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Mantenimiento predictivo herramientas y tcnicas para e...

1. Anlisis de la vibracinEl anlisis de la vibracin es la tcnica del monitoreo de la condicin utilizada conmayor frecuencia y ofrece un panorama ms completo y amplio de la condicin de las mquinas que cualquierotra tecnologa particular (Ver artculo publicado en http://www.construsur.com.ar/Article217.html)Se puede utilizar para detectar muchos tipos diferentes de falla en una amplia gama de mquinas ycomponentes rotativos incluyendo motores, cajas de cambio, bombas, ventiladores, sistemas de engranajes,acoples, impulsores de correa y cadena, y rulemanes. Tambin es til para detectar condiciones que ocasionanfallas y desperfectos como problemas de mala alineacin, resonancia, desequilibrio y lubricacin. Por logeneral los datos se recopilan manualmente en la mquina utilizando un acelermetro y un colector porttil dedatos (que por lo general tambin tiene la capacidad de aceptar datos de otras fuentes tales como abrazaderasde corriente y puntos de prueba de flujo para el monitoreo de motores ver punto6). Para ahorrar tiempo, sedesarrollan trayectos para que los datos se puedan recoger de un grupo de mquinas en unasola visita despus de lo cual se carga la forma de onda de tiempo y los espectros FFT en un paquete desoftware con herramientas poderosas de anlisis e informe. La vibracin tambin se puede monitorear demanera continua a travs de sistemas online. Si bien esta es la norma en algunas industrias como Papel yEnerga, es probablemente prohibitivamente costoso para todo el equipo con la excepcin de los elementosms crticos de una lnea La experiencia nos indica que el obtener datos repetibles de alta calidad es de importancia crtica para unanlisis correcto de la vibracin. La eleccin del sensor correcto, una cuidadosa seleccin de los puntos demedicin, el uso de monturas de perno en algunos casos, filtros y configuraciones correctos en el recolector dedatos son todos importantes. Un buen conocimiento de la maquinaria que se monitorea ayudar al analista ainterpretar los datos, identificar las fallas y hacer las recomendaciones adecuadas. Si bien es unatcnica muy poderosa, la preparacin y organizacin de un programa de Anlisis de la Vibracin (AV) puedellevar mucho tiempo y ser muy complejo en comparacin con otras tcnicas de monitoreo de la condicin. Larecoleccin de datos es montona y debe ser realizada de manera frecuente (por lo general mensualmente)para asegurar que la mayora de las fallas se detecten mucho tiempo antes de que se produzca la falla. Elanlisis es complicado y constituye una destreza que slo se desarrolla con tiempo y experiencia. Por lo tanto,un programa efectivo de AV puede representar una inversin significativa en equipo, tiempo y capacitacin,entonces la opcin de tercerizar con empresas dedicadas a este rubro es la opcin generalmente usada. En su formato estndar el VA es menos til en maquinaria lenta (< aprox. 200 rpm) o intermitente, o enmquinas con un alto nivel de vibracin inherente como los motores de combustin interna. Algunosproblemas de cojinetes son difciles de detectar (por ej. las fallas de jaulas) y es difcil diagnosticar la fuente yla gravedad de las fallas elctricas en los motores. Se han desarrollado unas cuantas tcnicas especiales parasolucionar algunas de las limitaciones, por ej. la demodulacin para los cojinetes, el anlisis transitorio para lamaquinaria stop/start. Con frecuencia tambin es de utilidad corroborar los resultados del AV con otrastcnicas tales como la termografa o el anlisis del aceite. En lneas generales el AV es un elemento central de casi todos los programas de PdM [mantenimientopredictivo] . 2. Ondas de estrsLas ondas de estrs se generan con el contacto e impacto de metal con metal cuando fallan las pelculas delubricacin y se produce dao en el equipo como, por ej., los cojinetes de elementos rotatorios y los sistemas

