9x Fallos comunes detectados en la fabricación de acero

Simon Jagers
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Actualizado: 02/01/25
Publicado: 02/01/25

En este estudio de caso, explicamos cómo SAM4 detecta fallos comunes en acerías utilizando resultados reales de datos SAM4 anonimizados, para ayudar a los ingenieros a evaluar el valor de SAM4 para sus propias operaciones.

Indicadores mecánicos

Los componentes defectuosos dejan señales distintivas en las señales de corriente y tensión a frecuencias relacionadas con su geometría. Por ejemplo, los problemas de los rodamientos de rodillos pueden identificarse por los cambios en las frecuencias de paso de bolas, giro de bolas y jaula del rodamiento, que dependen en parte del número de rodillos y de su tamaño.

Picos en torno a la frecuencia de alimentación — Figura 1. Los picos en torno a la frecuencia de alimentación en las frecuencias características de este rodamiento indican la aparición de daños en el rodamiento (azul = sano, negro = rodamiento dañado, verde = después de la sustitución).

Análisis del cuadro de mandos de Sam4 — Figura 2 Ejemplo de análisis del cuadro de mandos de SAM4 para dos fallos mecánicos diferentes.

Ejemplo 1. Acoplamiento defectuoso Acoplamiento defectuoso

Los cambios en el espectro de frecuencias llevaron a SAM4 a diagnosticar un acoplamiento defectuoso en uno de los rodillos de la mesa de rodadura. Primero alertamos al cliente en el punto amarillo de la figura 4. El aumento lento continuó y tres semanas después (punto naranja) aconsejamos al cliente que inspeccionara el acoplamiento. El lento aumento continuó, y tres semanas más tarde (punto naranja) aconsejamos al cliente que inspeccionara el acoplamiento. No encontraron signos visuales de deterioro, pero los cambios insalubres persistieron, y pusimos el rodillo en alerta roja aproximadamente tres meses después de que SAM4 señalara por primera vez un aumento. El cliente decidió no intervenir, y el acoplamiento defectuoso se rompió tres semanas después. Lo sustituyeron y las intensidades volvieron a la normalidad.

Espectro de frecuencias actual del rodillo — Figura 3 Espectro de frecuencias de corriente del rodillo en buen estado (azul) frente a acoplamiento deteriorado (negro).

Figura 4. Intensidad creciente durante un periodo de tres meses en el segundo armónico de la frecuencia de rotación del rodillo. Obsérvese el descenso de la amplitud después de que el cliente sustituyera el acoplamiento defectuoso.

Ejemplo 2. Acoplamiento defectuoso Acoplamiento defectuoso

Un aumento de la intensidad en la frecuencia de rotación de un rodillo de la mesa de rodadura llevó a SAM4 a diagnosticar un fallo de acoplamiento. La figura 5 muestra los cambios de intensidad en la frecuencia de rotación del rodillo a lo largo del tiempo. En primer lugar, se alertó al cliente de una anomalía significativa en el punto naranja de la figura 5 y se le recomendó que inspeccionara el acoplamiento. La intensidad aumentó rápidamente, lo que dio lugar a una alerta roja varios días después. El cliente dejó el activo en funcionamiento hasta que se rompió el acoplamiento, aproximadamente tres días después de la alerta roja. Las intensidades volvieron a la normalidad tras sustituir el acoplamiento roto.

Intensidad de subida a la frecuencia de rotación de los rodillos — Figura 5. Intensidad creciente a la frecuencia de rotación del rodillo a lo largo del tiempo. Obsérvese la caída de la amplitud después de que el cliente sustituyera el acoplamiento roto.

Figura 6. Cambios en el espectro de frecuencias a lo largo del tiempo: sano (azul) frente a degradado (negro). La aparición de aumentos regulares pero transitorios del ruido (verde) fue parte de lo que motivó el paso a alerta roja de esta máquina.

Ejemplo 3: Acoplamiento defectuoso

SAM4 detectó un aumento de la intensidad en la frecuencia de rotación de este rodillo más el segundo armónico, así como un aumento del ruido de fondo. Estos cambios eran coherentes con el patrón típico relacionado con la holgura en el acoplamiento del eje cardán de los otros rodillos de la mesa de rotación de este cliente. Aconsejamos al cliente que comprobara si el acoplamiento se había aflojado durante la siguiente ronda de mantenimiento. Nos notificaron que no habían observado ningún signo de deterioro, pero que habían sustituido el elemento defectuoso por si acaso. Los datos posteriores mostraron que los valores habían vuelto a la normalidad.

Figura 7. Intensidad creciente en el segundo armónico de la frecuencia de rotación del rodillo a lo largo del tiempo. Intensidad creciente en el segundo armónico de la frecuencia de rotación del rodillo a lo largo del tiempo. Obsérvese el descenso de la amplitud después de que el cliente sustituyera el elemento defectuoso.

Ejemplo 4: Árbol cardán defectuoso

Los cambios repentinos en el valor cuadrático medio (RMS) de la corriente hicieron que SAM4 detectara un posible problema en el eje cardán de este rodillo de mesa de rodadura. El análisis espectral reveló un aumento de la intensidad en varios armónicos de la frecuencia de rotación del rodillo, así como en el ruido de fondo. La experiencia previa con los rodillos de este cliente indicaba que se trataba de un fallo que puede desarrollarse rápidamente, por lo que pusimos el activo en alerta naranja y recomendamos al cliente que inspeccionara el árbol de transmisión lo antes posible. Tres días después pasamos a alerta roja. El cliente señaló que estaba esperando la oportunidad adecuada para sustituir el árbol cardán. Tres días después, el árbol cardán se rompió. El cliente lo sustituyó y los valores volvieron a la normalidad.

