Desglose del monitoreo de condición
El monitoreo de condición es la medición de parámetros específicos de la maquinaria, observando señales de cualquier cambio significativo que podría ser indicativo de una falla inminente.
¿Qué es el monitoreo de condición?
El monitoreo de condición se define como la medición de parámetros específicos de la maquinaria o equipo, como las vibraciones en una máquina, su temperatura o la condición de su aceite, tomando nota de cualquier cambio significativo que pueda ser indicativo de una falla inminente. Supervisar continuamente la condición del equipo y tomar nota de cualquier irregularidad que normalmente acortaría la vida útil de un activo permite programar el mantenimiento u otras acciones preventivas para abordar los problemas antes de que se conviertan en fallas más graves.
El monitoreo de condición es un gran componente del mantenimiento predictivo. Los datos recopilados del monitoreo de condición a lo largo del tiempo brindan información valiosa sobre el estado actual e histórico de un activo. Esta evolución de una máquina se puede utilizar para anticipar cómo funcionará el activo con el tiempo y cómo podría degradarse, lo que permite programar el mantenimiento en función de estas predicciones. Esto se conoce como mantenimiento predictivo: mantenimiento basado en las fallas que pueden ocurrir y qué mantenimiento debe programarse para evitar que ocurran tales fallas.
Las técnicas de monitoreo de condición se utilizan típicamente en equipos rotativos (cajas de engranajes, máquinas reciprocantes, máquinas centrífugas, etc.), sistemas secundarios o de respaldo y otra maquinaria como compresores, bombas, motores eléctricos, prensas y motores de combustión interna.
Hay dos métodos comunes utilizados para el monitoreo de condición:
- Monitoreo de tendencias: El monitoreo de tendencias es la medición e interpretación continua y regular de los datos. Implica elegir una indicación adecuada y medible del deterioro de la máquina o componente y estudiar esta tendencia para determinar cuándo el deterioro supera un límite crítico. Por ejemplo, el monitoreo de tendencias se usa para rastrear de forma rutinaria los datos del motor de un avión para detectar y diagnosticar anomalías en el desempeño del motor, con la esperanza de prevenir daños secundarios más costosos.
- Verificación de condición: La verificación de condición implica tomar una medición de verificación periódica con un indicador apropiado mientras una máquina está funcionando. La información de este método se usa luego para medir la condición de la máquina en un momento dado. Un ejemplo de verificación de condición podría ser usar una mirilla de aceite para verificar la condición del lubricante de una máquina en tiempo real.
El monitoreo de condición a través de estos dos métodos brinda una mirada al interior de cómo sus máquinas y/o componentes están funcionando actualmente y, con el tiempo, ofrece un historial de la salud de la máquina.
Beneficios del monitoreo de condición
Como es de esperar, el monitoreo de condición puede prestarse a muchos beneficios, incluidos la reducción de costos de mantenimiento, tiempo de inactividad reducido, vida útil prolongada de los activos y ahorro de costos en recursos cambiados prematuramente. Por ejemplo, su sistema de monitoreo de condición mide la cantidad de ruido producido por un componente. Con el tiempo, notará una tendencia de falla en la máquina poco después de que el nivel de ruido del componente alcance cierto nivel. Debido a que cuenta con un sistema de monitoreo de condición, ahora puede configurar una alerta en ese componente cuando alcanza ese nivel de ruido, lo que, a su vez, le permite al personal de mantenimiento saber que es posible que desee considerar reemplazar el componente.
La tecnología moderna ha llevado el monitoreo de condición en línea (como se discutirá más adelante), por lo que los sensores y el software habilitados para Internet y conectados de forma inalámbrica brindan mediciones en tiempo real durante todo el día. Estas mediciones se transmiten a un software integrado para el análisis y el almacenamiento de conjuntos de datos históricos.
Las herramientas de monitoreo de condición que arrojan datos en tiempo real le permiten determinar la causa raíz de un problema más rápido, y los sensores inalámbricos en los activos conectan automáticamente a los empleados con datos en tiempo real a través del acceso remoto usando teléfonos inteligentes o tabletas.
El monitoreo de condición permite que su instalación pase de un enfoque reactivo a un programa de mantenimiento más predictivo. Una vez que se pone en marcha, el monitoreo de condición le proporciona mediciones las 24 horas del día, los 7 días de la semana, mostrando una imagen clara de la salud de sus máquinas sin agregar mano de obra adicional.
Desventajas del monitoreo de condiciones
Los sistemas de monitoreo de condición se basan en datos visuales recopilados de múltiples sensores integrados con un sistema de software. Esto significa un costo adicional de compra e instalación de estos sensores, así como la compra de las herramientas necesarias para el monitoreo de condición (análisis de vibraciones, termografía infrarroja, etc.). También existe el costo adicional de capacitar a los empleados para que usen la tecnología de monitoreo de condición con precisión y eficacia.
