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Preparación de Artículos revista VISIÓN ELECTRÓNICA: algo más que un estado sólido

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SISTEMA DE MONITOREO CON ANÁLISIS VIBRACIONAL EN COMPRESOR DE GAS

MONITORING SYSTEM IN VIBRATIONAL ANALYSIS WITH GASCOMPRESSOR

Hugo Segura Benavides1 , Carlos Andrés Porras Niño2

Resumen: En este artículo se plantea diseñar e implementar un prototipo de monitoreo

electrónico con análisis de vibraciones en una máquina compresor de gas natural

propiedad de Turgas S.A. E.S.P., cuya planta se encuentra ubicada en el municipio de

Piedras, departamento del Tolima. Se pretende aplicar sistemas de telemetría apoyada

por internet, y así se pueda monitorear el equipo desde cualquier terminal

computarizada del mundo, de tal forma que gracias a esta tecnología se tomen

decisiones seguras y oportunas, en tiempo real, tomando en cuenta la relativa

peligrosidad que representa el gas explosivo con el que se tendrá interacción.

Después de realizar una evaluación en los procesos se observó que al monitorear el

compresor se puede mejorar la calidad, el tiempo de producción, facilitar el trabajo y

reducir costos. En síntesis el proyecto busca diseñar e implementar un sistema que

permita el monitoreo con análisis vibracional, enfocado a mantenimiento predictivo,

adelantándose a eventuales paros de la máquina y así evaluar cuando son necesarios

los mantenimientos preventivos programados para evitar accidentes indeseados en el

1[1] Técnico Profesional en Electromecánica de la Escuela Tecnológica Instituto Técnico Central La Salle.Tecnólogo en Electrónica de la Universidad de San Buenaventura. Estudiante de Ingeniería en Control de laUniversidad Distrital Francisco José de Caldas. Correo electrónico e-mail: [email protected].[2] Tecnólogo en Electrónica de la Universidad de San Buenaventura. Estudiante de Ingeniería en Control de laUniversidad Distrital Francisco José de Caldas Lugar de trabajo: Turgas S.A. Correo electrónico e-mail:[email protected]


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Fecha de aceptación:personal y daños costosos en sus componentes mecánicos representados en tiempo

y dinero.

Palabras clave: Máquina rotativa, Acelerómetro, Mantenimiento predictivo, Telemetría,

Internet, Vibraciones.

Summary: This article presents a prototype design and implement electronic monitoring with

vibration analysis on a machine owned natural gas compressor Turgas S.A. E.S.P.,

whose plant is located in the town of Piedras, Tolima, Colombia. Seeks to implement

telemetry systems supported by internet, so you can monitor your computer from any

computer terminal in the world, so that through this technology is safe and appropriate

decisions in real time, taking into account the relative hazard to represents the explosive

gas with which it will interact. After conducting a process evaluation found that by

monitoring the compressor can improve quality, production time, facilitate work and

reduce costs. In short the project aims to design and implement a system for monitoring

with vibrational analysis, focusing on predictive maintenance, ahead of any stoppages of

the machine and then assess when necessary scheduled preventive maintenance to

avoid unwanted accidents in personal and costly damage mechanical components

represented in time and money.

Key Words: Rotating machine, Accelerometer, Predictive Maintenance, Telemetry, Internet,Vibration.

Introducción

TURGAS S.A. E.S.P. es una empresa que nace en el año 2004 buscando optimización del

uso racional del gas pues era quemado en las teas tales como el etanol, el benceno, el gas


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Fecha de aceptación:propano, GLP (Gas licuado de petróleo) y gasolinas hexanos. TURGAS S.A ESP ofrece el

servicio de gas natural al sur del Tolima, además de generación de energía eléctrica a costos

razonables para los habitantes de la zona. Es importante que el compresor de gas natural

que suministra éste a los ductos de transporte trabaje por seguridad en óptimas condiciones.

La máquina consta de sistema de cámara y cuatro pistones cuya función consiste en

comprimir el gas propano a ciertos niveles sucesivos para ser transportado por tubería a los

clientes potenciales en el sur del Tolima. Este proceso ha funcionado satisfactoriamente

durante varios años, presintiendo posibles fallas se está trabajando en control predictivo.

