Elegir los sensores adecuados para el monitoreo basado en la condición
Las fallas imprevistas de los equipos son una fuente costosa y frustrante de interrupciones de la producción. Los sistemas de monitoreo basado en la condición eliminan este problema al proporcionar información en tiempo real sobre el estado de los equipos.
Esto requiere medir parámetros como la vibración, la temperatura y el estado del aceite para detectar indicios de posibles fallas futuras. Los programas exitosos de monitoreo basado en la condición combinan diferentes tecnologías para detectar fallas. Un solo sensor no es suficiente para cubrir todos los posibles tipos de fallas de las máquinas.
Esta guía ofrece una visión general de algunas de las tecnologías de sensores y enfoques de redes más comunes para diseñar e implementar un programa eficaz de monitoreo basado en la condición.
¿Qué es el monitoreo basado en condiciones?
El monitoreo basado en condiciones implica que los técnicos supervisen los equipos midiendo datos de funcionamiento como la vibración, el calor o la calidad del aceite. Esto proporciona información sobre si las máquinas están funcionando dentro de límites de referencia seguros. También significa que las reparaciones se realizan de manera más eficiente solo cuando los datos superan un límite establecido.
Este enfoque difiere un poco del mantenimiento predictivo. El monitoreo basado en condiciones analiza el estado actual de una máquina. El mantenimiento predictivo utiliza modelos para predecir fechas exactas de fallo. Pero ambos métodos utilizan las mismas redes de datos básicas.
Cómo asociar los sensores con los modos de fallo
La curva P-F muestra la ventana entre la primera detección de un fallo y el fallo final del activo [1]. Las señales de alta frecuencia aparecen primero en esta línea temporal.
Asociar la herramienta con los modos de fallo significa determinar qué señal aparece antes. Las grietas subsuperficiales producen ondas ultrasónicas semanas antes de que aparezcan señales térmicas. Una frecuencia incorrecta del sensor hace que la alerta llegue demasiado tarde.
Tipos de sensores principales para el monitoreo basado en condición
Seleccionar herramientas de seguimiento específicas requiere comprender sus límites físicos y aplicaciones objetivo. Esto incluye sensores de vibración, temperatura, ultrasonidos, emisiones acústicas y más.
Sensores de vibración
- El monitoreo industrial de vibraciones rastrea el movimiento de las máquinas para detectar defectos.
- Los técnicos utilizan un acelerómetro piezoeléctrico para captar altas frecuencias, normalmente eficaz hasta 10-14 kHz. Estos dispositivos detectan grietas tempranas en los rodamientos.
- Los sensores de velocidad rastrean frecuencias medias de 10 Hz a 1 kHz. Este espectro detecta desequilibrios y desalineaciones del eje.
- Los ingenieros utilizan las normas ISO 20816 para evaluar la severidad de las vibraciones [2]. Los picos en frecuencias específicas revelan la frecuencia precisa del defecto del rodamiento, lo que indica desgaste en la pista.
Sensores de temperatura e imágenes térmicas
- Los cambios en la temperatura superficial suelen ser signos de un aumento de la fricción o de la resistencia eléctrica.
- Los sensores infrarrojos fijos y las cámaras de imágenes térmicas periódicas detectan estas señales térmicas sin tocar los componentes. Muestran fallos de aislamiento y líneas de refrigeración bloqueadas.
- Un sensor térmico detecta un fallo solo después de que el calor se desplaza hacia la carcasa exterior. El seguimiento térmico se encuentra más adelante en la curva P-F que los métodos acústicos.
Sensores ultrasónicos
- La monitorización ultrasónica sin contacto detecta ondas sonoras de alta frecuencia entre 20 kHz y 100 kHz. Estas frecuencias ultrasónicas no se propagan muy lejos, por lo que es fácil localizar con precisión la fuente de la avería.
- Los sensores aéreos detectan la turbulencia del gas procedente de fugas de vacío. Dentro de una carcasa, las sondas de contacto registran ondas sonoras producidas por la fatiga del metal. Estos sensores alertan a los equipos antes de que se produzcan cambios en las vibraciones físicas.
Análisis de aceite y conteo de partículas
- Los sensores de fluidos en línea proporcionan un análisis continuo del aceite mediante el conteo de diminutas partículas de desgaste y la medición de la humedad.
- Este enfoque supervisa el estado de la lubricación interna en las cajas de engranajes. Los contadores ópticos de partículas clasifican la limpieza del fluido utilizando la norma ISO 4406, que codifica los niveles de contaminación en función del número de partículas por mililitro en tres umbrales de tamaño: ≥4 µm, ≥6 µm, y ≥14 µm [3].
- Los sensores químicos comprueban la degradación del aceite. Estas herramientas muestran daños en los dientes de los engranajes antes de que la avería provoque vibraciones estructurales.
Análisis de la firma de corriente del motor (MCSA)
- Los técnicos utilizan el análisis de la firma de corriente del motor (MCSA) para evaluar equipos mediante la lectura de campos magnéticos. Las pinzas de corriente se conectan dentro de los armarios eléctricos. Este paso elimina la necesidad de instalar hardware en el motor.
- Esta tecnología de monitoreo de condición detecta grietas en las barras del rotor mediante la comprobación de bandas laterales de corriente. Aparece una firma de falla única cuando los cambios de carga alteran la corriente del motor. El MCSA identifica problemas eléctricos y desequilibrios mecánicos.
