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Monitorización del estado: 5 tecnologías para evitar averías en las máquinas

Índice

Monitorización basada en la condición: 5 tecnologías para evitar averías en las máquinas

En las industrias en las que las máquinas accionan procesos críticos, incluso las averías más pequeñas pueden acarrear costes significativos. Por eso monitoreo de la condición es esencial. Ayuda a detectar a tiempo los problemas en desarrollo, evitando tiempos de inactividad, reduciendo los costes de reparación y prolongando la vida útil de su equipo.

Este blog explorará tecnologías de control de estadopara ayudarle a elegir la solución que mejor se adapte a sus necesidades. Analizaremos cinco fuentes de datos clave y le explicaremos cómo pueden proteger su maquinaria.

Por qué basado en condiciones la supervisión es importante

Las máquinas de industrias como la alimentaria, la del agua, la del combustible y la manufacturera se enfrentan a menudo a duras condiciones. Con el paso del tiempo, desgaste es inevitable que se produzcan averías. La monitorización del estado detecta los fallos antes de que se agraven, lo que permite abordar los problemas cuando las reparaciones son más baratas y llevan menos tiempo.

Además de prevenir averías en las máquinas, la supervisión de su estado también puede:

  • Mejorar seguridad reduciendo el riesgo de averías peligrosas.
  • Aumentar eficacia proporcionando información sobre el uso de la energía y el rendimiento del sistema.
  • Promueva sostenibilidad reduciendo los residuos y prolongando la vida útil de los equipos.

La monitorización de las condiciones es especialmente útil para activos críticosMáquinas en las que un fallo podría tener importantes consecuencias financieras, para la reputación o la seguridad.

Cinco tecnologías clave de control de la condición

El Condition Monitoring se basa en los datos para hacer un seguimiento del estado de las máquinas. Hay cinco tipos principales de fuentes de datos que se utilizan con este fin: señales eléctricas, lubricantes, ondas de tensión, temperaturay vibraciones. Cada tecnología tiene sus puntos fuertes, según el tipo de máquina y el modo de fallo potencial.

1. Análisis de la firma eléctrica

El Análisis de Firma Eléctrica (ESA) es una de las técnicas más potentes en la monitorización de condiciones. El ESA funciona analizando la corriente y tensión de una máquina en marcha, mediante sensores colocados entre la fuente de alimentación y el equipo. Esto permite supervisar continuamente los equipos sin detener las operaciones.

La ESA puede detectar problemas en desarrollo analizando cambios en las señales eléctricas, como:

  • Desequilibrio de tensión
  • Distorsión armónica
  • Vibraciones laterales y de torsión

Mediante el seguimiento continuo de estas señales, la ESA ofrece en tiempo real información sobre el estado de la máquina. Esta tecnología es especialmente útil para motores, generadores y otros equipos rotativos.

2. Análisis de lubricantes

Los lubricantes desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de rodamientos, cajas de cambios y sistemas hidráulicos. Las técnicas de control del estado de los lubricantes, como espectroscopia de emisión atómica o Espectroscopia infrarroja por transformada de Fourierpuede detectar signos de desgaste, contaminación o envejecimiento.

El análisis de lubricantes puede proporcionar alertas tempranas de:

  • Contaminación por agua o materiales extraños
  • Desgaste del metalque se detecta a través de trazas de hierro, cobre o plomo en el lubricante.
  • Oxidación, lo que indica que el aceite está envejeciendo y perdiendo su eficacia.

Históricamente, el análisis de lubricantes se ha realizado fuera de línea mediante la recogida de muestras. Sin embargo, en tiempo real permiten ahora una supervisión continua de los lubricantes. Esto significa que puede detectar inmediatamente problemas como la degradación y la contaminación del aceite, evitando daños mayores.

3. El papel de las ondas de tensión en la detección de daños

El análisis de ondas de tensión, también conocido como emisión acústicamide las ondas elásticas en el interior de los materiales. Cuando se producen grietas, fugas o roturas de fibras, se generan ondas de tensión que los sensores pueden detectar.

La monitorización de las ondas de tensión es muy eficaz para detectar:

  • Grietas superficiales en metales, hormigón y fibra de vidrio
  • Fricción y desgaste en piezas de máquinas
  • Fatiga por corrosión en entornos de alto estrés

Esta tecnología suele utilizarse para localizar el origen exacto de un fallo en desarrollo, como grietas o picaduras. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los sensores de ondas de tensión deben colocarse cerca de la zona afectada, por lo que pueden ser necesarios varios sensores en máquinas de gran tamaño.

4. Control de la temperatura para la detección precoz

Control de la temperatura es una de las técnicas de Condition Monitoring más sencillas. Mediante el uso de termopares o cámaras infrarrojasLos sensores de temperatura pueden detectar el sobrecalentamiento de motores, rodamientos y otros componentes.