Ahora existe la posibilidad de iniciar el proyecto, es decir, implementar el hardware y software

apropiado para llegar a un proceso de monitoreo y predicción de fallas eficiente. El presente

proyecto pretende materializar la idea de diseño, ensamble, adecuación y telemetría, de uno

de los primeros proyectos concebido, diseñado y ejecutado propiamente en Colombia, con

recursos limitados, intentando equiparar los alcances tecnológicos realizados por diferentes

entidades gubernamentales y corporaciones en otros países.

1. Generalidades y Estado del Arte

1.1 Sistema SCADA

SCADA viene de las siglas de “Supervisory Control and Data Adquisition”, es decir:

adquisición de datos y control de supervisión. Se trata de una aplicación sofware

especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores en el control de producción de tal

forma que proporciona comunicación con los dispositivos de campo (controladores

autónomos, autómatas programables, etc.), y controlando el proceso de forma automática


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Fecha de aceptación:desde la pantalla del ordenador. Además, provee de toda la información que se genera en el

proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel como de otros supervisores

dentro de la empresa: control de calidad, supervisión, mantenimiento, etc. [1]

En este tipo de sistemas, usualmente existe un ordenador que efectúan tareas de

supervisión y gestión de alarmas, así como de tratamiento de datos y control de procesos. La

comunicación se realiza mediante buses especiales o redes LAN. Todo esto se ejecuta

normalmente en tiempo real, y están diseñados para dar al operador de la planta la

posibilidad de supervisar y controlar dichos procesos. Los programas necesarios y, en su

caso, al hardware adicional que se necesite, se denomina en general sistema SCADA.

1.2 Prestaciones de un sistema SCADA

Un paquete SCADA debe estar en disposición de ofrecer las siguientes prestaciones:

Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para reconocer

una parada o situación de alarma con registro de incidencias. Generación de históricos de

señal de planta, que pueden ser volcados para su proceso sobre una hoja de cálculo.

Ejecución de programas que modifican la ley de control o incluso anular o modificar las

tareas asociadas al autómata bajo ciertas condiciones. Se pueden desarrollar aplicaciones

para ordenadores, con captura de datos, análisis de señales, presentación en pantalla, envío

de resultados a disco e impresora. Además, todas estas acciones se llevan a cabo mediante

un paquete de funciones que incluye zonas de programación en un lenguaje de uso general

(como C, Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad.

1.3 Requisitos de un sistema SCADA

Un SCADA debe cumplir con varios objetivos para que su instalación sea perfectamente

aprovechada: Deben ser sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse


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Fecha de aceptación:según las necesidades cambiantes de la empresa. Deben comunicarse con total facilidad y

de forma transparente al usuario con el equipo de planta y el resto de la empresa (redes

locales y de gestión). Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de

hardware, y fáciles de utilizar, con interfaces amigables para el usuario.

1.4 Módulos de un sistema SCADA

Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición, supervisión y

control son los siguientes:

Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de un SCADA, adaptándolo a

la aplicación particular que desea desarrollar.

Interfaz gráfico del operador: proporciona al operador las funciones de control y de

supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos almacenados

en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en el SCADA, o

importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete.

Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de las valores

actuales de variables leídas.

Gestión y archivo de datos: se encarga del almacenamiento y procesado ordenado de los

datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la

arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre esta y el resto de elementos

informáticos de gestión. [2]

1.5 SCADAS comerciales y sus funciones


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Fecha de aceptación:Existen en la actualidad numerosos sistemas predictivos de análisis de vibraciones,

diseñados y fabricados por diversas empresas del sector, en la mayoría foráneas, pero cuyo

denominador común radica en el alambrado físico del sensor de la planta con los equipos del

sistema de análisis, proceso que vamos a intentar implementar inalámbricamente y de esta

manera superar potenciales fallos congénitos futuros. Entre otros tenemos los siguientes:

1.5.1 Fabricante: Wonderware

Producto: FactorySuite 2000

www.wonderware.com

Consiste en un conjunto de aplicaciones de software industrial orientado hacia las

aplicaciones de control y MMI. Los principales componentes de la suite son:

Intouch. Provee una perspectiva integrada de todos los recursos de control e información de

la planta. De esta manera, los ingenieros, supervisores, gerentes y operadores pueden

visualizar e interactuar con los procesos mediante representaciones gráficas de los mismos.

