Tecnicas Analisis Mto

8/3/2019 Tecnicas Analisis Mto

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EXPERTO UNIVERSITARIO EN MANTENIMIENTOPREDICTIVO Y DIAGNOSIS DE FALLOS

Profesor: Antonio Ordoez Guerrero

Alumnos: Youssef Chaudri, Jorge Guilln Martnez.

Tema : Trabajo Fin de Curso.


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ALCANCES DE LA IMPLEMENTACION DE NUEVAS TECNICASDE ANALISIS EN LOS PROGRAMAS DE MANTENIMIENTO

PREDICTIVO PROACTIVO EN LA INDUSTRIA

Resumen:

Hoy en da es importante considerar en las grandes y medianas industrias laimplementacin de una estrategia de mantenimiento predictivo-proactivo para aumentar la

vida de componentes de las mquinas, aumentando as su disponibilidad y aumentando laproductividad de la Planta. En este trabajo se describen brevemente y se muestran atravs de unos ejemplos de la industria, los alcances que se pueden tener con el uso detcnicas modernas de anlisis en la bsqueda de deteccin temprana de fallas en mquinascrticas (accin predictiva), as como su utilidad en la bsqueda de las posibles causasque las pueden originar (accin proactiva). Se ilustra con el anlisis de unos casos, lautilidad que tienen los sistemas de adquisicin de datos (SAD) y herramientascomputacionales modernas en el desarrollo e implementacin de nuevas tcnicas einstrumentos que permiten el anlisis y diagnstico de mquinas que poseen un alto gradode dificultad.

INTRODUCCIN

En los ltimos aos, las estrictas normas de calidad certificada que se deben cumplir, ascomo la intensa presin competitiva entre industrias del mismo sector para mantenerse enel mercado nacional e internacional, ha estado forzando a los responsables delmantenimiento en las plantas industriales a implementar los cambios que se requieren parapasar de ser un departamento que realiza reparaciones y cambia piezas y/o mquinascompletas, a una unidad de alto nivel que contribuye de gran manera en asegurar los nivelesde produccin. Es por tanto necesario hacer notar que la actividad de mantener, si esllevada a cabo de la mejor manera, puede generar un mejor producto lo que significaproduccin de mejor calidad, en mayor cantidad y con costos ms bajos.

Una de las formas en que se pueden clasificar las estrategias de mantenimiento es:

Mantenimiento Correctivo: estrategia con la cual se permite a la mquina funcionar hasta lafalla y slo hasta ese momento se decide realizar la reparacin o reemplazo de ella.Mantenimiento Preventivo: estrategia en la que se programan peridicamente lasintervenciones en las mquinas, con el objeto principal de inspeccionar, reparar y/oreemplazar componentes. Las intervenciones se realizan an cuando la mquina estoperando satisfactoriamente.Mantenimiento Predictivo: estrategia de mantenimiento que busca por medio de lamedicin y el anlisis de los diversos sntomas que la mquina emite al exterior establecer


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la condicin mecnica de la mquina y su evolucin en el tiempo. Una de sus grandesventajas es que se lleva a cabo mientras la mquina est en funcionamiento y slo seprograma su detencin cuando se detecta un problema y se desea corregir.

Mantenimiento Proactivo: con esta estrategia de mantenimiento se pretende maximizar lavida til operativa de las mquinas y sus componentes, identificando y corrigiendo lascausas que corrientemente originan las fallas. Por ejemplo asegurando que las mquinasfuncionan bajo las condiciones de carga y velocidad establecida por su condicin de diseoy que adems sus componentes (rodamientos, sellos, acoplamientos, etc) son instaladoscorrectamente y que su condicin de lubricacin es adecuada ya se puede asegurar una vidatil operativa ms extendida y con menos paradas intermedias que el promedio de lasmquinas del mismo tipo.

MANTENIMIENTO

PREDICTIVO

- PROACTIVO

Es indudable que el aumento de la vida operativa de la mquina a travs de una estrategiade mantenimiento predictiva proactiva, disminuye los costos de mantenimiento eincrementa la productividad de la Planta. Sin embargo, se ha podido notar a travs deexperiencias de varias empresas, que no se han logrado los resultados esperadosprincipalmente por falta de personas bien capacitadas en el tema. La ingeniera ha avanzadoen todas sus ramas incluyendo los instrumentos y tcnicas que se han desarrollado y que dealguna manera sustentan la credibilidad de los programas de mantenimiento predictivoimplementados en la industria. Para que estos programas sean efectivos, es necesario poderdeterminar en cualquier instante la condicin mecnica real de las mquinas bajo estudio, locul se logra analizando las diferentes seales que ellas emiten al exterior. Modernossistemas computacionales se han desarrollado para monitorear continuamente, registrar yprocesar informacin proveniente tanto de los sntomas tanto de vibracin como detemperatura, presin, ruido entre otros.

TECNICAS DE ANALISIS DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO PROACTIVO

a) Anlisis de Vibraciones Mecnicas: La vibracin mecnica es el parmetro ms utilizadouniversalmente para monitorear la condicin de la mquina, debido a que a travs de ellasse pueden detectar la mayora de los problemas que ellas presentan. La base del diagnsticode la condicin mecnica de una maquina mediante el anlisis de sus vibraciones se basa en

que las fallas que en ella se originan, generan fuerzas dinmicas que alteran sucomportamiento vibratorio. La vibracin medida en diferentes puntos de la maquina seanaliza utilizando diferentes indicadores vibratorios buscando el conjunto de ellos quemejor caractericen la falla.Entre los indicadores vibratorios que incluyen los programas de monitoreo continuo seencuentran entre otros: el espectro, la medicin de fase de componentes vibratorias, lospromedios sincrnicos y modulaciones, como se muestra en la figura 1. En la prctica, serequiere del uso de diferentes indicadores y tcnicas de anlisis, debido a que problemasdiferentes pueden presentar sntomas similares. Para ilustrar la situacin, suponga que elsistema de vigilancia de la mquina detecta un cambio en la amplitud de la componente


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vibratoria a 1 x rpm. Este sntoma puede tener su origen en numerosos problemas:desequilibrio, desalineacin, holguras mecnicas, eje agrietado, pulsaciones de presin,resonancia, etc. Para poder discernir cul es el problema especfico, es necesario utilizar en

forma integrada un conjunto de tcnicas de diagnstico.

Figura 1. Tcnicas vibratorias utilizadas

b) Medicin y anlisis de ondas de alta frecuencia: Las tcnicas de medicin de seales dealta frecuencia, son complementarias al anlisis de vibraciones y pretenden detectar algunostipos de fallas que se producen en los equipos y que no son posibles de diagnosticar con losmtodos tradicionales de anlisis de vibraciones de las frecuencias bajas. De las tcnicasampliamente utilizadas, se pueden nombrar las siguientes: Destellos de energa, conocidocomo Spikes de energa, Anlisis de las ondas de choque (SPM), Anlisis de las emisionesacsticas, ultrasonido, Energa espectral emitida (SEE) y Anlisis de vibraciones de altafrecuencia (HDF).


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Los rangos de frecuencia para cada tcnica se indican en la figura 2.

Los problemas que se pueden detectar son varios, y van desde la deteccin incipiente defallas en las pistas de los rodamientos, hasta la deteccin de fugas en trampas de vapor o deaire comprimido en estanques a presin. Es importante tener en cuenta que las tcnicas deanlisis de las seales de alta frecuencia tienen un mismo objetivo, esto es, detectar elorigen de la emisin de alta frecuencia a partir del procesamiento de la seal global. Lametodologa existente para analizar las ondas de alta frecuencia, consiste bsicamente enfiltrar aquellas seales de baja frecuencia y analizar las de frecuencia alta. Este procesodepende de la tcnica utilizada y de los medios tecnolgicos que se disponga.

Figura 2. Rango de frecuencias empleadas para las tcnicas existentes.

c) Anlisis de la Corriente Elctrica: Se considera el anlisis de corriente como unaherramienta de apoyo al anlisis vibratorio, en la evaluacin de la condicin de motores deinduccin. El anlisis de corriente consiste en medir la corriente, mediante una pinzaamperimtrica alrededor de cada una de las fases del motor. La corriente medida seintroduce entonces al analizador de vibraciones para el anlisis de su espectro. Se debetener presente, que existen problemas mecnicos como el desequilibrio, desalineacin oflexin del eje, que hacen que el entrehierro vare entre el rotor y estator, produciendofuerzas y vibraciones electromagnticas, siendo en verdad, un problema de origenmecnico. Por este motivo, cuando se analice un motor elctrico con un anlisis decorriente, primero se debe conocer los orgenes de los problemas mecnicos.

d) Anlisis de Aceites: El anlisis de aceite consiste en una serie de pruebas de laboratorioque se usan para evaluar la condicin de los lubricantes usados o los residuos presentes. Alestudiar los resultados del anlisis de residuos, se puede elaborar un diagnstico sobre lacondicin de desgaste del equipo y sus componentes. Lo anterior, permite a los encargados

del mantenimiento planificar las detenciones y reparaciones con tiempo de anticipacin,reduciendo los costos y tiempos de detencin involucrados. Los objetivos por lo que serealiza un anlisis de lubricantes son los siguientes:

- Control de la degradacin del lubricante.- Monitorear dao mecnico de componentes. (desgaste).- Control de contaminantes por slidos, fluidos o gases.- Verificar que se est usando el lubricante adecuado.