Algunos ejemplos de lo que puede identificar el control de la temperatura son

  • Rodamientos sobrecalentadoslo que puede indicar un engrase insuficiente o excesivo.
  • Daños térmicos en los bobinados del estator por desequilibrio de tensión o problemas de ventilación.
  • Altas temperaturas que señalan un fallo inminente del equipo

Aunque es útil, el control de la temperatura suele detectar los problemas cuando ya han empezado a causar daños. No suele utilizarse como sistema de alerta temprana, pero puede ayudar a controlar el estado de los equipos en tiempo real.

5. Control de vibraciones

Control de vibraciones es quizá la técnica de control de estado más conocida. Los sensores de vibración miden los movimientos oscilatorios de una máquina, lo que puede indicar problemas de desalineación, desequilibrio o desgaste de los rodamientos.

Análisis de vibraciones puede detectar:

  • Acoplamientos desalineados
  • Fallos de la caja de cambios
  • Cavitación de la bombacausado por la formación y el colapso de burbujas en líquidos

Los sensores de vibración pueden colocarse directamente en la máquina para controlar el desplazamiento, la velocidad o la aceleración. Con la supervisión continua, el análisis de vibraciones ofrece detección precoz de desarrollar fallos, lo que la convierte en una tecnología clave para los activos críticos.

Adaptar la tecnología adecuada a sus necesidades

La elección de la tecnología de Condition Monitoring adecuada depende de la máquina y del tipo de averías a las que es propensa. Por ejemplo:

  • Para desgaste de los rodamientosLos análisis de vibraciones y lubricantes son indicadores precoces eficaces.
  • Detectar problemas con el bobinado del estatorLos sensores eléctricos proporcionan información en tiempo real.
  • En los casos de cavitación de la bombaLos sensores eléctricos y de vibración son los que mejor funcionan.

En Curva P-F (curva de fallo potencial a fallo funcional) puede ayudarle a tomar una decisión, ya que indica la antelación con la que cada tecnología puede detectar fallos. Cuanto más cerca del punto de fallo potencial (P) detecte una tecnología el problema, más tiempo tendrá para solucionarlo antes de que se produzca un fallo funcional (F).

Fmeca le ayuda a calificar y cuantificar el impacto y la probabilidad de fallo de una máquina.

FMECA le ayuda a calificar y cuantificar el impacto y la probabilidad de fallo de una máquina.

Ejemplo de curva p-f para un fallo específico en un sistema de producción concreto. La ubicación de las distintas señales en la curva será diferente para cada máquina, entorno de producción y modo de fallo.

Ejemplo de curva P-F para un fallo específico en un sistema de producción concreto. La ubicación de las distintas señales en la curva será diferente para cada máquina, entorno de producción y modo de fallo.

Ejemplo 1: Detección precoz de fallos en los rodamientos

Los rodamientos son componentes críticos en muchas máquinas, y su fallo puede provocar importantes tiempos de inactividad. Control de vibraciones es una de las mejores técnicas para detectar precozmente daños en los rodamientos. A lo largo de décadas de análisis, la monitorización de vibraciones ha demostrado ser muy eficaz y ofrece un conjunto bien establecido de normas y patrones conocidos para identificar problemas.

Los sensores de vibración pueden detectar varios indicadores tempranos de fallo de los rodamientos, como:

  • Aumento de las vibraciones debido al desgaste o desalineación de los rodamientos.
  • Oscilaciones inusualeslo que puede indicar una lubricación insuficiente o contaminación.

Otra causa común de fallo de los rodamientos es problemas de lubricacióncomo la contaminación por agua o la falta de lubricación adecuada. Sensores de lubricante son la mejor opción para detectar la contaminación por fluidos o partículas extrañas. Pueden detectar este problema a tiempo controlando la composición química del lubricante, como la presencia de metales, que indica desgaste.

Los sensores de temperatura también pueden desempeñar un papel, pero suelen detectar los problemas cuando ya han empezado a causar daños. Rodamientos sobrecalentados puede indicar un engrase excesivo o insuficiente, pero los aumentos de temperatura suelen producirse después de que se haya producido el daño. Por lo tanto, la temperatura es más bien un indicador tardío.

Para rodamientos en los motores, sensores eléctricos también puede detectar problemas, en particular corrientes de apoyo causadas por los variadores de frecuencia (VFD). La supervisión eléctrica puede detectar estas corrientes a tiempo, evitando el sobrecalentamiento y el desgaste de los rodamientos del motor.

Curva p-f rápida y sucia para un rodamiento contaminado por agua, que muestra el mejor rendimiento potencial de su clase para cada fuente de datos de monitorización de estado. Los sistemas de determinados proveedores pueden ofrecer peores resultados que los mostrados aquí.

Curva P-F rápida y sucia para un rodamiento contaminado por agua, que muestra el mejor rendimiento potencial de su clase para cada fuente de datos de monitorización de estado. Los sistemas de determinados proveedores pueden ofrecer peores resultados que los mostrados aquí.