Industrial SQL Server. Es una base de datos en tiempo real de alto rendimiento que tiene el

propósito de hospedar todos los datos de proceso que se generan en la planta. Combina la

fortaleza y la flexibilidad de una base relacional convencional con las particularidades de un

sistema en tiempo real. Así, la información correspondiente a los procesos de la planta y la

de negocios se integran con facilidad.

InControl. Sistema de control de arquitectura abierta que permite diseñar, crear, probar y

ejecutar programas de aplicación para controlar los procesos. Mediante esta herramienta se

pueden crear soluciones de automatización utilizando una gran variedad de lenguajes

gráficos y de texto. Es compatible con un número muy amplio de interfases para dispositivos

de entrada/salida, motores, sensores y muchos otros equipos típicos de la planta.


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Fecha de aceptación:In Track. Permite a los ingenieros modelar y trazar los recursos críticos de la planta como

órdenes de trabajo, materiales, especificaciones de producto, instrucciones de trabajo,

equipo y recursos humanos, así como datos de proceso y análisis. Posibilita a los usuarios

implementar aplicaciones cliente/servidor que les ayuden a controlar y mejorar sus

operaciones de manufactura de manera efectiva.

In Batch. Este administrador de procesos de bache está diseñado para automatizar y

proveer una historia completa de los procesos de este tipo. Compatibilidad para crear recetas

con facilidad y rapidez y luego simular su ejecución a través de un modelo de proceso, sin

necesidad de escribir una sola línea de código. Ver figura No 1.

Figura No 1 Ejemplo de Scada en un simulador de vuelo

1.5.2 Fabricante: Rockwell Automation

Producto: RS View32

www.software.rockwell.com

Este software MMI para monitorear y controlar máquinas automatizadas y procesos está

diseñado para operar en el ambiente MS Windows 2000 con soporte para idioma español.Es

completamente compatible con contenedores OLE para Active X , lo que facilita la inclusión

de controles de este tipo suministrado por terceros. Incluye VBA, Visual Basic para

aplicaciones como parte integrante den sus funciones, de modo que posibilita maneras

ilimitadas de personalizar los proyectos. Su compatibilidad con la tecnología cliente servidor


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Fecha de aceptación:OPC le permite comunicarse con una amplia variedad de dispositivos de hardware. El

producto se complementa con RSView32 Active Display System y RSView32 Web Server, el

primero para ver y controlar los proyectos RSView32 desde localidades remotas y el segundo

para que cualquier usuario autorizado pueda acceder a gráficas, etiquetas y alarmas

mediante el uso de un navegador de internet convencional. Ver figura No 2.

Figura No 2 Ejemplo de Scada en un sistema de tanques de almacenamiento

1.5.3 Fabricante: National Instruments

Producto: LabView

www.ni.com

Ofrece un ambiente de desarrollo gráfico con una metodología muy fácil de dominar por

ingenieros y científicos. Con esta herramienta se pueden crear fácilmente interfases de

usuarios para la instrumentación virtual sin necesidad de elaborar código de programación.

Para especificar las funciones sólo se requiere construir diagramas de bloque. Se tiene

acceso a una paleta de controles de la cual se pueden escoger desplegados numéricos,

medidores, termómetros, tanques, gráficas, etc. E incluirlas en cualquiera de los proyectos de

control que se estén diseñando. Se basa en un modelo de programación de flujo de datos

denominado G, que libera a los programadores de la rigidez de las arquitecturas basadas en

texto. Es también el único sistema de programación gráfica que tiene un compilador que

genera código optimizado, cuya velocidad de ejecución es comparable al lenguaje C.


