La prueba de Rotor Surge Test (RSO) es una técnica especializada de diagnóstico diseñada específicamente para motores de rotor devanado accesibles a través de anillos colectores. A diferencia de las pruebas de aislamiento estándar (IR, Hi-Pot), el RSO inyecta impulsos de voltaje directamente en el devanado del rotor para detectar defectos internos que permanecerían ocultos en mediciones convencionales.
Esta prueba es crítica para máquinas de gran envergadura: generadores síncronos de centrales eléctricas, motores de alta potencia en plantas industriales, y equipos donde fallas inter-vueltas pueden causar daños catastróficos. El RSO proporciona capacidad de localización de fallas incluso antes de que se conviertan en cortocircuitos de fase-tierra detectables por protecciones.
Un motor devanado (Wound Rotor Motor, WRM) difiere fundamentalmente de un motor de jaula de ardilla en su construcción de rotor:
- ✅ Rotor: Barras de aluminio/cobre cortocircuitadas por anillos → No accesible
- ✅ Simplicidad: Máxima robustez, mínimo mantenimiento
- ❌ Arranque: Alto par requiere rotor doble-jaula o costosos arrancadores
- ❌ Prueba Impulsos en Rotor: NO es posible sin desarme completo
- ✅ Rotor: Bobinado trifásico similar a estator, conectado a 3 anillos colectores → Accesible
- ✅ Control Arranque: Insertar resistencias externas en circuit rotor → Para ajustable, bajo pico corriente
- ✅ Flexibilidad: Regulación velocidad, control torque
- ⚠️ Complejidad: Anillos colectores + escobillas requieren mantenimiento rutinario
- ✅ Pruebas Rotor: RSO es posible inyectando entre anillos colectores
Los motores WRM son comunes en aplicaciones que requieren alto torque arranque controlado: molinos, trituradores, compresores, cargas con alta inercia.
Las fallas inter-vueltas en devanados de rotor son especialmente peligrosas porque:
- Invisibles a IR: Cortocircuito entre vueltas no reduce a tierra. IR estándar no lo detecta.
- Invisibles a Hi-Pot: No hay ruptura dieléctrica. Voltaje de ruptura sigue siendo alto.
- Calentamiento Progresivo: Corriente circula entre vueltas → I²R pérdidas en zona local → Temperatura 200-300°C
- Degradación del Aislamiento Vecino: Calor acelera envejecimiento de aislamiento adyacente
- Falla Cascada: Después semanas/meses, falla se propaga a otras vueltas, eventual cortocircuito 3 vueltas → 10 vueltas → Fase-tierra
- Daño Catastrófico: Cuando cortocircuito es detectado por protecciones, usualmente ya hay daño térmico severo que requiere rebobinado completo
El RSO explota propiedades electromagnéticas de devanados como sistemas LC distribuidos.
Un devanado rotor puede modelarse como una cascada de elementos L (inductancia por vuelta) y C (capacitancia entre vueltas adyacentes) distribuidas a lo largo del enrollado:
Este circuito posee una frecuencia natural de resonancia determinada por los parámetros distribuyentes:
donde:
L = Inductancia efectiva distribuida del devanado
C = Capacitancia efectiva distribuida entre vueltas
f₀ = Frecuencia natural de oscilación (amortiguada)
Cortocircuito Inter-Vueltas:
- Efectivamente REDUCE la inductancia L (desacopla vueltas cortocircuitadas)
- La capacitancia C apenas cambia
- Resultado: f₀ AUMENTA según √(1/L)
Espira Abierta (Open Turn):
- Efectivamente AUMENTA la inductancia L (aislamiento causa inductancia localizada muy alta)
- Resultado: f₀ DISMINUYE significativamente
Falla Aislamiento Rotor-Tierra:
- La capacitancia C aumenta (ruta de corriente a tierra en paralelo)
- Resultado: f₀ DISMINUYE, además aparecen componentes amortiguadas anormales