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de engranaje. La vibracin generada es de una frecuencia mucho mayor a la vibracin rotativa estndar.Las emisiones acsticas son la onda de estrs de alta frecuencia generada a travs de la liberacin rpida de laenerga de esfuerzo que ocurre dentro de un material durante el desarrollo de una fractura,deformacin plstica transformacin de fase.El sistema de monitoreo de emisiones acsticas usa transductores montados en superficie para detectar estasondas de estrs las cuales se sitan entre los 25kHz a 1MHz .Las nuevas tcnicas ultrasnicas para monitoreo de condiciones hace posible escuchar lafriccin y el estrs en mquinas rotativas, el cual puede predecir tempranamente deterioros que las tcnicasconvencionales.Monitoreo de condiciones ultrasnico: La tecnologa ultrasnica es sensible a sonidos de alta frecuencia queson no audibles para el odo humano, y se distinguen desde los sonidos de ms baja frecuencia y la vibracinmecnica.La friccin en las mquinas y las ondas de estrs producen sonidos distintivos en el rango ms altoultrasnico. Los cambios en estas friccin y ondas de estrs pueden sugerir que las condiciones se estn deteriorando y estadeteccin es ms rpida que las tecnologas como vibracin y anlisis de aceite. Con una correcta medicinultrasnica y anlisis es posible diferenciar un normal desgaste de uno anormal daos fsicos, condiciones dedesbalance y problemas de lubricacin.La mayora de los proveedores de equipo de AV proporcionan funciones de modulacin y de desmodulacinde la amplitud de seal para medir esta vibracin.Existen otras tcnicas para la medicin de las ondas de estrs generadas por cojinetes y engranajes.Shock-pulse, es una opcin que ha utilizado mucho durante varios aos. Tambin existe eldispositivo de emisiones acsticas de (ver punto 5) que mide las dificultades [distress] y que,segn se asegura, puede trabajar incluso con velocidades muy bajas (< 1 rpm). {pagebreak}

Que es el mtodo de Shock-pulse? Si consideramos tener una bola metlica que golpea una barra metlica (1) , en el momento delimpacto, una onda de presin se esparce extiende a travs del material de ambos cuerpos (1) La onda depresin rapidamente decae . Esta onda de presin que primero pasa a travs de los materiales ( antes de queeste comience a vibrar) es llamada shock pulse , mientras que la onda shock pulse inicial sereduce ,el material comienza a vibrar (2) , esta onda de vibracin posterior es medida a travs de anlisis devibraciones Si bien el metodo de shock-pulse es veloz y sencillo para utilizar y ofrece una indicacin inmediata de lasfallas y problemas de lubricacin, en algunas experiencia los resultados son variables. Algunos instrumentos de este tipo pasan por alto algunas fallas severas en equipos de mayor velocidad, porej. una pista de rodamiento daada en el cojinete de un ventilador . Se sabe que no es apto para cojinetespartidos, motores impulsados por convertidores y trasmisiones a cadena. Tambin las lecturas se pueden verafectadas por interferencias de otras partes de la mquina y de ruidos del proceso . Estos factores implican quelos resultados no siempre son confiables .3. TermografaLa termografa es una potente tcnica de monitoreo de la condicin que ya se aplica ampliamente con buenosresultados en mantenimiento (ver el artculo publicado en http://www.construsur.com.ar/Article239.html).Es muy efectiva para el monitoreo de sistemas elctricos como tableros de distribucin, transformadores,CCM y motores donde puede detectar fallas en componentes y conexiones, sobrecargas y problemas deaislacin. Tambin se puede utilizar esta tcnica en maquinaria rotativa donde puede detectar condiciones talescomo una lubricacin no adecuada, desgaste mecnico, mala alineacin y friccin. Tambin se puede usarpara identificar problemas de proceso como taponamientos, fugas / filtraciones y problemas de aislacin enrecipientes, caeras e intercambiadores de calor.