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Los desarrollos construidos son plenamente compatibles con las normas VISA, GPIB, VXI y

la alianza de sistemas VXI Plug – Play. Para facilitar aún más la operación de este producto

se encuentra con la inclusión de una herramienta asistente capaz de detectar

automáticamente cualquier instrumento conectado a la computadora, instalando los drives

apropiados y facilitando la comunicación con el instrumento al instante. Aunque en un

principio fue creado para construir instrumentación virtual (osciloscopios, generadores de

función, voltímetros, etc.), gracias a la amplia disponibilidad de tarjetas de adquisición de

datos y a la facilidad de construir aplicaciones en un ambiente gráfico, las últimas versiones

se han utilizado ampliamente para desarrollar aplicaciones en el control de procesos.

LabView Player es un agregado del programa que facilita ejecutar las aplicaciones por la red

sin necesidad de contar con el producto completo. Este programa es el más opcionado para

el desarrollo de nuestro proyecto. Ver figura No 3.

Figura No 3 Ejemplo de Scada en la industria

2. Marco Teórico

2.1 Análisis de VibracionesLa medición y análisis de vibraciones es utilizado, en conjunto con otras técnicas, en todo tipo

de industrias como técnica de diagnóstico de fallas y evaluación de la integridad de máquinas


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Fecha de aceptación:y estructuras. En el caso de los equipos rotatorios, la ventaja que presenta el análisis

vibratorio respecto a otras técnicas como tintas penetrantes, radiografía, ultrasonido, etc., es

que la evaluación se realiza con la máquina funcionando, evitando con ello la pérdida de

producción que genera una detención ya sea programada o no y la gran cantidad de patrones

de falla que se pueden diagnosticar mediante el uso de este procedimiento. [3]

2.2 Medición de la VibraciónLas etapas seguidas para medir y/o analizar una vibración, que constituyen la cadena de

medición, son: 1. Etapa transductora; 2. Etapa de acondicionamiento de la señal; 3. Etapa de

análisis y/o medición; 4. Etapa de registro. El transductor es el primer eslabón en la cadena

de medición y debería reproducir exactamente las características de la magnitud que se

desea medir. Un transductor es un dispositivo electrónico que sensa una magnitud física

como vibración y la convierte en una señal eléctrica (voltaje) proporcional a la magnitud

medida. Típicamente hay cuatro tipos de sensores o transductores de vibraciones: 1. Sensor

de desplazamiento relativo sin contacto; 2. Sensor de desplazamiento relativo con contacto;

3. Sensor de velocidad o velocímetro; 4. Sensor de aceleración o acelerómetro.

Para la medición de vibraciones en el exterior de las máquinas y en las estructuras hoy en

día se utiliza fundamentalmente los acelerómetros. El acelerómetro tiene la ventaja respecto

al velocímetro de ser más pequeño, tener mayor rango de frecuencia, y poder integrar la

señal para obtener velocidad o desplazamiento vibratorio. El sensor de desplazamiento se

utiliza para medir directamente el movimiento relativo del eje de una máquina respecto a su

descanso. Para la selección adecuada del sensor se debe considerar la amplitud a medir,

temperatura de la superficie a medir y fundamentalmente el rango de las frecuencias a medir.

Rango de frecuencias de transductores de vibración típicos


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Tipo de transductor Rango típico de frecuencia (Hz)Desplazamiento sin contacto 0 - 10.000

Desplazamiento con contacto 0 - 150

Velocímetro sísmico 10 - 1.000

Acelerómetro de uso general 2 - 7.000

Acelerómetro de baja frecuencia 0.2 - 2.000

Tabla Nº 1 Indica rangos de frecuencias de sensores de vibraciones típicos

Una vez acondicionada la señal ésta puede ser medida o analizada. Un medidor de

vibraciones es un instrumento que mide el valor pico, pico a pico o RMS de la vibración. Un

analizador de vibraciones es un instrumento que realiza análisis espectral.

