Desglosando el monitoreo de condición
El monitoreo de condición es la medición de parámetros específicos del equipo, anotando signos de cualquier cambio significativo que podría ser indicativo de una falla inminente.
Monitoreo de condición
¿Qué es el monitoreo de condición?
El monitoreo de condición se define como la medición de parámetros específicos del equipo, como las vibraciones en una máquina, su temperatura o el estado de su aceite, tomando nota de cualquier cambio significativo que pueda ser indicativo de una falla inminente. El monitoreo continuo del estado de los equipos y la toma de 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 componente importante del mantenimiento predictivo. Los datos recopilados de la monitorización de la condición a lo largo del tiempo proporcionan información valiosa sobre el estado actual e histórico de un activo. Esta evolución de una máquina se puede utilizar para anticipar cómo se comportará 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 generalmente en equipos rotativos (cajas de cambios, máquinas recíprocas, máquinas centrífugas, etc.), sistemas de respaldo o secundarios y otra maquinaria como compresores, bombas, motores eléctricos, prensas y motores de combustión interna.
Hay dos métodos comunes que se utilizan para el monitoreo de condición:
Monitoreo de tendencias: El monitoreo de tendencias es la medición e interpretación continua y regular de 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 utiliza para rastrear de forma rutinaria los datos del motor del avión para detectar y diagnosticar anomalías en el rendimiento del motor, con la esperanza de prevenir daños secundarios más costosos.
Comprobación del estado: La comprobación del estado consiste en realizar una medición periódica con un indicador adecuado mientras una máquina está en funcionamiento. La información de este método se utiliza para medir el estado de la máquina en un momento dado. Un ejemplo de comprobación del estado podría ser el uso de una mirilla de aceite como una cápsula de control del estado (CMP) para comprobar el estado del lubricante de una máquina en tiempo real.
La monitorización del estado a través de estos dos métodos proporciona una visión interna de cómo están funcionando actualmente sus máquinas y/o componentes y, a lo largo del tiempo, ofrece una cuenta histórica del estado de la máquina.
Beneficios del monitoreo de condición
Como era de esperar, el monitoreo de condición puede prestarse a muchos beneficios, incluida la disminución de los costos de mantenimiento, la reducción del tiempo de inactividad, la prolongación de la vida útil de los activos y el ahorro de costos en recursos modificados prematuramente. Por ejemplo, su sistema de monitoreo de condición mide la cantidad de ruido producido por un componente. Con el tiempo, se observa una tendencia a los fallos de la máquina poco después de que el nivel de ruido del componente alcance un determinado nivel. Debido a que cuenta con un sistema de monitoreo de condición, ahora puede establecer una alerta en ese componente cuando alcance ese nivel de ruido, lo que, a su vez, permite que el personal de mantenimiento sepa 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 proporcionan 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 predictivo. Una vez en su lugar, el monitoreo de condición le proporciona mediciones las 24 horas del día, los 7 días de la semana, mostrando una imagen clara del estado de sus máquinas sin agregar mano de obra adicional.
Desventajas del monitoreo de condición
Los sistemas de monitoreo de condición se basan en datos visuales recopilados de múltiples sensores integrados con un sistema de software. Esto supone un coste añadido de compra e instalación de estos sensores, así como de las herramientas necesarias para la monitorización del estado (análisis de vibraciones, termógrafos infrarrojos, etc.). También está el costo adicional de capacitar a los empleados para usar la tecnología de monitoreo de condición de manera precisa y efectiva.
Además, los sensores de monitoreo de condición pueden tener problemas para funcionar correctamente en condiciones de funcionamiento especialmente duras. Tales condiciones pueden dañar los sensores, lo que lo obliga a reemplazarlos con más regularidad de lo previsto.
Técnicas de Monitoreo de Condición
Las técnicas de monitoreo de condición están estandarizadas a través de ISO y la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM). ASTM describe una variedad de estándares, principalmente relacionados con el monitoreo de la condición de los lubricantes en servicio, mientras que las normas ISO 13372, 18436, 17359 y 13381 (entre otras) especifican las pautas para el monitoreo de la condición y el diagnóstico de las 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 y frecuencias de vibración de la maquinaria y luego usar esa información para analizar el estado de la máquina. El análisis de vibraciones puede detectar problemas como desequilibrios, fallas de los rodamientos, holgura mecánica, desalineación, resonancia y frecuencias naturales, fallos del motor eléctrico, eje doblado e incluso cavitación. Se ha estimado que las advertencias de vibración pueden proporcionar hasta tres meses de tiempo de entrega antes de que ocurra una falla real.
Análisis de aceite. El análisis de aceite se utiliza para analizar de forma rutinaria el estado 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, recuento de partículas, análisis elemental, números de ácido/base, medición de la viscosidad y uso de espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FTIR) para determinar varios otros parámetros. Por ejemplo, una prueba espectrográfica de análisis de aceite 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 tierra o arenilla (aluminosilicatos), mientras que los altos niveles de hierro indican componentes de desgaste.
Termografía infrarroja: La termografía infrarroja es el proceso de utilizar 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, los cojinetes (fricción anormal), el aislamiento refractario y la localización de los niveles de gas, líquidos y lodos. El objetivo principal de la termografía infrarroja es garantizar que la maquinaria funcione normalmente mediante la detección de patrones de calor anormales dentro de una máquina que podrían indicar un defecto o ineficiencia.
Ultrasonido: Las pruebas de ultrasonido son útiles 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 (dBmV). 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 dBmV también se emplea para predecir los intervalos de lubricación adecuados. Las pruebas de ultrasonido se utilizan a menudo junto con el análisis de vibraciones.