Entre los anlisis que se realizan al aceite se encuentran:


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- Anlisis espectromtrico del aceite (SOAP Analysis: Spectrometric Oil AnalysisProcedure).

- Anlisis de los residuos en el aceite: ferrografa directa, ferrografa analtica, anlisis deastillas (chips).- Anlisis de la contaminacin en los aceites hidrulicos, evaluando mediante diversosprocedimientos, la viscosidad, el grado de oxidacin y el contenido de cenizas.

e) Termografia: La termografa infrarroja es una tcnica no destructiva y sin contacto, pormedio de la cual, se hace visible la radiacin termal o energa infrarroja que un cuerpoemite o refleja. Esto permite visualizar las distribuciones superficiales de temperatura. Lasaplicaciones son muy amplias para el control de temperatura y deteccin de fallas, se utilizaen equipos elctricos fundamentalmente, pero tambin en equipos mecnicos, control deprocesos, refrigeracin, aislaciones de sistemas de fluidos, edificios y estructuras, etc. Las

fallas tpicas que hacen aumentar la temperatura son la friccin, exceso o falta delubricante, chispas elctricas, etc.e) Otras tcnicas: Debido a que existen mquinas con caractersticas de diseo yfuncionamiento muy diferentes, se ha hecho necesario investigar en nuevas tcnicas deanlisis que permitan su diagnstico confiable. Entre las mquinas rotatorias que no sonsusceptibles de diagnosticar confiablemente con las tcnicas de anlisis tradicionales,estn las mquinas de velocidad y carga variable, las mquinas de baja velocidad (menos de600rpm) y las mquinas de muy alta velocidad. Por ejemplo para las mquinas de velocidadvariable se ha incluido en algunos equipos comerciales una funcin llamada Anlisis deOrders o Order Tracking, para el anlisis espectral, sin embargo, se ha visto que tienenlimitacin cuando la velocidad varia rpidamente. Otro ejemplo son las mquinas de baja

velocidad las cuales comnmente generan vibraciones de niveles muy bajos que no sonposibles de analizar debido al nivel de ruido inherente en la cadena de medicin y por tantoes necesario desarrollar tanto, instrumentos y sensores con menor ruido inherente comotambin tcnicas de procesamiento para el tratamiento de ruido de las seales peridicas.

ANLISIS DE CASOS REALES :

Vamos a ver algunos problemas reales de anlisis de vibraciones y el diagnstico de losmismos.


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ANLISIS

DE

VIBRACIONES:

CASOS REALES


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CASO 1: ANALISIS DE VIBRACIONES APLICADO A UNATRANSMISION DE UNA PALA MECANICA

En el siguiente ejemplo se muestra el anlisis de la condicin mecnica de la transmisin dela pluma de una pala electromecnica de la minera, como la que se muestra en la figura 1,realizado por medio del anlisis de sus vibraciones. En las palas electromecnicas, lastransmisiones empuje-recoge (crowd) y la transmisin de la pluma (hoist) tienen ciclos detrabajos repetitivos de corto tiempo durante los cuales las vibraciones varan grandementedebido a los cambios de carga y velocidad.

La figura 2, muestra un registro de la aceleracin vibratoria medida en el descanso primariopluma durante un ciclo de trabajo. Esta vibracin se puede analizar en el espectro(utilizando la Transformada Rpida de Fourier, FFT) y/o en el tiempo dependiendo de lascapacidades del equipo de adquisicin de datos y anlisis empleado.

Analizar una seal como la mostrada en la figura 2, es bastante dificultoso, debido a que esuna seal muy variable tanto en amplitud como en tiempo y frecuencia. Para poder analizarde una mejor forma este tipo de seales se han implementado para el anlisis las llamadastransformadas tiempo-frecuencia (TTF), cuyos algoritmos pueden ser programados en unPC y obtener resultados como los mostrados en la figura 3. Este tipo de seales pueden serms fcilmente interpretadas por aquellas personas que se especializan en el anlisis de lasvibraciones para identificar la presencia de posibles fallas en este tipo de maquinaria. Deesta grfica se puede extraer ms fcilmente la informacin relacionada con el tiempo enque se produce la mayor vibracin durante un ciclo de la pala y la frecuencia a la cual estse produce, para luego estudiar cuales sern las acciones correctivas ms convenientes.

Figura 1. Pala mecnica empleada en la industria minera


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Figura 2. Registro de vibraciones en un ciclo de trabajo de la pala

Figura 3. Transformada Tiempo-Frecuencia ZAM

UTILIDAD DE LA INSTRUMENTACION VIRTUAL EN EL DESARROLLO EIMPLEMENTACION DE NUEVAS HERRAMIENTAS PREDICTIVAS.

Los sistemas de adquisicin de datos (SAD), han permitido desarrollar instrumentos ms


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verstiles adaptados a las necesidades de los usuarios. Se pueden desarrollar desde sistemassencillos para adquisicin de datos para una sola mquina, hasta todo un completo sistemade monitoreo de una planta industrial. Los componentes fundamentales de un SAD son: 1).

Computador Personal, 2). Transductores, 3). Acondicionador de seales, 4). Hardware deAdquisicin y 5). Software.

Un diagrama general de un SAD, se presenta en la figura 4. En la prctica, la mejor maneracomo se logra representar un SAD es mediante un conjunto de hardware y software.

Comercialmente existen diferentes proveedores de tarjetas que ofrecen un software pormedio del cual es posible administrar todo el proceso de adquisicin y con algunos de ellosse puede incluso por medio de una programacin adicional realizar procesamiento yanlisis digital de las seales obtenidas.

Figura 4. Esquema de un sistema de adquisicin de datos.

A continuacin se presenta una aplicacin desarrollada mediante instrumentacin virtual yque permite realizar anlisis de vibraciones en mquinas de velocidad variable. Estaplicacin consiste en un instrumento virtual, que permite a travs del anlisis de Ordersanalizar vibraciones transientes. Este instrumento basado en un SAD, est conformado poruna tarjeta de adquisicin de seales dinmicas, un conector externo y un software deanlisis. Para el procesamiento de los datos de vibracin como de velocidad instantnea deuna pala mecnica, se desarroll un programa para la recoleccin, administracin yposterior anlisis de la informacin. Procesando los datos con la tcnica de re-muestreo

sobre la seal adquirida y aplicando la FFTse puede obtener el espectro de frecuencias dela vibracin en funcin de la velocidad.

En la figura 5, se muestran los datos adquiridos, de la aceleracin vibratoria y de lavelocidad de la transmisin de levante de una pala mecnica durante un ciclo completo detrabajo. Se puede observar la naturaleza transiente de la vibracin y los grandes cambios enla velocidad de rotacin de la unidad. El monitoreo de estas seales, permite determinar sise producen cambios en la condicin mecnica de los engranajes y poder as programar unamantencin con anticipacin.


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Figura 5. Datos de la Vibracin y Velocidad de una pala Mecnica, obtenidos con unanalizador virtual.

Existen hoy en da muy pocos equipos comerciales que permiten realizar anlisis devibraciones de mquinas de velocidad variable y los existentes tienen sus limitaciones.

Estos equipos no son por ejemplo, los ms adecuados para analizar vibraciones cuando lavelocidad varia amplia y rpidamente como sucede en el caso de las palas electromecnicasde la minera. El otro inconveniente que presentan es el alto costo asociado a ellos. Unsistema de adquisicin como el que se ha implementado resulta ser bastante convenientepara el anlisis de vibraciones de mquinas de velocidad variable, tanto del punto de vistade su funcionalidad y versatilidad, como del punto de vista econmico.

Hay que tener en cuenta que no slo es posible con un SAD, desarrollar nuevas tcnicas deanlisis sino tambin adaptar tcnicas ya existentes y que vienen implementadas slo enequipos comerciales y generalmente a un elevado costo. Adems de que estos instrumentosdesarrollados pueden ser acondicionados acorde con los requerimientos particulares de cadausuario y/o empresa. Como ejemplo de ello se muestra en la figura 6, uno de los panelesfrontales de un instrumento que permite equilibrar dinmicamente rotores por medio de lamedicin de las vibraciones.


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Conclusiones

Es importante considerar que laproductividad de una industria aumentar en la medida quelas fallas en las mquinas disminuyan de una forma sustentable en el tiempo. Para lograr loanterior, resulta indispensable contar con la estrategia de mantenimiento ms apropiada y conpersonal capacitado tanto en el uso de las tcnicas de anlisis y diagnstico de fallasimplementadas como tambin con conocimiento suficiente sobre las caractersticas de diseo yfuncionamiento de las mquinas.

