En la industria minera y cemento, las máquinas deben operar continuamente en condiciones rigurosas, cumpliendo al mismo tiempo con los exigentes objetivos de producción. Muchas plantas dependen de activos que han estado en servicio durante décadas, lo que los hace vulnerables al desgaste, la fatiga y la degradación gradual.
Cuando estos problemas pasan desapercibidos, incluso defectos menores pueden convertirse rápidamente en costosos tiempos de inactividad no planificados. En las operaciones mineras, los tiempos de inactividad pueden costar hasta USD $180,000 por hora, lo que hace que la detección temprana sea crucial. El mantenimiento predictivo (PdM) brinda a los equipos de confiabilidad y mantenimiento la información necesaria para identificar y abordar los problemas de forma temprana, reduciendo los costos de reparación y minimizando las interrupciones en las operaciones.
Los datos de los programas de PdM en instalaciones mineras revelan un patrón claro. Los siguientes cinco tipos de fallas son los más comunes y ofrecen la mayor oportunidad de intervenir antes de que se produzcan.
1. Fallas en los rodamientos
Los rodamientos son uno de los componentes más críticos y propensos a fallas en la maquinaria de minería y cemento. Se encuentran en toda la operación, como transportadores, trituradoras, ventiladores y motores, y su estado afecta directamente el desempeño general de la máquina. Los rodamientos soportan cargas extremas, vibración constante, fuerzas de impacto y contaminación abrasiva, lo que los hace muy susceptibles al desgaste acelerado.
En entornos mineros, otros factores agravan el riesgo: el polvo, la humedad y el material de proceso pueden infiltrarse en los sellos, mientras que la desalineación, el desbalanceo o la lubricación deficiente someten a mayor tensión a los componentes. Dado que los rodamientos suelen estar ocultos y son difíciles de inspeccionar visualmente, un desgaste temprano no detectado puede provocar fallas costosas e inesperadas.
Los indicadores comunes incluyen:
- Aumento de la vibración en frecuencias características del rodamiento
- Defectos en etapa temprana en la pista interior, la pista exterior o los elementos rodantes
Por qué es importante la detección temprana:
Las fallas en los rodamientos suelen desarrollarse con el tiempo. Detectarlas a tiempo permite a los equipos planificar el reemplazo de rodamientos durante las paradas programadas, en lugar de reaccionar ante fallas repentinas que pueden dañar ejes, carcasas y componentes circundantes.
Las fallas en los rodamientos también pueden generar graves riesgos de seguridad, como la expulsión de material, el movimiento incontrolado de maquinaria o la necesidad de que los trabajadores accedan a áreas confinadas o peligrosas para realizar reparaciones de emergencia. La detección temprana mediante el mantenimiento predictivo protege tanto la confiabilidad de los activos críticos como la seguridad del personal, convirtiendo una situación potencialmente peligrosa en una actividad de mantenimiento controlada y de bajo riesgo.
2. Desbalanceo
El desbalanceo se produce cuando el centro de masa de un componente giratorio no está alineado con su eje de rotación. En operaciones mineras y cementeras, el desbalanceo es especialmente común en ventiladores, trituradoras, transportadores y poleas de gran tamaño.
Las causas comunes incluyen:
- Acumulación de material en las aspas del ventilador o superficies giratorias
- Desgaste desigual o erosión
- Componentes rotos o faltantes
- Reparaciones inadecuadas o deficiente reemplazo de componentes
En entornos con presencia constante de polvo y material de proceso, la acumulación de material en los componentes giratorios suele contribuir al desbalanceo. Con el tiempo, incluso pequeñas cantidades de material acumulado pueden aumentar significativamente los niveles de vibración y acelerar el desgaste de los componentes conectados.
Un desbalanceo no controlado aumenta la tensión en rodamientos, ejes, acoplamientos y cimentaciones. También genera un mayor consumo de energía y puede acortar significativamente la vida útil de los activos.