Los estudios termogrficos generalmente lo realizan especialistas que visitan la planta una o dos veces al ao.Esto normalmente se debe al costo del equipo, pero en aos recientes han bajado los precios de las cmarasmanuales [handheld] y hoy se pueden obtener modelos de bajo costo especficamente preparados para elmercado de monitoreo de la condicin.. Si bien estas cmaras tienen menor resolucin y precisin, y un menorrango de temperatura que los modelos ms caros, ambas funcionan bien en la mayora de las situaciones yvienen equipadas con un software que permite visualizar las imgenes fuera de la lnea. Tener una cmara enel rea de mantenimiento es extremadamente til para realizar estudios extemporneos, resolver problemas ycorroborar las fallas detectadas usando otras tcnicas. Si bien un estudio semestral de los componentes elctricos identifica la mayora de las fallas, los problemasmecnicos por lo general slo se pueden detectar una vez que se ha producido el dao y el calor se hatransmitido a la superficie de la mquina. Esto implica que la advertencia de falla que ofrece la termografanormalmente es con menor antelacin que la VA (anlisis de vibracin) o el anlisis de aceite, por lo que lasinspecciones mecnicas de rutina deben ser realizadas como mnimo una vez al mes. Entre las ventajas que incluye la termografa se encuentra su facilidad de uso y el hecho de que permite unaobservacin visual veloz de la planta. Se puede utilizar a una distancia segura y a travs de los resguardos conmalla de alambre. Las ventanas de cristal transparente IR o de malla (de bajos voltajes) pueden evitar lanecesidad de abrir puertas paneles durante las inspecciones elctricas . Si bien se puede usar para medirtemperaturas absolutas, el uso ms fcil y ms potente de la termografa se da cuando se pueden visualizarvarios componentes idnticos dentro de una nica imagen. Por ejemplo, si uno de los conductores de unsistema trifsico parece significativamente ms caliente que los otros dos, es posible que haya un problema enesa fase. Si la temperatura excesiva se concentra hacia la conexin esto indicara una falla local ms que unasobrecarga de la fase. En mquinas rotatorias como motores y cajas de engranaje, muchas veces es de utilidadtomar una imagen de lnea de base para realizar comparaciones futuras. Los visualizadores de imagen son en s sencillos de operar, sin embargo, siempre hay temas que cabe tener encuenta al usar la termografa. El usuario debe comprender laslimitaciones de la cmara y los efectos que la radiacin reflejada (luces, otros objetos calientes) y losmateriales de diferentes emisividades pueden tener sobre las lecturas de temperatura. Por ejemplo, lo quepodra parecer un punto caliente en un motor o caja de engranajes podra ser sencillamente unreflejo de una fuente de luz o un punto brillante en una superficie en la que el resto est cubierto de polvo osuciedad. Adems, con las cmaras de menor costo es ms difcil enfocar cuando todos los elementos de laimagen tienen una temperatura similar. Esto puede dificultar el estudio de los cojinetes ,por ejemplo ,de unacinta transportadora de un almacn donde todos funcionan aproximadamente a temperatura ambiente cuandoestn en buenas condiciones. De cualquier manera, un pequeo aumento de temperatura a raz de la falla de uncojinete igualmente debera verse con claridad en la imagen.

