Como el tiempo, arrollar las fallas clásicas de los elementos rodantes del cojinete son aleatorias por naturaleza. Se conforman a un distribución exponencial de Weibull, y son predecidas mejor por métodos estadísticos. Al tratar de hacer las decisiones del reemplazo en un cojinete sospechoso, no pregunte: ¿Cuándo fallará? Es mejor preguntar: ¿Cual es la probabilidad de falla antes del siguiente cierre de rutina?
La tecnología del BearingLifeguard™/MDA descrita en este artículo ha sido desarrollada para proporcionar una respuesta a esa pregunta - las respuestas que ayudarán el proceso de la toma de decisiones. Como un mando a distancia de la televisión que requiere el escaso conocimiento de la tecnología de video, el sistema Vigilante de Cojinete requiere la comprensión mínima de la tecnología fundamental del análisis de vibración. Quita la complejidad y proporciona información útil procesable.
El enfoque de MDA es basado en simple lógica: Dirige los cuatro elementos claves en un monitoreo efectivo del elemento rodante del cojinete: el nivel de reducción de fuerzas de vida, la condición de las superficies del cojinete, la probabilidad estimada del fracaso en un período de tiempo escogido, y el riesgo financiero de la inacción. Aplica las técnicas diagnósticas probadas para obtener estas estimaciones. Mide y cuantifica las fuerzas bajas de aceleración de frecuencia, aspereza de superficie, impacto de defectos, los niveles de proporción y envolvimiento para proporcionar estimaciones significativas de la condición del cojinete y su esperanza de vida. La tecnología es una simple herramienta de monitoreo de cojinete, basada en parámetros, sistema inteligente de próxima generación poderoso, fácil de utilizar.
¿Porqué parámetros?
Reducir los datos a parámetros sencillos le proporciona al usuario final información clara y coherente en una gran variedad de áreas tales como condición del cojinete, vida restante, las fuerzas que reducen la vida, cercanía a la falla, el riesgo financiero de la inacción y el coste total de la falla. Proporcionar información en la forma de parámetro reduce la molestia asociado con sobrecarga de información y simplifica el proceso de la toma de decisiones. Esto puede llevar a la reducción en costos de capacitación, consultoría, errores, comunicación más efectiva, mejores prácticas comparativas y, últimamente, mejor toma de decisiones.
Tecnología MDA
MDA (por sus siglas en ingles: Multiple Discriminant Analysis, en español Múltiple Análisis Discriminatorio) es una herramienta patentada 1 de evaluación de condición que proporciona información en los cuatro factores previamente mencionados que afectan los costos del mantenimiento de la maquinaria. Como lo indica su nombre, el sistema utiliza múltiples técnicas analíticas diseñadas para valorar la condición del elemento rodante del cojinete y reduce cada uno de los resultados del proceso a una métrica o parámetro de 1-10 llamado DISCRIMINANTE. Un valor métrico de <1 indica una condición cercana a óptimo y un valor cerca de 10 indica la condición del peor caso (el falla cercana).
Cuándo un cojinete se degrada, ya sea por rompimiento de la película lubricante, o de fatiga interna, un patrón común desarrollado. Cortes microscópico o grietas internas que comienzan a aparecer. Una falla definida ocurre cuando un defecto de la superficie alcanza 10 mili pulgadas cuadradas. 2. En este proceso, impactos de aceleración medibles y energía de alta frecuencia con características específicas, comienza a desarrollarse. La naturaleza de estas aceleraciones, medidas cuidadosamente en la caja del cojinete, proporciona una útil indicación de la condición de la interfase de la superficie del balín/carrera y severidad de la falla. Mientras que muchos procedimientos de diagnóstico han probado ser útiles, ninguno está sin algún elemento de la incertidumbre. Para mejorar la confiabilidad el sistema de MDA emplea múltiples procedimientos (seis en el sistema descrito) que todo es cuantificado y es reducido a la métrica de 1-10. Los resultados son combinados aún más para producir tres parámetros finales reflejando la condición del cojinete, fuerzas de la reducción y resultado de la esperanza de vida, y uno calcular las probabilidades de falla.
Los Discriminantes
Un discriminante es un elemento de diagnóstico que rinde un parámetro cuantificable relacionado a la condición relacionada a un cojinete específico.
1) El Discriminante de Baja Frecuencia (por sus siglas en ingles; LF Low Frequency) captura el RMS (por sus siglas en ingles root mean square value, en español media cuadrática) de todas las aceleraciones bajas de la frecuencia incluyendo esos causado por la desalineación y el desbalanceo rotacional, hasta aproximadamente cuatro veces la frecuencia de rotación. Las aceleraciones medidas cerca de la zona de carga del cojinete con mayor precisión refleja la interfase de las fuerzas de contacto del balín/carrera/caja del cojinete. Las correcciones de nivel son hechas para sistemas de montaje rígido o flexible. Este valor es convertido a una métrica de 1-10.