2.3 Técnicas de Análisis de Vibraciones

El objetivo del análisis de vibraciones es poder extraer el máximo de información relevante

que ella posee. Para esto existen diferentes técnicas de análisis tanto en el dominio tiempo

como en el dominio de la frecuencia las cuales tienen sus propias ventajas para algunas

aplicaciones en particular Existen diversas estrategias y técnicas para obtener, evaluar y

analizar el espectro de vibraciones procedentes de un sistema rotativo. Entre ellas

encontramos: 1. Análisis espectral; 2. Análisis de la forma de onda; 3. Análisis de fase de

vibraciones; 4. Análisis de los promedios sincrónicos en el tiempo; 5. Análisis de órbitas;

6. Análisis de demodulaciones; 7. Análisis de vibraciones en partidas y paradas de una

máquina; 8. Análisis por transformada de tiempo y frecuencia; 9. Análisis por curvas de

Lissajaus; 10. Análisis de vibraciones por medio de la Transformada Rápida de Fourier. [4]

2.3.1 Análisis espectral. La esencia del análisis espectral es descomponer la señal

vibratoria en el dominio del tiempo en sus componentes espectrales en frecuencia. Esto

permite, en el caso de las máquinas, correlacionar las vibraciones medidas generalmente en

sus descansos, con las fuerzas que actúan dentro de ella. Ver figura No 4.


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Figura No 4 Ejemplo de montaje para realizar análisis espectral

2.3.2 Análisis de la forma de onda. El análisis de la forma de la vibración en el tiempo a

veces puede proveer información complementaria al análisis espectral. Este análisis es

adecuado para reconocer los siguientes tipos de problemas: Impactos, Rozamientos

intermitentes, Modulaciones en amplitud y frecuencias, Transientes, Truncaciones.

2.3.3 Análisis de fase de vibraciones. Se puede definir la diferencia de fase entre dos

vibraciones de igual frecuencia como la diferencia en tiempo o en grados con que ellas llegan

a sus valores máximos, mínimos o cero. El análisis de diferencias de fase a la velocidad de

giro de la máquina entre las vibraciones horizontal y vertical o entre las vibraciones axiales de

los diferentes descansos del sistema motormáquina [5], permite determinar los movimientos

relativos entre ellos, y diferenciar entre problemas que generan vibraciones a frecuencia 1x

rpm: Desbalanceamiento, Desalineamiento, Eje doblado, Resonancia, Polea excéntrica o

desalineada. Ver figura No 5.

Figura No 5 Ejemplo de desalineación entre ejes

2.3.4 Análisis de los promedios sincrónicos en el tiempo. Esta técnica recolecta señales

vibratorias en el dominio tiempo y las suma y promedia sincrónicamente mediante un pulso de

referencia repetitivo. Las componentes sincrónicas al pulso se suman en el promedio y las no

sincrónicas disminuyen de valor con el número de promedios. Se detectan vibraciones


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Fecha de aceptación:medidas en la tercera prensa de una máquina papelera. Se observa utilizando la técnica de

promedios sincrónicos en el tiempo la contribución instantánea a la vibración global del rodillo

superior y el fieltro. Esto permite determinar en promedio de forma más fácil el origen de las

diferentes componentes vibratorias.

2.3.5 Análisis de órbitas. Combinando dos señales vibratorias captadas por sensores

ubicados relativamente entre ellos a 90º (vertical y horizontal) en un descanso de la máquina

se puede obtener el movimiento del eje en el descanso o su órbita. Ver figura No 6.

Figura No 6 Ejemplo de análisis de órbitas

2.3.6 Análisis de demodulaciones. El análisis de demodulaciones en amplitud consiste en

analizar la envolvente de la señal temporal de una señal modulada. Este análisis permite

determinar más fácilmente la periocidad de las modulaciones y diagnosticar problemas tales

como: Rodamientos picados, Engranajes excéntricos o con dientes agrietados, Deterioro de

álabes en turbinas, Problemas eléctricos en motores. Ver figura No 7.

Figura No 7 Ejemplo de análisis de demodulaciones

2.3.7 Análisis de vibraciones en partidas y paradas de una máquina. Existen ciertos

problemas que son más fácil de diagnosticar durante el funcionamiento de partidas y paradas


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Fecha de aceptación:que durante el funcionamiento estacionario de la máquina. Es el caso de los problemas que

generan vibraciones cuyas frecuencias son función de la velocidad de la máquina.