Figura 9. Aumento de la magnitud en el primer interarmónico (parte del ruido de fondo).

Ejemplo 5: Fallo del rodamiento

SAM4 midió una intensidad creciente en la frecuencia de la jaula (frecuencia fundamental del tren) para uno de los rodamientos del motor de este rodillo de la mesa de rodadura. La carga del motor también aumentó gradualmente, sin que se produjeran cambios correspondientes en el proceso. Alertamos al cliente de posibles daños en el rodamiento (punto naranja en la figura 10). Cuatro semanas más tarde sustituyeron el rodamiento durante una parada de mantenimiento planificada. Las puntuaciones del motor volvieron entonces a la normalidad.

Figura 10. La carga del motor aumenta con el tiempo. El cliente recibió una alerta en el punto naranja, aconsejando una inspección. Tras el mantenimiento, la carga del motor volvió a la normalidad.

Ejemplo 6: Fallo del rodamiento

Pequeños picos en la frecuencia de la jaula del rodamiento NDE del motor llevaron a SAM4 a diagnosticar un problema de rodamiento en desarrollo. Se alertó al cliente (el punto naranja de la figura 12) y se le aconsejó que inspeccionara el rodamiento en la siguiente parada de mantenimiento planificada. En la parada planificada, unos dos meses más tarde, se confirmaron los primeros daños en el rodamiento y se adoptaron medidas correctoras.

Figura 11 Espectro de frecuencias del motor en buen estado (azul) y con el cojinete deteriorado (negro). Los picos corresponden a la frecuencia de la jaula del cojinete y sus armónicos.

Intensidad creciente a nde rodamientos caso de frecuencia — Figura 12. Intensidad creciente en la frecuencia de la jaula del rodamiento NDE (puntos azules). Los valores volvieron a la normalidad tras sustituir el rodamiento (puntos negros).

Ejemplo 7: Fallo del rodamiento

SAM4 observó un aumento de intensidad en las frecuencias correspondientes al rodamiento de rodillos (frecuencia de la jaula más armónicos). Alertamos al cliente y le aconsejamos que inspeccionara el rodamiento en busca de daños. Cuando se presentó el momento oportuno, tres meses más tarde, confirmaron los daños en el rodamiento mediante mediciones manuales de las vibraciones. Sustituyeron el rodamiento y los valores volvieron a la normalidad.

Evolución del espectro de frecuencias del rodillo durante 3 meses — Figura 13. Variación del espectro de frecuencias del rodillo durante un periodo de tres meses: en buen estado (azul y negro) y con principio de degradación del rodamiento (verde). Los picos corresponden a la frecuencia de la jaula del rodamiento y sus armónicos.

Figura 14. Mapa de calor que muestra los cambios relacionados con la degradación de los rodamientos. El eje horizontal es la frecuencia; el eje vertical es el tiempo, desde la fecha más antigua en la parte superior hasta la fecha más reciente en la parte inferior. El color indica la intensidad, de alta en rojo a baja en azul. En la mitad inferior del gráfico se aprecian claramente nuevos picos en las frecuencias relacionadas con los rodamientos.

Indicadores eléctricos

El desarrollo de problemas eléctricos afecta instantáneamente al campo magnético del motor y deja firmas distintivas en las señales de corriente y tensión. Por ejemplo, una barra de rotor rota crea una asimetría eléctrica en el rotor que produce un campo magnético contrarrotatorio, induciendo corrientes en el estator a múltiplos del doble de la frecuencia de deslizamiento en torno a la frecuencia de alimentación.

Indicador de barra de rotor rota — Figura 15. Otro indicador de barra de rotor rota: las deformaciones térmicas del rotor resultantes inducen picos en la frecuencia de rotación del motor (flechas) modulados en torno a armónicos de la frecuencia de alimentación (líneas verticales).

Ejemplo 8: Cortocircuito en el devanado del estator

SAM4 observó un aumento en la frecuencia de rotación del motor, lo que puede ser indicativo de varios modos de fallo. Avisamos al cliente y le pedimos que inspeccionara el rodillo. No encontraron signos de daños. Con el tiempo, la intensidad también empezó a aumentar en los armónicos impares de la frecuencia de alimentación, y SAM4 empezó a observar un desequilibrio de corriente mayor que en los demás motores del cliente. Estos indicadores llevaron a SAM4 a diagnosticar la degradación del aislamiento del bobinado del estator y a pasar el motor a alerta roja. El cliente sustituyó el motor durante la siguiente parada planificada y los valores volvieron a la normalidad.

La frecuencia de rotación de los motores muestra un claro aumento de magnitud — Figura 17. La frecuencia de rotación del motor muestra un aumento claro e intensificado de su magnitud (puntos azules). Los valores volvieron a la normalidad (puntos negros) tras la sustitución del motor. Tres meses desde la primera alerta de SAM4 hasta la sustitución.

Desequilibrio del motor — Figura 18. El desequilibrio durante el periodo de interés (parte derecha del gráfico) fue notablemente superior al habitual en este motor, y no se reflejó en los demás motores del mismo grupo.

Ejemplo 9: Excentricidad del rotor

SAM4 observó un aumento de la intensidad a una frecuencia correspondiente al número de barras del rotor multiplicado por la frecuencia de rotación, lo que puede ser indicativo de excentricidad del rotor. Avisamos al cliente y seguimos vigilando el activo. Como los valores seguían aumentando, pasamos a la alerta naranja y luego a la roja, manteniendo informado al cliente semanalmente y luego a diario. Cinco meses después, el cliente sustituyó el motor y las intensidades volvieron a niveles normales.