Monitoreo de condición

Monitoreo de condición (coloquialmente, CM) es el proceso de monitorear un parámetro de condición en la maquinaria (vibración, temperatura, etc.), con el fin de identificar un cambio significativo. lo cual es indicativo de una falla en desarrollo. Es un componente importante del mantenimiento predictivo. El uso del monitoreo de condición permite programar el mantenimiento o tomar otras acciones para prevenir daños emergentes y evitar sus consecuencias. El monitoreo de condición tiene un beneficio único en el sentido de que las condiciones que acortarían la vida útil normal pueden abordarse antes de que se conviertan en una falla importante. Las técnicas de monitoreo de condición se utilizan normalmente en equipos rotativos, sistemas auxiliares y otras máquinas como equipos accionados por correas (compresores, bombas, motores eléctricos, motores de combustión interna, prensas), mientras que la inspección periódica mediante técnicas de pruebas no destructivas (NDT) y ajuste. para evaluación de servicio (FFS) se utilizan para equipos de plantas estáticas, como calderas de vapor, tuberías e intercambiadores de calor.

Tecnología de monitoreo de condición

La siguiente lista incluye las principales técnicas de monitoreo de condición aplicadas en los sectores industrial y de transporte:

• Panorama general de la vigilancia de las condiciones
• Análisis y diagnóstico de vibración
• Análisis lubricante
• Emisión acústica
• Termografía infrarroja
• Ultrasonido
• Sensores de condición de aceite
• Monitoreo de las condiciones de motor y análisis de firma de corriente motora (MCSA)
• Sistemas de tensión y corriente basados en modelos (sistemas MBVI)

La mayoría de las tecnologías CM están estandarizadas por ISO y ASTM.

Equipos rotativos

Equipo giratorio es un término general de la industria que incluye cajas de engranajes, maquinaria alternativa y centrífuga.

El método más utilizado para máquinas rotativas es el análisis de vibraciones.

Las mediciones se pueden realizar en carcasas de rodamientos de máquinas con acelerómetros (transductores sísmicos o piezoeléctricos) para medir las vibraciones de la carcasa, y en la gran mayoría de máquinas críticas, con transductores de corrientes parásitas que observan directamente los ejes giratorios para medir la Desplazamiento radial (y axial) del eje. El nivel de vibración se puede comparar con valores de referencia históricos, como arranques y paradas anteriores y, en algunos casos, estándares establecidos, como cambios de carga, para evaluar la gravedad. Los OEM de maquinaria y piezas también definen límites de vibración en función del diseño de la máquina o de las piezas internas, p. frecuencias de fallo de los rodamientos.

Interpretar la señal de vibración obtenida es un procedimiento elaborado que requiere formación y experiencia especializadas. Se simplifica mediante el uso de tecnologías de última generación que proporcionan la gran mayoría del análisis de datos de forma automática y proporcionan información en lugar de datos sin procesar. Una técnica comúnmente empleada es examinar las frecuencias individuales presentes en la señal. Estas frecuencias corresponden a determinados componentes mecánicos (por ejemplo, las distintas piezas que componen un rodamiento) o a determinados fallos de funcionamiento (como desequilibrio o desalineación del eje). Al examinar estas frecuencias y sus armónicos, el especialista en CM a menudo puede identificar la ubicación y el tipo de problema y, a veces, también la causa raíz. Por ejemplo, una vibración elevada a la frecuencia correspondiente a la velocidad de rotación se debe con mayor frecuencia a un desequilibrio residual y se corrige equilibrando la máquina. Por otra parte, un rodamiento con elementos rodantes que se degrada suele presentar señales de vibración a frecuencias específicas que aumentan en intensidad a medida que se desgasta. Instrumentos de análisis especiales pueden detectar este desgaste semanas o incluso meses antes de la falla, dando amplia advertencia para programar el reemplazo antes de una falla que podría causar un tiempo de inactividad mucho más prolongado. Además de todos los sensores y análisis de datos, es importante tener en cuenta que más del 80% de todos los equipos mecánicos complejos fallan accidentalmente y sin ninguna relación con su ciclo de vida.

