El poder de correlacionar los resultados del análisis de lubricantes, vibración e infrarrojo

Matthew Adams, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América

Si bien cada una de las tecnologías de mantenimiento predictivo (PdM) pueden funcionar correctamente por sí solas, solo prosperan realmente cuando funcionan al unísono, integradas. Comprender esta estrategia de mantenimiento, junto con las tecnologías que se utilizan y cómo pueden funcionar juntas para impulsar los resultados, a menudo puede ayudar a identificar y resolver problemas de confiabilidad de la maquinaria.

Estrategias de mantenimiento predictivo

El mantenimiento predictivo es un enfoque diseñado para determinar la condición del equipo con el fin de pronosticar cuándo debe ejecutarse el mantenimiento. La falla se monitorea a lo largo del tiempo mediante análisis de lubricante, vibración, termografía infrarroja y otras tecnologías. A continuación, se programa la ejecución del trabajo antes de que se produzca una falla importante de los componentes.

Existen varias ventajas al aplicar una estrategia de mantenimiento predictivo. Se puede notar una reducción en el inventario de piezas y repuestos debido a la identificación de problemas en los componentes semanas o incluso meses antes de que sea probable que ocurra la falla. Esta información permite la planificación del mantenimiento para minimizar las piezas en inventario y reducir los gastos generales de almacenamiento.

También se puede reconocer una reducción en los costos de mano de obra de mantenimiento, ya que se reduce la necesidad de horas extraordinarias no planificadas debido al trabajo imprevisto. Un beneficio adicional es la disminución del tiempo de reparación. A medida que las fallas se detectan antes, ocurren menos fallas catastróficas, lo que reduce la cantidad de componentes a reparar y las horas de mantenimiento dedicadas a la máquina.

Si bien esta estrategia tiene varias ventajas, también hay un par de desventajas que mencionar. Primero, puede ser costoso de implementar debido a la capacitación y los costos iniciales de las herramientas específicas de la tecnología. También requiere tiempo para que el personal domine una tecnología determinada.

Aunque aquí solo se discutirá la estrategia predictiva, las estrategias proactivas, preventivas y reactivas deberían jugar un papel en las operaciones diarias de mantenimiento. Es simplemente una cuestión de identificar dónde y cuándo debe emplearse cada uno.

Tecnologías predictivas

Dentro del ámbito del mantenimiento predictivo, se pueden utilizar varias tecnologías. Las tres tecnologías principales que se revisarán aquí son el análisis de lubricante, vibraciones y termografía infrarroja. Otras tecnologías, como el ultrasonido, el análisis de la corriente del motor y la amplificación del movimiento, también pueden desempeñar un papel importante según el componente y la aplicación.

Análisis de lubricantes

El análisis de lubricantes es una de las tecnologías más antiguas que todavía se aplica en la actualidad. La función de un lubricante es controlar la fricción, el desgaste, la corrosión, la temperatura y los contaminantes, así como transmitir potencia.

Esto se logra manteniendo la condición del lubricante, el sistema de lubricación y la máquina. En pocas palabras, el objetivo debe ser preservar un ambiente limpio, fresco y seco.

El análisis de lubricantes se puede dividir en grasa y aceite, con tres grupos de enfoque específicos: propiedades de los fluidos, contaminación y partículas de desgaste.

Se pueden realizar varias pruebas diferentes en cada grupo, dependiendo de las condiciones mencionadas anteriormente. Algunas de las pruebas más comunes que se realizan de forma rutinaria son el análisis de viscosidad, el contenido de humedad y el conteo de partículas.

Análisis de vibraciones

El análisis de vibraciones es el proceso de monitoreo de anomalías y tasas de cambio en la firma de vibración de un sistema. A medida que esta firma comienza a cambiar, la condición del equipo también comienza a cambiar. Estos cambios se controlan principalmente en los datos espectrales y de forma de onda, pero también se puede utilizar la fase según la aplicación.

Los datos de forma de onda son una medida de la aceleración en el tiempo, mientras que los datos espectrales son la medida de la amplitud sobre la frecuencia. La fase es esencialmente la relación que existe entre dos entidades.