Sensores de emisión acústica
- Los dispositivos de emisión acústica detectan ondas de tensión generadas por microfisuras.
- Estos sensores funcionan a altas frecuencias entre 100 kHz y 1 MHz. Monitorizan maquinaria de movimiento lento donde los acelerómetros estándar carecen de suficiente intensidad de señal.
- Estas herramientas monitorizan el estado de las grúas y los rodamientos de rodillos de baja velocidad que funcionan por debajo de 10 RPM. El sensor capta la energía procedente de cambios estructurales. Esto proporciona una notificación inmediata de los daños antes de que las piezas se separen.
- Las investigaciones han demostrado que las técnicas de emisión acústica pueden detectar grietas subsuperficiales en rodamientos de tan solo 0.5 mm [4].
Redes de sensores cableadas vs inalámbricas
Seleccionar una red requiere equilibrar los costes de instalación con las velocidades de transmisión de datos. Las redes cableadas son fiables y proporcionan flujos ininterrumpidos de datos sin procesar, sin interferencias de señal. Son la mejor opción para equipos críticos, como turbinas de alta velocidad, que podrían resultar inseguros si pierden un ciclo de datos.
Las redes inalámbricas son considerablemente más económicas y rápidas de instalar, ya que no es necesario tender cables por toda la planta. Los sensores alimentados por batería transmiten datos a intervalos preestablecidos. Las redes inalámbricas son una buena solución para máquinas secundarias, pero la duración de la batería implica que hay que transmitir con menor frecuencia.
Monitoreo continuo vs basado en rutas
El seguimiento continuo mantiene los sensores permanentemente conectados a las máquinas para transmitir datos en tiempo real. Este método funciona mejor para maquinaria crítica donde las fallas se desarrollan rápidamente. También elimina los puntos ciegos entre las inspecciones de los técnicos.
El seguimiento basado en rutas utiliza recolectores de datos portátiles de mano. Un técnico recorre una ruta designada dentro de la fábrica una vez al mes para recopilar datos. Este método reduce los costos iniciales de los equipos, pero puede pasar por alto fácilmente averías inesperadas que ocurran entre las inspecciones.
Criterios de selección de sensores
Los equipos de fiabilidad deben comprobar las siguientes cuatro áreas antes de adquirir sensores de monitorización basada en la condición:
- Criticidad de la máquina - Coloque sensores permanentes, continuos y de alta frecuencia en la maquinaria que detiene las líneas de producción.
- Modos de fallo principales - Adapte el dispositivo a la firma de fallo esperada. Utilice acelerómetros para los rodamientos y sondas térmicas para los circuitos eléctricos.
- Entorno local - Elija carcasas de sensores con las clasificaciones IP correctas para soportar altas temperaturas, humedad o productos químicos.
- Capacidades de datos - Confirme que las redes pueden gestionar archivos grandes, o si los dispositivos locales deben utilizar procesamiento en el borde para comprimir los datos.
Errores comunes en la selección de sensores
Implementar sensores de monitorización basada en la condición sin un plan puede causar problemas de datos, incluidos los siguientes:
- Comprar sensores de baja frecuencia para maquinaria de alta velocidad, lo que elimina las primeras señales de fallo
- Instalar unidades inalámbricas sin comprobar las interferencias de radio locales de la planta
- No tener en cuenta el coste de elementos adicionales como cables de sensores y baterías de repuesto
- Comprar sondas delicadas de laboratorio para zonas industriales pesadas donde se producen impactos
- Olvidar hacer coincidir los tamaños de las roscas con los orificios existentes de las máquinas, retrasando la instalación.
Conectividad del sistema y órdenes de trabajo
Las señales recopiladas necesitan una ruta clara hacia la red de la fábrica. La tecnología moderna de monitorización del estado utiliza el procesamiento en los terminales para filtrar los datos sin procesar en la planta de producción. Este paso local comprime archivos de gran tamaño antes de enviar resúmenes al almacenamiento en la nube.
El paquete de datos final debe integrarse en el sistema CMMS principal de la planta. La conexión entre estos sistemas garantiza que, ante una alerta, se abra automáticamente una orden de trabajo de mantenimiento. Los equipos de fiabilidad que sincronizan su planificación de inventario con EU Automation pueden garantizar la disponibilidad de los artículos con plazos de entrega cortos antes de que la máquina requiera intervención.
Conclusión
Elegir los sensores adecuados al aplicar la monitorización basada en la condición permite detectar eficazmente los fallos de forma temprana. Es importante saber que ningún tipo de sensor por sí solo cubre todos los posibles modos de fallo. Esto significa que una combinación de diferentes sensores es la mejor opción.
Los responsables de planta deben enviar los datos de los sensores directamente al sistema de órdenes de trabajo. Esto garantiza que, cuando un sensor identifica un posible problema, el equipo ya disponga de los datos que necesita para actuar antes de que se produzca un fallo.
EU Automation proporciona componentes de detección y hardware industrial para equipos que desarrollan sistemas de monitorización de condición con múltiples sensores. Esto contribuye al funcionamiento continuo y al mantenimiento de sistemas críticos de seguimiento.
Referencias
[1] Smith, R. (2019). Improving maintenance by adopting a P-F curve methodology. InTech, ISA.
