1. Introducción
En agosto de 2023, en uno de los talleres de una empresa de la industria alimentaria ucraniana surgió una situación crítica: el motor principal de la línea de empaquetado se detenía cada 4-6 horas debido al disparo del relé térmico de protección. El personal técnico reemplazó el contactor en el conjunto tres veces durante la semana, pero el problema persistió. Estos paros no solo reducen la eficiencia general del equipo (OEE), sino que también provocan termociclos en las bobinas del motor eléctrico, lo que reduce su vida útil. Nuestra tarea como ingenieros de UNITEC-D GmbH consiste en realizar una investigación sistemática de las causas raíz según la metodología de análisis de fallos.
2. Revisión del componente y condiciones de explotación
Relé térmico destinado para protección de motores eléctricos de inducción contra sobrecarga, ruptura de fase y asimetría de corrientes. Se encuentra en la caja de control de potencia, inmediatamente después del contactor de corriente alterna. En este sistema se utiliza un motor con potencia nominal de 15 kW (400 V, 28,5 A), que opera en modo repetitivo de corta duración S3 (P.V. 40%).
El control de la parte mecánica se realiza mediante un reductor de alta precisión y un conjunto de husillo, donde los elementos clave de rotación son cojinetes radiales de rodillos de precisión, tales como SKF 7007 CD/P4ADGA, calculados para altas cargas axiales y radiales a velocidades máximas de 12 000 rpm. Cualquier desviación en la parte eléctrica o mecánica se refleja inmediatamente en el perfil de consumo de corriente.
3. Pruebas de fallo y recolección de datos
Durante la visita al lugar, los especialistas de nuestra servicio llevaron a cabo un conjunto de medidas diagnósticas. Se registraron los siguientes parámetros:
- Corriente de trabajo real en modo estable: 26.2 A (inferior al valor nominal del relé 29.0 A).
- Temperatura del aire dentro de la caja de distribución: +52 °C (a la temperatura nominal de calibración del relé +20 °C según EN 60947-4-1).
- Amplitud de vibración en la cubierta de los cojinetes del motor (ISO 10816-3): 1.8 mm/s (dentro de los límites normales para la zona de clase II).
- Termografía de placas bimetálicas del relé: detectado calentamiento localizado en las grupos de contactos hasta +78 °C.
Nota del director técnico: "Los dispositivos de protección suelen reaccionar no ante la sobrecarga del motor, sino ante el cambio del medio físico dentro de las cajas de control compactas durante el período estival".
4. Análisis sistemático de las causas raíz (Método 5 Por qué)
- ¿Por qué se activa el relé térmico? Debido a que las placas bimetálicas se flexionan hasta la posición crítica de apertura debido al exceso de generación de calor.
- ¿Por qué se libera demasiado calor? Debido a la alta corriente de arranque y a la temperatura ambiente elevada en la caja de control.
- ¿Por qué la temperatura en la caja supera los +35 °C proyectados? El sistema de ventilación forzada (ventiladores filtrantes) tiene una capacidad insuficiente debido a la acumulación de polvo.
- ¿Por qué los filtros se saturaron antes del horario programado? El horario de mantenimiento no tomó en cuenta el aumento estacional de la concentración de materiales pulverizados en el taller.
- ¿Por qué no se consideró el coeficiente térmico del equipo? Durante el diseño de la caja de control no se aplicó la corrección para la deratización de la corriente nominal del relé según EN 60947-4-1 a temperaturas superiores a +20 °C.
5. Causas identificadas (Lista ordenada)
| Primera causa | Probabilidad | Pruebas |
|---|---|---|
| 1. Drift térmico debido al calentamiento de la caja | 65% | Temperatura en el gabinete +52 °C; ausencia de compensación térmica en la serie de relés seleccionada. |
| 2. Incumplimiento del perfil de arranque (clase de apertura) | 20% | Los arranques frecuentes en modo S3 provocan un acumulación de calor más rápida de la que se produce el enfriamiento del bimetal. |
| 3. Cálculo incorrecto del valor nominal (error de selección) | 15% | Selección de la banda de ajuste sin tener en cuenta las características de arranque del mecanismo con unidad de husillo. |
6. Acciones correctivas y preventivas
Para resolver la falla actual y prevenir incidentes similares en el futuro se ha desarrollado un plan de acciones:
- Eliminación inmediata: Se instaló un módulo adicional de climatización para la caja de control y se redujo la temperatura interna a +28 °C. La inserción del relé térmico se recalculó teniendo en cuenta las nuevas exigencias DSTU EN 60947-4-1.
- Prevención a largo plazo: Se ha realizado la transición a relés de sobrecarga con funcionalidad extendida e independencia de la temperatura ambiental en el rango de -20 °C hasta +60 °C.
7. Lista de verificación rápida de diagnóstico para personal técnico
Utilice este checklist directamente en el taller en el tablet durante la verificación de la caja de control:
- [ ] Medir la temperatura del aire dentro de la caja de control (norma: hasta +35 °C).
- [ ] Verificar el estado de los filtros de ventilación forzada y limpiarlos con aire comprimido si es necesario.
- [ ] Medir los valores de corriente de fase utilizando pinzas amperimétricas bajo carga.
- [ ] Verificar el momento de apriete de las terminales de potencia (momento recomendado según el manual — 2,5 Nm).
- [ ] Comparar la ajuste real del relé con los datos del motor eléctrico del pasaporte.
- [ ] Evaluar el estado de las superficies de contacto en cuanto a la presencia de signos de oxidación o carbonización.
- [ ] Verificar la integridad de la aislación de las líneas de cable y la ausencia de microfisuras.
- [ ] Verificar la presencia de vibraciones externas en el mecanismo de transmisión de rotación.
8. Estrategia de prevención de fallos
Para alcanzar el indicador MTBF a un nivel superior a 50 000 horas de funcionamiento continuo es necesario implementar lo siguiente:
- Control térmico periódico de las conexiones de contacto de la equipación de conmutación (cada 3 meses).
- Control de la limpieza de los filtros de aire de las cajas de control mensualmente.
- Uso de componentes originales y unidades de giro verificadas (por ejemplo, cojinetes SKF 7007 CD/P4ADGA para garantizar la precisión de los husillos y la ausencia de resistencias mecánicas innecesarias).
9. Conclusión
Los falsos disparos de los relés térmicos casi siempre son consecuencia de defectos en el diseño del sistema de refrigeración de la caja de control o errores en la selección de las correcciones térmicas. Enfoque sistemático en el análisis del entorno y parámetros de corriente permite eliminar completamente los tiempos de inactividad del equipo. El completo catálogo de dispositivos de conmutación certificados, componentes eléctricos y piezas precisas está disponible en nuestro almacén. Consulte las especificaciones técnicas y realice su pedido a través de UNITEC-D E-Catalog.
10. Referencia
- DSTU EN 60947-4-1:2014 Equipo de distribución y control de baja tensión. Parte 4-1. Contactores y arrancadores de motores.
- ISO 10816-3:2009 Vibración. Evaluación de la vibración de las máquinas mediante mediciones en partes no rotativas.
- Catálogo General SKF: Manual Técnico de Rodamientos de Precisión.
- IEEE Std 141-1993 IEEE Guía de Práctica Recomendada para la Distribución de Energía Eléctrica en Plantas Industriales.