Además, los sensores de monitoreo de condición pueden tener problemas para funcionar correctamente en condiciones de funcionamiento especialmente severas. Tales condiciones pueden dañar los sensores, obligándolo a reemplazarlos con más frecuencia de lo previsto.
Técnicas de monitoreo de condición
Las técnicas de monitoreo de condición están estandarizadas a través de la Organización Internacional para la Estandarización (ISO, por sus siglas en inglés) y la Sociedad Americana para Pruebas y Materiales (ASTM, por sus siglas en inglés). ASTM describe una variedad de estándares, principalmente relacionados con el monitoreo de condición para lubricantes en servicio, mientras que los estándares ISO 13372, 18436, 17359 y 13381 (entre otros) especifican las pautas para el monitoreo de condición y diagnóstico de máquinas.
A continuación se presentan las técnicas más comunes utilizadas para recopilar datos sobre el estado actual de la maquinaria.
- Análisis de vibraciones. El análisis de vibraciones es un proceso para medir los niveles de vibración y las frecuencias de la maquinaria y luego usar esa información para analizar la salud de la máquina. El análisis de vibraciones puede detectar problemas como desequilibrio, fallas de rodamientos, holgura mecánica, desalineación, resonancia y frecuencias naturales, fallas de motores eléctricos, eje doblado e incluso cavitación.
Se ha estimado que las advertencias de vibración pueden brindar hasta tres meses de anticipación antes de que ocurra una falla real.
- Análisis de aceite. El análisis de aceite se utiliza para analizar de forma rutinaria la salud de los lubricantes de la maquinaria, la contaminación del aceite y el desgaste de la máquina. El proceso de análisis de aceite incluye análisis de humedad, conteo de partículas, análisis de elementos (aditivos, contaminantes y metales de desgaste), números ácido y básico, medición de la viscosidad y el uso de espectrometría infrarroja por transformadas de Fourier (FTIR, por sus siglas en inglés) para determinar varios otros parámetros. Por ejemplo, una prueba de análisis de aceite espectrométrico puede desglosar la composición química del aceite para predecir posibles problemas. Los altos niveles de silicio y aluminio en el aceite revelan que está contaminado con suciedad o arena (silicatos de aluminio), mientras que los altos niveles de hierro indican desgaste de los componentes.
- Termografía infrarroja: Latermografía infrarroja es el proceso de usar una cámara termográfica para detectar la radiación (calor) que emite un objeto, convertirla en temperatura y luego mostrar esa distribución de temperatura en una imagen. Se usa comúnmente para monitorear las condiciones eléctricas y mecánicas de los motores, rodamientos (fricción anormal), aislamiento refractario y localizar niveles de gas, líquidos y lodos.
El objetivo principal de la termografía infrarroja es garantizar que la maquinaria funcione normalmente al detectar patrones de calor anormales dentro de una máquina que podrían indicar un defecto o ineficiencia.
- Ultrasonido: la prueba de ultrasonido es útil para aplicaciones mecánicas de baja y alta velocidad y situaciones de fluidos a alta presión. Por ejemplo, un medidor ultrasónico digital mide las señales de alta frecuencia emitidas por los rodamientos y muestra esas señales en tiempo real en decibelios por microvoltio (dBuV). Con el tiempo, esta métrica crea una imagen histórica para predecir aumentos en la fricción, el roce y otros defectos de los rodamientos. La métrica dBuV también se emplea para predecir los intervalos de lubricación adecuados. Las pruebas de ultrasonido se utilizan a menudo junto con el análisis de vibraciones.
El ultrasonido generalmente se aplica en el método de pulso de choque (SPM) para el monitoreo de condiciones, una técnica que utiliza señales que provienen de rodamientos como línea de base para un monitoreo eficiente de las máquinas. Por ejemplo, imagine una bola de metal golpeando una barra de metal. Cuando la bola toca la barra, una onda de presión se propaga a través de ambos materiales. La onda de presión se amortigua rápidamente (transitoria). Cuando el frente de la onda de presión golpea el transductor de pulso de choque, provoca un movimiento amortiguado hacia adelante y hacia atrás de la masa del transductor. Cuando la película de aceite en un rodamiento es gruesa, el nivel del pulso de choque es bajo (mostrando picos bajos); cuando el nivel aumenta, el espesor de la película de aceite se reduce.
- Emisiones acústicas: ISO 22096 describe el monitoreo de energía a través de emisiones acústicas. Las emisiones acústicas son un aspecto del análisis de vibraciones, pero son vibraciones a frecuencias mucho más altas que las detectadas durante el análisis de vibraciones tradicional. Con las pruebas de emisión acústica, busca señales de alta frecuencia causadas por grietas o impactos, en lugar del movimiento sincrónico repetitivo generado por la vibración. Las emisiones acústicas son independientes de la posición del transductor, la velocidad de la maquinaria o la configuración de los elementos rodantes.