Al disminuir ésta, dichas componentes van disminuyendo en acorde, por lo que en algún

momento coinciden con alguna frecuencia natural de ella y son amplificadas, evidenciando en

ese instante en forma más clara el problema. Para esto se analiza los gráficos de la amplitud

y fase de algunas componentes vibratorias en función de la velocidad de rotación de la

máquina. Estos gráficos se denominan a veces gráficos de Bodé. Otro gráfico que se utiliza

para estos análisis es el diagrama en cascada. Ver figura No 8.

Figura No 8 Ejemplo de análisis con gráficos de Bode

2.3.8 Transformada tiempo frecuencia. El análisis espectral es adecuado para analizar

vibraciones compuestas de componentes estacionarias durante su período de análisis. Esto

indica qué efectos transientes de la vibración son promediados en el período de análisis,

perdiéndose información sobre la naturaleza o forma de estas variaciones. Existe entonces la

necesidad de un análisis que describa mejor señales no estacionarias o transientes. Esto se

consigue con las distribuciones o transformadas tiempo-frecuencia. Las transformadas

tiempo-frecuencia son análisis tridimensionales amplitud-tiempo-frecuencia, es decir, segrega

una nueva dimensión (el tiempo) a la clásica FFT. Ver fig. No 9.


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Figura No 9 Ejemplo de análisis con transformada tiempo frecuencia

2.3.9 Análisis de vibraciones por medio de la Transformada Rápida de Fourier. Mediante

la comparación de distintas medidas en el tiempo, establecemos tendencias y podemos

anticiparnos al fallo con un considerable margen de seguridad. Por este motivo, es importante

contar con una adecuada frecuencia de toma de datos, que nos permitirá ser más precisos y

fiables cuanto menor sea el tiempo entre medidas. Consiste en la medida de vibración en

diferentes puntos de la máquina y en distintas direcciones, empleando para ello transductores

que convierten una determinada magnitud física (desplazamiento, velocidad o aceleración) en

señales eléctricas que son recibidas por un analizador. Los transductores más empleados

son acelerómetros.

El analizador es capaz de procesar estas señales eléctricas y mediante una transformada

rápida de Fourier (FFT) ofrecernos un espectro de vibración, que no es otra cosa que un

gráfico en el que representamos en el eje de abscisas las diferentes frecuencias de vibración

(lo que nos indica la naturaleza del fallo), y en el de ordenadas la amplitud de la vibración a

cada frecuencia (que nos da una idea de la severidad del fallo). El estudio de estos espectros,

para cada punto y dirección, y su evolución en el tiempo, es lo que nos permite establecer

conclusiones precisas acerca de la condición de la máquina en su conjunto y del estado de

sus diferentes partes rotativas. Ventajas: Es aplicable prácticamente a todo tipo de

maquinaria rotativa, Detecta la gran mayoría de modos de fallo de las máquinas rotativas,

Técnica confiable y precisa.


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Fecha de aceptación:Tipos de fallos que detecta: Problemas en cojinetes, Desequilibrios, Desalineaciones,

Holguras o flojedades, Tornillos sueltos, Roces o golpes, Bancadas inadecuadas o en mal

estado, Fallos de lubricación (por defecto o por exceso), Problemas de origen eléctrico en

motores (barras rotas, desequilibrio de fases, excentricidad estatórica, etc…), Pata coja en

motores eléctricos, Problemas en engranajes, Cavitación o turbulencias de flujo en bombas,

ventiladores, turbinas, Roturas o fallos en un álabe de impulsor o rotor de turbina o un aspa de

un ventilador, etc. Prácticamente la gran mayoría de modos de fallo habituales en máquinas

rotativas son detectados con un adecuado análisis de vibraciones. Ver figuras Nos 10 y 11.

