MANTENIMIENTO PREDICTIVO O BASADO EN CONDICIÓN

César Dioses Gutierrez

FILOSOFÍAS DE MANTENIMIENTO

•Correctivo Avería.•Preventivo Planeado lo necesite o no.

(Transplante, bypass).•Predictivo Basado en condición (CBM).

(ecografías, tomografías).•Proactivo De confiabilidad – causa raíz.

(medida de presión, sangre, colesterol)

(ataque cardiaco).

M. PRO

Diagnóstico y causa raízAnálisis de falla (RCFA)

Revisión operacional

Corrección y reparaciónMantenimiento predictivo (PdM)

Predictivo o basado en condición

• Usa tecnologías para determinar estado actual o condición del equipo para programar reparaciones necesarias.• Mantenimiento sólo a las máquinas que necesitan atención.• Detectar posible defecto de la máquina.• Determinar causas de fallo y su evolución.• Corrección de fallos.

•Análisis vibracional (VA)Severidad vibracional mejor para equipos dinámicos

•Administración de lubricación (LM)Muestreo del lubricantedesgaste de piezas

•Emisiones acústicas (AE)Sonidos fuera de rango patrón

•Termografía infraroja (IRT)Zonas más calientes en circuitos

•Detectores de partículas magnéticasConteo periódico en líneas de tomas de aceite

•Otros

CICLO DEL MANTENIMIENTO BASADO EN CONDICIÓN

Monitoreo Periódico

Ajustar niveles de alarma

Reparar equipo

Orden de reparación

Medidas exceden límites

alarma

Analizar problema

SI

NO

incrementar

frecuencia

medidas

VibraciónTemperaturaLubricanteEtc.

Análisis de falla

• Nivel de referencia.• Si medidas exceden

alarmas, el sistema detecta y produce diagramas e informes para analizar problema.

• Detección temprana permite programar reparación con tiempo.

• Después de reparación, verificación y nuevo nivel de referencia.

ANÁLISIS VIBRACIONAL

QUÉ MÁQUINAS MONITOREO?

•Análisis de criticidad• Crítico para la producción (parada de

planta)• Crítico para la seguridad (si falla

contamina)• Crítico para el medio ambiente (si

falla contamina)• Costo-beneficio (cifra probabilidad

falla x costo de falla)

FISICA VIBRACIONALVibraciónMovimiento de vaivén de componentes mecánicos de una máquina (masa) a medida que reaccionan a fuerzas internas o externas.•Fuerzas internas: Provienen

de máquina: desbalance, desalineamiento.•Fuerzas Externas: De

maquinaria que rodea máquina (eje, tubo, incluso el aire).

Tipos básicos de fuerza

A) IMPACTO: Piezas sueltas como martillazos en un sistema de tuberías, bolas en un rodamiento golpeando fisura.

B) PERIÓDICO: Repetitiva como desbalanceo o desalineamiento.

C) AL AZAR: Varía con el tiempo, como turbulencias en tubería, cavitación en bombas.

“CADA FUERZA PRODUCE DIFERENTE REACCIÓN EN MÁQUINA”

Por ejemplo, timbrazo de campana (impacto).

PARÁMETROS Y UNIDADES DE MEDICIÓNDesplazamiento: Distancia a través del cual el componente de vibración se mueve respecto a referencia.-Amplitud medida en mm pero habitualmente en micrómetros (10-6 m).Velocidad: Tasa de vibración del desplaz.-Para detectar en máquinas de velocidad media (desbalanceos, solturas, desalineamientos).-En mm/s o pulg/s.Aceleración: Tasa de variación de velocidad.-Para máq. Rotativa y especialmente en rodamientos.-En “g” (9.81 m/s2)

Escalas de amplitud:-RMS : Raíz cuadrada media (medida de energía de vibración)-Pico = √2 x RMS-Pico – Pico = 2 x Pico = 2 √2 x RMS-Promedio = 0,637 x Pico

Ejemplo:

•Una vibración mide como RMS 1g a 50 Hz aceleración de 9,81m/s2 RMS

•A Pico √2 x 9,81 = 13,873 m/s2 Pico

•A Pico-Pico 2 X 13,873 m/s2 Pico - Pico

ESPECTROS DE VIBRACIÓN

•FUENTES PARA MULTIPLES FRECUENCIAS.--Las máquinas producen vibración a partir de varias

fuentes.-Relacionadas con velocidad de giro.-Múltiplos o sub-múltiplos de velocidad de giro.-Etc.Cada fuente produce su propia frecuencia.