Ejemplo 2: Cortocircuito en el devanado del estator

A cortocircuito del devanado del estator es un modo de fallo grave en los motores eléctricos, a menudo causado por vibración, sobrecalentamientoo desequilibrio eléctrico. Los bobinados del estator están aislados para evitar cortocircuitos, pero cuando el aislamiento se degrada, pueden producirse cortocircuitos que dañen gravemente el motor.

Sensores de vibración son eficaces para detectar la causa raíz de los cortocircuitos en los bobinados. Por ejemplo, las vibraciones fuertes pueden aflojar las bobinas del estátor, que luego rozan contra la carcasa metálica del motor, desgastando aún más el aislamiento. La detección precoz de vibraciones excesivas permite tomar medidas correctivas antes de que se degraden las bobinas del estator.

Sensores eléctricos desempeñan un papel crucial en la supervisión del estado del devanado del estator. Estos sensores pueden detectar desequilibrio de tensión o sobretensiónque contribuyen al fallo del aislamiento. Además, los sensores eléctricos pueden controlar descarga parcialuno de los primeros signos de degradación del aislamiento. Al detectar estos problemas a tiempo, la supervisión eléctrica evita cortocircuitos importantes, lo que ahorra costosas sustituciones del motor.

Sensores de temperatura son útiles para detectar el sobrecalentamiento de los devanados del estator, especialmente si el motor funciona por encima de su carga nominal o tiene problemas de ventilación. Sin embargo, al igual que ocurre con los fallos de los rodamientos, los sensores de temperatura suelen indicar los daños después de que se hayan producido, por lo que son más adecuados para hacer un seguimiento de las condiciones en tiempo real que para proporcionar alertas tempranas.

Curva p-f rápida y sucia para el desequilibrio de tensión transitorio, que muestra el mejor rendimiento potencial de su clase para cada fuente de datos de monitorización de condiciones.

Curva P-F rápida y sucia para el desequilibrio de tensión transitorio, que muestra el mejor rendimiento potencial de su clase para cada fuente de datos de monitorización de estado. Los sistemas de determinados proveedores pueden ofrecer peores resultados que los mostrados aquí.

Ejemplo 3: Bomba cavitante

Cavitación es un problema común en las bombas, donde se forman burbujas en el líquido que se bombea. Cuando estas burbujas se colapsan, generan ondas de choque que con el tiempo pueden dañar el impulsor de la bomba y otros componentes. Si no se detecta, la cavitación puede provocar reparaciones costosas y averías en la bomba.

Vibración, eléctricoy sensores de ondas de tensión son muy eficaces para detectar la cavitación. Estos sensores pueden captar las ondas de choque generadas por el colapso de las burbujas, lo que indica que se está produciendo cavitación. Por ejemplo, sensores de vibración puede detectar el fuerzas de impacto de cavitación, mientras que sensores de ondas de tensión puede captar la emisiones acústicas causado por el colapso de la burbuja.

Los datos eléctricos también pueden ayudar analizando el rendimiento de la bomba en tiempo real. Por ejemplo, la cavitación suele producirse cuando una bomba funciona demasiado lejos de su rango ideal, como indica su curva de rendimiento. Los sensores eléctricos pueden detectar cambios en presión y flujoEl sistema proporciona información en tiempo real sobre cuándo y dónde es probable que se produzca la cavitación.

En sensores de temperatura no suelen ser eficaces para detectar la cavitación, algunos estudios sugieren que las cámaras de infrarrojos pueden detectar cambios mínimos de temperatura causados por la cavitación. Sin embargo, esto requiere una línea de visión directa del líquido, lo que resulta poco práctico en la mayoría de las instalaciones industriales. Análisis de lubricantes es igualmente limitado, ya que sólo detecta los daños causados por la cavitación después de que ésta haya afectado a componentes lubricados, como juntas y cojinetes.

Curva p-f rápida y sucia para la cavitación de la bomba, que muestra el mejor rendimiento potencial de su clase para cada fuente de datos de monitorización de estado.

Curva P-F rápida y sucia para cavitación de bombas, que muestra el mejor rendimiento potencial de su clase para cada fuente de datos de monitorización de estado. Los sistemas de determinados proveedores pueden tener un rendimiento peor que el mostrado aquí.

Conclusión: un enfoque más inteligente del mantenimiento de las máquinas

Las tecnologías de monitorización del estado ofrecen un enfoque proactivo del mantenimiento. Al detectar los fallos con antelación, puede programar las reparaciones, reducir el tiempo de inactividad y prolongar la vida útil de sus equipos. Tanto si utiliza señales eléctricas, lubricantes, ondas de tensión, temperaturao vibracionesLa tecnología adecuada puede ayudarle a garantizar el buen funcionamiento de sus máquinas.

Un rápido resumen de los principales pros y contras de cada fuente de datos de monitorización de la condición, para facilitar la consulta.

Un rápido resumen de los principales pros y contras de cada fuente de datos de monitorización de la condición, para facilitar la consulta.

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