Estudios de tierra física en Monterrey con la NOM 022

Pruebas de sistemas de tierras y chequeo de resistencia de electrodos

Realizamos pruebas a sistemas de tierras, chequeo de electrodos y pararrayos, aprobados por la Secretaría del Trabajo y Previsión Social (STPS) para realizar servicios de verificación en materia de Seguridad, Higiene y Medio Ambiente en el trabajo (inspecciones) bajo la norma NOM-020-STPS-2011. Medimos con picas o con pinzas, para evitar perforar el terreno. También hacemos pruebas de resistividad de terreno con el método Wenner a cuatro picas, con equipos profesionales de última generación.

Reportes profesionales

Generamos reportes profesionales de análisis de interferencias, termográficos y de calidad de energía, entre otros. Caracterizamos componentes de radiofrecuencia. Hacemos estudios de tierra física y pruebas a transformadores en relación de transformación y pruebas de aislamiento en devanados hasta 10Kv. Usamos equipos Fluke, Megger y Metrel de última generación.

Análisis de vibraciones

Resumen

Predecir defectos en los rodamientos de máquinas de baja velocidad con análisis espectral de vibraciones es una tarea difícil. Las vibraciones de estas máquinas son de baja amplitud y el nivel de ruido puede impedir identificar las que generan los defectos. Con ensayos de laboratorio y casos históricos reales de máquinas de la industria de la celulosa y el papel, se ilustra que un análisis integrado del espectro y de la forma de onda de la vibración permite detectar defectos en rodamientos de máquinas de baja velocidad. También se ilustra, con un caso, la utilidad de la técnica peakvue para analizar vibraciones de alta frecuencia.

Introducción

Hoy la mayoría de las industrias modernas usan el monitoreo y análisis de vibraciones dentro de sus programas de mantenimiento predictivo, para conocer el estado de salud mecánica de las máquinas y de sus elementos más críticos, como rodamientos, descansos y engranajes, y así prevenir fallas catastróficas. Cuando las máquinas giran a baja velocidad el análisis se complica, porque la magnitud de las fuerzas dinámicas que generan las vibraciones decrece con la velocidad de rotación. Por ejemplo, el desbalanceamiento genera una fuerza centrífuga proporcional al cuadrado de la velocidad. Además, las máquinas de baja velocidad suelen ser de mayor tamaño y peso, por lo que la señal medida sobre el alojamiento de los descansos suele tener muy baja amplitud y una baja razón señal-ruido.

Para analizar estas vibraciones hay que seleccionar y usar bien los componentes de la cadena de medición, a fin de obtener la mejor razón señal-ruido posible. Aquí, máquina de baja velocidad significa una máquina que opera entre 6 y 300 cpm (ciclos por minuto). Como los rodamientos están entre los componentes más críticos y fallan con mayor frecuencia, el estudio se centra en el diagnóstico de defectos de rodamientos de máquinas de baja velocidad con diversas técnicas de análisis de vibraciones.

Exactitud en el diagnóstico de fallas de rodamientos

Los rodamientos actúan como fuente de ruido y vibración por la variación de compliancia y por la presencia de defectos, aun cuando sean geométricamente perfectos. Los defectos se clasifican en distribuidos (rugosidades superficiales, ondulaciones sobre las pistas y elementos rodantes desiguales) y localizados (grietas, hendiduras, resaltes, picaduras y descascaramiento). Las técnicas de análisis de vibraciones descritas aquí sirven para identificar defectos localizados. Según la ubicación del defecto se generan vibraciones de diferente frecuencia: cuando una superficie defectuosa hace contacto con su superficie de encuentro se producen pulsos periódicos de corta duración, cuya periodicidad depende de la geometría del rodamiento, la velocidad de rotación y la localización del defecto.

Análisis de interferencias

Según la física clásica y el movimiento ondulatorio, interferencia es toda acción correlativa y bilateral entre dos ondas, que produce un aumento o una disminución del movimiento ondulatorio que las originó.

Una interferencia electromagnética puede degradar la eficiencia de un canal de comunicaciones hasta bloquear toda transferencia de información. En todo sistema de transmisión (cable, fibra o radiofrecuencia) hay que procurar que las señales de ruido no sobrepasen ciertos niveles máximos, manteniendo en niveles óptimos la relación entre la señal deseada y la señal interferente.