| Tipo de Falla | Descripción | RSO Detecta | Signatura Típica |
|---|---|---|---|
| Cortocircuito Inter-Vueltas | 2-5 vueltas en mismo bobina cortas entre sí | ✅ SÍ (crítico) | Frecuencia resonancia AUMENTA, EAR% elevado |
| Cortocircuito Coil-Coil | Bobina completa cortocircuitada con adyacente | ✅ SÍ | Cambios mayores en forma onda, múltiples frecuencias |
| Barras Desconectadas | Soldadura rota entre barra y conexión cola | ✅ SÍ (fácil) | Asimetría fase-a-fase extrema, EAR% muy alto |
| Falla Aislamiento Rotor-Tierra | Breakdown aislamiento entre bobina y núcleo Fe | ✅ SÍ | Amortiguamiento anormal, pérdida resonancia clara |
| Soldadura Alta Resistencia | Unión débil entre barras/anillos (no rota, pero resistencia alta) | ✅ Posible | EAR% marginal, requiere análisis múltiples impulsos |
| Espira Abierta Completa | Vuelta total desconectada del bobina | ✅ SÍ | Frecuencia resonancia DISMINUYE, asimetría |
| Norma | Año | Aplicación | Alcance |
|---|---|---|---|
| IEEE 1415-2009 | 2009 | Rotor Surge Oscillography | Procedimiento, criterios, generadores turbina, motores WRM |
| EASA TR1-2017 | 2017 | Test Recommendations | Directrices reparación/mantenimiento, surge testing rotor |
| IEC 60034-18-31:2010 | 2010 | Rotating Machinery Tests | Pruebas devanados, incluyendo impulsos rotor |
| NEMA MG-1 | 2016 | Motors & Generators | Especificaciones generales, referencia a surge testing |
Aplicabilidad: IEEE 1415 es la norma específica más autorizada para RSO. EASA TR1 proporciona directrices prácticas para talleres de reparación. IEC 60034-18-31 es referencia para mercados internacionales.
El RSO inyecta impulsos de voltaje de corta duración (pulsos) en uno de los terminales del devanado rotor y captura la respuesta transitoria mediante osciloscopio digital.
- Surge tester genera impulso 1-2 kV (voltaje seleccionado según tamaño máquina)
- Impulso tiene flanco de subida MUY rápido (microsegundos): permite excitar frecuencias altas del sistema LC distribuido
- Impulso se inyecta entre dos anillos colectores (ej. A-B del rotor trifásico)
- El pulso viaja por el devanado como una onda que experimenta reflexión y resonancia en descontinuidades
- Pulso se propaga a través del bobinado desde terminal A hacia terminal B como onda que se atenúa gradualmente
- Energía se disipa por resistencia distribuida del cobre y pérdidas dieléctricas
- Forma de onda resultante es oscilación amortiguada típica de sistema LC con factor de amortiguamiento ξ bien definido
- Apariencia: Pulso inicial, seguido por 5-10 ciclos de oscilación ringdown con amplitud decreciente
- Osciloscopio digital captura respuesta transitoria (típicamente 50-100 microsegundos de duración)
- Se almacena forma de onda en memoria
- Se repite para anillos B-C y C-A
- Software compara las tres formas de onda; calcula Error Area Ratio (EAR%)
Patrón esperado: Tres fases (A-B, B-C, C-A) muestran prácticamente IDÉNTICAS formas de onda, superpuestas.
- Devanados simétricos → respuestas idénticas
- EAR% entre fases: < 5% (criterio EASA/IEEE)
Patrón observado: Forma de onda se distorsiona, frecuencia de resonancia AUMENTA, amortiguamiento puede cambiar.
- Fase con cortocircuito: Oscillación más rápida (mayor f₀)
- Fases sanas: Oscilación normal
- EAR% elevado: 20-40% o mayor dependiendo severidad
- Localización aproximada: Retraso temporal de picos permite estimar posición falla en bobina
Patrón observado: Asimetría EXTREMA entre fases. Fase con desconexión muestra forma anómala completamente diferente.
