Los incrementos de los costos y la tendencia a alargar los tiempos de operación de las máquinas son demandas decisivas para la introducción de este concepto de mantenimiento. El requerimiento de Sistemas de Monitoreo de Condiciones (CMS) en la industria de generación eólica tuvo como base la revisión de cláusulas de las aseguradoras alemanas en el ano 2002. Esta revisión establecen que después de 40.000 horas de operación o, a más tardar, después de 5 años, todos los rodamientos de la transmisión y del generador deben ser cambiados. Esta cláusula excluye toda planta eólica que este equipadas con un Sistemas de Monitorieo de Condiciones “adecuadao” y cerificado. Actualmente se incluye esta cláusula en casi todos los contratos de las aseguradoras. Los operadores de aerogeneradores pequeños se plantean con justa razón las siguientes preguntas: ¿Por qué deberían ser usados solamente sistemas caros que estén certificados? y ¿Por qué es necesario transmitir demasiados datos con los sistemas de monitorización de condiciones? Estos operadores desean sistemas de monitorización más económicos con un diagnóstico del estado in situ. Nuestra empresa tomó en cuenta este problema desarrolló un sistema de monitorización llamado Vibnode, el cual es también aplicable a aerogeneradores pequeños.

Técnicas de Monitoreo de Condiciones en Aerogeneradores

El Monitoreo de Condiciones se basa en el registro de señales de vibraciones del mecanismo de transmisión para luego ser comparados con mediciones de referencia. Las cajas reductoras, generadores, rodamientos, rotores y componentes eléctricos tienen formas típicas y frecuencias características en los espectros de vibraciones, en el cual las fallas pueden ser detectadas. El presente artículo destaca con un ejemplo del sistema Vibnode, los aspectos importantes a considerar en la monitorización de un aerogenerador.

CMS para Aerogeneradores de Velocidad Constante

El Vibnode es esencialmente igual al CMS certificado Vibroweb XP, excepto que no posee algunas funciones adicionales necesarias para aerogeneradores que trabajan a velocidad variable. Sin embargo, ofrece un registro permanente del funcionamiento, estado y comportamiento de las vibraciones, lo cual va más allá de los sistemas certificados actuales.

Vibnode trabaja de forma autónoma y es apto para trabajar en red. El sistema posee doce entradas analógicas, dos entradas de impulsos, dos entradas digitales y tres salidas digitales. En su robusta caja se ubican un procesador, un analizador FFT, servidor Web y memoria de datos para períodos prolongados. Para el envío de correos electrónicos y datos de medición el Vibnode utiliza HTTP y no componentes FTP. El Vibnode ya es reconocido por aseguradoras de prestigio para aerogeneradores de hasta 1500 kW y está funcionando en varias partes del mundo.

Vibnode presenta las siguientes características:

• El hardware es adaptable a unidades de velocidad fija.
• Los parámetros de vibraciones, estado y diagnósticos son registrados permanentemente en todas las condiciones de operación.
• La evaluación preliminar y el análisis en detalle son realizados en forma independiente.
• La alerta automática y transmisión remota de datos no utiliza FTP.
• Una central de diagnóstico (Diagnosis-Center) para el almacenamiento y disposición de los datos de medición.

El Vibnode es montado en la góndola y conectado a los sensores instalados en los mecanismos de la transmisión. El sistema requiere una alimentación de 24 VDC. Para la comunicación necesita una conexión a una red convencional. Ambas conexiones pueden ser instaladas fácilmente por un técnico electricista. Opcionalmente se puede agregar una fuente de alimentación y hacer la comunicación TCP/IP vía modem. Las funcionalidades de router se encuentran ya integradas en el sistema.

Vibnode supervisa el comportamiento de las vibraciones propias y de operación, estado y funcionamiento de los mecanismo de la transmisión de velocidad fija, con especial consideración en los sistemas de engranajes y rodamientos. Para esto se instalan sensores de aceleración y de desplazamiento en puntos de medición estándar (figura 2). Se puede conectar opcionalmente un contador de partículas. Los sensores de desplazamiento son utilizados en el sector de operación a baja velocidad donde los rangos estándar de diagnóstico están por fuera. En forma similar sucede, por ejemplo, en una rueda de coche. Debajo de cierta velocidad no es posible sentir un desequilibrio en el volante, sino que este se siente “sólo” como “un movimiento superpuesto” de las ruedas del coche. Es por esta razón que en el modulo del Vibnode se instala al menos un sensor de desplazamiento en el lado accionamiento, con el fin de poder detectar a tiempo y de forma fiable incrementos de holguras, cambios en los rodamientos y en las vibraciones en dirección axial. Opcionalmente pueden ser montados sensores radiales de desplazamiento a 90º en el área del rodamiento principal.

Software para Base de Datos

El Vibnode utiliza un software de PC para base de datos que permite analizar, almacenar y documentar los datos de medición, así como para programar la monitorización de las condiciones. Las tareas de monitoreo, los puntos de medición, así como el nombre del operador del parque, nombre del parque, número de identificación del aerogenerador y del componente del tren de potencia son mostrados y descritos claramente en una estructura jerárquica tipo árbol. En esta estructura los datos son registrados con la fecha de medición.

Cuando se activa una alarma, Omnitrend guía al usuario con la ayuda de símbolos coloreados a través del árbol hasta el punto correspondiente al origen de la alarma. Mediante esta estructuración se pueden comparar los datos de diferentes máquinas y aprovechar las funcionalidades de una base de datos.

Con el módulo opcional WebReport, los operadores pueden descargar por sí mismo los datos de medición directamente del Sistema de Monitorización de Condiciones.