Los estudios interferométricos son de suma importancia para optimizar el desempeño de una red basada en radioenlaces, y los usan mucho los operadores de telefonía celular. Su campo abarca desde la optimización paramétrica de sistemas UMTS RAN, pasando por las interfaces de aire WCDMA/HSDPA, hasta la correcta operación de las antenas MIMO que dan soporte a LTE 4G.

Los equipos electrónicos no trabajan satisfactoriamente cuando se presentan transitorios o interferencias.

Transitorios

La causa mayor de fallas de los componentes electrónicos de los puertos de interconexión de datos y de control en bajo voltaje es el sobreesfuerzo eléctrico, que usualmente se origina en los transitorios causados por: (1) las descargas atmosféricas; (2) las maniobras de interrupción de cargas inductivas, o (3) las descargas electrostáticas. Este sobreesfuerzo lo causan voltajes de decenas de volts a varios miles de volts, con duración de unas decenas de nanosegundos a unas centenas de microsegundos; son los “picos” de voltaje. Ningún cable enterrado, ni siquiera de potencia, es inmune a los transitorios provocados por los rayos.

Interferencia causada por armónicas

Las armónicas se generan en fuentes de poder conmutadas de computadoras y en variadores de frecuencia, entre otros. Su efecto en los equipos electrónicos se mitiga aumentando el calibre de los conductores, cambiando el diseño y la configuración del transformador de alimentación y usando filtros activos. Los filtros pasivos de capacitores e inductores generalmente no son efectivos (excepto como protección de bancos de capacitores), porque la frecuencia de corte del filtro tiene que ser muy cercana a la fundamental, lo que es prácticamente imposible de diseñar en este tipo de filtro.

Interferencia en radiofrecuencia

La interferencia por radiofrecuencia (RFI, por sus siglas en inglés) es causada principalmente por transmisiones radiales, pero también la producen componentes electrónicos que trabajan a altas frecuencias. En los equipos electrónicos su efecto se minimiza con un buen blindaje en cables y equipos, aunque la mejor manera de eliminar la RFI es blindar el ruido directamente en su fuente. Para ser efectivos, los blindajes deben conectarse a la tierra del sistema.

Análisis termográfico

La termografía infrarroja es la técnica de adquisición y análisis de información térmica obtenida con cámaras termográficas. Con la temperatura como variable de control se pueden detectar anomalías en procesos e instalaciones del sector industrial, así como fallos constructivos en el sector de la edificación.

Una de las causas más comunes de averías en el sector industrial son las conexiones eléctricas defectuosas. La inspección termográfica detecta estas anomalías y permite programar acciones correctivas para anticiparse a la avería.

Análisis de calidad de energía

Marco de referencia

La automatización en la industria, en especial la electrónica de potencia, ha producido equipos de alta capacidad, rendimiento y bajo costo que son cargas no lineales muy sensibles a las variaciones del suministro eléctrico. Estas cargas perturban la energía entregada por las empresas distribuidoras. El análisis de calidad de energía del producto se realiza de acuerdo con la Regulación No. CONELEC 004/001, y la influencia de los armónicos de corriente con la norma internacional IEEE Standard-519-1992. Los resultados de las mediciones de la Dirección de Planificación de CNEL-Milagro y una simulación del efecto de los armónicos de corriente permiten emitir conclusiones para mantener el funcionamiento continuo, seguro y adecuado de los equipos eléctricos y procesos asociados.

En términos técnicos, el abonado espera del proveedor (la empresa distribuidora) un suministro con tensiones equilibradas, senoidales y de amplitudes y frecuencias constantes. Este enfoque se centra en la calidad de energía afectada por distorsiones de la forma de onda (armónicos) y por fluctuaciones de tensión (flicker), con conclusiones sobre posibles soluciones empleadas en la actualidad. El estudio se guía por la Regulación No. CONELEC 004/01 y por mediciones tomadas en los puntos que esa regulación estipula. El levantamiento de información se realizó con el analizador de energía Topas 1000, con los parámetros de la regulación, para brindar un estudio de la calidad del producto para CNEL-Milagro conforme a normativas vigentes o aplicadas en el país.