2) El Índice de Cresta del Discriminante (CF) mide la proporción media entre el valor del pico de la aceleración de alta frecuencia y el valor de RMS de la energía de aceleración. El carácter de esta medida es tal que es muy sensible a micro grietas en las superficies de la cojinete/carrera. Puede ser alto en un nuevo cojinete y a menudo desciende después de que corra y aumenta a valores más altos en las últimas etapas del fracaso.
3) El Discriminante de Alta Frecuencia (HF) es una medida de aceleraciones de alta frecuencia que indica las irregularidades generales de la superficie, aspereza y la degradación de la superficie. Los impactos microscópicos no contribuyen apreciablemente a este nivel a causa de su corta duración y baja energía.
4) El Discriminante de Kurtosis (KF) proporciona una medida exponencial tanto de la duración del corto de pico y de la energía de HF RMS. Responderá totalmente a un cojinete con astillamiento de superficie y a la degradación por la fatiga de micro grietas en la superficie. Es un indicador sumamente seguro de una condición cercano del fracaso.
5) El Discriminante de Envolvimiento(ED) es sensible al impacto de choque de repique en el sistema de medida causado por duraciones de impacto cerca del período resonante del acelerómetro. Convierte el RMS a una métrica de 1-10 que típicamente aumenta dramáticamente en una condición cercana al fracaso.
6) Las aceleraciones de Pico son convertidas también a una métrica que es tenido en cuenta en el cálculo de la Condición del Cojinete. El valor de P no es demostrado como un Discriminante claro.
Los Discriminantes son demostrados en una gráfica de barras de tiempo como se muestra en la Figura 2 y pueden ser examinados como los último cinco, catorce, 24 o todo, para propósitos de observar los cambios o las tendencias a través del tiempo.
Los Factores
Un factor es una combinación estándar de discriminantes diseñada para proporcionar la métrica de información en condiciones operacionales tales como las fuerzas dinámicas, condición del cojinete y esperanza de vida.
Los valores del Discriminante son cargados y son combinados para producir una Condición de Cojinete (BC) el factor en el que cada técnica de análisis tiene un voto en la condición de la superficie del cojinete. Como se menciono antes, una lectura de 1 indica uno como nuevo, cerca de una condición óptima de funcionamiento y un 10 refleja el acuerdo del diagnóstico que el cojinete esta próximo a fallar. La pantalla del Factor es mostrada en la Figura 3.
El factor final 1-10 de la Esperanza de vida refleja la influencia de la disminución de vida de las fuerzas de las bajas frecuencias Dinámicas DF pone sobre aviso al usuario de la reducción de vida del cojinete. El sistema métrico uniforme 1-10 permite al usuario valorar rápidamente la condición del sistema y pone todo el complejo proceso de actividad fuera de vista. El paso final convierte los factores a números demostrados en una pantalla de información.
La Pantalla de Información del Cojinete (Figura 4) proporciona toda la información principal estimada del cojinete basadas en medidas de MDA: Número de identificación del cojinete, pronóstico en días (ajustable, 45 a 270), Tiempo entre fallas basado en la medida de los datos de la condición del cojinete, Vida Estimada basada en la influencia de las fuerzas dinámicas que actúan sobre el cojinete (usuario definido), la probabilidad del fracaso (POF) en el período del pronóstico, POF a corto plazo (14 días), Estimación de Riesgo –el riesgo financiero de la falla en el período del pronóstico y el Costo Verdadero (definido por el usuario) Costo de la Falla. Al final de la secuencia de recolección de la información y los datos sin procesar, son almacenados para revisión.
Configuración del Sistema
El sistema es implementado en una configuración protegida de una contraseña de tres niveles tanto en la recolección de datos planeada como no planeada o secuencia de reseña. El número de identificación de ensamble y la ubicación son verificadas por código de barras. En el nivel de analista todos los datos recabados pueden ser verificados en el modo de verificación. Permite examinación de Factores, Discriminantes para el nivel y tendencias, así como señal de historia de tiempo y espectro de frecuencia. En el nivel de Supervisor los ensambles, los parámetros del sistema, secuencia de recolección y asignación de contraseña son definidas en la utilidad de la base de datos.
En el nivel Técnico, siguiendo una secuencia planeada o imprevista que el técnico escoge un punto de datos y soportes o conexiones a un acelerómetro industrial existente de 100 mv/G [la energía suministrada es de 24 voltios, 2 ma de corriente constante]. Si la sensibilidad no es de 100 mv/G el usuario puede entrar el valor correcto en el punto de configuración. Si el sensor no es conectado ni es defectuoso, un mensaje de advertencia es mostrado. Una pantalla de "prueba de señal" aparece que demuestra la señal de datos sin procesar para la confirmación del técnico. Cuándo se confirma como "real" el recolector escoge "utiliza estos datos" para iniciar el proceso de recolección.