Monitorización Permanente de Vibraciones y Valores Característicos

La experiencia con sistemas certificados ha demostrado que para cada aerogenerador y tipo de funcionamiento se reúnen entre 1 a 2 MB de datos de medición por día. La certificación exige que los resultados de las mediciones para las dos condiciones de operación sean transferidos completamente al centro de diagnóstico. Para una aplicación típica de una transmisión piñón/rueda y/o engranajes planetarios se pueden obtener alrededor de 200 valores característicos, los cuales deben ser supervisados por especialistas en diagnóstico. En este caso la pregunta es: ¿Es posible que estas actividades rutinarias no sean realizadas directamente por el Sistema de Monitorización de Condiciones? ¿Por qué limitar las mediciones a dos condiciones de operación?

El Vibnode permite realizar el análisis de frecuencias permanentemente. Para cada punto de medición es posible supervisar hasta 25 valores característicos en cada análisis de frecuencia (basados en valores picos y valores rms) sobre todo el rango de operación. El análisis en las bandas de frecuencias puede definirse en forma estacionaria o dependiente de la velocidad de rotación de la máquina, estas se pueden superponer sin problemas por que ellas son independientes entre sí. El siguiente ejemplo muestra por que es importante medir en todo el rango de operación.

La figura 3a muestra las vibraciones características de un rodamiento autoalineante de bolas. Se pueden identificar en estas mediciones permanentes amplitudes superiores a 1 m/s2 así como también en amplitudes con rangos mucho más bajos. Estas diferencias en los niveles de vibración son causadas por daños parciales en la pista interna del rodamiento autoalineante ubicado en la parte del tren motriz mostrada en la fig. 3b en color rojo. Si la carga es predominante en su componente axial, el daño en la pista del rodamiento no generará altas vibraciones. Este tipo de daños sería difícil de reconocer con mediciones portátiles o con una selección incorrecta de las condiciones de operación.

Independiente Evaluación Previa y Análisis en Detalle.

La cantidad de datos a procesar por los Sistemas de Monitorización de Condiciones es enorme. La mayoría de los sistemas (certificados) CMS reduce la cantidad de datos procesando previamente el espectro de frecuencia a partir de las señales de tiempo y guardándolos o enviándolos en paquetes de datos pequeños, independientemente de que sean señales de desplazamiento, velocidad o envolventes.

Vibnode ofrece la posibilidad de que los usuarios con derechos de administrador puedan definir como se debe proceder con los espectros de frecuencia. Los siguientes tres casos son posibles y combinables:

• Todos los espectros medidos serán enviados y/o almacenados. Nosotros utilizamos este caso, por ejemplo, para la puesta en marcha para un nuevo Sistema de Monitorización de Condiciones.
• Los espectros de frecuencias se envían tres veces por día. Este procedimiento es necesario según las normas de las aseguradoras.
• Los espectros de frecuencias se envían solamente después de sobrepasar un nivel de alarma. Vibnode evalúa los valores característicos en forma autónoma y envía automáticamente al Centro de Diagnóstico los correspondientes espectros de frecuencias tan pronto uno o más de los valores límites ha sido sobrepasado.

Aviso de Alarma y Transmisión de Datos Automáticos

La comunicación entre el Vibnode en el aerogenerador y el Centro de Diagnóstico se lleva a cabo automáticamente por medio de correo electrónico con los datos adjuntos. Esto se puede llevar a cabo de las siguientes maneras:

• Diariamente y en períodos de tiempo definidos se envía un email con los datos de operación.
• Diariamente se envían los datos de vibraciones, operación y valores característicos de diagnóstico.
• En períodos definidos y dependientes de las condiciones se envían los espectros de frecuencia.
• Enviar inmediatamente notificaciones de alarmas y emergencias.
• Enviar inmediatamente espectros de frecuencia al ocurrir una irregularidad.

La identificación del correo electrónico se realiza en el servidor del correo por medio del encabezado. Debido a que Vibnode es compatible con Ethernet, el Sistema de Monitorización de Condiciones puede ser integrado a redes y a líneas de conexión de banda ancha (por ej. DSL, Figura 4). Si no se dispone de una red, la comunicación se lleva a cabo mediante un módem, el cual puede ser instalado en forma adicional en el gabinete del equipo.

Central de Diagnóstico con Almacenamiento y Disposición de Datos

Un Hardware de Monitoeo de Condiciones apropiado (certificado) no es garantía suficiente para un diagnóstico fiable de fallos. Es necesario contar con una instalación, parametrización y soporte correctos del Sistema de Monitorización de Condiciones, así como una reacción acertada y rápida ante cambios de las condiciones por parte de los especialistas en diagnóstico y el personal de mantenimiento. Dado que no todo operador de Parques Eólicos cuenta con el suficiente know-how o un personal calificado para estas tareas, nosotros ofrecemos estos servicios a través de nuestro Diagnostic-Center. Para aquellos operadores que quieran ejecutar la Monitorización de Condiciones por su propia cuenta, así como desarrollar su propio Centro de Diagnóstico, nosotros asumimos el almacenamiento de los datos de medición y proveemos los resultados a través de Internet (“data hosting”). Los usuarios registrados pueden descargar sus reportes pre-configurados de las mediciones en cualquier momento mediante un ingreso protegido con contraseña.

En caso que nuestra empresa se haga cargo del análisis de los datos de medición, los especialistas del Centro de Diagnóstico se ocupan de fijar los parámetros y valores límites del Sistema de Monitoreo de Condiciones, realizar el control rutinario y detallado de los datos, preparar los reportes de condiciones, así como de reaccionar e informar adecuadamente ante alarmas o emergencias específicas. Tras un diagnóstico de daño, el Centro de Diagnóstico, en cercana cooperación con el cliente, recomienda las medidas a tomar para subsanar la situación.