Pruebas Estáticas en Máquinas Rotativas
Protocolo completo de ensayos sin energizar: desde resistencia DC hasta descargas parciales. Criterios de aceptación por norma para motores de inducción, síncronos y generadores.
Contenido
01TL;DR
¿Qué pruebas estáticas son obligatorias antes de energizar?
Rutina mínima: Resistencia DC + IR + PI. Post-rebobinado agrega Hi-Pot y Surge. En MT/AT se incorpora Tangente Delta y Descargas Parciales.
- Rutina mínima (BT): Resistencia de devanados DC + IR (1 min) + PI (10 min)
- Post-rebobinado: + Hi-Pot (tensión aplicada) + Surge (impulso entre espiras)
- Media tensión ≥ 2,3 kV: + Tangente Delta (tan δ) + Descargas Parciales (PD)
- Jaula de ardilla: + Growler o RSO para barras rotas
- Criterio rápido PI: PI ≥ 2,0 = apto · PI < 1,5 = no energizar
02Normativas de referencia
Seis organismos normalizan las pruebas estáticas. Sus criterios son complementarios, no excluyentes — un protocolo robusto los integra todos.
IEEE 43-2013
Resistencia de aislamiento y PI para máquinas rotativas. Define tensiones de prueba DC y valores mínimos por clase de tensión.
IEC 60034-1/15/27
Serie completa: ensayos rutina, tipo y especiales. IEC 60034-27 cubre descargas parciales en bobinados de máquinas.
API 541 / 546 / 547
Motores para industria de procesos. Desde inducción jaula hasta síncronos de gran potencia. Requisitos de aceptación en fábrica y campo.
EASA AR100 / AR104
Estándar de rebobinado. AR100 define reparación aceptable; AR104 cubre ensayos de rotor jaula con Growler y RSO.
IEEE 112 / 522
IEEE 112: métodos de prueba para motores y generadores, incluye resistencia DC. IEEE 522: prueba surge para estator bobinado.
NEMA MG-1 / CIGRE WG
NEMA MG-1: especificaciones constructivas norteamericanas. CIGRE WG A1 publica guías de diagnóstico para grandes máquinas.
03Clasificación de pruebas
Comisionamiento y mantenimiento
Se ejecutan en toda máquina antes de la primera energización y en cada mantenimiento mayor. Mínimo aceptable en cualquier instalación.
Post-rebobinado y máquinas nuevas
Requeridas para certificar calidad del aislamiento post-reparación antes de puesta en servicio definitiva.
MT/AT y mantenimiento predictivo
Para máquinas de media/alta tensión. Requieren equipos especializados y personal certificado.
04Metodología de ensayo
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Pasos del protocolo
Secuencia ordenada que previene daños al aislamiento y garantiza resultados reproducibles conforme IEEE 43
Fuente: IEEE 43-2013 · IEC 60034-1 · EASA AR100
- Desconexión y bloqueo (LOTO) Aplicar procedimiento en todas las fuentes de energía. Verificar ausencia de tensión con multímetro calibrado.
- Inspección visual Revisar daños en carcasa, tapas de rodamientos, caja de bornes. Documentar con fotografías antes de cualquier prueba.
- Limpieza de bornes Limpiar con trapo seco o alcohol isopropílico. Contaminación en bornes genera lecturas de IR erróneas por corrientes superficiales.
- Temperatura del devanado Medir y registrar temperatura (°C). Todas las lecturas de resistencia e IR deben corregirse a 40 °C para comparación histórica.
- Resistencia de devanados (DC) Medir por fase con puente Kelvin o microóhmetro. Calcular desbalance ΔR%. Registrar temperatura ambiente.
- Resistencia de aislamiento (IR) a 1 min Aplicar tensión DC normalizada según clase de tensión. Registrar lectura exacta al minuto. Descargar inmediatamente.
- Índice de Polarización (PI) a 10 min Continuar misma tensión hasta 10 minutos. PI = IR₁₀/IR₁. Valores bajos indican humedad o contaminación.
- Prueba Growler o RSO Para motores jaula: detectar barras rotas. Requiere rotor extraído o acceso directo al rotor ensamblado (RSO).
- Prueba Surge Post-rebobinado: impulso para detectar cortocircuitos entre espiras. Tensión según IEEE 522. Solo si IR es aceptable.
- Hi-Pot — Tensión aplicada Solo si IR es aceptable. Rampa lenta, monitorear corriente de fuga continua. Parar ante cualquier anomalía.
- Diagnóstico avanzado MT/AT En máquinas ≥ 2,3 kV: Tangente Delta y Descargas Parciales. Comparar contra valores de base histórica.
- Documentación y evaluación Compilar resultados, corregir por temperatura, comparar contra criterios normativos e histórica. Emitir informe.