El nivel de Analista permite análisis más detallado cuando es requerido. Es asumido que en unas instalaciones donde todo trabaja bien, la mayoría de los equipos trabajan apropiadamente y requieren sólo el servicio y verificaciones periódicas. En ocasiones ocurren problemas que requieren de un examen más detallado. Esto es especialmente verdad si asuntos extraordinarios de costos o seguridad son implicados. El nivel de Analista de Bearing Lifeguard (Protector de Cojinetes) proporciona información adicional para el profesional experimentado. Permite acceso a todos los datos de Factores y Discriminantes utilizados en los cálculos del sistema, así como tiempo de aceleración y datos de espectro.
El nivel de Supervisor proporciona acceso a todo lo descrito anteriormente y además el control sobre la programación de la planificación, definiendo los detalles de ensamble, frecuencia de rotación, montaje flexible o duro, velocidad variable o fija y las ubicaciones así como modificar los parámetros del sistema y algún procesamiento de coeficientes.
Más Análisis detallado
Es importante notar que la Métrica proporcionada en el sistema de BearingLifeguard MDA son estimaciones estadísticas basadas en el diagnóstico de la medición de datos. Cuándo la decisión de planificar un reemplazo de cojinete puede ser crítico a un proceso, la seguridad o implica un costo substancial, es prudente examinar con cuidado los datos verdaderos utilizados en el análisis para validar las conclusiones. Mientras los datos almacenados pueden ser cargados y pueden ser examinados independientemente, el sistema proporciona una Etiqueta de conveniente de los datos desplegados para el usuario. El Nivel de Analista puede examinar datos de aceleración filtrados o no filtrados.
Visualización Histórica del Tiempo
La ilustración de la aceleración vs. la señal de tiempo puede ser ampliada para un examen más minucioso.
Visualización de Espectro de Frecuencia
El espectro de la frecuencia puede ser escogido mediante el ingreso a una pestaña y visualizado, ampliado y las frecuencias específicas identificadas y las amplitudes medidas por el analista.
Visualización de Espectro Modulada
El sistema permite examinación mediante la selección de pestaña del impacto de baja frecuencia envolvente. Las frecuencias de impacto son a veces útiles para reconocer la carrera interna, externa o defectos en los balines.
Conclusión
El uso de parámetros en el monitoreo de los elementos rodantes del cojinete representa un nuevo y extraordinario enfoque. No significa que reemplaza la necesidad del análisis de los expertos, sino para hacer el trabajo rutinario de monitoreo menos complejo y más utilizable para los profesionales del mantenimiento. Está diseñado para acomodar al usuario principiante de vibración así como al experto. Para resultados óptimos con este sistema, se requiere un acelerómetro convencional apropiadamente montado, con una resonancia montada entre 15 khz y 24 khz. El sistema puede ser utilizado como un recolector portátil de datos con una computadora portátil con Windows XP, o con una computadora tipo tablet. Una Terminal portátil compacta que proporciona la recolección de datos, forma de ondas e información en la pantalla, estará también disponible. La información de este dispositivo puede ser inalámbrica o salvada en una tarjeta de memoria flash para su posterior descarga. El enfoque Métrico se presta bien a sistemas 4-20 ma y proporciona todos los beneficios analíticos de alta frecuencia, análisis ultrasónico que no posible en una señal 4-20 ma.
El sistema ha sido utilizado efectivamente en motores de banda, cinturón los motores, motores acoplados directamente o flexiblemente, en velocidades de 1750 a 7200 RPM con resultados consistentemente buenos. Se requiere hacer un ajuste previo para maquinaria que trabaja a velocidades más bajas. El usuario puede escoger un período de pronóstico de 90 día a 3600 RPM, o más agresivo o conservador 45, 60, 180, o 270 días para la máquina escogida. Las máquinas de velocidad variables deben trabajar en la velocidad constante al reunir los datos para mejores resultados. Especial atención requieren los sistemas o ensambles conducidos por engranes a causa del ruido del engranado no relacionado al cojinete. Sin embargo, se puede ajustar para rechazar las frecuencias escogidas del engranaje.
John Judd es el Presidente retirado y Fundador de Vibra-Metrics Inc. Trabajando activamente en vibración desde hace 50 años con numerosas patentes, el continua aprendiendo y luchando con el cual obtuvo recientemente su licenciatura en ciencias en la UNH. Ama las nuevas ideas, navegar, pastores alemanes, su familia y muchos amigos. John actualmente trabaja con los Rotarios y con IDI/Sandata, Inc. en NY. Para establecer una base de datos de identificación de niños. Puede ser contactado en John@ bearinglifeguard.com
1. Patent # 6 763 342 B1. Other patents applied for.
2. Ref: Torrington Bearing Serivce Manual
