Sensores y sistemas para CBM
El mantenimiento basado en la condición (CBM) promete predecir los requisitos de mantenimiento de la maquinaria en función de las mediciones de rendimiento del proceso. Un sistema CBM puede minimizar las acciones de mantenimiento de los equipos sin afectar la disponibilidad o confiabilidad del sistema. CBM proporciona una estrategia de mantenimiento eficiente y rentable mediante el uso de tecnología de detección, procesamiento de señales y técnicas de software.
El mantenimiento basado en la condición le permite tomar medidas correctivas planificadas después de la detección e identificación de la degradación del rendimiento de la maquinaria. El principal beneficio de un sistema CBM es una mayor disponibilidad (tiempo de actividad) de la maquinaria y el equipo de la planta. Otros beneficios incluyen menores costos de mantenimiento al reducir las horas de mantenimiento preventivo y correctivo y la prevención de daños secundarios al detectar posibles fallas en la maquinaria.
Históricamente, debido a los costos involucrados, el mantenimiento basado en la condición se ha aplicado a maquinaria rotativa grande como motores, bombas, generadores, compresores y máquinas similares. Los sensores son el primer eslabón de un sistema de mantenimiento basado en la condición implementado con éxito.
Técnicas de detección para CBM
Los sensores tradicionales utilizados en aplicaciones a gran escala de CBM podrían incluir los siguientes tipos de dispositivos:
Los sensores de vibración (acelerómetros) miden el movimiento de la máquina e identifican fallas mecánicas que se están desarrollando, como desalineaciones en el equipo accionado o soportes de motor defectuosos.
Las lecturas de la bobina de flujo y la corriente monitorean las condiciones eléctricas. El aumento de los niveles de corriente podría indicar el desgaste de los rodamientos en un sistema transportador o en una banda pegajosa (gomosa).
Los transductores de temperatura, como termistores, detectores de temperatura de resistencia (RTD) y termopares, monitorean la temperatura ambiente y la temperatura de la superficie del motor. Pueden determinar las condiciones de sobrecalentamiento del motor e indicar las altas temperaturas del bastidor causadas por el desgaste excesivo de los rodamientos.
Las cámaras termográficas (unidades portátiles sin contacto) son dispositivos que se utilizan para escanear y guardar la temperatura y la imagen infrarroja de los equipos de producción. Estos datos son útiles para comparar operaciones normales y anormales. El calor puede ser un indicador temprano de daños o mal funcionamiento de la máquina.
Los transductores ultrasónicos detectan fugas e inspeccionan los componentes mecánicos y eléctricos.
Con el menor costo de los sensores y el aumento de la potencia de procesamiento integrado disponibles en la actualidad, ahora son factibles y rentables más aplicaciones para CBM. Muchos dispositivos eléctricos ahora incorporan sensores que pueden proporcionar datos de rendimiento junto con sus funciones básicas de control. Por ejemplo, los usuarios de servos y otros sistemas de accionamiento pueden implementar algoritmos de mantenimiento predictivo que supervisan el par de salida del motor mediante la detección de la salida de corriente del accionamiento (consulte la Foto 1).
Una vez que se conoce el par requerido en cada punto de un ciclo “normal” de la máquina, es bastante sencillo controlar este perfil de par y alertar al personal de mantenimiento sobre cualquier anomalía. El aumento de la salida de par puede indicar un rodamiento que está empezando a fallar u otros problemas mecánicos inminentes. Con este conocimiento, puede reparar el equipo mecánico durante el próximo período de mantenimiento programado, en lugar de realizar reparaciones después de una avería imprevista. Los tipos menos sofisticados de control de movimiento (es decir, los sistemas paso a paso) que no tienen capacidad de detección de par no pueden proporcionar este tipo de información. A largo plazo, puede ser más eficiente instalar una unidad más capaz basándose únicamente en su capacidad para ayudar en el mantenimiento predictivo.
Los sensores utilizados para monitorear las condiciones de la máquina o del proceso pueden reportar datos, pero, en última instancia, es el sistema al que están conectados el que proporciona la inteligencia para interpretar los datos y tomar medidas.
Un ejemplo de mantenimiento basado en la condición utilizando una plataforma lógica es un sistema de gestión de medición de pH. Una aplicación es un sistema integrado de autolimpieza, autocalibración y autodiagnóstico para sensores de pH instalados en un proceso activo. Un controlador lógico programable (PLC) prueba, limpia y calibra automáticamente las sondas de pH en aplicaciones en las que las sondas están expuestas a condiciones abrasivas o cáusticas. Para medir la deriva y la eficiencia, el PLC retira la sonda de pH del proceso, inyecta tampones de pH conocidos y lee las entradas de 4-20 miliamperios (mA). El PLC es capaz de compensar la deriva (sesgo/desplazamiento) y la disminución de la eficiencia (pendiente) a lo largo del tiempo para registrar e informar una medición precisa del pH. Basándose en la curva de degradación del rendimiento, el sistema también podría predecir cuándo la sonda requerirá un reemplazo completo.
Los sistemas de monitoreo distribuidos de hoy en día se han movido hacia arquitecturas basadas en estándares abiertos tanto para hardware como para software. Las plataformas basadas en PLC y PC que se comunican con dispositivos y sensores de entrada/salida (E/S) distribuidos a través de una variedad de redes de bus de campo aceptadas se han abierto camino en las aplicaciones CBM.
OPC, u OLE (Object Linking and Embedding) para el control de procesos, es un estándar de la industria creado por una serie de proveedores líderes de hardware y software en cooperación con Microsoft. Mediante el uso de tecnología de conectividad abierta, los datos en vivo de los dispositivos industriales se pueden comunicar a los sistemas ascendentes o a una página web sin necesidad de programación. Los datos están disponibles para su visualización, impresión o archivo en cualquier ordenador, o en cualquier lugar al que se pueda acceder a Internet o a la intranet de la empresa. La tecnología OPC permite la recopilación y visualización de datos de forma fácil y económica porque es compatible con muchos dispositivos diferentes. Como beneficio adicional, el software OPC puede ofrecer un enfoque más unificado para la visualización y el registro de datos para plantas que utilizan múltiples marcas de PLC (consulte el Gráfico 1).
El software OPC ofrece muchas funciones útiles diseñadas para hacer que los datos monitoreados sean más accesibles y útiles. Por ejemplo, los colores dinámicos permiten a los usuarios determinar el estado de las operaciones de su proceso de un vistazo. Utilícelos como un sistema de alerta temprana para alertar al personal de anomalías en las operaciones. Las funciones matemáticas pueden realizar cálculos en los datos sin procesar antes de que se muestren o procesen más. Muchos programas de CBM basados en OPC listos para usar ahora están disponibles para administrar los esfuerzos de mantenimiento.
Fuente: Hamilton, C. (2005, 11 noviembre). Sensors and systems for CBM. Reliable Plant. https://www.reliableplant.com/Read/375/sensors-systems-cbm
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