Caso de estudio: Detección de desbalanceo debido a la acumulación de material
Desafío:
Un fabricante global de cemento necesitaba una forma rentable de monitorear activos críticos de nivel II en su planta insignia de Norteamérica. Los sistemas cableados eran demasiado caros y la monitorización basada en rutas no era viable para muchas máquinas, lo que dejaba los activos clave expuestos a fallas no detectadas.
Solución
La planta implementó una solución de mantenimiento predictivo inalámbrico continuo, respaldada por un ingeniero de monitoreo de condición (CME, por sus siglas en inglés) de AssetWatch®.
Poco después de la implementación, el CME detectó una vibración elevada en un ventilador separador que funcionaba en la línea más rentable de la planta. El aumento de la vibración a la velocidad de funcionamiento en las direcciones horizontal y axial indicó un desbalanceo, y la vibración no sincronizada sugirió un problema en los rodamientos.
La inspección confirmó la acumulación de material en el ventilador. Tras la limpieza, la vibración disminuyó significativamente. La identificación temprana de la falla del rodamiento permitió al equipo programar el reemplazo meses antes de la falla.
Resultado
La acción correctiva evitó pérdidas de producción y costos de reparación estimados en 120,000 dólares.
En seis meses, la planta logró un retorno de la inversión de 57 veces y desde entonces la solución se ha ampliado a seis instalaciones para reducir el tiempo de inactividad no planificado y aumentar la productividad.
Por qué es importante la detección temprana:
El desbalanceo suele comenzar como un problema controlable, sobre todo cuando se debe a acumulaciones de suciedad o al desgaste prematuro de los componentes. Si se detecta a tiempo, se pueden implementar medidas correctivas como la limpieza, el balanceo o reparaciones menores rápidas y a bajo costo.
Si no se aborda, el desbalanceo acelera el daño a los rodamientos y puede provocar fallas en cascada. En operaciones de minería y cemento de alto desempeño, la detección temprana protege la continuidad de la producción y genera retornos financieros mensurables.
3. Desalineación
La desalineación se produce cuando los componentes conectados, como motores y cajas de engranajes, no están correctamente alineados. En entornos mineros, la alineación puede deteriorarse con el tiempo debido al movimiento de los cimientos, la dilatación térmica o una instalación incorrecta.
Los síntomas típicos incluyen:
- Vibración axial y radial elevada
- Aumento del desgaste del acoplamiento y de los rodamientos o cojinetes.
Por qué es importante la detección temprana:
Incluso una ligera desalineación del eje aumenta la carga radial y axial sobre rodamientos, acoplamientos y sellos. Estas fuerzas elevadas provocan mayores amplitudes de vibración, mayor calor por fricción, pérdida de la película lubricante y una fatiga acelerada de los componentes rotativos. La detección temprana mediante análisis de vibraciones o verificación de alineación de precisión permite tomar medidas correctivas antes de que la concentración de tensiones provoque daños irreversibles en los componentes y fallas imprevistas.
4. Soltura rotatoria
La soltura rotatoria se refiere a un espacio libre o movimiento excesivo dentro de los componentes giratorios, como rodamientos sueltos en los ejes o ajustes dañados.
Algunos contribuyentes comunes incluyen:
- Desgaste por vibración prolongada
- Instalación incorrecta o par insuficiente
- Daños por desgaste o fatiga
Por qué es importante la detección temprana:
La soltura rotacional introduce inestabilidad mecánica en la cimentación, la carcasa del rodamiento o la interfaz estructural, lo que permite el movimiento relativo entre componentes que deberían permanecer rígidamente restringidos. Esta condición suele producir señales de vibración no lineales e intermitentes, modulación de impacto y distorsión armónica, todo lo cual acelera la fatiga en sujetadores, carcasas, ejes y rodamientos. A medida que aumentan las solturas, la transferencia de energía se vuelve impredecible, lo que amplifica las cargas dinámicas y promueve la formación de grietas y el daño por rozamiento. La detección temprana permite tomar medidas correctivas antes de que se vea comprometida la integridad estructural, lo que previene daños en cascada y reduce la probabilidad de fallas catastróficas.