Tipos de monitoreo de condición
Hay una variedad de tipos y técnicas de monitoreo de la condición de la máquina, cada uno de los cuales cumple una función diferente para recopilar datos. A continuación se muestran los tipos más comunes.
- Monitoreo de condición fuera de línea. El monitoreo de condición fuera de línea generalmente se usa para activos menos críticos o semicríticos donde el escaneo periódico es lo suficientemente bueno para observar la condición actual. El monitoreo fuera de línea se utiliza más comúnmente con el análisis de vibraciones cuando una verificación periódica del pulso será suficiente para una máquina menos crítica, y con el análisis de aceite cuando el aceite se envía a un laboratorio para su prueba. Con el análisis de aceite fuera de línea, algunas organizaciones usan kits de muestreo para probar la viscosidad y los niveles de agua de ciertos aceites en el sitio para obtener resultados básicos. Hay equipo de prueba interno semiautomático también disponible para probar cosas como metales de desgaste, nitración, oxidación y agotamiento de aditivos.
- Monitoreo de condición en línea. El monitoreo de condición en línea es la medición continua de un activo mediante la conexión inalámbrica de sensores montados en la máquina al software integrado para proporcionar advertencias en tiempo real para cosas como análisis de vibraciones, emisiones acústicas, ultrasonido y termografía infrarroja. El monitoreo de condición en línea puede ser altamente personalizable gracias a una variedad de sensores y sistemas de monitoreo. Factores como el tipo de máquina, el tipo de rodamiento, la velocidad de la máquina, los componentes de la máquina y los elementos de la máquina deben tenerse en cuenta al elegir un sistema de monitoreo en línea.
Una vez que los sensores apropiados se montan en el activo en el lugar correcto, se pueden conectar de forma inalámbrica a un sistema de monitoreo de condición remoto donde mostrarán datos en tiempo real. La mayoría de los sistemas pueden integrar múltiples tipos de datos de sensores (vibración, termografía, acústica, etc.), por lo que en cualquier momento puede obtener una instantánea de la condición actual de su activo. El monitoreo de condición en línea también le permite configurar alertas en tiempo real para dispositivos remotos o correo electrónico.
Es posible que esté familiarizado con el término “diagnóstico de máquinas portátiles”, en el que se utilizan equipos portátiles para leer datos de sensores montados. Esta es otra forma de describir un tipo de monitoreo de condición en línea.
Monitoreo de condiciones basado en rutas: El monitoreo de condiciones basado en rutas es una técnica en la que un técnico registra datos de manera intermitente utilizando un dispositivo portátil como una cámara de imágenes infrarrojas. A menudo, este método se emplea para crear un patrón de tendencia y determinar si se necesita un análisis más avanzado.
Detección de problemas mediante el monitoreo de condiciones
Considere este escenario: usted lleva su automóvil para su mantenimiento programado regularmente. Dos semanas después, se descompone debido a un problema completamente diferente. Al igual que los automóviles, las máquinas son vulnerables a estas fallas aleatorias e impredecibles. Ciertos tipos de mantenimiento, como el mantenimiento centrado en la confiabilidad y el mantenimiento predictivo, se basan en el principio de que la falla no siempre es lineal y requiere el análisis de varios aspectos de los activos para detectar posibles indicaciones de falla. Esta es la razón por la cual el monitoreo de condición es tan útil: le permite monitorear múltiples facetas a la vez utilizando las técnicas discutidas anteriormente.
Monitoreo de condición, la curva PF y el intervalo PF
La curva PF es un gráfico que muestra la salud de un activo a lo largo del tiempo para determinar el intervalo entre la falla potencial (P) y la falla funcional (F). La falla potencial se define como el punto inicial en el que un activo comienza a deteriorarse o fallar. Por ejemplo, un historial de fallas de rodamientos registradas podría decirle que el rodamiento generalmente falla después de que su temperatura supera los 70 grados. La falla funcional es el punto en el que un activo ha alcanzado el límite de su utilidad y ya no está operativo. Por ejemplo, tiene alrededor de cinco días desde que la temperatura del cojinete supera los 70 grados hasta que falla. La curva PF se establece en un eje X para medir el tiempo y un eje Y para cuantificar la condición del activo. En este ejemplo, debe inspeccionar el rodamiento cada dos o tres días.
El monitoreo de condición juega un papel importante en la detección del intervalo P-F de la curva P-F. El intervalo P-F es el tiempo entre la falla potencial de un activo y su falla funcional prevista. La idea es que su intervalo de inspección sea más pequeño que la curva PF para detectar una falla antes de que ocurra.