En el presente trabajo se mencionaron varias de las tcnicas de anlisis utilizadas hoy en da,entre las que se destaca el anlisis de vibraciones mecnicas, ilustrando con un ejemplo sualcance as como la necesidad de usar diferentes indicadores con el fin de llegar a undiagnstico acertado. Diagnosticado y solucionado los problemas, la vida de las mquinas y su

produccin aumentar y por tanto, los costos de mantenimiento disminuirn. Finalmente seresalta la importancia que tiene los instrumentos basados en SAD, permitiendo no slo aempresas grandes sino tambin a empresas medianas y a laboratorios de universidadesdesarrollar sus propios instrumentos a un costo ms bajo que los equipos comerciales.

Figura 6. Instrumento para balanceo dinmico de rotores


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Referencias1. Harris, C. M. Shock and vibration handbook. McGraw Hill, N.Y., (1988).2. J. Figueroa, E. Estupian y P. Saavedra.Adquisicin y Anlisis de vibraciones enMquinas

de Velocidad Variable. Marzo del 2002. Revista Instrumentation NI.3. P. Saavedra, F. Araya. Condition monitoring of variable-speed and load machinery usingtime-frequency distributions. INSIGHT Vol. 43, N8, August 2001, pp. 526-530.4. P. Saavedra, E. Estupian. Impacto del Mantenimiento Proactivo en la Productividad. 1erCongreso Peruano de Mantenimiento, Mayo del 2001.

CASO 2: ANALISIS DE VIBRACIONES APLICADOA UN MOTOR ELECTRICO

Este ejemplo se refiere a un motor elctrico de 6 MWque mueve un molino en unaindustria de cemento. El motor present vibraciones anormales. La Figura 1muestra unespectro vibratorio de dicho motor tomado en el descanso lado libre en la direccin vertical.Se observa que la mayor componente se produce a una frecuencia de 2xrpm. El personal deplanta y los analistas locales diagnosticaron un problema de desalineacin o un problemaelctrico.Como el problema continuaba fue enviado al taller del fabricante. Para confirmar eldiagnstico el motor se hizo girar con otro motor de corriente continua, de manera que noexistieran fuerzas electromagnticas. Para acoplar los motores se utiliz una doble juntacardnica, de manera que fuese eliminado cualquier problema de desalineacin. Sin

embargo, las vibraciones continuaron indicando que el diagnstico no fue acertado. En esemomento fuimos requeridos para diagnosticar la causa del problema.

Figura 1. Espectro vibratorio del descanso A, direccin vertical.


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Nosotros pensamos que el error cometido por los analistas es un error muy comn y es detratar de diagnosticar un problema basado en la componente espectral de mayor valor. Elanlisis correcto es determinar la causa que genera un espectro compuesto por varios

mltiplos o armnicos de la velocidad de rotacin.

Hay cuatro principales causas que pueden generar este espectro: holguras mecnicas,rozamiento parcial rotor-estator, desalineacin, distorsin de la carcasa. Para discriminarentre estas causas se analiza si existe vibracin axial significativa y la diferencia de fase dela componente a 1xrpm entre las vibraciones en los diferentes descansos. Al presentar elmotor vibracin axial significativa y por una detallada inspeccin de l se descart laholguras y el rozamiento.

Considerando que el desalineamiento no genera vibraciones cuando los ejes estn unidospor una doble junta cardnica, nuestro diagnstico de la causa de las vibraciones, por

descarte de los anteriores, fue: carcasa distorsionada. Otro sntoma que confirmaba nuestrodiagnstico fue la diferencia de fase de 170 que haba en las vibraciones axiales a 1xrpmmedidas en ambos rodamientos del motor.

LaFigura 2muestra un esquema del motor que explica porqu la carcasa del motor espropensa a distorsionarse. El motor est construido por dos tapas rgidas en los extremos,conectadas por un tubo, que es su cuerpo central. El tubo no tiene un espesor adecuado ypor consiguiente, es propenso a deformarse. Un posterior anlisis del motor mostr que lacausa porque se distorsionaba la carcasa era porque los alojamientos de los rodamientos enambas tapas no eran colineales.

Figura 2. Esquema del motor analizado

Hasta este momento el cliente estaba parcialmente convencido con este diagnstico. Elquera ms evidencias del problema. En ese momento decidimos realizar un anlisis derbitas que afortunadamente el cliente entenda del tema. Para ello usamos dos


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acelermetros montados en la caja del rodamiento en las direcciones vertical y horizontalrespectivamente. Para un motor sin problemas la rbita es una elipse. Cuando existencargas adicionales sobre el descanso o precargas, la rbita cambia de la forma elptica a una

forma de pltano o un ocho de acuerdo al valor de la precarga. La Figura 3muestra lasrbitas obtenidas en ambos descansos del motor. La rbita en el descanso lado libre(descanso A) tiene forma de ocho y la rbita en el descanso lado acoplamiento (descansoB) tiene forma de pltano indicando que la precarga en el descanso A es mayor que en eldescanso B.


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Figura 3. Orbitas medidas en ambos descansos del motor

El anlisis de las rbitas indicaba que la carcasa del motor estaba deformada como se indicaen figura 1. Para comprobar esto se levant verticalmente con una palanca el descanso Bmientras se monitoreaba en forma continua la forma de la rbita. Se observ que a medidaque iba disminuyendo la precarga sobre el rodamiento, las rbitas cambiaban la forma depltano y ocho a una forma elptica.Con esta demostracin el cliente y sus asesores quedaron completamente convencidos del

diagnstico y maquinaron los alojamientos de los descansos en las tapas para que quedarancolineales.

CASO 3: ANALISIS DE VIBRACIONES APLICADO AUNA TRANSMISION DE ENGRANAJES

En este ejemplo se analiza la condicin mecnica de la transmisin de la pluma de una palaelectromecnica de la minera. En las palas electromecnicas, las transmisiones empuje-recoge (crowd) y la transmisin de la pluma (hoist) tienen ciclos de trabajos repetitivos decorto tiempo durante los cuales las vibraciones varan grandemente debido a los cambios decarga y velocidad.


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Figura 1. Esquema de la transmisin hoistanalizada

LaFigura 1muestra un esquema de la transmisin hoista analizar. Figura 2muestra unregistro de la aceleracin vibratoria medida en el descanso primario pluma durante un ciclode trabajo.Esta vibracin se puede analizar en el espectro y/o en el tiempo dependiendo de lascapacidades del equipo de anlisis y de los objetivos del monitoreo.

Figura 2. Registro de vibraciones en un ciclo de trabajo de la pala


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El anlisis de la vibracin en el tiempo permite determinar el valor de las aceleraciones

mximas y por lo tanto de las fuerzas dinmicas mximas (fuerza= masa x aceleracin), yel instante en que ocurren.

El objetivo de una estrategia de mantenimiento proactivo es aumentar la disponibilidad delequipo. Para aumentar la vida de los elementos hay que evitar sobrecargas en ellos.Recuerde que la vida de los elementos (rodamientos, engranajes) disminuyesignificativamente con la fuerza aplicada sobre ellos. El anlisis de la aceleracin en eltiempo permite determinar causas de las sobrecargas, por ejemplo:

Inadecuados settings en el sistema de control de los movimientos de la pala. Observeen la figura 2que las mayores aceleraciones en este caso (y por lo tanto las mayores

fuerzas dinmicas) no se generan cuando la pala est cargando material, sino quecuando ella baja para iniciar otro ciclo despus de haber descargado el material en elcamin. Mala operacin de la pala (el operario golpea la pala con materiales duros). Esta es lacausa atribuida por los fabricantes de las palas para justificar roturas o daosprematuros de los elementos de ella. Problemas de diseo y/o de montaje. Las transmisiones que giran en uno u otrosentido trabajan con impactos. Estos impactos pueden ser significativos si el huelgoes inadecuado o la elasticidad del sistema no es la adecuada para absorberlos.

Para determinar la condicin mecnica de una mquina, el punto de partida es obtener unespectro de las vibraciones medidas en la mquina. Para mquinas que trabajan con carga yvelocidad variable el anlisis espectral clsico basado en la FFTes inadecuado, como seobserva en figura 3. Las componentes espectrales se desparraman en el espectro hacindolono interpretable.


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Figura 3. Espectro vibratorio

Para este tipo de mquinas es necesario utilizar otras tcnicas de anlisis:

1. Para sobrellevar el problema del cambio de velocidad mientras se efectan las

mediciones se utiliza el anlisis de ordenes (order tracking, order anlisis) o el uso delas transformadas tiempo-frecuencia, verfigura 4.

2. Anlisis de transientes para permitir al usuario indicar al equipo en qu intervalo detiempo del ciclo de trabajo se quiere que se realice el espectro. Para el ejemploanalizado, si se quiere que el anlisis se realice mientras la pala est cargando materialle indica de 0 a 10s, de acuerdo a figura 2.

3. Anlisis de correlaciones vibracincarga. Como se puede apreciar en figura 4, lasvibraciones en el engrane varan significativamente con los cambios de carga. Parapoder detectar que un aumento de las vibraciones en el engrane provienen de un

problema en l y no de los cambios de carga, es necesario correlacionar las vibracionescon la carga en la mquina.