Figura No. 10 Señal vibracional en función del tiempo

Figura No. 11 Señal espectral en función de la frecuencia

2.3.10 Figuras de Lissajous. Jules Lissajous (1822-1880), físico francés, se interesó por las

ondas y desarrolló un método óptico para el estudio de las vibraciones. Primero estudió las

ondas producidas por un diapasón en contacto con el agua. En 1855 describió una forma de

estudiar vibraciones acústicas reflejando un rayo de luz desde un espejo que se encuentra

pegado a un objeto vibrante, hacia una pantalla. Obtuvo las figuras que luego llevarían su


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Fecha de aceptación:nombre mediante el reflejo sucesivo de la luz de dos espejos pegados a dos diapasones

vibrando con ángulos de desfase. Estas curvas pueden ser observadas sólo gracias a la

inercia o persistencia visual, que no es otra cosa que un fenómeno de la visión por el cual

aparece como continua la luz con variaciones rápidas de intensidad, y como movimiento

continuo lo que no es sino una sucesión rápida de vistas fijas.

Esto ocasiona que las imágenes o sucesos de imágenes se queden grabadas en nuestra

retina y veamos como consecuencia una especie de “animación”. Los diapasones son

análogos a las placas del osciloscopio; la luz reflejada por los espejos, al haz de electrones; y

la pantalla de reflexión, a la pantalla fosforescente. Lissajous estudió las oscilaciones

observadas cuando sus diapasones vibraban a frecuencias ligeramente diferentes. En este

caso se observaba una elipse rotante en la pantalla. Gracias a éste trabajo sobre la

observación óptica de las vibraciones, Lissajous obtuvo el premio Lacaze en 1873.

Las figuras de Lissajous son frecuentemente llamadas curvas de Bowditch, gracias a

Nathaniel Bowditch, quien las consideró en 1815, y fueron estudiadas más profundamente por

Lissajous recién en 1857. Las figuras de Lissajous tienen aplicaciones en muchas ciencias,

especialmente en Física y Astronomía. Las siguientes ecuaciones paramétricas rigen las

figuras de Lissajous: x = a sin(nt + ð), y = b sin(mt) donde a y b son las amplitudes de las

señales en x e y, respectivamente; n y m son las frecuencias de ambas ondas o señales, pero

expresadas en velocidad angular (ð = 2ðf); y ð es el ángulo de fase de una señal con relación

a la otra. Ver figura No 12.


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Figura No 12 Ejemplo de análisis por figuras de Lissajous

3. Características del Prototipo

Para que el prototipo desempeñe sus funciones satisfactoriamente se desarrollaron módulos

de implementación por etapas como se muestra a continuación en la tabla No 2.

PLANTA

Módulo Adquisición

Hta. de Programación

Módulo Transmisión

Base de Datos

PC SCADA

Tabla Nº 2 Indica la implementación por etapas del prototipo

3.1 Planta

Se pretende trabajar en la planta de TURGAS S.A. sobre uno de los compresores de gas

natural marca WORTHINGTON de cuatro etapas, el cual es accionado por un motor eléctrico

de 900 HP a 1000 revoluciones por minuto acoplado directamente al eje del compresor, el

cual recibe gas en su entrada a 15 psi cuya primera etapa lo comprime a 250 psi,

posteriormente la segunda etapa lo comprime a 460 psi, de ahí la tercera etapa lo sigue


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Fecha de aceptación:comprimiendo a 720 psi, para finalmente la cuarta etapa lo termina de comprimir a 1450 psi y

de esta forma alimentar los ductos de direccionamiento hacia su distribución en gasoductos.

Figura No 13 Compresor de gas natural multietapas

3.2 Módulo de adquisición

Este módulo comprende los circuitos captadores y acondicionadores de la señal vibracional

procedente del compresor, cuya característica principal es el uso de un acelerómetro biaxial

ADXL250 de Analog Device con un rango de funcionamiento de -50 a +50 gravedades con

salida analógica, en presentación de circuito de estado sólido de montaje superficial, que

soporta de -45 a +85 grados centígrados en campo. En la implementación se utiliza el

principio de capacitancia para medir el desplazamiento de un sistema elástico que consiste en

una barra de silicio sujetada por cuatro hilos. A esta configuración se adicionan tres placas

metálicas que forman dos condensadores. La placa de la mitad cambia la distancia entre las

placas de los extremos, el principio de capacitancia se utiliza para almacenar energía y los

condensadores son dispositivos electrónicos utilizados en este fenómeno. [5]


