. Cuando se registró un arranque, se conserva la traza o su resumen, y se documentan las alarmas, los ruidos inusuales o las interrupciones, así como el estado de la máquina tal como se encontró antes de la marcha.

Cómo se juzgan los resultados

ANSI/NETA ATS-2025 y ANSI/NETA MTS-2023 juzgan estas observaciones por comparación y no mediante un número independiente. La corriente de operación se compara con la de placa y con las demás fases, de modo que se verifican el balance entre fases y la coherencia con la carga, y en las máquinas de corriente continua las lecturas de armadura y de campo se comparan con los valores de placa. Las temperaturas de los rodamientos se comparan con los límites permitidos por el fabricante y con el comportamiento de rodamientos similares en máquinas hermanas, y la forma de la curva importa: un rodamiento que se estabiliza es aceptable de una manera en que no lo es uno que sigue subiendo. El arranque registrado se juzga frente a las características de arranque que espera el fabricante y a las necesidades de la carga y de la alimentación. En el mantenimiento, los resultados también se comparan en tendencia con marchas anteriores. Como los límites dependen de la clase de máquina, del sistema de aislamiento y del fabricante, los criterios aplicables deben tomarse de las normas aquí citadas y de los datos propios de la máquina.

Variaciones

En la aceptación, la prueba de funcionamiento forma parte de la demostración de una máquina nueva o reacondicionada antes de su entrega, y los resultados se convierten en la referencia para comparaciones futuras. En el mantenimiento, las mismas observaciones se repiten periódicamente, con mayor peso en las tendencias, en particular de la temperatura de los rodamientos y de la corriente. Las máquinas de inducción se revisan sobre todo en cuanto a balance y carga, las sincrónicas añaden las observaciones del campo y de la excitación que se vinculan con las pruebas de aplicación de campo, y las de corriente continua añaden las lecturas de armadura y de campo. Los elementos opcionales, como las temperaturas de rodamientos bajo carga y el registro del arranque, se añaden por lo general en máquinas grandes, de media tensión o críticas. Las limitaciones del proceso suelen impedir la operación a plena carga, de modo que muchas marchas de puesta en servicio se hacen con una carga menor y la evaluación se ajusta en consecuencia, dejando constancia de la carga realmente alcanzada.