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4.a Transformada ZAM

4.b. Mapa de contornos ZAM

Figura 4. Transformada Tiempo-Frecuencia ZAMEn la figura 4se puede apreciar claramente como las vibraciones en el engrane superior varansu frecuencia en acorde a como vara la velocidad de rotacin de la unidad. En esta figura seaprecia adems, las grandes variaciones de la vibracin a la frecuencia de engrane que seproducen con la variacin de carga en la pala.

CONCLUSIONES

La productividad de una Planta aumentar en la medida que las fallas en las mquinasdisminuya de una forma sustentable en el tiempo. Uno de los factores importantes para lograresto es no sobrecargarlas. En el presente trabajo se ilustr la eficacia del anlisis de


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vibraciones para determinar problemas que sobrecargan las mquinas. Diagnosticado ysolucionado el problema, la vida de la mquina y la produccin de ella aumentar y los costosde mantenimiento disminuirn.

CASO 4: TECNICAS DE DIAGNOSTICO PARA EL ANALISIS DEVIBRACIONES DE RODAMIENTOS

RESUMEN

La seal de vibracin emitida por un rodamiento puede contener componentes espectralesque estn relacionadas con la geometra del rodamiento, el nmero de elementos rodantes,la velocidad de rotacin, la ubicacin del defecto y el tipo de carga aplicada; lo cual marcala diferencia con un descanso de tipo hidrodinmico. Es de gran importancia en la industriamoderna poder detectar defectos en los rodamientos de las mquinas crticas en una etapaincipiente de falla. En el presente trabajo se muestra como con el uso de algunas de lastcnicas modernas de anlisis de vibraciones incluidas en analizadores comerciales, esposible detectar defectos en los rodamientos en su etapa incipiente. Las tcnicas utilizadaspara el anlisis fueron la tcnica de Demodulacin o envolvente, el mtodo de Peakvue odeteccin del valor peak y el Zoom real. Se comparan los resultados obtenidos con estastcnicas en ensayos de laboratorio para diferentes condiciones de carga y velocidad.

INTRODUCCION

Los rodamientos actan como una fuente de ruido y vibracin debido tanto a la variacinde compliancia(funcionamiento) como a la presencia de defectos en ellos [Tandon 1992].Los defectos en los rodamientos se pueden clasificar como distribuidos y localizados.El hecho de que la distribucin de carga vare sobre los elementos rodantes a medida questos giran sobre las pistas de rodadura; hace que los rodamientos se comporten por smismos en un generador de vibraciones. Este comportamiento puede provenir tanto derodamientos geomtricamente perfectos como de rodamientos con imperfecciones demanufactura, problemas de instalacin, lubricacin y condiciones ambientales inadecuadaso de algn otro factor que ayude a producir desgaste o fatiga [Akturk 1998].

-Defectos Localizados

Son en general producidos por grietas, hendiduras, rebordes, resaltes, picaduras ydescascaramiento. El ms comn de todos es la picadura de las pistas o de los elementosrodantes, causado cuando una grieta por fatiga originada subsuperficialmente se propaghacia la superficie hasta que una pieza de metal se desprende superficialmente produciendo un pequeo defecto. La falla por fatiga superficial es acelerada cuando elrodamiento est sobrecargado o sometido a cargas de choque o impacto durante sufuncionamiento o instalacin y tambin con el incremento de velocidad.

-Defectos DistribuidosDentro de stos se encuentran: las rugosidades superficiales, ondulaciones sobre las pistas,desalineacin de las pistas y elementos rodantes desiguales. Pueden ser causados por


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errores en la manufactura, inadecuada instalacin o debido al desgaste. Las vibracionesdebidas a defectos de manufactura han resultado ser ms bajas en la mayora de los casos,que las debidas a defectos producidos por desgaste o fatiga.

La variacin de las fuerzas de contacto entre los elementos rodantes y las pistas causan unincremento en el nivel de vibracin. Puesto que resulta difcil discernir cuando la vibracines causada por defectos localizados o distribuidos, es recomendable analizar tanto lafrecuencia como la amplitud de las componentes espectrales relacionadas con la vibracin.[Tandon 1999].

EVOLUCION DE LA FALLA POR PICADURA

El primer sntoma que se presenta cuando aparece esta falla, es decir, en su etapa incipiente,es una vibracin con componentes de alta frecuencia (generalmente mayores a 5 Khz),producto de la generacin de ondas de esfuerzo y de otros tipos, las que a la vez excitanfrecuencias naturales del soporte y pistas del rodamiento y/o del sensor con el cual serealiza la medicin. En esta etapa la temperatura no se incrementa y las grietas no sonvisibles y con frecuencia ocurren debajo de la superficie de las pistas. En esta etapa an noes necesario el cambio del rodamiento.En una segunda etapa las grietas empiezan a ser visibles al ojo humano y el rodamiento produce sonido audible y la temperatura en algunos casos se incrementa. En esta etapaaparecen componentes frecuenciales relacionadas con las frecuencias de falla de losrodamientos en la zona de frecuencia baja e intermedia y hay un incremento del ruidoaudible. Las frecuencias de falla de los rodamientos son comnmente designadas por

BPFO, BPFI, BSF y FTF*

[Harris 1966], [Tandon 1999], [Reeves 1998]. Estas frecuencias

son determinadas en base a la geometra y velocidad de rotacin del rodamiento odirectamente de diferentes software comerciales.A medida que la falla avanza, pueden aparecer gran cantidad de bandas laterales alrededorde las frecuencias de falla, relacionadas con la velocidad de rotacin o la FTF [Reeves1998], y modulaciones entre las diferentes frecuencias de falla cuando la picadura se haextendido a pistas y elementos rodantes. En esta etapa se hace necesario comenzar aprogramar el cambio del rodamiento.

En una tercera etapa, cerca a una falla catastrfica, el ruido incrementa significativamente yse puede producir sobrecalentamiento. El rpido desgaste incrementa los huelgos dentro delrodamiento lo que permite movimiento del eje relativo al rodamiento, pudiendo llegar a ser

muy peligroso por roces con otros componentes de la mquina. En esta etapa, la vibracinen la regin de alta frecuencia disminuye, crece la componente a la velocidad de rotacin y

las vibraciones tienden a ser aleatorias. En este momento, ser necesario el cambioinmediato del rodamiento [Jones 1996], [Saavedra 1998].

Aunque sta es la forma ms general que se presenta cuando un rodamiento desarrolla unafalla, se debe tener presente que cada rodamiento puede tener modos de falla diferentes ycon una rata de progresin distinta que depende en gran medida de las condiciones decarga, velocidad, temperatura, humedad y lubricacin a que est sometido.


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TECNICAS DE DIAGNOSTICO

Diferentes mtodos han sido utilizados para la deteccin y diagnstico de defectos de

rodamientos, estos mtodos son principalmente:- Anlisis de vibracin, ruido y ondas.- Anlisis de temperatura.- Anlisis de partculas en el aceite.El mtodo de anlisis de vibraciones, ruido y ondas ha sido el ms ampliamente utilizadohaciendo uso de diferentes tcnicas como son: el anlisis de vibracin en tiempo yfrecuencia, anlisis de ondas de choque, anlisis del ruido, anlisis de emisin acstica, etc.

Anlisis de VibracionesTodas las mquinas tienen un nivel de vibracin que puede ser considerado normal oinherente a su funcionamiento. Cuando este nivel aumenta y empieza a ser excesivo, es

normalmente el sntoma de la presencia de una falla.Debido a la presencia de defectos localizados, se producen cambios bruscos en losesfuerzos de contacto en las interfaces, lo cual resulta en la generacin de pulsos de muycorta duracin, que pueden excitar las frecuencias naturales de las pistas y soporte delrodamiento (Figura 1).

Figura 1 Generacin de impactos por la presencia de un defecto.

La presencia de componentes de alta frecuencia, es el sntoma que permite detectarincipientemente la falla. Cuando la falla progresa, la excitacin de tipo impulsiva aumentapor un tiempo hasta cuando los filos, esquinas o rebordes de los defectos se alisan productodel desgaste y los niveles de impacto disminuyen e incluso pueden llegar a desaparecer.

Para realizar el anlisis y diagnstico de fallas utilizando la medicin de la vibracin, sehan desarrollado diferentes tcnicas e instrumentos, dependiendo del rango de frecuenciasdentro del cual se desea hacer el anlisis. Unas estn enfocadas a la zona de las altasfrecuencias y otras a la zona de frecuencias bajas e intermedias.


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De las tcnicas que analizan la zona de alta frecuencia para la deteccin incipiente de fallas,estn las que se basan en la excitacin de la frecuencia natural del sensor utilizado, es decirsobre una banda de frecuencia prefijada y normalmente entregan un valor global que se

relaciona con la severidad del defecto. Dentro de estas tcnicas, estn los pulsos de choque(SPM), la deteccin de emisiones acsticas (AE), energa espectral emitida (SEE), tcnicade deteccin de alta frecuencia (HFD) y el ultrasonido.

Otras tcnicas que analizan vibraciones a frecuencias no tan altas (15 khz) y que estnrelacionadas con la excitacin de las frecuencias naturales del soporte y las pistas delrodamiento son las tcnicas de Demodulacin o envolvente, la tcnica del Peakvue y elanlisis conZoom real sobre las zonas resonantes. Tcnicas en las que se centra el presenteestudio.