La mayoría de los instrumentos de análisis de vibraciones actuales utilizan una transformada rápida de Fourier (FFT), que es un caso especial de la transformada discreta generalizada de Fourier y convierte la señal de vibración de su representación en el dominio del tiempo a su representación equivalente en el dominio de la frecuencia. Sin embargo, el análisis de frecuencia (a veces llamado Análisis Espectral o Análisis de Firma de Vibración) es sólo un aspecto de la interpretación de la información contenida en una señal de vibración. El análisis de frecuencia tiende a ser más útil en máquinas que emplean rodamientos de elementos rodantes y cuyos principales modos de falla tienden a ser la degradación de esos rodamientos, que típicamente exhiben un aumento en las frecuencias características asociadas con las geometrías y construcciones de los rodamientos. Dependiendo del tipo de máquina, sus fallas típicas, los tipos de rodamientos empleados, las velocidades de rotación y otros factores, el especialista en CM puede utilizar herramientas de diagnóstico adicionales, como el examen de la señal en el dominio del tiempo, la relación de fase entre los componentes de vibración y una sincronización. marca en el eje de la máquina (a menudo conocida como fasor clave), tendencias históricas de los niveles de vibración, la forma de la vibración y muchos otros aspectos de la señal junto con otra información del proceso, como carga, temperaturas de los rodamientos, caudales y posiciones de las válvulas. y presiones para proporcionar un diagnóstico preciso. Esto es particularmente cierto en el caso de máquinas que utilizan cojinetes fluidos en lugar de cojinetes de elementos rodantes. Para permitirles ver estos datos en una forma más simplificada, los analistas de vibraciones o los ingenieros de diagnóstico de maquinaria han adoptado una serie de gráficos matemáticos para mostrar los problemas de la máquina y las características de funcionamiento; estos gráficos incluyen el gráfico de Bode, el gráfico de cascada, el gráfico polar y el gráfico de base de tiempo de órbita, entre otros.

Los analizadores y recolectores de datos portátiles son ahora comunes en máquinas no críticas o de equilibrio de plantas en las que la instrumentación de vibración permanente en línea no se puede justificar económicamente. El técnico puede recopilar muestras de datos de varias máquinas y luego descargarlos a una computadora donde el analista (y a veces la inteligencia artificial) puede examinar los datos en busca de cambios que indiquen mal funcionamiento y fallas inminentes. Para máquinas más grandes y críticas donde las implicaciones de seguridad, las interrupciones de la producción (el llamado "tiempo de inactividad"), las piezas de repuesto y otros costos de fallas pueden ser apreciables (determinados por el índice de criticidad), es necesario un sistema de monitoreo permanente. normalmente se emplea en lugar de depender de la recopilación periódica de datos portátiles. Sin embargo, los métodos y herramientas de diagnóstico disponibles en ambos enfoques son generalmente los mismos.

Recientemente también se han aplicado sistemas de monitoreo de condición en línea a industrias de procesos pesados como agua, acero, petróleo y gas. gas, pulpa y papel, minería, petroquímica y generación de energía eólica.

El monitoreo del rendimiento es una técnica de monitoreo de condiciones menos conocida. Se puede aplicar a maquinaria rotativa como bombas y turbinas, así como a elementos estacionarios como calderas e intercambiadores de calor. Se requieren mediciones de cantidades físicas: temperatura, presión, flujo, velocidad, desplazamiento, según el rubro de la planta. Rara vez es necesaria una precisión absoluta, pero sí se necesitan datos repetibles. Generalmente se necesitan instrumentos de prueba calibrados, pero se ha logrado cierto éxito en plantas con DCS (Sistemas de control distribuido). El análisis de rendimiento suele estar estrechamente relacionado con la eficiencia energética y, por lo tanto, se ha aplicado durante mucho tiempo en las plantas de generación de energía a vapor. En algunos casos, es posible calcular el momento óptimo de revisión para restaurar el rendimiento degradado.

Sistemas de tensión y corriente basados en modelos (sistemas MBVI): Esta es una técnica que hace uso de la información disponible de las señales de corriente y tensión. en las tres fases simultáneamente. Los sistemas basados en modelos son capaces de identificar muchos de los mismos fenómenos que también se ven mediante técnicas más convencionales, que abarcan aspectos eléctricos, mecánicos y operativos. áreas. Los sistemas basados en modelos funcionan según las líneas que se muestran en la Figura 6 a continuación y miden tanto la corriente como el voltaje. mientras el motor está en funcionamiento y luego crea automáticamente un modelo matemático de la relación entre corriente y voltaje. Al aplicar este modelo al voltaje medido, se obtiene una corriente modelada. calcula y esto se compara con la corriente medida real. Desviaciones entre las medidas La corriente y la corriente modelada representan imperfecciones en el sistema del motor y del equipo impulsado. que se puede analizar utilizando una combinación del vector de Park para simplificar las corrientes trifásicas en dos fases ortogonales (D&Q), análisis de Fourier para obtener un gráfico de densidad espectral de potencia y algorítmico Evaluación del espectro resultante para identificar fallas o modos de falla específicos. Estos sistemas están diseñados para instalación permanente como una solución de monitoreo de condición en lugar de como dispositivo de medición de diagnóstico a corto plazo, y sus resultados se pueden integrar en la planta normal sistemas. Al estar permanentemente conectados, las tendencias históricas se capturan automáticamente.

