Introducción: el síntoma de fracaso que desencadena la investigación
Un relé térmico en un sistema de accionamiento de motor de 150 HP en una planta de fabricación del Reino Unido comenzó a dispararse repetidamente durante los ciclos de carga máxima. El disparo se produjo sin ninguna sobrecarga visible del motor ni falla mecánica. Estos disparos molestos provocaron tiempos de inactividad no planificados, mayores costos de mantenimiento y una reducción de la eficiencia de la producción. La investigación de la causa raíz tuvo como objetivo identificar los factores subyacentes que contribuyen a este problema.
Descripción general de los componentes: función del relé térmico y condiciones de funcionamiento
El relé térmico en cuestión es un rodamiento SKF 22244CCK/C3W33 que se utiliza en la carcasa del rodamiento del motor. Este componente está diseñado para soportar temperaturas de funcionamiento de hasta 120 °C (248 °F) y está clasificado para funcionamiento continuo a 85 °C (185 °F) en condiciones de carga estándar. Se utiliza comúnmente en motores industriales y requiere una inspección periódica para garantizar que permanezca dentro de su ámbito operativo.
Los relés térmicos son fundamentales para proteger los motores del sobrecalentamiento debido a una corriente excesiva o tensión mecánica. Se instalan cerca de los devanados del motor y se activan mediante una tira bimetálica que se dobla en respuesta a los cambios de temperatura. El umbral de disparo del relé se establece de acuerdo con la corriente nominal del motor y la temperatura ambiente, como se especifica en IEEE 1584-2012 para seguridad eléctrica y ASME B31.1-2019 para estándares de tuberías y equipos.
Evidencia de falla: lo que ve el técnico
Los técnicos de campo observaron lo siguiente durante la inspección inicial:
- Disparos repetidos durante picos de carga, con intervalos de disparo de 15 a 30 minutos.
- Sobrecalentamiento de la carcasa del rodamiento, que alcanza hasta 112 °C (233,6 °F), medido con una cámara termográfica infrarroja (Fluke TiS10).
- Vibración excesiva en la carcasa del motor, medida a 8,2 mm/s RMS (0,0082 m/s²) utilizando una herramienta de análisis de vibraciones (B&K 3516).
- Decoloración de la pista de rodadura del rodamiento que indica degradación térmica.
- Montaje flojo del relé térmico, lo que provoca una transmisión de señal errática al sistema de control.
Estos síntomas apuntaban a una combinación de estrés térmico y mecánico, lo que sugería que el relé estaba funcionando fuera de sus parámetros de diseño.
Investigación de la causa raíz: análisis sistemático
Se realizó un análisis sistemático de causa raíz mediante la técnica de los 5 porqués y el diagrama de Ishikawa. La investigación se centró en tres áreas principales: temperatura ambiente, perfil de carga y tamaño del relé.
Análisis de los 5 porqués
- ¿Por qué se disparó el relé térmico? Porque la temperatura superó el umbral nominal del relé.
- ¿Por qué la temperatura superó el umbral? Porque la temperatura ambiente era superior a la especificación de diseño.
- ¿Por qué la temperatura ambiente era más alta que la diseñada? Porque el sistema HVAC de la instalación era inadecuado para el perfil de carga.
- ¿Por qué el sistema HVAC era inadecuado? Porque no estaba dimensionado para condiciones de carga máxima.
- ¿Por qué no se dimensionó el sistema HVAC para condiciones de carga máxima? Porque el diseño inicial no tuvo en cuenta los umbrales de temperatura del relé térmico.
Diagrama de Ishikawa
El diagrama de Ishikawa destacó los siguientes factores que contribuyeron al fallo:
- Factores ambientales: temperatura ambiente alta (32 °C/89,6 °F) durante las horas pico.
- Perfil de carga: picos de carga repentinos que provocan estrés térmico en el rodamiento y el relé.
- Tamaño del relé: falta de coincidencia entre la clasificación del relé y los requisitos del motor.
- Errores de instalación: montaje flojo y alineación incorrecta.
Causas fundamentales identificadas: lista clasificada con probabilidad y evidencia de respaldo
Se identificaron las siguientes causas fundamentales con base en la evidencia y el análisis:
- Temperatura ambiente alta (Probabilidad: 45 %): medida a 32 °C durante la carga máxima, superando la especificación de diseño de 25 °C.
- No coincide el perfil de carga (Probabilidad: 35 %): los picos de carga repentinos provocaron estrés térmico en el rodamiento y el relé.
- Error de tamaño del relé (Probabilidad: 15 %): el relé no estaba dimensionado para la capacidad de carga total del motor.
- Errores de instalación (Probabilidad: 5 %): el montaje flojo y la alineación incorrecta provocaron la degradación de la señal.