Estas tcnicas son consideradas como las herramientas ms efectivas para diagnosticar

tempranamente la presencia de defectos en los rodamientos. Buscan principalmentedetectar zonas resonantes excitadas o moduladas por fuerzas de impacto peridicas, cuyafrecuencia de repeticin es un indicador del lugar donde se encuentra el defecto y laamplitud de la seal de los impactos puede ser utilizada en algunos casos como unindicador de la severidad y progresin de la falla.Dichas tcnicas deben superar dos dificultades principalmente. La primera, es que lasseales impulsivas de alta frecuencia son de una amplitud generalmente baja, comparadascon la mayora de componentes de baja frecuencia que componen la vibracin global Y lasegunda es que una banda amplia de frecuencia que abarque las frecuencias naturales delrodamiento, puede enmascarar la frecuencia e intensidad de los impactos debido al ruido ya la falta de buena resolucin.

Para facilitar el diagnstico se deben aislar entonces las vibraciones de alta frecuencia delas otras vibraciones, empleando un filtro pasa alto o pasa banda alrededor de la frecuencianatural que es excitada. De esta forma es posible extraer la frecuencia y la amplitud de losimpactos de la vibracin global. Para poder lograr esto se debe sacar provecho de laspropiedades de estas vibraciones. Dos de estas propiedades que dan origen a las tcnicas deDemodulacin y Peakvue son la envolvente de los impactos y la deteccin de los peaksmximos (Figura 2).

ANALISIS CON ZOOMEl anlisis con Zoom real, permite por medio de filtros digitales, adquirir la seal con un

ancho de banda estrecho sobre la frecuencia resonante, la cual debe haber sido previamenteidentificada. Se obtiene de esta manera un espectro con una buena resolucin, permitiendoidentificar ms fcilmente las frecuencias moduladoras que causan la excitacin de lafrecuencia. En la figura 7, se ilustra el resultado obtenido de un anlisis con Zoom realalrededor de la frecuencia resonante de 60 kcpm. La mayora de analizadores poseen lautilidad de zoom que consiste en una expansin del eje de frecuencias y no en un zoomreal.


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DEMODULACINEsta tcnica consiste bsicamente en aplicar sobre la seal temporal un filtro pasa alto opasa banda con el fin de aislar zonas resonantes de alta frecuencia, luego rectificar la sealmodulada, eliminar la componente continua y finalmente con un detector de envolvente(figura 2) y un filtro pasa bajo extraer la seal moduladora, tal y como se ilustra en la figura3.

Figura 2.a. Figura 2.b.Figura 2. Anlisis de las vibraciones de impacto. a) Envolvente. b) Deteccin del valor

peak

Figura 3. Proceso de Demodulacin


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El anlisis frecuencial de la seal demodulada entrega como resultado la frecuencia derepeticin de los impactos.

PEAKVUEEs una tcnica que capta el valorpeakde los impactos que se producen (figura 2b) y luegopor medio de un anlisis espectral se obtiene la frecuencia de repeticin de los impactos.Detecta la presencia de las ondas de esfuerzo debidas principalmente al contacto metal-metal durante una etapa temprana de falla. Al igual que la demodulacin, asla las zonasresonantes por medio de filtros digitales pasa alto o pasa banda, pero se diferencia delproceso de demodulacin en que en la etapa final no emplea el detector de envolvente, sinoque utilizando una frecuencia de muestreo alta (100 khz) capta el valorpeak para cadaintervalo t del tiempo de muestreo normal (figura 4), [Canada 1998].

Figura 4. Valor peak para cada intervalo de tiempo.

ENSAYOSYRESULTADOSEn este trabajo, se realizaron ensayos con rodamientos en buen estado y con rodamientoscon defectos localizados sobre la pista externa, con diferentes grados de severidad y paradiversas condiciones de carga y velocidad. Se utilizaron las tcnicas de anlisis espectralnormal, Demodulacin, Peakvue y Zoom real. Para realizar las pruebas, se utiliz un bancode ensayo como el ilustrado en la figura 5, cuyas caractersticas se indican en la tabla 1.Para el anlisis de las vibraciones se utiliz un analizador CSI 2120-2, acelermetros dealta y baja frecuencia (0.1 y 0.5 V/g) y una grabadora digital de seales anlogas.


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Figura 5. Banco de ensayo

Tabla 1. Caractersticas del banco de pruebas. NO DESIGNACIN DESIGNACINAB

Descanso libreDescanso motriz

Rodamiento rgido de bolasSKF Ref. 6306-2z

C Polea Ref. 6207-2zD Acople ElsticoE Motor 1400 rpm De induccin trifsico(1.5HP) con variador de

frecuencia

Se compararon las vibraciones medidas sobre el descanso del lado libre en direccinvertical, tanto para rodamientos sin falla, como con falla. Se realiz el ensayo para lascondiciones de velocidad de 1000 rpm y 60 rpm y aplicando una carga de 200 Kg sobre lapolea. Para los ensayos con rodamientos defectuosos, se utilizaron cinco rodamientos, cadauno de ellos con un defecto sobre la pista externa. El defecto fue realizadointencionalmente para simular una falla en etapa incipiente.

En la figura 6, se muestran los espectros en unidades de aceleracin obtenidos para unrodamiento sin falla y otro con falla para la velocidad de giro de 1000 rpm. Es claro que enel espectro del rodamiento con falla se identifica una zona con una alta energa de vibracin

alrededor de la frecuencia de 60 kcpm, la cual corresponde a una frecuencia natural.Realizando un Zoom real en torno a esta frecuencia, se distinguen en el espectro bandaslaterales con una separacin entre ellas a la frecuencia de BPFO, identificando como causade la excitacin de la frecuencia natural un defecto en la pista externa (figura 7).


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Figura 6. Espectro en aceleracin (Velocidad = 1000 rpm)

Figura 7. Anlisis con Zoom (observar bandas laterales).

Observando la forma de onda en aceleracin, se puede identificar la periodicidad de losimpactos producidos por el paso de los elementos rodantes sobre el defecto, tal y como seilustra en la figura 8, para la velocidad de giro de 1000 rpm.


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Figura 8. Identificacin de impactos en la seal temporal.

En las figuras 9 y 10, se ilustran los resultados obtenidos de los anlisis de Demodulaciny Peakvue de la vibracin de un rodamiento sin falla y otro con una raya en la pistaexterna, con una velocidad de giro de 1000 rpm y 200 kg de carga. En el rodamiento confalla se identifican claramente las componentes a BPFO y sus armnicos, confirmando lapresencia de un defecto en la pista externa.

Figura 9. Demodulacin (velocidad = 1000 rpm)


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Figura 10. PeakVue.(velocidad = 1000 rpm)

Aplicando estas tcnicas para el caso en que el rodamiento gira a baja velocidad (60 rpm),se observa en el espectro de aceleracin la excitacin de la zona resonante para elrodamiento con falla (figura 11). Empleando las tcnicas de Demodulacin y Peakvue(figuras 12 y 13), se identifica la presencia de la falla aunque no tan claramente como paravelocidades ms altas.

Figura 11. Espectro en aceleracin (Velocidad = 60 rpm)


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Figura 13. PeakVue. (Velocidad = 60 rpm)

DISCUSIONDe los resultados obtenidos en las diferentes pruebas, se puede concluir que:

- Independiente de la velocidad de rotacin, se produce una excitacin sobre la zona delas altas frecuencias para el caso del rodamiento con falla. Sin embargo, a bajavelocidad la excitacin que se produce es de menor intensidad y se excitan las

frecuencias naturales ms bajas.- Con el uso del Zoom y el anlisis de la seal en el tiempo, es posible identificar losimpactos que se producen peridicamente. Para baja velocidad no se obtuvieron buenosresultados con estas tcnicas, pues la amplitud de los impactos producidos son muybajas, adems de estar mezcladas con las componentes de baja frecuencia.- Las tcnicas de Demodulacin y Peakvue, entregaron resultados similares. Sinembargo, las amplitudes obtenidas utilizando Peakvue fueron mayores que con laDemodulacin. Resulta ser ms ventajoso el empleo de estas tcnicas para aplicacionesde baja velocidad, en donde por medio de los otros mtodos no se obtuvieron buenosresultados.

Se debe tener presente que este trabajo fue desarrollado en condiciones controladas deruido y vibracin. En la industria se pueden encontrar an ms dificultades especialmentepara las bajas velocidades al tener en cuenta las diferentes fuentes de ruido, las vibracionesprovenientes de otras mquinas y la variacin de velocidad y carga durante las mediciones.Por tanto se debe complementar el anlisis con otras herramientas de anlisis que estn hoyen da disponibles en la mayora de analizadores de vibracin comerciales, como porejemplo los promedios sincrnicos en el tiempo y los filtros seguidores de velocidad(Tracking filter).


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CONCLUSIONES

Es posible detectar en los rodamientos, la presencia de defectos cuando se encuentran enetapa incipiente, haciendo uso del anlisis de vibraciones y de las tcnicas de demodulaciny/o peakvue, las cuales enfocan su anlisis sobre la zona de las altas frecuencias.En el anlisis de vibraciones de rodamientos que giran a baja velocidad, las tcnicas dedemodulacin ypeakvue resultan ser ms tiles en la deteccin incipiente de fallas, que elanlisis espectral normal.