Es importante comprender qué unidad se está observando con respecto a la frecuencia, ya que esto juega un papel clave en el análisis. La frecuencia se ve comúnmente en ciclos/revoluciones por minuto (CPM/RPM), Hertz (Hz) u órdenes (respuesta de velocidad de ejecución). Como se mencionó anteriormente, las fuentes de vibración se pueden encontrar en el análisis espectral, de forma de onda y de fase, pero la mayoría de los análisis se realizan a menudo en el espectro.

Los síntomas de vibración del equipo observados durante el análisis se dividen en tres secciones: sub síncrono, sincrónico y no sincrónico. Los síntomas observados en la sección sub síncrona ocurren a un ritmo mayor que la velocidad de giro.

Algunos ejemplos pueden incluir latigazo de aceite o vibración de la correa. Los síntomas que son síncronos ocurren a una velocidad de giro o múltiplo de esta. La mayoría de los problemas que se observan en la vibración suelen caer en este ámbito. Ejemplos de problemas sincrónicos incluirían desbalanceo, desalineación y holgura.

Los síntomas no sincrónicos serían cualquier elemento por encima de la velocidad de operación que no sea un múltiplo de esta. Algunos ejemplos de síntomas no sincrónicos serían resonancia, cavitación y fallas en los rodamientos.

También es importante saber cuándo recopilar datos de vibraciones. Los datos de vibración de referencia generalmente se recopilan en la instalación de la máquina. Una vez desarrollada la línea de base, se debe establecer una frecuencia a la que se recopilan los datos generales de vibración y los valores se deben comparar con la línea de base para realizar una comparación.

Otras pruebas de vibración que podrían realizarse para comprender mejor los problemas una vez detectados incluyen datos de alta resolución, pruebas de resonancia y fase de canal cruzado.

Termografía infrarroja

El análisis de termografía infrarroja puede describirse como la detección de la energía de radiación emitida, transmitida y reflejada, y luego convertida en una pantalla de temperatura desde un dispositivo sin contacto. El objetivo principal de esta tecnología debería ser identificar los cambios en la variación de la radiación, distinguir las anomalías térmicas y el reemplazo del variador antes de que se produzca un trabajo de mantenimiento significativo o un tiempo de inactividad del equipo.

Comprender dónde reside la energía infrarroja en el espectro electromagnético permite a los usuarios comprender mejor cómo se relaciona la luz visible con la infrarroja. La banda de longitud de onda de la luz visible que nuestros ojos tienen la capacidad de percibir rangos de menos de 1 micrón. Justo después de la luz visible, el infrarrojo entra en juego en longitudes de onda ligeramente más largas.

Por lo general, el análisis de termografía infrarroja se opera a 3 a 5 micrones para aplicaciones de rango medio y de 8 a 15 micrones para aplicaciones de largo alcance. Los dispositivos infrarrojos con sensores tienen la capacidad de detectar la radiación en este rango debido a que su sensibilidad abarca el infrarrojo cercano.

Los levantamientos infrarrojos generalmente se realizan al finalizar la instalación del equipo o cuando se vuelve a poner en servicio para identificar un punto de referencia. Las evaluaciones generalmente se completan con una frecuencia de rutina después de esto, dependiendo de la criticidad y el estado operativo del equipo.

Es común ver rangos anormales, de alerta y de alarma configurados en el equipo como identificadores de cuándo actuar. La termografía infrarroja, como todas las demás tecnologías, se puede utilizar como una herramienta de referencia cruzada, así como para ayudar a solucionar problemas relacionados con los componentes.

Uso de las tecnologías predictivas

Ahora que comprende lo que es una estrategia de mantenimiento predictivo y las tecnologías que caen bajo su paraguas, es hora de determinar cómo puede utilizar estas tecnologías en conjunto para obtener mejores resultados en el campo.

Las fallas de rodamientos, cajas de engranajes, desalineación y bombas son problemas recurrentes que a menudo desafían la confiabilidad y pueden minimizarse significativamente mediante la colaboración de estrategias de mantenimiento predictivo.