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Figura No 14 Desarrollo de placa con acelerómetro triaxial

3.3 Módulo de Transmisión

La comunicación entre el módulo de adquisición instalado en la máquina y el computador que

posee el sistema SCADA se pretende realizar por sistema de intercomunicación inalámbrica

bluetooth, solucionando el problema de cableado entre sus módulos, evitando errores por

daños físicos en los cables. Su único limitante es la distancia entre el transmisor y el

computador que corresponde aproximadamente a 30 metros lineales sin obstáculos físicos.

Distancia apropiada para tomar decisiones prontas de acuerdo a datos de las variables. [6]

Figura No 15 Ejemplo de interconectividad con tecnología bluetooth

3.3 Módulo PC SCADA

El computador portátil soporte genérico con 2 gigabytes de memoria RAM y receptividad

bluetooth, contiene la herramienta de programación para poder implementar la Transformada

Rápida de Fourier, que es LabVIEW versión 8.6 dado las prestaciones, servicios y flexibilidad

que permite el programa. LabVIEW es una plataforma estándar en la industria de test y

medidas para el desarrollo de sistemas de prueba y control de instrumentación, en el campo

de la automatización industrial para la adquisición de datos, análisis, monitorización y


Fecha de envío:


Fecha de aceptación:registro, cuya característica principal es la programación gráfica para el proceso de sensado,

control, instrumentación y automatismos en la industria. [7]

Figura No 16 Ejemplo de panel de control con LabVIEW

Figura No 17 Ej. de implementación de la TRF con LabVIEW


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Fecha de aceptación:4. Conclusiones

En síntesis el análisis de vibraciones ayuda a diagnosticar problemas en el equipo de

trabajo antes de que ocurra algún fallo catastrófico y ofrece importantes ventajas:

Marcada reducción en los altos costos de mantenimiento no planeado,

(mantenimiento correctivo). Altas reducciones en inventario de partes de

repuesto, debido a un mejor conocimiento sobre el estado de la maquinaria.

Reducción en las ordenes de trabajo de emergencia y tiempo extra de los

trabajadores. Reparaciones más eficientes, porque el equipo nuevo y reparado

puede ser cuidadosamente inspeccionado para asegurar la calidad de la

reparación. Incremento en la capacidad de trabajo, debido a menos novedades

por fallas en el equipo ocasionadas por excesiva vibración. Mejores condiciones

de seguridad, debido a que las maquinas no están condicionadas a trabajar hasta

que fallen.

Referencias bibliográficas

[1] Balcells J, Romeral J L. Autómatas Programables. Marcombo editores, serie mundo electrónico. España, Ed. Alfaomega, 1998.

[2] Pallás A. Ramón. Sensores y Acondicionadores de Señal. Barcelona, Marcombo, 3ª Ed, 2004.

[3] Creus Solé, Antonio. Instrumentación Industrial. Barcelona, Ed. Marcombo, 5ª Ed.,1993.

[4] Ogata, Katsuhiko. Dinámica de Sistemas. México, Prentice Hall, Ed en Español 1978.[5] Beer, Russell. Mecánica Vectorial para Ingenieros Dinámica. Méx, McGraw Hill, 5ª Ed,

1990.[6] Fonseca Velásquez, Aldemar; Fino Sandoval, Rafael Alberto. Red de Datos para

Instrumentación. Bogotá,D.C., Centro de Investigaciónes y Desarrollo Científico, Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Primera Edición, 2003.


Fecha de envío:


Fecha de aceptación:[7] LabVIEW 8.2 Programación Gráfica para el Control de Instrumentación, Antoni Manuel

Lázaro, Joaquín del Río Fernández.Madrid, 2007.

Infografíahttp//www.wonderware.comhttp//www.software.rockwell.comhttp//www.ni.comhttp//www.IEEE.com visitado de febrero a sept de 2011

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