Imagen termogrfica de una bornera elctrica Cabe notar que tambin existen termmetros puntuales [spot] sin contacto de menor valor con un nicoelemento sensor en lugar de los tendidos detectores que utilizan los visualizadores de imgenes. Estos puedenser de mucha utilidad para medir temperaturas puntuales pero tambin se ven afectados por los mismos temasde emisividad, reflexiones, etc. El usuario tambin debe tomar en cuenta cuestiones como la distancia delobjetivo / dimetro del punto. Por lo general se proporciona tambin un sistema incorporado de mira lser paraayudar a alinear el spot con el objetivo. La termografa se debe usar de rutina en todos los sistemas elctricos y motores crticos en una planta y es tilpara estudios extemporneos y resolucin de problemas en una amplia variedad de maquinaria rotativa yequipo de proceso. Incluso cuando no se usa de rutina, con frecuencia es una buena idea tomar una imagen delnea de base para usar en comparaciones futuras. Probablemente sea adems la tcnica ms adecuada cuandoes un rea de difcil acceso o cuando la VA no sera prctica o llevara demasiado tiempo {pagebreak}4 Anlisis de aceite



El uso de un lubricante equivocado, la contaminacin con agua o polvillo, los extremos de temperatura, unavelocidad o carga no adecuada son todos factores que pueden tener un efecto negativo sobre la lubricacin deuna mquina. El anlisis de aceite consiste en establecer la condicin de los aceites y sus aditivos en cajas deengranajes y motores industriales. Tambin se puede usar en aceites hidrulicos y transformadores, y a vecesen grasas (aunque en estos ltimos es ms difcil realizar las muestras). Hay una muy amplia gama de pruebasque se usan de manera selectiva segn el tipo de mquina para proporcionar informacin sobre la qumica delos lubricantes, la contaminacin y los restos provenientes del desgaste mecnico.Existen dos razones principales para realizar el anlisis de aceite. En primer lugar, puede prolongar el tiempoentre cambios de aceite, a veces incluso durante varios aos. En lugar de seguir las pautas de los fabricantesdel equipo, el lubricante se cambia slo cuando est contaminado o su condicin se deterior tanto que ya nocumple su propsito. En segundo lugar puede detectar los productos de la corrosin o desgaste mecnico quese arrastran en el aceite, permitiendo el monitoreo de la condicin mecnica de la mquina adems de lacondicin del lubricante.Hay prcticas bien documentadas para la recoleccin de muestras y para los cambios de lubricante. Por logeneral las muestras se recogen internamente y el anlisis se terceriza al proveedor de lubricantes o a unlaboratorio independiente. La seleccin cuidadosa de un laboratorio de anlisis de aceites es un factor importante para obtener unprograma exitoso de anlisis de aceite. Por ejemplo, si se le entrega al laboratorio informacin sobre el tipo deaceite, el tipo de mquina y el historial de cambios de aceite, se podrn obtener anlisis ms confiables, lo quellevar a mejores recomendaciones. En algunas ocasiones quizs sea necesario considerar los resultados de losanlisis de aceite con el fabricante de un determinado equipo. Esto es debido a que por particularidades delequipo analizado puede dar alguna contaminacin por encima del nivel estndar que el que tiene comopredeterminado el laboratorio que est analizando la muestra . El anlisis de aceite es una tcnica muy probada que se puede utilizar de manera muy efectiva en cajas deengranajes crticos, unidades diesel e incluso vehculos en nuestras fbricas. Por lo general detecta losproblemas antes que otras tcnicas de monitoreo de condicin y es usual aplicar una frecuencia de monitoreotrimestral (recomendada) o incluso semestral. Las fallas graves en engranajes y cojinetes detectadas con elanlisis de aceite debern ser confirmadas utilizando VA. 5 Ultra-acsticaLa ultra-acstica (tambin conocida como Emisin Acstica) no es algo que se utilice ancon mucha frecuencia para el monitoreo de condicin si lo comparamos con los anteriores mtodos descriptos.Los instrumentos de ultra-acstica son excelentes para la deteccin de filtraciones/fugas en sistemaspresurizados o de vaco, y tambin se utilizan ampliamente en maquinaria rotatoria para detectar rocesmecnicos y problemas de lubricacin, as como daos a los cojinetes y engranajes. Tambin puede detectarun rango de otros sonidos como las descargas elctricas. Tambin se usan dispositivos de espesor conultra-acstica para medir el espesor de paredes en caos crticos, conductos y recipientes.Los instrumentos de ultra-acstica convierten los sonidos de alta frecuencia transmitidos por el aire y por lasestructuras (>20kHz) en sonidos audibles que los usuarios pueden or y reconocer a travs de auriculares.Tambin proporcionan una indicacin cuantificada del nivel de sonido (dB) con la cual se puede graficar latendencia para comparar componentes similares. La ventaja de trabajar a frecuencias ms altas es que elultrasonido es ms direccional que los sonidos audibles, lo que facilita la identificacin de la fuente y ladiscriminacin de los sonidos de los ruidos de fondo. Los instrumentos normalmente vienen equipados consensores intercambiables de escaneo y contacto para sonidos transmitidos por el aire y por las estructurasrespectivamente. La mayora permite ajustar tanto el rango de sensibilidad como el de frecuencia para adaptarel dispositivo a diferentes tipos de problemas de inspeccin.Quizs la manera ms efectiva de usar los sistemas ultrasnicos en el modo de contacto con maquinariarotativa es simplemente escuchar el sonido a travs de auriculares. Con el tiempo los tcnicos experimentadoslogran reconocer los problemas y discriminar los sonidos no relacionados. Las bibliotecas con clips de sonidosen la Web dan algunos ejemplos de problemas de lubricacin y fallas en los cojinetes. Otra ventaja de utilizar



