A menudo cuando falla un motor y regresa luego de mantenimiento o reparación en definitiva el departamento de mantenimiento está más al pendiente, esto sin lugar a dudas podría evidenciar sonidos o tendencias que no se habían identificado pues antes no se le prestaba tanta atención. Y es donde muchas veces se duda del trabajo efectuado por desconocimiento y o no tener referencia. 

En el caso puntual del motor eléctrico existe el ruido eléctrico, ¿pero que es?  

Al energizar un motor, se establecen campos magnéticos que producen fuerzas a frecuencias específicas que actúan sobre las partes mecánicas. Existen varias fuerzas de excitación primarias y cada una de las cuales tiene una frecuencia específica. Las frecuencias primarias son función de la frecuencia de línea, el número de barras del rotor y el número de polos. Si una fuerza de excitación primaria excita una pieza del motor a la frecuencia natural de esa pieza o cerca de ella, pueden ocurrir grandes vibraciones. Si la frecuencia natural se encuentra dentro del rango de frecuencia audible (aproximadamente 20 a 20,000 Hz), esas vibraciones pueden ocasionar un ruido fastidioso. Con el fin de evitar problemas de ruido cuando se construye el motor, es necesario comprender y analizar las frecuencias de excitación electro-inducidas y las frecuencias naturales de las partes del motor que producen frecuentemente ruido. La mayoría de las veces el responsable del ruido magnético molesto es el anillo del yugo del estator. Sin embargo, los fabricantes también tienen problemas de ruido eléctrico debido a vibraciones en los dientes del rotor y del estator, en las barras de los rotores fabricados y en la carcasa del motor. 

Cuando se presenta un problema de ruido eléctrico, el “arreglo” consiste en elevar o bajar las frecuencias naturales de la parte ruidosa (lejos de la frecuencia de excitación) o cambiar la frecuencia y/o la magnitud de la fuerza de excitación. 

La frecuencia natural 

Es la frecuencia de un sistema (parte) que vibra libremente sin fricción. La resonancia ocurre cuando la frecuencia de excitación es igual a la frecuencia natural. Cuando esto sucede, la amplitud de la vibración aumentaría sin restricciones si no estuviera limitada por la cantidad de amortiguación presente. En los motores eléctricos, todas las partes tienen presente amortiguación en forma de fricción. La Figura 1 se muestra las curvas de respuesta de vibración típicas para un sistema amortiguado y no amortiguado. Tenga en cuenta que añadir amortiguación al sistema no solo cambia la magnitud de la respuesta sino también la frecuencia natural del sistema. Esto explica en parte porque unidades similares pueden tener características de respuesta extremadamente diferentes. La amplificación de la respuesta ocurre cuando la frecuencia de excitación se aproxima a la frecuencia natural de la pieza. Para evitar vibraciones de gran magnitud, la frecuencia natural y la frecuencia de excitación deberán estar separadas en una proporción adecuada. La magnitud de la vibración dependerá de la amortiguación y del nivel de energía de la frecuencia de excitación a la frecuencia natural. La parte mecánica que vibra transmite las vibraciones al aire circundante, produciendo sonido. Por lo general, la frecuencia del sonido generado será igual a la frecuencia de excitación. No obstante, algunas veces el sonido ocurrirá a frecuencias de excitación múltiples (Ej. 2x, 3x, etc.). 

FRECUENCIAS DE EXCITACIÓN 

Las dos frecuencias principales de ruido que producen frecuencias de excitación son el doble de la frecuencia de línea y la frecuencia de excitación rotacional. 

1. Las fuerzas al doble de la frecuencia de línea  

No pueden ser eliminadas, pero sus magnitudes se pueden reducir. Los movimientos al doble de la frecuencia de línea (120 vibraciones/ segundo en una línea a 60 Hz) son el resultado de la inversión de los polos del estator. 

La magnitud de las fuerzas al doble de la frecuencia de línea es inversamente proporcional al número de polos eléctricos elevados a la cuarta potencia. Por lo tanto, un motor de cuatro polos solo tendrá 1/16 de la fuerza de excitación de un motor de dos polos. Por consiguiente, el ruido magnético al doble de la frecuencia de línea generalmente es más importante en los motores de dos polos. No obstante, debido a que por lo general la profundidad del estator de los motores de dos polos es grande y a que la construcción de la carcasa es rígida, el ruido al doble de la frecuencia de línea normalmente es bajo, excepto en grandes motores de dos polos (35 pul /89 cm o más). Además, el ruido por ventilación en los motores de dos polos normalmente predomina sobre el ruido a 120 Hz. La doble frecuencia de línea produce un ruido magnético de baja frecuencia denominado comúnmente zumbido magnético. Dicho zumbido generalmente es la principal fuente de ruido del motor en vacío. La fuerza a la doble frecuencia de línea es proporcional al cuadrado de la densidad del entre hierro (Bg). Por consiguiente, en los motores de dos polos, la densidad del entre hierro debe mantenerse lo más baja como sea práctico. Los deflectores de aire son excitados por las fuerzas al doble de la frecuencia de línea y producen un ruido fuerte. Este ruido puede ser eliminado reforzando los deflectores de aire y/o reubicándolos lejos de las cabezas de bobina. Utilizando deflectores de aire no-magnéticos (aluminio o fibra de vidrio) también se puede eliminar el ruido. Las fuerzas al doble de la frecuencia de línea son fuerzas relacionadas con la frecuencia de línea primaria. Sin embargo, la frecuencia de línea también puede producir fuerzas armónicas a 1, 2, 3, 4, 5 y 6 veces la frecuencia de línea. 

2. Las fuerzas de excitación rotativas  

Son el segundo tipo de frecuencias de excitación que producen ruido. Los motores de inducción tienen muchos campos armónicos diferentes, pero los más importantes resultan de la interacción de las ondas armónicas producidas por las barras rotativas del rotor y las ondas de frecuencia de línea impuestas por los bobinados del estator. Estas ondas de excitación rotativas pueden causar ruidos a frecuencias discretas, normalmente en el rango de 500 a 2,000 Hz. La magnitud de las ondas de fuerza rotacional aumenta con el incremento de la corriente del motor. Por consiguiente, un motor silencioso en vacío puede tornarse ruidoso a medida que la carga aumenta.  

En definitiva, este es un tema complejo que requiere del analista de vibraciones mecánicas y que involucra toda una serie de valores, lo importante es saber que no siempre un sonido significa problemas, se debe hacer el análisis y sobre todo conocer los equipos escucharlos y documentar las tendencias esto ayudará a tomar decisiones en situaciones puntuales sin necesidad de incurrir en errores.