1/3 análisis de vibraciones conocer frecuencias y fuentes.

2/3 análisis de vibraciones conocer historia de máquina.

ESPECTROS FFT (transformada rápida de Fourier)

•Analiza datos de tiempo a través de componentes de frecuencia y amplitud (espectros Amplitud vs. Frecuencia FFT).

ESPECTROS MÁS USADOS

ARMÓNICOS•Cuando hay componentes de frecuencias que son múltiplos de alguna frecuencia fundamental (veloc. giro, defecto en cojinete, etc)•Por ejemplo de la velocidad de giro (1x, 2x, 3x, etc.) indican severidad de vibración.

1x

2x

3x

Conversión de parámetros de vibración

•f: en Hz (ciclos por segundo)•VELOCIDAD = DESPLAZ. x 2π x f ………………. [m/s]•ACALERACIÓN = VELOCIDAD x 2π x f ………... [m/s2]•ACELERACIÓN = DESPLAZ. x (2π x f)2 ………... [m/s2]Ej.: La vibración se mide como RMS 1g a 50 Hz ¿cuál es la velocidad equivalente en mm/s y el desplazamiento en micras pico -pico?

“ES COMÚN OBTENER VELOCIDAD DE VIBRACIÓN A PARTIR DE ACELERACIÓN (CON ACELERÓMETRO)”

ELECCIÓN DE PARÁMETROS DE MEDICIÓN•Aceleración para altas frecuencias de vibración ( > 1KHz) exceso de fuerzas.

Rodamientos, engranajes, etc.•Velocidad para frecuencias intermedias (10 Hz : 1 KHz) problemas de fatiga.

Bombas, ventiladores, motores (desbalances, defectos generales).

•Desplazamiento muy bajas frecuencias (< 10Hz) indicador de esfuerzos vibrac. Relativas.

Ejes de turbomáquinas

Parámetros espectrales FFT

•De medición: desplaz., veloc. o aceleración.•Unidades y escala: Métrica o Imperial y en RMS, Pico y Pico-

Pico.•Frecuencia Máxima (Fmáx.): Máximo rango de frecuencias de

vibración que se analizarán.•Unidades de frecuencia: Hz o CPM (ciclos por minuto).•Número de líneas de resolución: Líneas en rango.• Resolución: Fmáx./N° líneas

•Número de promedios espectrales: cantidad de FFT para evitar influencia del azar y eventos transitorios.

SELECCIÓN DE Fmáx

• En gráfico superior todas las frecuencias más bajas se agrupan hacia la izquierda y no se puede analizar.

• En gráfico inferior los componentes de frecuencia baja se observan claramente, pero puede haber alguna actividad vibracional fuera de este Fmáx.Convendría un espectro de velocidad a 60 000 cpm (1 KHz)

y uno de aceleración a 300 000 cpm (5 KHz).

SELECCIÓN DE N° LÍNEAS- Cuando una línea

o “bin” es demasiado ancha , es muy posible que más de una frecuencia pudiera estar presente. Sin embargo, en el display del FFT va a aparecer un solo pico o componente de vibración única.

0 -120,000 cpm (0-2 KHz)

CASO

Conviene una Fmáx. de 2000 Hz y 400 líneas de resolución?

EVALUACIÓN DE MEDICIÓN DE VIBRACIONES

• Comparar con norma ISO 10816-1: “Evaluación de vibraciones mecánicas de la máquina por medio de mediciones en las partes no rotativas” o ISO 7919-1: “Evaluación de vibraciones mecánicas de máquinas no-reciprocantes medidos en ejes rotativos y criterios de evaluación”• Comparar con tendencia (software): valores actuales valores anteriores. • Línea base (cuando llega).• Comparar con máquina similar (con mismas condiciones).• Normas de aceptación de fabricante, niveles de protección (alerta y alarma).

(Ej.: una zaranda 3g ó 4g)• Otros criterios: historial, temperatura, análisis del lubricante, etc..