5. Soltura estructural
La soltura estructural implica movimientos involuntarios dentro de la estructura de soporte, los puntos de montaje o la cimentación de una máquina. En entornos mineros y de industria pesada, los grandes equipos rotatorios generan fuerzas dinámicas significativas. Con el tiempo, estas fuerzas pueden aflojar pernos, agrietar soldaduras, degradar el hormigón o debilitar los soportes estructurales.
Debido a que muchas instalaciones mineras y cementeras operan con equipos obsoletos, la integridad de los cimientos y la estabilidad del montaje pueden deteriorarse gradualmente. La soltura estructural suele desarrollarse lentamente y puede pasar desapercibida hasta que los niveles de vibración aumentan significativamente o se producen daños secundarios.
Las causas comunes incluyen:
- Pernos de montaje sueltos o rotos
- Soldaduras agrietadas o elementos estructurales fatigados
- Hormigón degradado o asentamiento de cimientos
- Rigidez estructural insuficiente
La soltura estructural es particularmente problemática porque puede amplificar otras condiciones como el desbalanceo o la desalineación, lo que dificulta el diagnóstico preciso y acelera la degradación general de la máquina.
Estudio de caso: Prevención del tiempo de inactividad del horno causado por soltura estructural
Desafío:
Una planta de cemento en Louisville, Nebraska, experimentó un aumento repentino de la vibración en la salida de una caja de engranajes del edificio del quemador. Una Alerta de Cambio Rápido indicó condiciones anormales, pero sin una intervención inmediata, el problema podría agravarse y convertirse en una falla catastrófica y un tiempo de inactividad prolongado del horno.
Solución:
Un ingeniero de monitoreo de condición de AssetWatch® analizó los datos de vibración e identificó una frecuencia dominante de 12.4 Hz (744 RPM) con una vibración axial prominente, lo que indica un movimiento de empuje. Un patrón de onda sinusoidal sugirió soltura o desequilibrio estructural. El CME recomendó una inspección inmediata del componente accionado.
La inspección reveló un rodamiento lateral de la caja de engranajes suelto y pernos rotos que permitían un movimiento excesivo dentro del conjunto. El equipo de mantenimiento ajustó los componentes, corrigiendo la soltura y reduciendo significativamente los niveles de vibración.
Resultado
Al identificar y resolver el problema de forma temprana, la instalación evitó una falla catastrófica y evitó aproximadamente 96 horas de inactividad del horno, lo que generó un ahorro de costos de aproximadamente USD $476,720.
Por qué es importante la detección temprana:
La soltura estructural no se resuelve por sí sola. Si no se soluciona, aumenta la carga dinámica sobre rodamientos, acoplamientos y ejes, acelerando el desgaste y aumentando el riesgo de fallas graves. En operaciones de proceso continuo, como la minería y la producción de cemento, incluso unos pocos días de inactividad pueden representar pérdidas de producción de cientos de miles de dólares.
La detección temprana transforma lo que podría convertirse en un evento de parada prolongada en una corrección de mantenimiento controlada, protegiendo tanto la confiabilidad de los activos como la rentabilidad operativa.
Convierta la detección en acción con AssetWatch
Detectar fallas es solo el comienzo. La verdadera ventaja reside en transformar los datos de condición en acciones claras y priorizadas que los equipos de mantenimiento puedan ejecutar con confianza.
AssetWatch ofrece monitorización remota continua, diagnósticos expertos y recomendaciones prácticas que ayudan a los equipos de confiablidad y mantenimiento a identificar estos tipos de fallas comunes con antelación y a abordarlos antes de que se agraven. En lugar de reaccionar ante las fallas, las operaciones de minería y cemento obtienen la visibilidad y la orientación necesarias para planificar intervenciones, reducir las paradas no planificadas y controlar los costos de mantenimiento.
Dustin Moore, AssetWatch. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América