El tipo de salida que estos tipos de dispositivos pueden crear incluye pantalla única, visualizaciones de semáforo del operación general del equipo, junto con el diagnóstico de una variedad de problemas mecánicos, eléctricos y operativos. problemas y gráficos de tendencias que muestran cómo estos parámetros cambian a través del tiempo. El concepto de este tipo de dispositivo es que puede ser utilizado por operadores y mantenedores normales de plantas sin necesidad de interpretación especializada de los espectros, aunque los gráficos espectrales subyacentes están disponibles si es necesario. El tipo de fallas que se pueden detectar incluyen una variedad de problemas mecánicos como desequilibrio, desalineación y problemas de rodamientos en el motor y el equipo impulsado, así como problemas eléctricos incluyendo rotura del aislamiento, devanados del estator flojos, problemas en las ranuras del rotor, desequilibrio de corriente o voltaje, y distorsión armónica. Debido a que estos sistemas miden tanto la corriente como el voltaje, también monitorean energía y son capaces de identificar problemas causados por condiciones de operación inusuales e identificar causas de pérdida de eficiencia. Debido a que los sistemas basados en modelos solo examinan la diferencia entre las corrientes reales y predichas, Filtran eficazmente todas las señales eléctricas normales que son tan evidentes en la corriente del motor convencional. Análisis Espectral (MCSA), dejando un conjunto mucho más simple de señales para analizar. Debido a que estos sistemas se basan en la relación entre voltaje y corriente, manejan bien Sistemas accionados por inversor donde el voltaje de entrada puede ser de frecuencia variable y puede haber un ruido. Forma de onda rica en componentes armónicos. Los sistemas basados en modelos filtran eficazmente todo este ruido en el señal de voltaje de la señal de corriente resultante, dejando solo las imperfecciones subyacentes. Esta facilidad de uso y bajo costo de este tipo de equipo lo hace apropiado para menor costo, menor Equipos de criticidad.

Otras técnicas

• A menudo se considera que las inspecciones visuales constituyen un componente subyacente de la vigilancia de las condiciones, pero esto sólo es cierto si los resultados de la inspección pueden medirse o criticarse contra un conjunto documentado de directrices. Para que estas inspecciones sean consideradas como vigilancia de las condiciones, los resultados y las condiciones en el momento de la observación deben cotejarse para permitir un análisis comparativo con las mediciones anteriores y futuras. El acto de simplemente inspeccionar visualmente una sección de tuberías para la presencia de grietas o fugas no puede considerarse monitoreo de condiciones a menos que existan parámetros cuantificables para apoyar la inspección y se haga una comparación relativa contra inspecciones anteriores. Se considera que un acto realizado aisladamente a inspecciones anteriores es una evaluación de condiciones, las actividades de monitoreo de condiciones requieren que el análisis se haga comparativo con datos anteriores e informa de la tendencia de esa comparación.
• Se pueden descubrir variaciones de temperatura delgada en la superficie con inspección visual y pruebas no destructivas con termografía. El calor es indicativo de componentes fallidos, especialmente los contactos eléctricos degradantes y las terminaciones. La termografía también se puede aplicar con éxito a rodamientos de alta velocidad, acoplamientos de fluidos, rodillos transportadores y acumulación interna de tanque de almacenamiento.
• Un microscopio electrónico de escaneo puede tomar una imagen de una muestra cuidadosamente tomada de escombros suspendidos en aceite lubricante (tomada de filtros o detectores de chips magnéticos). Los instrumentos revelan entonces los elementos contenidos, sus proporciones, tamaño y morfología. Utilizando este método, el sitio, el mecanismo de falla mecánica y el tiempo de eventual fracaso puede ser determinado. Esto se llama WDA – Wear Debris Analysis.
• Análisis de aceite espectrográfico que prueba la composición química del aceite se puede utilizar para predecir los modos de falla. Por ejemplo, un alto contenido de silicio y aluminio indica contaminación de suciedad o grit (silicatos de aluminio) etc., y los altos niveles de hierro indican componentes de uso. Individualmente, los elementos dan indicaciones justas, pero cuando se utilizan juntos pueden determinar con precisión modos de fallo, por ejemplo para motores de combustión interna, la presencia de hierro (liner), aluminio (piston) y cromo (rings) indicaría el desgaste de los cilindros superiores.
• El ultrasonido se puede utilizar para aplicaciones mecánicas de alta velocidad y velocidad y para situaciones de fluido de alta presión. Los medidores ultrasónicos digitales miden señales de alta frecuencia de los rodamientos y muestran el resultado como un valor dBuV (decibeles por microvoltio). Este valor se presenta a lo largo del tiempo y se utiliza para predecir aumentos de fricción, frotación, impacto y otros defectos de rodamientos. El valor dBuV también se utiliza para predecir intervalos adecuados para la re-lubricación. El monitoreo de ultrasonidos, si se hace correctamente, demuestra ser una gran tecnología de acompañamiento para el análisis de vibraciones.