MEDICIÓN DE FASE

• Indica movimiento con respecto a una referencia conocida, como un eje de rotación u otra posición en una máquina•Se presenta en grados.•Equipos especiales:

lámparas estroboscópicas, etc..

•Frecuencia natural: valor depende de la rigidez y magnitud de la masa o estructura.•Resonancia: Se produce cuando la frecuencia de una fuerza aplicada se iguala a la frecuencia natural.•Amortiguamiento: Reducción natural de la amplitud de una vibración por efectos de rozamientos internos.

Instrumentación para vibración• Acelerómetros, velocímetros (velómetros) y transductores de

desplazamiento.• Dispositivos de lectura, analizadores de espectro y colectores de

vibración.• Colocados en lugares estratégicos.• TRANSDUCTOR: Convierte mov. mecánico en señal eléctrica

MONTAJE DE SENSOR

ANALISIS VIBRACIONAL1.- Recoger información útil• Identificar previamente componentes que pueden causar vibraciones (N° aspas,

rodamientos, tipo de acoplamientos, montaje)• Obtener datos históricos (hay registros, referencias, operadores)• Identificar velocidad rotacional de máquina (generalmente primera lectura,

tacómetro).• Identificar qué medición ha producido FFT (desplazamiento, velocidad,

aceleración, posición, escalas gráficas)

2.- Técnicas de análisisAnálisis espectral:Identificar rangos de frecuencia del espectro

• Armónicos de veloc. de giro (1X, 2X, 3X, etc).

• Frecuencias de fallas de rodamientos.

• Frecuencias de paso de álabes en ventiladores, en su caso.

• Número de dientes de engranaje, en su caso.

• Frecuencias del impulsor de la bomba, en su caso.

• Vibraciones de máquinas adyacentes, en su caso.

PATRONES DE RECONOCIMIENTO ESPECTRAL

•Menor que veloc. 1X: Defecto en jaula o canastilla de rodamientos (1/3 veloc. Giro); fricción; cuña de aceite; recirculación de bombas; resonancia (muy común); soltura mecánica; correas.• 1X – 10X: Desbalance (1X), desalineación (1X, 2X), Eje doblado (1X, 2X),

soltura (1X-10X), paso de álabes (N° de aspas x RPM), etc..• > 10x (alta frecuencia): Daño en rodamientos, cavitación, etc..

En espectro 2: • Un pico alrededor de la frecuencia

1X (desbalanceo en cualquier rotor). En espectro 3:• Un pico alrededor de la frecuencia

1X (desbalanceo en cualquier rotor). • Aumento de picos en frecuencias de

rodamientos (desbalanceo ha causado daños sobre otras piezas del elemento)

DESBALANCE

• Con una alta 1X, hay poco o ningún incremento en la amplitud de las frecuencias armónicas (2X, 3X, 4X, etc.) de la velocidad de giro.

• Cuando el pico a 2X es inferior al 30% de la amplitud del 1X, el desbalanceo es probable.

DESALINEAMIENTO

• Con una alta 1X, 2x es > 30% y < 50% de 1X es probable una desalineación.

• Si 2X es > 50% y < 100% de 1X, fuerte desalineamiento.

• Si 2X es > 100% de 1X, posible resonancia.

SOLTURAS

• Armónicos de frecuencia de giro o ½ armónicos con amplitud anormalmente alta (2X, 3X, 3,5X, 4X, etc.) entre la 2X - 10X.

• Los picos pueden disminuir en amplitud a medida que aumenta frecuencia, excepto a 2X, donde puede haber mayor amplitud.

FALLAS DE RODAMIENTO

• Software incorpora base de datos con las 04 frecuencias de falla de rodamientos identificados por fabricante y el número de modelo.

• Un problema en el anillo externo del rodamiento se determina cuando la frecuencia fundamental BPFO, coincide con el primer marcador de frecuencia. Luego aparecen los tres picos múltiples subsecuentes.

FALLAS EN MOTORES

• Similar al desbalanceo pero cuando se deja de alimentar motor desaparece el pico.• Si se quita carga disminuye bruscamente el pico.• Picos mayores a distancias iguales a cuatro veces la velocidad de giro si los

polos son cuatro, distinguiendo la vibración separada una frecuencia coincidente con la velocidad de giro 1X