El uso del monitoreo de condición le permite medir la condición de un activo, maximizando el intervalo P-F. Herramientas de monitoreo como el muestreo y análisis de aceite, análisis de emisión acústica, análisis de vibración y termografía infrarroja son técnicas basadas en el monitoreo de condición para brindarle una visión interna de la condición actual de una máquina.
El método y la frecuencia de la monitorización marcan la diferencia en la duración del intervalo P-F, según Dale Blann, director general del Instituto Marshall. Blann dice que el monitoreo de condición en línea basado en tecnología proporciona los mayores intervalos de P-F y es menos perturbador que otros tipos de inspecciones, como las inspecciones fuera de línea, donde las máquinas generalmente se apagan.
Monitoreo de condición y el IIoT
El Internet Industrial de las Cosas (IIoT, por sus siglas en inglés) es esencialmente una red de dispositivos interrelacionados en máquinas mecánicas y digitales que le brindan la capacidad de transferir datos a través de una gran red sin necesidad de interacción de persona a persona o de persona a computadora. Los sistemas de monitoreo de condición modernos utilizan el IIoT para integrar numerosos tipos de software de monitoreo en un sistema en tiempo real, desde cualquier parte del mundo y en múltiples dispositivos.
Los sistemas de monitoreo de condición conectados a IIoT permiten a las organizaciones monitorear fácilmente varias facetas de cada activo e identificar el desempeño, detectar problemas e incluso programar automáticamente el mantenimiento según los límites preestablecidos. Algunas de las mayores ventajas del monitoreo de condición conectado a IIoT incluyen:
- Almacenamiento en la nube: IIoT aprovecha la computación en la nube, lo que permite a las empresas almacenar grandes cantidades de datos en la nube en lugar de almacenar datos en el sitio o en un centro de datos. Esta es una gran ventaja debido al flujo constante de datos generados por máquinas conectadas a sistemas de monitoreo de condición en línea. Por ejemplo, la investigación muestra que una turbina eólica toma 2,000 lecturas por minuto, lo que equivale a casi un terabyte de datos por semana.
- Análisis sofisticado: Los sistemas de monitoreo de condición basados en IIoT utilizan algoritmos de aprendizaje automático para sacar conclusiones sobre cosas como la salud de sus activos y formas de mejorar la precisión del diagnóstico.
- Capacidad de usar datos de múltiples máquinas: Se necesita una cantidad significativa de datos para que los algoritmos de aprendizaje automático tengan suficiente información para crear un modelo predictivo. Por ejemplo, es posible que se deban producir cerca de 100 instancias de ejes torcidos para entrenar un modelo predictivo para identificar los niveles de vibración que conducen a ejes torcidos, lo que podría llevar años. La recopilación simultánea de datos de vibración de varias máquinas del mismo tipo permite a los técnicos recopilar la misma cantidad de datos en mucho menos tiempo. Además, la recopilación de datos de muchas máquinas aumenta la precisión y mejora el éxito del modelo predictivo con el tiempo.
- Menos necesidad de actividad humana: Los sistemas basados en IIoT permiten el monitoreo remoto de cientos de máquinas industriales desde cualquier ubicación y en múltiples dispositivos. Este es un beneficio sustancial para industrias como la energía eléctrica, el petróleo y el gas, ya que facilita el monitoreo de instalaciones remotas como tuberías, plataformas de perforación en alta mar e instalaciones de turbinas eólicas en el mar. Los sistemas basados en IIoT pueden recopilar, agregar y dispersar automáticamente datos en tiempo real a los técnicos en cualquier parte del mundo.
Al construir un sistema de monitoreo de condición conectado a IIoT, se deben considerar algunas cosas antes de comprar sensores y otros equipos. Es importante tener en cuenta el tipo de equipo que monitoreará, las variables de datos (qué información desea recopilar) y cómo utilizará los datos.
¿Con qué frecuencia planea revisar los datos? En general, cuanto más frecuentemente necesite revisar los datos, más ancho de banda/almacenamiento de datos se requiere. También puede comprar un sistema que le permita establecer tiempos predeterminados para revisar los datos. Por ejemplo, tal vez solo desee verificar un determinado activo al comienzo de un turno y revisar los datos dos veces al día, pero aun así recibir alertas cuando los datos excedan los límites preestablecidos.
¿Tiene conexión a Internet y capacidad de energía en el área cercana a su equipo? Si no, ese es un costo adicional que deberá tener en cuenta en el presupuesto general.
¿Su equipo es interior o exterior? Los entornos al aire libre pueden limitar la capacidad de obtener una conexión a Internet dondequiera que se encuentre el equipo. Además, las configuraciones al aire libre imponen condiciones más duras en los sensores y otros equipos de monitoreo de condiciones, por lo que es posible que deba considerar sensores resistentes a la intemperie o más duraderos.
Jonathan Trout, Noria Corporation. Traducción por Roberto Trujillo Corona, Noria Latín América
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