05Motor de inducción
Las pruebas difieren significativamente entre rotor jaula de ardilla y rotor devanado, principalmente por la accesibilidad del rotor y la existencia de un segundo circuito eléctrico.
5.1Rotor jaula de ardilla
| Prueba | Norma | Criterio aceptación | Criterio rechazo | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia DC | IEEE 112 | ΔR% < 3% entre fases | ΔR% > 10% | Corregir a 40 °C |
| IR (1 min) | IEEE 43 | > 100 MΩ (BT) · > 2 MΩ/kV (MT) | < 1 MΩ BT | Ref. 40 °C |
| PI (10 min) | IEEE 43 | PI ≥ 2,0 (excelente ≥ 4,0) | PI < 1,5 | IR₁₀/IR₁ |
| Growler / RSO | EASA AR104 | Sin resonancia | Rumble claro = barra rota | Rotor desmontado |
| Surge | IEEE 522 | EAR < 5% | EAR > 15% | Post-rebobinado |
| Hi-Pot CA | IEC 60034-15 | I fuga < 10 mA · 60 s | Flashover / I creciente | 2×Vn + 1 kV |
5.2Rotor devanado
| Prueba | Estator | Rotor | Anillos rozantes |
|---|---|---|---|
| Resistencia DC | 3 fases | 3 fases (vía anillos) | Continuidad a tierra |
| IR / PI | 1000 V DC · 10 min | 500 V DC · 10 min | Limpiar previamente |
| Hi-Pot | 2×Vn,est + 1 kV | 2×Vn,rot + 1 kV | No aplica |
| Surge | Sí | Sí (voltaje reducido) | No aplica |
06Motor síncrono y generador
Las máquinas síncronas requieren pruebas adicionales sobre el devanado de campo (rotor). La tensión de campo suele ser CD 125–600 V, con criterios de IR propios.
Ventajas diagnósticas
- Rotor accesible: PI del campo de fácil medición
- Resistencia de campo indica estado de bobinas de polo
- RSO detecta cc entre espiras en campo de rotor
- Prueba de ground fault del campo por instrumentación dedicada
- Termografía en anillos rozantes y escobillas posible
Desafíos específicos
- Sistema de excitación debe desconectarse antes de pruebas
- Rectificadores giratorios ocultan fallas en máquinas brushless
- Amortiguadores (jaula de amortiguación) difíciles de probar estáticamente
- Curva de saturación requiere prueba dinámica adicional
- Grandes máquinas: necesitan tierra temporal en neutro
| Elemento | Prueba | Tensión prueba | Criterio mínimo |
|---|---|---|---|
| Estator (armadura) | IR / PI | 2500 V DC (MT) | IR ≥ 2 MΩ/kV · PI ≥ 2,0 |
| Campo (rotor) | IR | 500 V DC | IR ≥ 1 MΩ (IEEE 43) |
| Estator | Hi-Pot CA | 2×Vn + 1 kV · 60 s | I fuga < 10 mA |
| Bobinas de polo | Resistencia DC | — | ΔR% < 5% entre polos |
| Amortiguadores | Continuidad | — | Resistencia uniforme entre barras |
07Matriz de aplicabilidad
● Obligatoria · ○ Recomendada · — No aplica
| Prueba | Motor jaula BT | Motor jaula MT | Rotor devanado | Síncrono / Generador |
|---|---|---|---|---|
| Resistencia DC | ● Obligatoria | ● Obligatoria | ● Estator + Rotor | ● Estator + Campo |
| IR (1 min) | ● Obligatoria | ● Obligatoria | ● Estator + Rotor | ● Estator + Campo |
| PI (10 min) | ○ Recomendada | ● Obligatoria | ● Estator | ● Obligatoria |
| Hi-Pot CA/CD | ○ Post-rebobinado | ● Post-rebobinado | ○ Post-rebobinado | ○ Post-rebobinado |
| Surge | ○ Post-rebobinado | ● Post-rebobinado | ○ Post-rebobinado | ○ Post-rebobinado |
| Growler / RSO | ● Rotor extraído | ● Rotor extraído | — No aplica | — No aplica |
| Tangente Delta | — No aplica | ● MT/AT | ○ MT solamente | ● Grandes máquinas |
| Descargas Parciales | — No aplica | ● MT/AT | ○ MT solamente | ● Grandes máquinas |
| Vibración / Run-out | ○ Recomendada | ○ Recomendada | ○ Recomendada | ● Obligatoria |
08Pruebas detalladas
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Pruebas documentadas
Desde resistencia DC básica hasta descargas parciales — protocolo completo con criterios normativos
