Los rodamientos son ampliamente utilizados en aplicaciones industriales y considerados un componente crucial. Los fallos en los rodamientos, cuando no se detectan a tiempo, son el origen de paradas no programadas y, por lo tanto, del carísimo periodo no productivo. También pueden ser el origen de fallos catastróficos.
Para los rodamientos de alta velocidad, en un programa de mantenimiento predictivo (PdM) se aplican varias técnicas tales como: vibraciones, medición de temperatura o análisis de partículas de desgaste.
La monitorización de rodamientos de baja velocidad es una historia diferente. Estas técnicas habituales están ciegas hasta que es demasiado tarde, cuando hablamos de velocidades de giro por debajo de 250 rpm. Así que en esta aplicación la detección temprana de los fallos en rodamientos se convierte en un problema notorio.... para aquellos que desconocen la técnica de los ultrasonidos.
¿Qué son los ultrasonidos?
Para inspecciones mecánicas, los ultrasonidos detectan y miden las ondas acústicas generadas por los impactos en los cojinetes o la fricción o los roces a casusa de la mala lubricación. Hablando de sonidos, la técnica de los ultrasonidos recibe este nombre porque detecta ondas sonoras por encima de 20 kHz, donde el oído humano no es sensible.
¿Por qué los ultrasonidos?
La respuesta está en dos elementos clave: las altas frecuencias y los choques, que son los fundamentos de los ultrasonidos. Estas dos propiedades son particularmente útiles para maquinaria de baja velocidad pues, por definición, las señales procedentes de los rodamientos son típicamente débiles.
En primer lugar, las altas frecuencias son sensibles a los impactos. Además, el rango de los ultrasonidos es naturalmente insensible a los fenómenos de baja frecuencia tales como la vibración producida por la velocidad de funcionamiento de la máquina, que tenderá a enmascarar los fallos de los rodamientos.
En segundo lugar, los ultrasonidos detectan las ondas de choque generadas por los fallos de los rodamientos, más precisamente, la energía localizada liberada por los impactos. En caso de baja velocidad, estos impactos son demasiado débiles para causar mucha vibración estructural.
La combinación de estas dos características, la selectividad de los ultrasonidos y la amplificación de los impactos y la fricción del ruido de fondo producido por fenómenos de baja frecuencia, ofrecen las siguientes ventajas para el usuario:
- La técnica de los ultrasonidos es fácil de aplicar. Cualquier técnico puede supervisar con éxito la maquinaria de baja velocidad, no sólo un ingeniero con 10 años de experiencia. Incluso un principiante es capaz de detectar fácilmente cuándo ha fallado un rodamiento, simplemente escuchando el sonido crepitante repetitivo.
- El resultado es inmediato. No requiere un tiempo de muestreo largo (muy costoso de obtener) de varios minutos para concluir que el rodamiento está en buenas condiciones. Con cinco o diez segundos será suficiente. Estime cuántos rodamientos va a inspeccionar y calcule el tiempo ahorrado.
- No necesita un tratamiento de señal complicado para realizar la detección y el diagnóstico.
Pero a pesar de todo ello, deberá seleccionar eficazmente el equipo de medida y el sensor de su equipo de ultrasonidos.
El sensor y el equipo de medida: puntos clave
Los sensores de contacto de ultrasonidos son sensores resonantes. Su sensibilidad es un punto importante, pero no el único, también es importante que todos los sensores de un fabricante que comparten referencia ofrezcan exactamente la misma sensibilidad. La base del Condition Monitoring es la tendencia de los datos y para llevar a cabo una acción correctiva cuando supera el nivel de alarma. Si usted no tiene ninguna garantía de que dos sensores del mismo fabricante proporcionan un resultado similar para la misma medida, entonces, cambie de proveedor. Si utiliza equipos de baja calidad, sus datos históricos y umbrales de alarma quedarán inservibles cuando reemplace un sensor defectuoso. Por lo tanto, igual que en otras tecnologías, el fabricante debe especificar y certificar la sensibilidad y la frecuencia de resonancia de sus sensores con claridad.
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| Especificaciones del sensor roscado SDT RS1T |
La misma observación es válida para el dispositivo de medición. Los instrumentos deben estar calibrados y ser intercambiables sin inducir variaciones en las medidas. Idealmente, la entrada, que recibe de la señal del sensor, debe estar bajo control, pero no necesariamente la salida de audio heterodino.
La débil señal proporcionada por un rodamiento de baja velocidad requiere un rango dinámico y un ruido de fondo apropiados. Se requiere frecuentemente una amplificación de 90 dB. Por encima de todo, una excelente relación señal-ruido (SNR) es esencial. Normalmente encontrará una lectura de -6 dBmV para un rodamiento sano y cada vez más cerca a 0 dBmV cuando falle. -6 DBmV significa una señal de 0,5 mV y 0 dBmV corresponde a 1 mV. Su instrumento debe ser capaz de extraer esta baja señal del ruido de fondo. Por ello la relación señal-ruido es tan importante.