Los auriculares permiten a los humanos escuchar ultrasonidos también. Un "sonido deslumbrante" de alto tono indica defectos en las superficies de contacto, y cuando se producen bloqueos parciales en fluidos de alta presión el orificio causará una gran cantidad de ruido ultrasónico. El ultrasonido se utiliza en el método Pulso Shock de monitoreo de condiciones.

• Análisis de rendimiento, donde se encuentra la eficiencia física, el rendimiento o la condición comparando los parámetros reales con un modelo ideal. El deterioro es típicamente la causa de la diferencia en las lecturas. Después de los motores, las bombas centrífugas son posiblemente las máquinas más comunes. Durante mucho tiempo se ha utilizado el monitoreo de condiciones mediante una simple prueba de flujo de cabeza cerca del punto de servicio utilizando mediciones repetibles, pero podría ser más ampliamente adoptado. Una extensión de este método se puede utilizar para calcular el mejor tiempo para replantear una bomba sobre la base de equilibrar el costo de la revisión contra el creciente consumo de energía que se produce como una bomba lleva. Las turbinas de gas de aviación también se supervisan comúnmente utilizando técnicas de análisis de rendimiento con los fabricantes de equipos originales, como Rolls-Royce plc, monitoreando rutinariamente flotas enteras de motores de aviones bajo acuerdos de servicio a largo plazo (LTSAs) o paquetes Total Care.
• Los sensores de detección de desechos de desgaste son capaces de detectar partículas de desgaste ferrosos y no ferrosos dentro del aceite de lubricación que proporcionan información considerable sobre la condición de la maquinaria medida. Mediante la creación y monitoreo de una tendencia de lo que se está generando es posible detectar fallas antes de falla catastrófica de equipos rotatorios como caja de cambios, turbinas, etc.

El índice de criticidad

El índice de criticidad se utiliza a menudo para determinar el grado de monitoreo de condición en una máquina determinada teniendo en cuenta el propósito de la máquina, la redundancia (es decir, si la máquina falla, hay una máquina de reserva que pueda hacerse cargo), el costo de reparación, impactos del tiempo de inactividad, problemas de salud, seguridad y medio ambiente y una serie de otros factores clave. El índice de criticidad sitúa a todas las máquinas en una de tres categorías:

1. Maquinaria crítica – Máquinas que son vitales para la planta o proceso y sin las cuales la planta o el proceso no pueden funcionar. Las máquinas de esta categoría incluyen las turbinas de vapor o gas en una central eléctrica, las bombas de exportación de petróleo crudo en una plataforma de petróleo o la grieta en una refinería de petróleo. Con maquinaria crítica que está en el centro del proceso se considera que requiere un monitoreo completo de condiciones en línea para registrar continuamente tantos datos de la máquina como sea posible independientemente del costo y a menudo se especifica por el seguro de planta. Se toman medidas como cargas, presiones, temperaturas, vibraciones y desplazamientos en cascada, desplazamiento axial y radial, velocidad y expansión diferencial cuando sea posible. Estos valores a menudo se invierten en un paquete de software de gestión de maquinaria que es capaz de tendencias de los datos históricos y proporcionar a los operadores información como datos de rendimiento e incluso predecir fallas y proporcionar diagnóstico de fallos antes de que ocurran.
2. Mecanismos esenciales – Unidades que son una parte clave del proceso, pero si hay un fracaso, el proceso continúa. Unidades de Redundant (si están disponibles) caer en este reino. Las pruebas y el control de estas unidades también son esenciales para mantener planes alternativos si falla la maquinaria crítica.
3. Propósito general o balance de máquinas de planta – Estas son las máquinas que componen el resto de la planta y normalmente supervisadas utilizando un recopilador de datos portátil como se mencionó anteriormente para crear periódicamente una imagen de la salud de la máquina.

Notas y referencias