Acciones correctivas: solución inmediata y prevención a largo plazo
Se implementaron las siguientes acciones correctivas:
- Solución inmediata: reemplace el relé térmico por un modelo de mayor clasificación (SKF 22244CCK/C3W33) que pueda soportar hasta 120 °C (248 °F) y ajuste la configuración del sistema de control para tener en cuenta la temperatura ambiente.
- Prevención a largo plazo: actualice el sistema HVAC para garantizar que la temperatura ambiente se mantenga dentro de la especificación de diseño de 25 °C. Instale un sensor térmico para monitorear las temperaturas de los rodamientos en tiempo real.
- Revisión de la instalación: asegúrese de que todos los relés estén montados de forma segura y alineados con la carcasa del motor para evitar interferencias en la señal.
- Revisión del tamaño de los relés: haga una referencia cruzada de las clasificaciones de los relés con las especificaciones del motor para garantizar el tamaño adecuado, siguiendo las pautas de IEEE 1584-2012.
Lista de verificación de diagnóstico rápido: para técnicos de campo (apto para tabletas)
- Mida la temperatura ambiente usando un termómetro infrarrojo (por ejemplo, Fluke TiS10) durante la carga máxima.
- Compruebe el montaje del relé para ver si está flojo o desalineado.
- Mida la temperatura del rodamiento utilizando una cámara termográfica (por ejemplo, FLIR T1020) y compárela con los límites de diseño.
- Revise el perfil de carga para detectar picos repentinos o irregularidades utilizando un registrador de datos (por ejemplo, Keysight 34972A).
- Pruebe el tiempo de respuesta del relé en condiciones de carga simuladas utilizando un banco de pruebas de motores.
- Inspeccione los contactos del relé en busca de desgaste o corrosión utilizando una lupa o un microscopio.
- Verifique la clasificación del relé con las especificaciones del motor y los estándares ANSI/ASME.
- Instale sensores de monitoreo de condición para un monitoreo continuo de la temperatura y la vibración.
- Revise el manual de instalación para conocer los procedimientos de montaje y alineación adecuados.
- Actualizar registros de mantenimiento con los hallazgos y las acciones correctivas tomadas.
- Realizar un análisis de la causa raíz para identificar problemas sistémicos y evitar que se repitan.
- Consulte con el catálogo electrónico de UNITEC-D para obtener piezas de repuesto y componentes preventivos.
Estrategia de prevención: intervalos de mantenimiento, monitoreo de condición, mejoras de diseño
Para evitar futuras fallas del relé térmico, se recomienda la siguiente estrategia:
- Intervalos de mantenimiento: Inspeccione los relés térmicos cada 6 meses o después de 10 000 horas de funcionamiento, según ASME B31.1-2019.
- Monitoreo de condición: implemente un monitoreo continuo de temperatura y vibración utilizando sensores habilitados para IoT (por ejemplo, Honeywell CM500) para detectar signos tempranos de estrés térmico.
- Mejoras de diseño: asegúrese de que los sistemas HVAC estén dimensionados para condiciones de carga máxima y que las clasificaciones de los relés coincidan con las especificaciones del motor.
- Capacitación: brinde capacitación continua a los técnicos de mantenimiento sobre el funcionamiento, el tamaño y la instalación del relé térmico.
El mantenimiento regular y el monitoreo del estado reducirán significativamente el riesgo de disparos inesperados y extenderán la vida útil del motor y del sistema de relés.
Conclusión con CTA: acceda al catálogo electrónico UNITEC-D para piezas de repuesto y componentes preventivos
La falla del relé térmico debido a la temperatura ambiente, el perfil de carga y los errores de tamaño pueden provocar tiempos de inactividad significativos e ineficiencias operativas. Al implementar un análisis sistemático de la causa raíz y medidas preventivas, los gerentes de planta y los técnicos de mantenimiento pueden mitigar estos riesgos y garantizar un funcionamiento confiable del motor.
Para piezas de repuesto y componentes preventivos, visite el catálogo electrónico UNITEC-D para encontrar soluciones certificadas que cumplen con ANSI/ASME y diseñadas para entornos industriales.
Referencias
- IEEE 1584-2012: Guía para realizar análisis de fallas en circuitos de CA de bajo voltaje.
- ASME B31.1-2019: Tuberías de energía.
- ANSI/ASME B5.54-2014: Estándar para robots industriales: requisitos de seguridad.
- NFPA 70-2020: Código Eléctrico Nacional (NEC).
- Manual técnico de SKF: Especificaciones del relé térmico para la serie 22244CCK/C3W33.
- Manual de análisis de fallas: principios y práctica del análisis de fallas (segunda edición).