Fuente: IEEE 43 · IEEE 522 · IEC 60034-27 · EASA AR100/AR104
8.1Resistencia de devanados (DC)
| Condición | ΔR% entre fases | Diagnóstico y acción |
|---|---|---|
| Excelente | < 1% | Devanado en perfectas condiciones |
| Aceptable | 1% – 3% | Normal, dentro de tolerancia de fabricación |
| Marginal | 3% – 10% | Investigar: posibles conexiones flojas o errores de bobinado |
| Rechazar | > 10% | No energizar: defecto confirmado, requiere reparación |
8.2Resistencia de aislamiento (IR)
| Vn nominal | Tensión prueba DC | IR mínima | IR recomendada |
|---|---|---|---|
| ≤ 1000 V (BT) | 500 V DC | > 100 MΩ | > 500 MΩ |
| 1001 – 2500 V | 500 V DC | > 100 MΩ | > 1000 MΩ |
| 2501 – 5000 V (MT) | 1000 V DC | > 2 MΩ/kV | > 5 MΩ/kV |
| 5001 – 12000 V | 2500 V DC | > 2 MΩ/kV | > 5 MΩ/kV |
| > 12000 V (AT) | 5000 V DC | > 2 MΩ/kV | > 10 MΩ/kV |
8.3Índice de polarización (PI)
| PI | Condición | Acción |
|---|---|---|
| < 1,0 | Falla inminente | NO ENERGIZAR |
| 1,0 – 1,5 | Deficiente (húmedo/sucio) | Secar o limpiar antes de energizar |
| 1,5 – 2,0 | Marginal | Monitorear, limpiar si posible |
| 2,0 – 4,0 | Bueno | Apto para servicio |
| > 4,0 | Excelente | Aislamiento en óptimas condiciones |
8.4Hi-Pot — Tensión aplicada
| Vn nominal | Hi-Pot CA | Hi-Pot CD | Duración | I fuga máx. |
|---|---|---|---|---|
| 480 V | 1 960 V CA | 2 740 V CD | 60 s | < 10 mA |
| 4 160 V | 9 320 V CA | 13 050 V CD | 60 s | < 10 mA |
| 6 600 V | 14 200 V CA | 19 880 V CD | 60 s | < 10 mA |
| 13 800 V | 28 600 V CA | 40 040 V CD | 60 s | < 10 mA |
8.5Prueba Surge (impulso entre espiras)
| EAR (%) | Condición | Diagnóstico |
|---|---|---|
| < 5% | Excelente | Sin defectos entre espiras |
| 5% – 15% | Marginal | Investigar, repetir prueba |
| > 15% | Falla | Cortocircuito entre espiras confirmado |
8.6Growler / RSO — Barras rotas de rotor
- Growler manual: Rotor extraído, bobina en «U». Barra rota → rumble claro y chispa visible en la ranura afectada
- RSO: Puede hacerse con rotor ensamblado. Resolución por ranura individual, resultado en minutos
- MCSA en campo: Análisis espectral de corriente durante arranque — detecta barras sin desmontaje
8.7Tangente Delta (tan δ)
| tan δ a Vn/2 | Condición | Δtan δ (0,2→1,0 Vn) | Acción |
|---|---|---|---|
| < 0,5% | Excelente | < 0,1% | Sin acción |
| 0,5% – 2% | Bueno | < 0,3% | Monitorear anualmente |
| 2% – 5% | Marginal | 0,3% – 0,8% | Inspección en próxima parada |
| > 5% | Deficiente | > 0,8% | Programar reemplazo de aislamiento |
8.8Descargas Parciales (PD)
| Nivel PD (pC) | Condición | Acción recomendada |
|---|---|---|
| < 100 pC | Excelente | Sin acción, continuar operación normal |
| 100 – 500 pC | Bueno | Monitorear cada 2 años |
| 500 – 1000 pC | Marginal | Monitorear anualmente, plan de mantenimiento |
| > 1000 pC | Crítico | Parada programada — rebobinado requerido |
8.9Continuidad de devanados
Con multímetro entre terminales de cada fase. Detecta circuitos abiertos por conductores rotos, conexiones sueltas o fusibles internos quemados. Siempre ejecutar antes de IR. Tiempo: < 5 min.
8.10Polaridad e identificación de terminales
Verifica marcado U1/U2, V1/V2, W1/W2 con pulso de batería DC. Crítico en máquinas rebobinadas sin marcado. Error de polaridad genera circulación de corrientes y sobrecalentamiento indetectable por protecciones de sobrecorriente.
8.11Resistencia de contacto en colector / escobillas
Medir con micro-ohmímetro. Valores > 5× nominal indican desgaste o superficie oxidada. Limpiar con piedra carborundum. Escobillas con más del 50% de desgaste: reemplazar preventivamente.