REFERENCIAS

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TANDON N., CHOUDHURY. (1999). A review of vibration and acoustic measurementmethods for the detection of defects in rolling element bearings. TribologyInternational. Vol.32, 469 -480.TANDON N., NAKRA B. C. (1992). Vibration and acoustic monitoring techniques forthe detection of defects in rolling element bearings a review. The Shock and VibrationDigest. Vol. 24 (3), 3-11.


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ANLISISDE

LUBRICANTES:

TRIBOLOGA


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ANLISIS DE LUBRICANTES

Los anlisis de lubricantes proveen a los grupos de mantenimiento de valiosainformacin respecto del proceso de lubricacin. Indican principalmente el estadodel aceite y soportan en repetidas ocasiones la decisin de continuar buscando ono un lubricante nuevo.

Con un cuidadoso manejo y un completo historial pueden entregar informacin delestado de los componentes mecnicos y apoyar estrategias de mantenimientopredictivo. Para tal efecto, deben satisfacerse las siguientes dos condiciones: lamquina debe arrancar con sus componentes en ptimo estado y con nuevolubricante (un excelente historial ayuda a que esto no sea indispensable) y ellubricante debe haber realizado el ciclo de lubricacin dentro de la mquina variasveces, pasando por la bomba, las piezas lubricadas y los filtros.

Los anlisis son muy variados: fcilmente se cuentan un centenar diferentesDe anlisis: viscosidad, color, punto de fluidez, residuos de carbn, resistencia a laformacin de espuma, herrumbre... para aceites. Otros tantos son consistencia,

estabilidad a la oxidacin, punto de goteo,... para grasas.

Los anlisis requieren de cantidades importantes de lubricante, entre 250 y 500 mlpara los de aceite y entre 500 y 1000 g para los de grasa.

A continuacin hablaremos de los anlisis ms representativos de nuestro da ada del mantenimiento: El conteo de partculas y el anlisis de elementospresentes.

Un anlisis menos solicitado y ms costoso, que es de suma importanciapara el anlisis de maquinaria supercrtica, es La ferrografa analtica.


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FERROGRAFA DIRECTA (CONTEO DE PARTCULAS):

La ferrografa directa consiste en una medicincuantitativa de la concentracin de las partculas

ferrosas en una muestra de fluido a travs de laprecipitacin de esas partculas en un tubo de vidriosometido a un fuerte campo magntico. Dos rayosde luz transportados por fibra ptica impactan sobreel tubo en dos posiciones correspondientes a lalocalizacin en la cual las partculas grandes y laspequeas sern depositadas por el campomagntico. La luz es reducida en relacin a laspartculas depositadas en el tubo de vidrio y stareduccin es monitoreada y medidaelectrnicamente.

Dos conjuntos de lecturas son obtenidos de las grandes y pequeas partculas(partculas por encima de 5 micras y partculas por debajo de 5 micras). Por logeneral ms de 20.000 partculas mayores de 5 micras indican una alerta deseguimiento y ms de 40.000 son excesivas e indican problemas dedesgaste en componentes ferrosos de la mquina.


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Actualmente se impone un refinamiento de este mtodo (otro sensor despus delS) permite obtener en nmero de partculas el total de partculas mayores de 1.2micras, el total de partculas mayores de 5 micras y el total de partculas mayoresde 12 micras. El nmero de partculas tiene un cdigo correspondiente en lanorma ISO 4406 para anlisis de lubricantes a travs del conteo de partculas. Elcdigo no es ms que un nmero del 8 al 24. El fabricante del lubricante

recomienda unas cantidades de material particulado a travs de estos cdigos.


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En el ejemplo adjunto el fabricante recomienda 21/20/19 ( no ms de 20.000partculas mayores de 1.2 micras/ no ms de 10.000 partculas mayores de 5micras / y no ms de 5.000 partculas mayores de 12 micras, compare larecomendacin con la tabla de la norma). Segn este anlisis, el aceite est paracambio o microfiltrado y puede haber un desgaste importante en la mquina.

Habilidad requerida para este anlisis: Media.

Ventajas: Analizador compacto, porttil, en lnea, fcil de operar, poco sensible a


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la opacidad y contaminacin con agua.

Desventajas: Slo mide partculas ferromagnticas y para ser decisiva requiere

de un anlisis posterior de ferrografa analtica. Para que la muestra sea vlida elanlisis debe ser realizado sobre aceites cambiados o microfiltrados despus decada incidente y que hayan realizado el ciclo de lubricacin un nmerorepresentativo de veces.

ESPECTROFOTOMETRA DE ABSORCIN ATMICA(DETECCIN DE ELEMENTOS PRESENTES):

Este anlisis, en conjunto con el conteo de partculas, es el ms popular en laimplementacin de programas de mantenimiento predictivo, debido a que en loscentros industriales, los proveedores del lubricante ofrecen el servicio como unvalor agregado a la venta. El principio bsico consiste en someter la muestra delubricante a una fuente alto voltaje (15 kV) en la cual se calienta y libera energa.Fenmenos especiales de radiacin se generan, en los cuales se puedendiferenciar y asignar las radiaciones a diferentes frecuencias, a elementosespecficos constituyentes del lubricante. La intensidad de radiacin a unafrecuencia especfica es proporcional a la concentracin de su respectivoelemento.

Algunos de los elementos detectados ms importantes son:


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Silicio: polvo, aditivos antiespumantes.Calcio: polvo, aditivos detergentes.Bario, Magnesio: aditivos detergentes.

Hierro: engranajes y rodamientos.Cobre: babbitt de cojinetes de friccin o separadores de rodamientosCromo: anillos y camisas de pistn.Aluminio: pistones.Estao, Cobre, Plata: cojinetes.Plomo: contaminacin con gasolina.Vanadio, Sodio: combustible quemado.

El proveedor del aceite cuenta con tablas de valores mximos de elementos en el

lubricante, en relacin al tipo de mquina y proceso productivo. A continuacin semuestra otro aparte de nuestro informe en el cual se relacionan lasconcentraciones medidas de diversos elementos relacionadas con los mximospermisibles (nuevamente, segn el proveedor. Debemos tener en cuenta quetodas las mquinas son diferentes y sus condiciones de operacin en diferentesregiones tambin lo son).

Otro anlisis generalmente incluido en este tipo de reportes es el de propiedadesfisicoqumicas. Incluye referencias a la oxidacin, apariencia, % agua y viscosidad.


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Habilidad requerida para este anlisis: Media-Alta.

Ventajas: Se pueden obtener las concentraciones de elementos simultneos (20a 60 elementos). La prueba dura alrededor de un minuto. Su costo es bajo.

Desventajas: Puede fallar al vaporizar partculas ms grandes de 10 micras. La

mquina no diagnostica por s sola el tipo de desgaste presente.

FERROGRAFIA ANALTICA

La ferrografa analtica se posiciona como una de las tcnicas ms importantespara el anlisis de aceite. Cuando es implementada correctamente provee graninformacin de causa raz. A pesar de sus capacidades es frecuentemente

excluida de los programas de anlisis de aceites, debido a que comparativamente,es bastante costosa. Adems, es una prueba que requiere tiempo, paciencia y altahabilidad (muy buen ojo) por parte del analista. Por lo tanto, este anlisisrepresenta costos significativos que no se presentan en otros anlisis de aceites.

Por otra parte, los beneficios de la ferrografa analtica son muy representativos allograr una clara identificacin de modos de falla que ningn otro anlisis provee.

QU ES UNA FERROGRAFA ANALTICA?

El principio de la ferrografa analtica consiste en separar sistemticamente el

material particulado suspendido en el lubricante, sobre una plaqueta de vidrio. Laplaqueta es examinada bajo el microscopio para distinguir tamao, concentracin,composicin, morfologa y condicin superficial de las partculas ferrosas y noferrosas que caracterizan el desgaste.

El examen detallado descubre los misterios de las condiciones de desgasteanormal apuntndolo hacia el componente fuente, con un excelente acercamientoa la causa raz del problema.


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1) PREPARANDO EL FERROGRAMA.

La ferrografa analtica con la separacin magntica de los residuos encontradosen el lubricante. El lubricante es diluido para mejorar la precipitacin de partculasy la adhesin a la plaqueta. La muestra diluida se hace fluir sobre la plaqueta porgravedad (la plaqueta se posiciona inclinada). La plaqueta a su vez descansa enun magneto el cual atrae las partculas ferrosas y permite la adherencia en laplaqueta.

Debido al campo magntico las partculas ferrosas se alinean en cadenashorizontales a lo largo de la plaqueta; las partculas mas grandes se depositanhacia el punto de entrada y las pequeas hacia el punto de salida. Las no ferrosas

se depositan aleatoriamente en toda la plaqueta acumulndose sobre las cadenasde partculas ferrosas las cuales actan como diques. La ausencia de partculasferrosas reduce sustancialmente la efectividad del anlisis de las no ferrosas.