La escucha es la primera línea de defensa
La principal funcionalidad de los ultrasonidos es transformar la alta frecuencia en sonido audible. La operación se llama conversión heterodina. Quien no esté familiarizado con los equipos ultrasonidos pensará que es un método antiguo y obsoleto. En realidad es una técnica innovadora y es especialmente exclusiva cuando se inspecciona maquinaria de baja velocidad. Un operador sin un conocimiento profundo puede distinguir entre un rodamiento sano que produzca una señal baja y estable y un rodamiento dañado que cause sonidos con impactos intermitentes o repetitivos.
Como quiera que escucharlo no es suficiente. Se requieren medidas fiables para construir un programa predictivo sólido. De lo contrario, su equipo no es mucho más que un estetoscopio.
Medidas estáticas para detección de fallos
Las medidas estáticas son simples de implementar puesto que los resultados son sólo números. Son fáciles de manejar para almacenar, dibujar curvas de tendencia y establecer alarmas. Para rodamientos a baja velocidad, se utilizan dos indicadores a partir de las medidas estáticas: El valor eficaz (RMS), que caracteriza energía de la señal y el valor pico (PEAK) que caracteriza la amplitud de la señal. Estudiando estos indicadores es fácil encontrar los fallos desde su etapa inicial.
Ejemplos de datos estáticos
Aquí está la comparación de los datos de una máquina a 50 rpm con un tiempo de adquisición de 20 segundos:
Rodamiento sano Rodamiento dañado
RMS -0.2 dBµV 6.8 dBµV
Peak 1.8 dBµV 30.6 dBµV
Medidas dinámicas de la detección al diagnóstico
En algunos casos, por ejemplo en máquinas complicadas o con fallos repetitivos, el usuario desea ir más allá de del proceso de detección para determinar la presencia de un fallo. La necesidad de determinar qué componente es el defectuoso. Esto se consigue con el proceso de diagnóstico a partir de medidas dinámicas.
Una medida dinámica está formada por los datos muestreados con una duración determinada. Se procesa en el dominio del tiempo y de la frecuencia (FFT o espectro). Para la tecnología de ultrasonidos, la representación en forma de onda es la herramienta preferida, porque la onda de la señal provee valiosa información sobre la naturaleza del fallo y su severidad.
Primero, la interpretación visual de la forma de onda sirve para detectar la presencia de fallos, donde se muestran, por ejemplo, impactos repetitivos. La onda puede ser analizada en una forma idéntica a la vibración para proveer una indicación de la causa del fallo. Como en un análisis de vibración, se requieren la velocidad de rotación y un esquema de la máquina. En el caso de existir un defecto en un rodamiento, el analista puede puede determinar la duración entre impactos. Este diagnóstico se confirma al comparar las frecuencias de fallo de los rodamientos con los tiempos medidos entre impactos periódicos. Finalmente, las amplitudes de los impactos normalmente ofrecen un buen indicador de la severidad del fallo.
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| La duración entre impactos adyacentes muestra la frecuencia del defecto del rodamiento. |
Ejemplo de datos dinámicos
Aquí se muestra la onda de una máquina a una velocidad de giro de 25 rpm, con un tiempo de muestreo de 5 segundos.
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| Forma de onda de un rodamiento en buenas condiciones. |
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| Forma de onda de un rodamiento dañado. |
Nota: se ha aplicado la misma escala de amplitud a las dos gráficas de arriba.
La duración entre impactos corresponde a la frecuencia del paso del elemento rodante por el aro exterior (BPFO). El diagnóstico es que el rodamiento está dañado en el aro exterior.
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| La duración de los intervalos entre impactos indica el fallo en el rodamiento, pues coinciden con la frecuencia de paso de los elementos rodantes por un punto fijo del aro exterior. |
Conclusión
En definitiva ultrasonido es un excelente método para tratar con maquinaria de baja velocidad de giro.
Las ventajas proporcionadas por la tecnología son claras: la eficiencia, la simplicidad, la velocidad de recogida de datos y la posibilidad de combinar la detección sencilla con el diagnóstico más elaborado.
Tenga en cuenta la observación pertinente hecha por un director de mantenimiento:.. "Mi departamento no tiene el presupuesto para cubrir los gastos de un equipo de cinco expertos en vibración. Además, con cinco chicos, monitorizaríamos sólo las máquinas críticas. Con nuestros instrumentos de ultrasonido, la primera línea es operada por técnicos básicos, incluso los técnicos de lubricación y la mayoría de las máquinas son inspeccionados regularmente. El 80% de los problemas encontrados se detectan mediante ultrasonidos. Mi único experto en vibraciones se emplea para resolver el 20% restante."
Jean-Paul EMMANUELE
Thomas J. Murphy
SDT Training Managers
Traducido al español por
Francisco Ballesteros Robles de Preditec/IRM
Lea el artículo en su versión original en www.sdt.eu
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