- Fase afectada: Amplitud muy reducida, oscilación distocionada o «apagada»
- EAR% CRÍTICO: > 50-80%
- Diagnóstico: Es la falla más obvia visualmente
- Verificar motor detenido, desconectado de alimentación
- Esperar 5-10 minutos para descarga de energía almacenada
- Inspeccionar anillos colectores: buscar grietas, pitting, carbonizado
- Fotografiar estado previo para comparación post-reparación
- Remover depósitos de carbón (polvo negro) usando cepillo suave o lana de acero fina
- Limpiar óxido superficial con papel esmeril fino (grit 220+)
- NO usar métodos abrasivos fuertes que dañen superficie de plata/cobre
- Secar completamente
- Razón: Contacto eléctrico pobre da lecturas falsas o incompletas
- Antes de RSO, medir IR entre cada fase y tierra (1 minuto @ 500V)
- Registrar valores; son baseline para evaluación posterior
- Si IR < 1 MΩ: NO proceder con RSO (humedad/contaminación excesiva)
| Parámetro | Típico | Notas |
|---|---|---|
| Voltaje Impulso | 500V-2 kV | Depende tamaño motor; IEEE 1415 tabla |
| Tiempo Subida Flanco | 0.5-1 μs | Más rápido excita frecuencias altas |
| Ancho Pulso | 10-50 μs | Dependiente del equipo |
| Impedancia Línea Prueba | 50-100 Ω | Matching impedancia evita reflexiones espurias |
| Tasa Muestreo Osciloscopio | 100 MSps – 1 GSps | Mínimo 50 MSps; 200+ MSps ideal |
| Duración Captura | 50-200 μs | Capturar mínimo 10-20 ciclos amortiguación |
- Conexión A-B: Conectar sondas surge tester a anillos A y B del rotor
- Roja a anillo A (terminal 1 fase A)
- Negra a anillo B (terminal 1 fase B)
- Seleccionar Voltaje: Típicamente 500V para motores < 500 HP, 1-2 kV para > 500 HP
- Activar Captura: Armar osciloscopio en trigger mode
- Inyectar Impulso: Presionar botón en surge tester (genera 1 impulso o ráfaga)
- Capturar: Osciloscopio captura respuesta transitoria
- Repetir 3-5 veces: Para estadística y confirmar repeatability de forma onda
- Guardar Datos: Exportar forma onda a memoria (USB, SD, servidor)
- Conexión B-C: Anillos B y C
- Conexión C-A: Anillos C y A
- Repetir pasos 4 para cada pareja
- Total: 9-15 impulsos (3 fases × 3-5 repeticiones)
- Duración prueba completa: 20-30 minutos
- Después impulsos, medir nuevamente IR entre fases y tierra
- Comparar con valores previos; cambios > 20% son sospechosos (pueden indicar falla incipiente activada por impulsos)
- Si IR degradó significativamente, evaluar si proceder con pruebas adicionales (Hi-Pot, etc.)
Una vez capturadas las formas de onda, el análisis se centra en:
- Aspecto Visual: ¿Las tres fases se superponen bien? ¿Hay cambios obvios en frecuencia o amortiguamiento?
- Frecuencia de Resonancia: Identificar frecuencia de oscilación principal (contar ciclos, dividir por tiempo)
- Amortiguamiento: Evaluar cómo disminuye amplitud en tiempo (factor ζ)
- Simetría de Fase: Comparar pareja de fases mediante algoritmo EAR%
- Cambios Locales: Buscar «kinks» o anomalías en forma onda que indiquen reflexión en falla
El Error Area Ratio es un índice numérico que cuantifica la diferencia entre dos formas de onda (típicamente de dos fases distintas).