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La plaqueta preparada de esta manera con estas cadenas de partculas, se

denomina ferrograma. Despus de que las partculas son depositadas en elferrograma la plaqueta se lava y las partculas quedan permanentementeadheridas. El ferrograma est ahora listo para inspeccin ptica utilizando unmicroscopio bicromtico.


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2)IDENTIFICACION DE PARTICULAS:

El ferrograma es examinado bajo un microscopio bicromtico polarizado equipadocon una cmara digital. El microscopio utiliza dos luces: una superior de color rojo(reflejada) y una inferior de color verde (transmitida). Este juego de luces ayuda adistinguir tamao, forma y geometra de las partculas ferrosas y no ferrosas. Laspartculas son clasificadas para determinar el tipo de desgaste y su causa. Paraayudar a la identificacin de la composicin el analista puede calentar elferrograma por dos minutos a 316 C.


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3)COMPOSICION DE PARTICULAS:Se identifican seis categoras de partculas:

3.1)Partculas blancas no ferrosas: frecuentemente son aluminio o cromo.Aparecen blancas brillantes antes y despus del tratamiento trmico. Estndepositadas aleatoriamente en la plaqueta con grandes partculas detenidaspor las cadenas de las partculas ferrosas.3.2)Partculas de cobre: usualmente aparecen como amarillo brillante antes ydespus del tratamiento trmico, aunque puede cambiar a verde-gris. Estatambin estar depositada aleatoriamente en la plaqueta con partculasgrandes a la entrada y pequeas a la salida.3.3) Partculas del babbitt: consisten en partculas delgadas de color gris (se vencomo trozos de lata). Despus del tratamiento siguen grises pero con puntosazules y rojos, y ms pequeas con apariencia motosa. Su distribucin esaleatoria.3.4) Contaminantes: usualmente son residuos de polvo principalmente silicio.Aparecen como unos cristales que son fcilmente identificados con la luztransmitida (verde). Su distribucin es aleatoria.3.5) Fibras: causadas por desprendimientos de filtros y contaminacin externa.Son largas cadenas en variedad de colores y usualmente no cambian suapariencia despus del tratamiento trmico. Algunas veces esas partculas actancomo filtro colectando otras partculas. Pueden aparecer en cualquier parte delferrograma, aunque tienden a estar en la salida.3.6)Partculas ferrosas: se identifican principalmente usando la luz roja (reflejada)y la luz blanca del microscopio. La luz transmitida es totalmente bloqueada porla partcula. Se dividen en cinco diferentes categoras:

a)Acero de alta aleacin:las partculas son encontradas en cadenas decolor gris-blanco antes y despus del tratamiento. La forma de diferenciar entrelos aceros con alta aleacin y las partculas blancas no ferrosas es la posicin en

la plaqueta.Si aparece en cadena es un acero, de otro modo es considerado unblanco no ferroso. Su aparicin en ferrogramas es rara (es lo ltimo que se esperaque se desgaste).

b) Acero de baja aleacin:las partculas se encuentran en cadenas gris-blancas,pero despus de tratamiento trmico aparecen azules, rosas o rojas.

c) xidos metlicos negros:depositados en cadenas de color gris oscuro onegros antes y despus del tratamiento trmico. La cantidad de negrodetermina la severidad de oxidacin.

d) Fundicin de hierro: aparece gris antes del tratamiento y amarillo opacodespus.

e) xidos rojos (Herrumbre): la luz polarizada los identifica rpidamente.Pueden ser encontrados en cadenas con otras partculas ferrosas o


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depositadas aleatoriamente en la plaqueta. Una gran cantidad de xidosrojos de pequeo tamao en la salida de la plaqueta son consideradascomo un signo de desgaste corrosivo. Aparece como una playa de

arena roja.

Despus de la clasificacin e identificacin de la composicin el analista ponderael tamao de las partculas usando una escala micromtrica en el ocular delmicroscopio.Partculas con un tamao mayor de 30 micras definen condicionesseveras o anormales.Frecuentemente la forma de la partcula es una claveimportante sobre el origen del desgaste.La partcula es laminar o rugosa? Laspartculas laminares indican aplastamiento en las reas de rodamientos por altapresin o contacto lateral.La partcula tiene una forma curva similar a una hoz?Esto caracteriza desgaste cortante producido por contaminantes abrasivos. Tienela partcula estras en su superficie?Las estras son signos de desgaste por

arrastre sin lubricacin.Puede ser generado en un rea donde ocurren arranquesde superficies metlicas.La partcula es esfrica oscura con centro blanco? Lasesferas son generadas en presencia de fatiga en los rodamientos. Un incrementoen ellas indica exfoliacin.

Algunos Ejemplos son:

1. Desgaste laminar de un rodamiento (partculas menores de una micra):


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2. Desgaste por arranque de material en caja reductora. Partculas de 10 micras

3.Inicio de desgaste por fatiga en rodamiento. Partculas esfricas.


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4. Desgaste cortante producido por contaminantes abrasivos.


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5. xidos rojos bajo luz polarizada

6. xidos rojos y desgaste abrasivo.


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7. Partculas indicando desgaste corrosivo, cerca de la salida de la probeta.


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8. Partculas de cobre.

9. Partcula de aluminio.


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10. Silicio.

11. Fibras de celulosa.


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12. Fibra de vidrio.

13. Despus del tratamiento. Aceros aleados


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Habilidad requerida para este anlisis: Se requiere un experto y un atlas departculas.

Ventajas: El anlisis del tamao, color, forma, cambios en tratamiento trmico yefectos de luz de las partculas de desgaste indica al analista experto lanaturaleza, severidad y causa raz de un desgaste anormal. Esta informacinhabilita al grupo de mantenimiento para implementar acciones correctivas ypreventivas con excelente acertividad. Se detectan problemas mucho mstempranamente que con el anlisis de emisin y espectrometra. Acerca al analistaa la causa raz del problema.

Desventajas: Se requiere gran experiencia para la lectura del ferrograma. Lapreparacin de la muestra requiere tiempo. Los equipos son bastante costosos

comparados con los de otros anlisis.

BIBLIOGRAFA

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TERMOGRAFIA


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TERMOGRAFIA CON CAMARAS TERMICAS

TermografaLa termografa es un mtodo de inspeccin de equipos elctricos y mecnicosmediante la obtencin de imgenes de su distribucin de temperatura. Estemtodo de inspeccin se basa en que la mayora de los componentes de unsistema muestran un incremento de temperatura en mal funcionamiento. Elincremento de temperatura en un circuito elctrico podra deberse a una malaconexin o problemas con un rodamiento en caso de equipos mecnicos.Observando el comportamiento trmico de los componentes pueden detectarsedefectos y evaluar su seriedad.

Fig 1. Imagen trmica de un conector elctricoLa herramienta de inspeccin utilizada por los termgrafos es una cmara trmica.Son equipos sofisticados que miden la emisin natural de radiacin infrarrojaprocedente de un objeto y generan una imagen trmica. Las cmaras determografa modernas son porttiles y de fcil manejo. Al no necesitar contactofsico con el sistema, las inspecciones pueden realizarse a pleno funcionamientosin prdida o reduccin de productividad.


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Fig 2. Inspeccin de un equipo mecnico utilizando una cmara determografaLa cmaras de termografas de Land son equipos diseados para monitorizacinen planta, mantenimiento preventivo y monitorizacin de procesos industriales.Sus aplicaciones potenciales incluyen:

Inspeccin de equipos elctricosInspeccin de equipos mecnicosInspeccin de estructuras de material refractarioMonitorizacin de procesos, etc

Medida de Temperatura utilizando Mtodos InfrarrojosCuando se utilizan cmaras trmicas es importante tener conocimientos bsicosde teora infrarroja.Fsica BsicaCualquier objeto emite energa electromagntica. La cantidad de energa estrelacionada con la temperatura del objeto. La cmara de termografa puededeterminar la temperatura sin contacto fsico con el objeto midiendo la energaemitida.Espectro ElectromagnticoLa energa procedente de un objeto caliente se emite a distintos niveles en elespectro electromagntico. En la mayora de las aplicaciones industriales se utiliza


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la energa radiada en el espectro infrarrojo para medir la temperatura del objeto.La figura 3 muestra los diferentes espectros electromagnticos donde se emiteenerga incluyendo Rayos X, Ultra Violeta, Infrarrojo y Radio. Se emite en forma

de onda y viaja a la velocidad de la luz. La nica diferencia entre ellas es sulongitud de onda que est relacionada con la frecuencia.

| |Region Visible

Fig 3. La regin Infrarroja del espectro electromagntico

El ojo humano responde a la luz visible en el rango de 0.4 a 0.75 micras.La gran mayora de la medida de temperatura infrarroja se realiza en el rango de

0.2 a 20 micras. Aunque las emisiones no pueden detectarse por una cmaranormal, la cmara trmica puede enfocar esta energa a travs de un sistemaptico hacia el detector de forma similar a la luz visible. El detector convierte laenerga infrarroja en tensin elctrica, que despus de amplificarse y de uncomplejo procesamiento de la seal, se utiliza para construir una imagen trmicaen el visor del operador montado en la cmara de termografa.