el ultrasonido a travs de los auriculares es que es muy rpido y sencillo, y tambin se puede usar de maneraefectiva en equipo de rotacin lenta. Esto no se debe confundir con los dispositivos de estetoscopio electrnico de muy bajo costoque simplemente amplifican los sonidos en el rango audible y no tienen las ventajas de funcionar a lasfrecuencias ultrasnicas mencionadas previamente en esta seccin. En lneas generales la ultra-acstica es una herramienta til para la gente de mantenimiento. Su uso primarioser la deteccin de fugas, especialmente en los procesos crticos y sistemas de aire comprimido. Tambin serde utilidad para ayudar a los tcnicos a identificar los problemas y fallas de lubricacin en maquinaria rotativaque sea demasiado lenta o que lleve demasiado tiempo monitorear usando el VA. Tambin puede ser til paraayudar a confirmar los problemas detectados usando el VA.{pagebreak}6 Monitoreo y prueba de motoresSi bien el VA es capaz de detectar muchos problemas y fallas mecnicas en los motores, frecuentementeresulta difcil identificar la fuente o la gravedad de los problemas elctricos que se presentan en las ondculasde vibracin. Estas por lo general se pueden detectar mejor con un anlisis de corriente y/o flujo yfrecuentemente tambin por temperatura o termografa. El anlisis de la corriente del motor a travs un transformador de corriente fijado con grampas es una buenamanera de detectar las fallas en la barra del rotor en los motores de induccin, aunque esto requiere acceso alsuministro de energa al motor. Las puntas de prueba de flujo no son intrusivas y pueden detectar las roturasde barra de rotor, los desequilibrios de fase y los cortocircuitos en bobinados, entre fases o a tierra. Ambosdispositivos se adosan a un recolector de datos y las formas de onda y espectros se analizan de manera muysimilar a la vibracin. Si bien la corriente y el flujo se miden con el motor en marcha y bajo carga, tambinexisten pruebas fuera de lnea que se le pueden realizar a los motores. Estas pruebas miden el equilibrioresistivo, inductivo y capacitativo entre las 3 fases mientras el motor est desconectado. Adems, se usa laprueba de sobretensin para evaluar la condicin de los bobinados.Uno de los principales factores responsables de acortar la vida de los motores es el recalentamiento. El calorexcesivo afecta primordialmente los sistemas de aislacin de los motores y la grasa en los cojinetes. Lasobrecarga, la mala alineacin y la ventilacin restringida son causas comunes. Sin duda es una buena prcticamantener los motores limpios y libres de acumulacin de restos, y se recomienda utilizar la termografa enmotores ms crticos para detectar los cambios de temperatura y el desarrollo de puntoscalientes. EstroboscopioUn estroboscopio porttil es un elemento til para la inspeccin y resolucin de problemas en general en unaamplia gama de maquinaria rotativa incluyendo cintas, cadenas, engranajes, ejes, acoples, paletas deventilador, cepillos de motor de c.c. etc. Existe una amplia variedad de dispositivos en el mercado. Las unidades ms sencillas requieren que lafrecuencia de titilado sea configurada manualmente por el operador mientras que las unidades ms avanzadaspueden ajustarse automticamente a la velocidad de funcionamiento segn el resultado del el V A o de untacmetro y rastrear las fluctuaciones de velocidad. Al usar un estroboscopio por lo general es de utilidadsaber la velocidad aproximada de rotacin del equipo para que se pueda configurar la frecuencia de titilado.Cuando la frecuencia del estroboscopio coincide con la del equipo, el equipo aparecer como detenido,permitiendo una inspeccin visual. Si slo se puede ver parte del equipo, por ejemplo solo una mordaza de unacople de cuatro mordazas, una tcnica til sera hacer funcionar el estroboscopio 1 2 rpm ms rpido o mslento que el acople, que de este modo parecer rotar lentamente permitiendo la inspeccin de cada una de lasmordazas para verificar que no tengan un desgaste excesivo. Las limitaciones de un estroboscopio incluyen unlmite inferior prctico de velocidad de varios rpm, aunque puede ser de utilidad a velocidades mucho menorespara monitorear la condicin de los engranajes y dientes en equipos. Otro aspecto a considerar ser laintensidad de la fuente de luz en reas bien iluminadas o en las que el equipo se encuentra a alguna distancia.Adems, la inspeccin de muchos componentes rotatorios requiere ya sea que se retiren las protecciones deseguridad o que se creen ventanas o escotillas de inspeccin.