Algoritmo: Superponer dos formas de onda, integrar valor absoluto diferencia (error area),
comparar contra área de onda nominal
| EAR% (Máximo) | Criterio | Acción |
|---|---|---|
| < 5% | ✅ Excelente – Aceptable | Motor OK, sin fallas detectables |
| 5-10% | ✅ Aceptable | Variación normal entre fases; monitorear |
| 10-20% | ⚠️ Marginal | Posible falla incipiente; repetir prueba en 3-6 meses |
| 20-50% | ⚠️ Sospechoso | Investigar; probablemente cortocircuito inter-vueltas o defecto localizado; considerar reparación |
| > 50% | ❌ Falla Confirmada | Falla severa detectada; rebobinado requerido, NO operar |
- Diagnóstico: ✅ Rotor SANO
- Acciones: Continuar operación normal; RSO rutinario anual
- Nota: Asegura no hay cortocircuitos inter-vueltas, desconexiones, fallas tierra detectable
- Diagnóstico: ⚠️ Posible cortocircuito inter-vueltas en fase afectada, O variación natural
- Acciones:
- Repetir RSO completo en próxima semana
- Si EAR persiste > 10%: Realizar Hi-Pot, medición inductancia, búsqueda flux magnético
- Monitoreo temperatura rotor durante operación (sensores infra-rojo semanal)
- Planificar rebobinado en próximo shutdown programado
- Diagnóstico: ❌ Falla CONFIRMADA (cortocircuito severo, desconexión, o ambos)
- Acciones:
- ❌ NO OPERAR motor en carga
- Desenergyar inmediatamente
- Enviar a taller de rebobinado autorizado para inspección + reparación
- Reparación típica: Rebobinado completo rotor (no repair localizado viable)
- Duración reparación: 2-4 semanas dependiente disponibilidad repuestos
- Costo: 50-70% precio motor nuevo
Contexto: Generador en central térmica, 15 años operación
Señal de Alerta: Temperatura rotor aumentó 5°C sobre normal, sin razón aparente
RSO Prueba: Fase 1 EAR% = 12%, Fase 2 = 3%, Fase 3 = 4%
Análisis: Cortocircuito inter-vueltas incipiente en Fase 1, aproximadamente 20% del bobinado
Acción: Parado en próximo shutdown programado (3 meses después). Inspección reveló 3 vueltas cortocircuitadas sin daño térmico adicional. Rebobinado preventivo ejecutado.
Resultado: ✅ Evitó falla catastrófica. Si continuaba operación, 2-3 meses más de degradación habría causado falla fase-tierra y blackout regional.
Contexto: Motor bomba centrífuga, 20 años operación, mantenimiento irregular
Síntoma: Vibración anormal, ruido magnético durante arranque
RSO Prueba: Fase B EAR% = 87%, Fases A/C = 4%
Diagnóstico: Soldadura rota entre barra rotor y anillo colector Fase B
Acción: Rotor extraído, soldadura identificada (corrosión progresiva). Re-soldadura manual ejecutada, balanceo rotor
Resultado: Motor reparado funciona normalmente. RSO post-reparación: EAR% = 3% todas fases. Operación extendida 8 años adicionales.
- Periodicidad: RSO rutinario anualmente para máquinas de servicio crítico (> 100 HP, o generadores). Bienal para máquinas no-críticas.
- Timing: Mejor durante paros planeados de mantenimiento, para minimizar interferencias operacionales
- Documentación: Mantener histórico completo RSO: fechas, voltajes, EAR% por fase, formas de onda digitales. Permite trending y detección cambios progresivos.
- Comparación histórica: Más importante que valor absoluto EAR%. Cambio de 5% → 12% en mismo motor sobre 6 meses es más indicativo que valor único 12%.
- Integración Mantenimiento: RSO es complemento a IR/Hi-Pot/Tan δ. No reemplaza, sino agrega inteligencia diagnóstica rotor-específica.
- Personal Entrenado: Operador debe comprender teoría, procedimiento, y limitaciones. Certificación EASA o equivalente recomendada.
- Equipamiento: Requerimientos: Surge Tester (1.5-2 kVA mínimo), Osciloscopio 100+ MSps, analizador FFT (software), cables de prueba especializados con tierra aislada.
El Rotor Surge Test (RSO) es una herramienta diagnóstica especializada pero extremadamente efectiva para motores de rotor devanado y generadores síncronos. Al explotar propiedades electromagnéticas de sistemas LC distribuidos, el RSO detecta cortocircuitos inter-vueltas incipientes y desconexiones que permanecerían invisibles a pruebas convencionales (IR, Hi-Pot).
La clave del éxito es comprender que el RSO detecta cambios en la respuesta transitoria cuando estructura de bobinado es alterada por falla. Comparación simétrica entre fases usando EAR% proporciona base cuantitativa, eliminando subjetividad en interpretación.
Para máquinas de servicio crítico (plantas de potencia, refinerías, instalaciones minería/cemento), implementar RSO como parte integral del programa de mantenimiento predictivo puede prevenir fallas catastróficas, extender vida útil, y generar ahorros significativos en costos no planeados y paradas de producción.