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Distribucin de EnergaLa figura 4 muestra la energa emitida por un objeto a diferentes temperaturas.Como puede observarse a mayor temperatura mayor es el pico de energa. La

longitud de onda a la que ocurre el pico de energa se vuelve progresivamentems corta a medida que se incrementa la temperatura.A bajas temperaturas el pico de energa se produce en longitud de onda larga.

Fig 4. Energa Infrarroja y Distribucin en el espectro electromagnticoEmisividadLa cantidad de energa radiada por un objeto depende de su temperatura y de suemisividad.

Un objeto que emite el mximo posible de energa para su temperatura se conocecomo Cuerpo Negro. En la prctica no hay emisores perfectos y las superficiessuelen emitir menos energa que un Cuerpo Negro.


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Fig 5. La energa Infrarroja reflejada en una superficieLa figura 5 muestra porque los objetos no son emisores perfectos de energainfrarroja. La energa se mueve hacia la superficie pero cierta cantidad se reflejahacia el interior y nunca sale. En este ejemplo se observa que slo se emite el60% de la energa disponible. La emisividad de un objeto es el cociente entre laenerga emitida respecto de la emitida si fuera un Cuerpo Negro.

Asi la Emisividad se expresa como:

Emisividad = Radiacin emitida por un objeto a temperatura TRadiacin emitida por un Cuerpo Negro a temperatura T

La Emisividad es por lo tanto una expresin de la capacidad de un objeto a emitir

energa infrarroja.

Valores de Emisividad

Los valores de emisividad varan de un material a otro. Los metales con unasuperficie spera u oxidada tienen una mayor emisividad que una superficiepulida.


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A continuacin se detallan algunos ejemplos:

Material Emisividad

Acero brillante 0.18Acero oxidado 0.85

Latn brillante 0.10Latn oxidado 0.61

Aluminio brillante 0.05Aluminio oxidado 0.30

Cemento 0.90

Asfalto 0.90

Ladrillo Rojo 0.93

Grafito 0.85Cloth 0.85

Fig.6 Valores de Emisividad

Se demuestra que hay relacin entre emisividad y reflectividad.Para un objeto opaco esto significa Emisividad + Reflectividad = 1.0As mismo un material altamente reflectante es un pobre emisor de energainfrarroja y por lo tanto tiene un valor de emisividad bajo.

Efectos de la EmisividadSi un material de alta emisividad y otro de baja emisividad se colocaran juntos enel interior de un horno y se calentaran exactamente a la misma temperatura, elmaterial de baja emisividad aparecera al ojo mucho ms tenue. Esto es debido ala diferencia de emisividades de los materiales, provocando radiaciones a distintosniveles, haciendo que el material de baja emisividad parezca ms fro que el dealta emisividad, aunque ambos estn a la misma temperatura. La cmara determografa lo vera igual que el ojo humano y produce un error en la medida detemperatura. La temperatura de un objeto no puede determinarse midiendo laenerga infrarroja que emite, tambin debe conocerse el valor de emisividad delobjeto.


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La emisividad de un objeto puede medirse de las siguientes formas:

1) Consultar manuales de los fabricantes (asegurarse que han sido evaluados a la

longitud de onda de trabajo de su Cmara de Termografa, ya que la emisividadpuede variar con la longitud de onda).

2) Evaluar la emisividad del objeto mediante un mtodo de laboratorio.Hay dos mtodos principales para solucionar el problema de la emisividad.

a) Corregir matemticamente el valor de temperatura medido. Generalmente serealiza en la seal del procesador de la Cmara de Termografa. La mayora delas cmaras actuales tienen un ajuste de compensacin que el operador puedeajustar.

b) Podra pintarse la superficie de un objeto de baja emisividad con unrecubrimiento de emisividad alta y constante. Esto permite elevar el valor deemisividad, pero no siempre es posible.Cuando se realizan las inspecciones termogrficas, los fallos generalmente seidentifican por comparacin de temperatura de los componentes similares en lasmismas condiciones. Es una alternativa muy precisa para predecir la emisividadde cada componente y obtener unos valores de temperatura absolutas.

Cmara trmica inspeccionando equipamiento elctrico. Con cargas yemisividades iguales la temperaturas de los tres puntos debera ser la misma.


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CAMARAS TERMOGRAFICAS

Las cmaras trmicas son equipos sofisticados que miden la emisin natural de radiacin infrarrojaprocedente de un objeto caliente y producen una imagen trmica. Las cmaras de termografamodernas nos permiten tomar la imajen termografica en distintos modos, dependiendo de softwareque esta use, obtendremos distintos modos de medida de temperatura.

Las figuras 7 a 12 nos muestran algunos de estos modos de medida de temperatura

Fig.7 Medida de temperatura en varios puntos de la imagen

Fig.8 Medida de temperatura promediada en varios rectngulos de la imagen


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Fig.9 Medida de temperatura promediada en varios polgonos de la imagen 8

Fig.10 Medida de temperatura promediada en varios perfiles de la imagen


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Fig.11 Medida de distribucin de temperatura en un area de la imagen

Fig.12 Isotermas para resaltar reas de la imagen en una banda de temperatura


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INFORMES TERMOGRAFICOS:

Los informes termograficos existen de diversos tipos, en ellos deben de aparecer tanto laimagen termica como la fotografia de la imagen trmica, ademas de cualquier informacin adicionalde inters, es conveniente realizar una evaluacin sobre las imgenes termograficas tomadas,indicando las posibles fallas detectadas, asi como su correspondiente medida correctora.

Aplicaciones de Mantenimiento PredictivoActualmente es esencial evitar paradas imprevistas, reduciendo los costes por prdida deproduccin al mnimo. El mantenimiento predictivo se ha introducido para identificar problemaspotenciales y reducir costes. La termografa en mantenimiento se basa en el hecho de que lamayora de los componentes muestran un incremento de temperatura cuando existe una malfuncin y la falta se detecta antes de que se produzca el fallo.Los programas de inspeccin rutinaria utilizando cmaras de termografa pueden ofrecer lassiguientes ventajas:Las inspecciones se realizan en condiciones de pleno rendimiento, evitando prdidas de

produccin.

Puede extenderse la vida til de los equipos Se reduce el tiempo de cierre de la planta Se incrementa la fiabilidad de la planta Las reparaciones pueden programarse ms convenientemente Puede inspeccionarse la calidad de la reparacin

Las cmaras de termografa se utilizan en mantenimiento predictivo industrial en las siguientesreas:

Instalaciones Elctricas Equipamientos Mecnicos Refractario

Inspeccin de Instalaciones ElctricasLos fallos en instalaciones elctricas a menudo aparecen como puntos calientes que puedendetectarse con la cmara de termografa. Los puntos calientes son habitualmente resultantes de un

incremento de la resistencia en un circuito, sobrecargas, o fallos de aislamiento. La figura 14muestra un punto caliente generado por una mala conexin en el sistema de distribucin depotencia.


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Fig.14 Inspeccin de un sistema de potencia

Algunos de los componentes habitualmente inspeccionados son:Conectores: Cuando se observan conectores con potencies similares, una mala conexin muestraun incremento de temperatura debido a su incremento de resistencia. Los puntos calientes puedengenerarse debidos a prdidas, oxidacin o corrosin de los conectores.

Fig.15 Inspeccin de conectoresFigura 15. Muestra los fusibles en el panel de control de una mquina. Una conexin defectuosa enla parte superior del fusible ha creado un punto caliente que la cmara detecta fcilmente.

Motores trifsicos: Requieren fases equilibradas y temperaturas de trabajo correctas. Se hacomprobado que si se superan las temperaturas de trabajo correctas el aislamiento pierde tiempode vida til.Otros componentes habitualmente inspeccionados son:

Reles Aislamientos Interruptores, etc.

Inspeccin de Equipos MecnicosLos equipos mecnicos inspeccionados son, habitualmente, mquinas giratorias. El incremento detemperaturas superficiales pueden deberse a fallos internos. Puede generarse un calor excesivopor friccin en rodamientos defectuosos, debido a desgaste, mal alineamiento o mala lubricacin.

Es deseable realizar la inspeccin con los sistemas operativos, basndose la interpretacin de losresultados en la comparacin entre componentes trabajando en condiciones similares de carga.Los equipos habitualmente inspeccionados son:

Rodamientos Cojinetes Correas Bombas, etc.....


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Fig.16 Inspeccin de carcasa de rodamiento

Inspeccin de Estructuras RefractariasLas estructuras refractarias de las plantas de proceso pueden incrementar su vida til si pudieradeterminarse el grado de desgaste y erosin. Las muestras trmicas producidas al visualizar lasparedes exteriores de la estructura pueden indicar puntos calientes causados por desgaste delrefractario que pueden corregirse con un mantenimiento apropiado.

Fig.17 Inspeccin de un horno giratorio

Figura 17. Muestra un calentamiento anormal de la pared del horno de cemento, posiblementecausado por una prdida de ladrillo refractario en el interior.Los equipos habitualmente inspeccionados son:

Hornos Elctricos de Arco Cucharas Hornos de Calentamiento Hornos de Vidrio, etc....


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