Desde el punto de vista de Salud y Seguridad es importante recordar que las luces estroboscpicas puedendesencadenar algunas afecciones mdicas como los ataques de epilepsia., por lo que recomendamos se tome laprecaucin de limitar este tipo de exposicin. Tambin cabe recordar que el equipo que parece estar detenidocuando se lo visualiza con el estroboscopio en realidad an est rotando a alta velocidadEn lneas generales, un estroboscopio electrnico porttil de bajo precio es una pieza muy til para lainspeccin general de la maquinaria rotativa de una lnea y para corroborar fallas detectadas con otros tcnicascomo el VA. 8 Tecnologa correctivaLa mala alineacin y la falta de equilibrio balance son causas comunes de desgaste excesivo y fallasprematuras en la maquinaria rotativa. Una buena alineacin de los ejes rotatorios y ventiladores y bombas bienequilibrados reducen la carga sobre los cojinetes, sellos y acoples. Una falla en un sello o cojinete de un motoro caja de engranaje por lo general requiere la reposicin directa de toda la unidad por lo que una buenaalineacin y balanceo no slo prolonga la vida de la mquina sino que tambin ahorra considerable tiempo yesfuerzo en temas de mantenimiento. Tambin se suele reconocer que un equipo correctamente alineado ybalanceado puede reducir considerablemente el consumo de energa. Tanto la alineacin como el balancedebern llevarse a cabo con la mquina detenida. Los mtodos convencionales de alineacin de ejes usan calibres sondeadores, escuadras e indicadores deprueba con cuadrante. Si bien se pueden obtener buenos resultados con estos mtodos, por lo generaldependen del especialista que realiza la alineacin de la mquina. Los sistemas de alineacin con lser puedenmedir con precisin la desalineacin paralela y angular en mquinas horizontales y verticales y puedendetectar el soft foot [distorsin del marco de una mquina]. Pueden calcular las correccioneshasta 0,01mm aunque, en la prctica, el movimiento lateral de un motor o caja de engranajes a tolerancias tanexactas es poco prctico. Es fcil obtener cuas de precisin que simplifican la realizacin de ajustes de alturay la correccin del soft foot. Existen sistemas para alineacin con laser y espejo para la alineacin de poleas y ruedas dentadas. Este es un sistema de lser y espejo muy sencillo y de bajo costo que ayuda a corregir la desalineacinparalela y angular en sistemas de correa y cadena, haciendo que la tarea de alineacin de poleas y ruedasdentadas sea ms sencilla, ms veloz y ms precisa. La mayora de los recolectores de datos de vibracin cuentan con una funcin incorporada de balanceo. Estopuede ser en plano nico (perfecto para la mayora de los ventiladores) o en plano dual para los componentesrotatorios cuya profundidad es significativa con respecto al dimetro. El uso generalizado de estas herramientas correctivas aumenta la vida de la mquina y reduceel consumo de energa.


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