Por lo general, los ultrasonidos se aplican en el método de pulso de choque (SPM) para el monitoreo de la condición, una técnica que utiliza señales que provienen de los cojinetes giratorios como línea de base para el monitoreo eficiente de las máquinas. Por ejemplo, imagina una bola de metal golpeando una barra de metal. Cuando la bola entra en contacto con la barra, una onda de presión se propaga a través de ambos materiales. La onda de presión se amortigua rápidamente (transitoria). Cuando la parte delantera de la onda de presión golpea el transductor de pulso de choque, provoca un movimiento amortiguado de ida y vuelta de la masa del transductor. Cuando la película de aceite en un rodamiento es gruesa, el nivel de pulso de choque es bajo (mostrando picos bajos); Cuando el nivel aumenta, el espesor de la película de aceite se reduce.
Emisiones acústicas: la norma ISO 22096 describe el seguimiento de la energía a través de las 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 emisiones acústicas, se buscan 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
Existe 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 como 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 utilizan kits de muestreo para probar la viscosidad y los niveles de agua de ciertos aceites en el sitio para obtener resultados básicos. El equipo de prueba interno semiautomatizado también está 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, ultrasonidos 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 están montados 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 varios tipos de datos de sensores (vibración, termografía, acústica, etc.), por lo que en cualquier momento puede obtener información del estado 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 condición basado en rutas: El monitoreo de condición basado en rutas es una técnica en la que un técnico registra datos de forma 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 la supervisión del estado
Considere este escenario: lleva su automóvil a su mantenimiento programado regularmente. Dos semanas después, se rompe debido a un problema completamente diferente. Al igual que los automóviles, las máquinas son vulnerables a estos fallos aleatorios e impredecibles. Ciertos tipos de mantenimiento, como el mantenimiento centrado en la confiabilidad y el mantenimiento predictivo, se basan en el principio de que las fallas no siempre son lineales y requieren el análisis de varios aspectos de los activos para detectar posibles indicios de fallas. Esta es la razón por la que 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 P-F y el intervalo P-F
La curva P-F es un gráfico que muestra el estado 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 fallos de rodamientos registrados podría indicarle que el rodamiento suele fallar después de que su temperatura supera los 70°C. 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, hay unos cinco días desde que la temperatura del rodamiento supera los 70°C hasta que falla. La curva P-F se establece en un eje x para medir el tiempo y en un eje y para cuantificar la condición del activo. En este ejemplo, debe inspeccionar el rodamiento cada dos o tres días.
Curva P-F de monitoreo de condición
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 predicha. La idea es que el intervalo de inspección sea menor que la curva P-F para detectar un fallo antes de que ocurra. El uso del monitoreo de condición le permite medir la condición de un activo, maximizando el intervalo P-F. El muestreo y el análisis de aceite, el análisis de emisiones acústicas, el análisis de vibraciones y la termografía infrarroja son técnicas basadas en el monitoreo de condiciones para brindarle una visión interna de la condición actual de una máquina.
El método y la frecuencia de monitoreo marcan la diferencia en la longitud del intervalo P-F, según Dale Blann, director ejecutivo del Instituto Marshall. Blann dice que el monitoreo de condición en línea basado en tecnología proporciona los mayores intervalos P-F y es menos disruptivo que otros tipos de inspecciones, como las inspecciones fuera de línea, donde las máquinas generalmente están apagadas.
Monitoreo de condición y el IIoT
El Internet industrial de las cosas (IIoT) 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 modernos de monitorización de estado utilizan el IIoT para integrar numerosos tipos de software de monitorización en un solo sistema en tiempo real, desde cualquier parte del mundo y a través de 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 rendimiento, detectar problemas e incluso programar automáticamente el mantenimiento en función de límites preestablecidos. Algunas de las mayores ventajas de la monitorización de condiciones conectada a IIoT incluyen:
Almacenamiento en la nube: El 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 in situ o en un centro de datos. Esta es una gran ventaja debido al flujo constante de datos generados por las máquinas conectadas a los 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 cada semana.
Análisis sofisticado: los sistemas de monitoreo de condición basados en IIoT utilizan algoritmos de aprendizaje automático para sacar conclusiones sobre aspectos como el estado de sus activos y formas de mejorar la precisión del diagnóstico.
Capacidad para usar datos de varias 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 sea necesario realizar cerca de 100 casos de ejes doblados para entrenar un modelo predictivo que identifique los niveles de vibración que conducen a ejes doblados, 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 a lo largo del tiempo.
Menor necesidad de actividad humana: los sistemas basados en IIoT permiten la monitorización remota de cientos de máquinas industriales desde cualquier lugar y en múltiples dispositivos. Este es un beneficio sustancial para industrias como la energía eléctrica y el petróleo y el gas, ya que facilita el monitoreo de instalaciones remotas como oleoductos, 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 de 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 va a monitorear, las variables de los datos (qué información desea recopilar) y cómo utilizará los datos.
¿Con qué frecuencia planea revisar los datos? Por lo 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 horas predeterminadas para cuando se revisan los datos. Por ejemplo, es posible que solo desee verificar un determinado activo al comienzo de un turno y revisar los datos dos veces al día, pero aún así recibir alertas cuando los datos excedan los límites preestablecidos.
¿Tiene una conexión a Internet y capacidades de energía en el área cercana a su equipo? De lo contrario, ese es un costo adicional que deberá tener en cuenta en el presupuesto general.
¿Su equipo está en el interior o en el exterior? Los entornos exteriores pueden limitar la capacidad de obtener una conexión a Internet dondequiera que se encuentre el equipo. Además, los entornos exteriores imponen condiciones más duras a los sensores y otros equipos de monitoreo de condición, por lo que es posible que deba considerar sensores resistentes a la intemperie o más duraderos.
Fuente: Breaking down monitoring condition. Recuperado de https://www.reliableplant.com