Problemas de rodamientos

Los problemas de los rodamientos a menudo surgen en forma de sobrecalentamiento, falso brinelling, contaminación con partículas, corrosión, desalineación y fatiga típica a lo largo del tiempo. La aplicación integrada de análisis de lubricantes, vibraciones e infrarrojo puede ayudar a identificar y solucionar estos problemas.

Desde la perspectiva del análisis de lubricantes, es posible que desee efectuar conteo de partículas, análisis de elementos y ferrografía analítica. Los problemas de vibración con respecto a los rodamientos aparecerían con frecuencia en ciertas frecuencias de falla de los rodamientos para la pista interior, la pista exterior, la jaula o las bolas del rodamiento, así como dos veces la velocidad de rotación de un rodamiento ladeado. El análisis infrarrojo es otra opción de referencia cruzada.

A medida que el rodamiento comienza a degradarse, se debe ver un aumento notable en la temperatura correspondiente a la especificación de la placa de identificación sobre la temperatura ambiente o contra otros equipos redundantes comunes. Siempre es una buena práctica tener en cuenta la regla de tasa de Arrhenius con rodamientos. Básicamente, establece que por cada aumento de temperatura de 10 ºC, se reduce la vida útil del rodamiento a la mitad.

Fallas en cajas de engranajes

Las fallas en cajas de engranajes son otro problema reincidente del tiempo de inactividad en muchas plantas. Estas fallas se producen con frecuencia debido a los engranajes mal alineados y excéntricos, desgaste por frotamiento o abrasión, picaduras (pitting) en los dientes de los engranajes, y fatiga por flexión prolongada. Las pruebas de lubricantes a considerar con este tipo de falla incluirían conteo de partículas y análisis de elementos.

Lo más probable es que la vibración se muestre en el espectro en la frecuencia de la zona de contacto de los engranajes, así como en los armónicos asociados con ellos. También se puede detectar mediante análisis de forma de onda. Los resultados del análisis de infrarrojos a menudo deben mostrar signos de temperatura elevada de una etapa de engranaje a otra o de un extremo a otro.

Fallas de alineación

Las fallas de alineación ocurren rutinariamente por desalineación angular o descentrada, condiciones de pata floja o suspendida, condiciones de arco del rotor o bases defectuosas. Las opciones de análisis de lubricante relacionadas con problemas de alineación incluirían el endurecimiento de la grasa y el análisis de elementos.

La firma de vibración a considerar sería una o dos veces la velocidad de funcionamiento, dependiendo de si se trata de una desalineación angular o paralela. La fase de canal transversal sería otra herramienta útil para la desalineación. Realizar comprobaciones de fase en el motor, el acoplamiento y las patas son opciones extremadamente útiles.

Los problemas de alineación también se pueden diagnosticar fácilmente mediante termografía infrarroja a través de lecturas elevadas en el área directa de interés en el interior del equipo conductor o conducido.

Fallas en bombas

Finalmente, las fallas en las bombas ocurren principalmente debido a cavitación, recirculación, turbulencia, soltura de rotación y desgaste del elemento. Las principales pruebas de análisis de lubricantes a realizar serían el conteo de partículas y la ferrografía analítica.

Las firmas de vibración a considerar incluirían ruidos elevados debido a cavitación, la frecuencia de paso de las paletas de la bomba, el número de paletas de la bomba multiplicado por la velocidad de funcionamiento y la holgura de rotación en los armónicos de velocidad de funcionamiento. Al igual que con la vibración y el análisis de lubricantes, la termografía infrarroja también juega un papel importante a través de las anomalías que se observan con el desgaste del revestimiento en la carcasa de la bomba y las temperaturas de la carcasa de los rodamientos.

En conclusión, aunque una tecnología puede funcionar correctamente por sí sola, a menudo es una buena práctica utilizar varias tecnologías para solucionar problemas. Al comprender la estrategia de mantenimiento predictivo, qué tecnologías se pueden utilizar y cómo funcionan juntas para generar resultados, puede ayudar de manera significativa a identificar y resolver problemas de confiabilidad de la maquinaria.