Estudio básico de calidad de la energía

Objetivo. Evaluar los problemas de calidad eléctrica: transitorios, armónicas, regulación de voltaje, consumo, factor de potencia, revisión del sistema de tierras y fluctuaciones dinámicas de voltaje, para determinar la afectación sobre el sistema y los equipos finales y verificar que cumplan con la norma provisional de CFE L0000-45 “perturbaciones permisibles en la forma de onda de tensión y corriente del suministro de energía eléctrica”.

El análisis debe enfocarse en cumplir con las normas nacionales e internacionales principales, e incluye los siguientes puntos.

Análisis previo

Se discuten con los usuarios los antecedentes detectados sobre todos los problemas que se atribuyen a una mala calidad de energía eléctrica.

Inspección visual

Se hace una inspección visual y un levantamiento de información de la instalación eléctrica y los equipos afectados.

Mediciones

Las mediciones de campo se realizan en las siguientes etapas. Todas se efectúan en condiciones normales de carga.

Neutro y tierra

1. Medición del conductor de neutro y tierra.
2. Diferencia de potencial entre neutro y tierra.

Parámetros eléctricos

1. Voltaje por fase y trifásico.
2. Intensidad por fase y trifásico.
3. Factor de potencia por fase y trifásico.
4. Factor de potencia en desplazamiento.
5. Potencia activa por fase y trifásico.
6. Potencia aparente por fase y trifásico.
7. Potencia reactiva por fase y trifásico.

Armónicas

1. Distorsión armónica total en tensión e intensidad por fase.
2. Contenido armónico en tensión e intensidad hasta la armónica 50 en cada fase.
3. Distorsión armónica total en los conductores de neutro y tierra.
4. Distorsión armónica individual hasta la armónica 50 en los conductores de neutro y tierra.

Transitorios

Se miden transitorios de voltaje y corriente simultáneamente en todas las fases. Todos los eventos transitorios deben capturarse como mínimo con una resolución de ciclo, con registro simultáneo de cada fase.

1. Perfil de voltaje mínimo, promedio y máximo.
2. Sobrevoltajes y caídas de voltaje.
3. Sags.
4. Swells.
5. Impulsos.
6. Microinterrupciones.

Equipos para las mediciones

1. Analizador de redes eléctricas marca Fluke, modelo 435 II Clase A, normativa EN 50160.
2. LISN Line Impedance Stabilization Network, marca Wayne, modelo LSN30B.
3. Megger TTR25 Transformer Turn Ratio tester.
4. Probador de aislamiento marca Fluke, modelo 1507.
5. Pinzas amperimétricas disponibles de 200 A, 1000 A, 2000 A y 3000.
6. Equipo de cómputo personal (laptop), multímetro y herramienta en general.

Ingeniería, elaboración del reporte y presentación de resultados

Se entrega un reporte que detalla:

1. Objetivo del estudio.
2. Metodología utilizada para elaborar el reporte.
3. Desarrollo del estudio, con los resultados de las mediciones en tablas y gráficas de:
   • Formas de onda de tensión y corriente por fase.
   • Distorsión armónica total en tensión y corriente.
   • Distorsión individual hasta la armónica 50 en tensión y corriente.
   • Factor K.
   • Sobrecorriente generada por armónicas.
   • Pérdidas de los equipos de distribución por armónicas.
   • Comportamiento de los parámetros eléctricos con respecto al tiempo (voltaje, corriente, factor de potencia, potencia activa, reactiva y aparente).
   • Porcentaje de desbalanceo de voltaje y corriente.
   • Porcentaje de regulación de voltaje.
   • Flujo de cargas.
   • Transitorios ocurridos.
   • Eventos, con tipo, momento de ocurrencia, duración y magnitud (sags, swells, impulsos, microinterrupciones).
   • Perfil de voltaje y corriente.
   • Niveles de corriente, voltaje y armónicas en el conductor de neutro y tierra.
4. Conclusiones y recomendaciones finales:
   • Situación actual del factor de potencia y recomendaciones para optimizarlo.
   • Efecto de las armónicas en el sistema.
   • Efecto de los transitorios en su sistema.
   • Problemas detectados por otras causas, como sobrevoltaje y desbalanceos.
   • Análisis de los resultados respecto a las principales normas nacionales e internacionales.
   • Soluciones a cada problema detectado, con recomendaciones y sugerencias del equipo necesario.

Al final del estudio se considera una reunión para discutir el reporte y aclarar dudas.