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¿Por qué los motores con variadores de frecuencia (VFD) causan daños en los rodamientos?
Respuesta rápida
Los variadores de frecuencia (VFD) pueden generar tensión en el eje debido al conmutado de alta frecuencia dentro del inversor. Cuando esta tensión se acumula, la corriente eléctrica puede descargarse a través de los rodamientos del motor. Con el tiempo, estas descargas repetidas dañan las superficies de los rodamientos, provocando picaduras, ruido, vibración y fallo prematuro. La instalación de un anillo de puesta a tierra del eje puede redirigir la corriente de forma segura hacia tierra y prevenir el daño en los rodamientos.
El creciente uso de motores con variadores de frecuencia
Los variadores de frecuencia (VFD) se utilizan ampliamente para mejorar la eficiencia energética y controlar la velocidad del motor. Son comunes en sistemas industriales como bombas, compresores, equipos de climatización (HVAC) y sistemas de transporte por banda.
Sin embargo, muchos ingenieros observan un problema inesperado tras la instalación de sistemas con VFD: los rodamientos del motor comienzan a fallar mucho antes de lo previsto.
Este problema no es causado por una lubricación deficiente ni por sobrecarga mecánica. En muchos casos, la causa real es un daño eléctrico en el interior del rodamiento.
Cómo los VFD generan tensión en el eje
A diferencia de las fuentes de alimentación tradicionales, que suministran una tensión sinusoidal suave, los variadores de frecuencia (VFD) regulan la velocidad del motor mediante modulación por ancho de pulso (PWM). Este método conmuta rápidamente la tensión entre los estados de encendido y apagado a altas frecuencias.
Durante este proceso de conmutación, se genera un fenómeno denominado tensión en modo común.
Esta tensión puede inducir un potencial eléctrico entre el eje del motor y su carcasa. A medida que el motor gira, la tensión en el eje aumenta gradualmente.
Una vez que la tensión alcanza un valor suficiente para atravesar la fina película lubricante presente en el interior del rodamiento, se produce una descarga eléctrica.
Qué ocurre dentro del rodamiento
Cada descarga es extremadamente pequeña, pero se comporta como una chispa microscópica entre superficies metálicas.
Miles de estas chispas pueden producirse cada segundo durante el funcionamiento del motor.
Con el tiempo, esta actividad eléctrica repetida provoca varios tipos de daños:
● Picaduras – pequeñas cavidades en la pista de rodadura
● Escarchado – una superficie desgastada de color gris apagado
● Fuselado – ranuras equidistantes a lo largo de la pista del rodamiento
Aumento de la vibración y el ruido
Los estudios sobre sistemas industriales de motores indican que los daños eléctricos en los rodamientos pueden ser responsables de un alto porcentaje de fallos prematuros en motores accionados por variadores de frecuencia (VFD).
Prevención del problema mediante anillos de conexión a tierra del eje
Un anillo de conexión a tierra del eje protege el rodamiento al proporcionar una ruta eléctrica controlada hacia tierra. En lugar de permitir que la tensión se descargue a través del rodamiento, el anillo de conexión a tierra desvía la corriente parásita desde el eje giratorio directamente hacia el bastidor del motor.
El anillo de conexión a tierra del eje utiliza microfibras conductoras que mantienen un contacto continuo con el eje mientras el motor gira. Dado que el anillo de conexión a tierra ofrece una ruta de menor resistencia que el rodamiento, la corriente eléctrica fluye naturalmente a través de él.
Una solución preventiva sencilla
En muchos sistemas motores modernos, los daños eléctricos en los rodamientos no son inmediatamente visibles hasta que ocurre una avería. Al instalar un anillo de puesta a tierra del eje desde las primeras etapas del diseño del sistema, los ingenieros pueden reducir el riesgo de daños prematuros en los rodamientos y mejorar la fiabilidad a largo plazo del motor.
Preguntas frecuentes
1. ¿Por qué los motores con variadores de frecuencia (VFD) generan corrientes en los rodamientos?
La conmutación de alta frecuencia en los VFD genera una tensión en modo común que puede inducir una tensión en el eje, la cual podría descargarse a través de los rodamientos del motor.
2. ¿Puede la lubricación prevenir los daños eléctricos en los rodamientos?
No. La lubricación protege contra el desgaste mecánico, pero no puede detener la descarga eléctrica.
3. ¿Cuál es el método de protección más común?
Los anillos de puesta a tierra del eje se utilizan ampliamente porque desvían de forma segura la corriente parásita lejos del rodamiento.