8.12Verificación de RTD / termistores
Medir Pt100 (100 Ω a 0 °C) o Pt1000 (1000 Ω a 0 °C). Un RTD en circuito abierto inhabilita la protección térmica 49 del relay, dejando el motor sin protección de temperatura.
8.13Medición de espacios de aire (air gap)
Con calibres de láminas en 4 puntos radiales (0°, 90°, 180°, 270°). Desbalance máximo aceptable: ±10% del valor nominal (IEC 60034-1). Exceso indica excentricidad del rotor o desgaste de rodamientos.
8.14Run-out mecánico del eje
Con reloj comparador, medir TIR radial. Límite: < 0,05 mm para ≤ 1500 RPM; < 0,025 mm para > 3000 RPM. Exceso indica doblez de eje o daño en rodamientos durante transporte.
09Instrumentación requerida
Megóhmetro digital
Para IR y PI. Rango mínimo 20 GΩ, tensiones seleccionables 500/1000/2500/5000/10000 V DC. Función PI y DAR automática.
Puente Kelvin / Microóhmetro
Resolución 1 μΩ (BT) a 10 μΩ (MT). Corriente de prueba estabilizada ≥ 10 A para lecturas precisas en bajas resistencias.
Probador de alta tensión + Surge
Hi-Pot CA/CD hasta 30 kV con limitador automático. Surge con display de forma de onda y cálculo EAR automático.
Equipo PD y Tan δ
Medición simultánea de PD (pC) y tan δ. Análisis PRPD para identificación del tipo de defecto por patrón de fase.
| Instrumento | Calibración requerida | Intervalo | Estándar |
|---|---|---|---|
| Megóhmetro | Certificado NIST-trazable | 12 meses | IEC 61557-2 |
| Microóhmetro | Patrón de resistencia certificado | 12 meses | IEC 61557-4 |
| Probador Hi-Pot | Voltímetro y amperímetro calibrados | 6 meses | IEC 61010-1 |
| Probador Surge | Forma de onda verificada | 12 meses | IEEE 522 |
| Equipo PD | Calibrador de carga (pC verificado) | 6 meses | IEC 60270 |
10Casos prácticos
Motor 4160 V — PI bajo post-inundación
Motor 500 kW, 4160 V. Parada de emergencia por inundación de sala. IR 1 min: 8 MΩ. PI: 1,2. Decisión: secado en horno a 110 °C por 48 h. Post-secado: IR = 2400 MΩ, PI = 3,8. Retorno a servicio sin incidentes.
Motor 6600 V — PD crítica detectada
Motor 1800 kW, 12 años de servicio. PD en línea: 2800 pC. Tan δ a Vn: 4,2%. Patrón PRPD: cavidades internas por envejecimiento térmico. Motor retirado, rebobinado planificado antes de falla catastrófica en producción continua.
Motor jaula 480 V — Barras rotas RSO
Motor 75 HP, 480 V. Arranques lentos reportados. Prueba RSO con rotor extraído: 3 barras con relación de resistencia 3,2×. Rotor reemplazado. Post-reparación: arranques normales, temperatura 12 °C menor.
Conclusiones
Las pruebas estáticas son la herramienta de diagnóstico más costo-efectiva disponible. Un programa estructurado que combine IR/PI rutinario con PD predictivo en MT/AT puede prevenir el 80% de las fallas catastróficas de aislamiento.
El criterio más importante: PI < 1,5 → no energizar. Este único indicador ha evitado innumerables fallas de devanados en la industria. El valor de la prueba estática está en la ejecución consistente y la comparación histórica de tendencias — no en mediciones aisladas.
Referencias normativas
- IEEE 43-2013 — Recommended Practice for Testing Insulation Resistance of Electric Machinery
- IEEE 112-2017 — Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators
- IEEE 522-2004 — Guide for Testing Turn Insulation of Form-Wound Stator Coils
- IEC 60034-1:2017 — Rotating Electrical Machines — Rating and Performance
- IEC 60034-15:2009 — Impulse Voltage Withstand Levels of Form-wound Stator Coils
- IEC 60034-27:2006 — Off-line Partial Discharge Measurements on Winding Insulation
- IEC 60034-27-1:2017 — On-line Partial Discharge Measurements on Stator Winding Insulation
- EASA AR100-2020 — Recommended Practice for the Repair of Rotating Electrical Apparatus
- EASA AR104 — Guide for Maintaining Medium and High Voltage Induction Motors
- API 541 (5ª ed.) — Form-Wound Squirrel-Cage Induction Motors — 500 HP and Larger
- NEMA MG-1-2021 — Motors and Generators
- ISO 7919-3 — Mechanical Vibration: Measurement on Rotating Shafts
