Identificar fallas de rodamientos en una etapa temprana
Chris Hansford
las partes no deseadas del espectro de vibración
hasta que la señal de defecto del rodamiento
se pueda aislar del ruido a su alrededor.
Es fundamental detectar el desgaste, desbalanceo y desalineación de piezas rotativas dentro de la maquinaria para su estado y desempeño general. Esto puede lograrse al instaurar una variedad de técnicas comprobadas. El análisis de vibraciones, por ejemplo, usa acelerómetros para detectar posibles problemas con equipamiento o maquinaria industrial causados por piezas rotativas alineadas incorrectamente, sueltas o desbalanceadas.
Estas técnicas tienden a ser más efectivas durante las últimas etapas del ciclo de desgaste, cuando el daño ya se comienza a producir. Sin embargo, en las primeras etapas de desgaste puede ser difícil separar la señal de desgaste de las frecuencias subyacentes y de fondo de la máquina, ya que las señales de vibración son de baja intensidad durante ese periodo.
La solución
En lugar de esperar a que las tasas de desgaste avancen a una etapa posterior (al punto en que es probable que el desempeño de la maquinaria disminuya mientras aumenta la posibilidad de tiempo de inactividad no programado), los ingenieros de mantenimiento y producción pueden aprovechar una técnica de procesamiento de señal llamada aceleración envolvente.
Esto permite a los ingenieros superar las limitaciones de las mediciones del espectro de velocidad convencionales y detectar la falla de, por ejemplo, rodamientos con elementos rodantes en la etapa más temprana posible. Luego, se puede monitorear la tasa de desgaste y planificar el trabajo de mantenimiento según corresponda.
En la práctica, lo que tiende a ocurrir es que un defecto en un elemento rodante causa repetidos eventos de impacto que generan frecuencias de resonancia en las superficies circundantes de la máquina, haciendo que suene. Aunque la amplitud de la señal sonora decae entre impactos y se convierte en parte de la señal de vibración general de la máquina, no obstante, esta afecta la respuesta de resonancia natural de la máquina en las frecuencias de impacto.
Usando un acelerómetro de alto rendimiento, la aceleración envolvente filtra progresivamente las partes no deseadas del espectro de vibración hasta que la señal de defecto del rodamiento se pueda aislar del ruido a su alrededor. Entonces, la señal se identifica claramente.
Aunque de muchas maneras la aceleración envolvente es la opción ideal para detectar fallas en los rodamientos, esa tiene varias limitaciones posibles que deben tenerse en cuenta antes de instaurarla. La primera consideración para los ingenieros de planta es la idoneidad de cada máquina, ya que la aceleración envolvente no es apta para usar en todas y cada una de las máquinas. La técnica detecta fallas que involucran rozamientos repetidos de metal con metal, lo que significa que cualquier cosa que oculte esto (como juntas o amortiguadores) puede reducir su efectividad.
Lograr resultados exitosos
Aunque de muchas maneras la aceleración envolvente es la opción ideal para detectar fallas en los rodamientos, esa tiene varias limitaciones posibles que deben tenerse en cuenta antes de instaurarla. La primera consideración para los ingenieros de planta es la idoneidad de cada máquina, ya que la aceleración envolvente no es apta para usar en todas y cada una de las máquinas. La técnica detecta fallas que involucran rozamientos repetidos de metal con metal, lo que significa que cualquier cosa que oculte esto (como juntas o amortiguadores) puede reducir su efectividad.
Sin embargo, cuando una aplicación se considera apta, hay varios factores que pueden asegurar mejores resultados. En primer lugar, para medir la señal de bajo nivel, los acelerómetros deben seleccionarse cuidadosamente y en el rango de frecuencia adecuado para adaptarse a las necesidades de la máquina o aplicación en particular.
Una vez especificados y listos para usar, los acelerómetros deben montarse correctamente en una superficie limpia y plana muy cerca del componente que se monitorea para garantizar resultados consistentes. Un montaje deficiente reduce la confiabilidad de los resultados y puede hacer que los datos recopilados sean redundantes, lo que impide que se tomen decisiones correctas y acciones apropiadas.
Figura 1: Los acelerómetros deben montarse de manera segura sobre una base limpia y sólida. Además, deben ubicarse lo más cerca posible al componente monitoreando.
Una vez que los acelerómetros se hayan instalado y calibrado, las lecturas de datos se deben tomar a intervalos regulares durante un período para permitir que los análisis de tendencias sean precisos. Esto permite identificar un estado de deterioro continuo, por ejemplo.
Es importante comprender que la información proporcionada no es una simple respuesta simple de sí o no, ya que se requiere algo de habilidad y experiencia para interpretarla. Por ejemplo, la amplitud del empeoramiento de la condición en realidad puede reducirse con el tiempo a medida que la imperfección se hace más pareja.
Los posibles beneficios de la aceleración envolvente son claros, pero no sería prudente confiar solo en la técnica. Instaurarla como parte de un régimen de monitoreo y análisis más amplio puede ser mucho más efectivo, lo que ayuda a los ingenieros de planta a proteger la salud, el desempeño y la productividad de todos los activos bajo su cuidado.
ACELERACIÓN
ENVOLVENTE EN ACCIÓN
Según el Global Wind Energy Council (GWEC), a fines de 2014 había 268 000 turbinas eólicas en funcionamiento, con un promedio de 8000 componentes separados por turbina. De estos, muchos se relacionan con la transmisión, que se considera la principal causa del tiempo de inactividad prolongado. Se sabe que el desgaste de cajas de cambios y rodamientos, en particular, causa problemas. El monitoreo de vibraciones de forma regular puede evitar estos problemas, eliminando la necesidad de reparaciones costosas.
Sin embargo, la complejidad de una turbina eólica típica presenta un desafío para el monitoreo de vibraciones. Por ejemplo, la turbina principal, la caja de cambios y el generador a menudo tienen instalados más de 15 rodamientos con elementos rodantes, mientras que la caja de cambios incorpora una serie de etapas, cada una con múltiples engranajes. Estos componentes generan vibraciones características únicas con diferentes amplitudes y frecuencias. Estas vibraciones características pueden ser difíciles de aislar entre sí y pueden ocultarse debido al ruido de los sistemas circundantes.
Aquí es donde la aceleración envolvente puede desempeñar un papel crucial, permitiendo a los analistas de vibraciones y a los ingenieros de mantenimiento separar las características de las vibraciones e identificar los cambios en las condiciones de la señal, lo que puede indicar un desgaste creciente.
Para que sea efectiva, la aceleración envolvente requiere el uso de varios acelerómetros instalados en todas las partes rotativas clave. Estas incluyen: los rodamientos principales; etapas de engranajes planetarios, intermedios y de alta velocidad; el generador; rodamientos internos y externos; e idealmente, la góndola transversal y los movimientos axiales.
En cada caso se deben considerar varios factores críticos. En particular, cada acelerómetro debe montarse de manera segura sobre una base limpia y sólida y lo más cerca posible del componente que se monitorea. Habitualmente se utilizan montajes M8 estándar.
También es importante recopilar datos de manera consistente para permitir que cualquier cambio en las condiciones operativas o tendencias en el tiempo sean identificadas con precisión en la etapa más temprana posible.