MANTENIMIENTO MINERO: GESTION ESTRATEGICA PARA LA OPTIMIZACION DE PROCESOS. MODULO II: Mantenimiento Predictivo en minería

Transcripción

1 MANTENIMIENTO MINERO: GESTION ESTRATEGICA PARA LA OPTIMIZACION DE PROCESOS MODULO II: Mantenimiento Predictivo en minería

2 Índice temático 1. Gestión del mantenimiento Predictivo en Minería a. Evolución histórica del mantenimiento. b. Elaboración de la estrategia de Mantenimiento. c. Tipos de tácticas de mantenimiento, ventajas y desventajas. d. Confiabilidad y Disponibilidad. e. Optimización de la economía del Mantenimiento, Life Cicle Cost. f. Aplicabilidad del Monitoreo de condición g. Clasificación de las técnicas predictivas por el tipo de síntoma monitoreado 2. Mantenimiento Predictivo basado en análisis de vibraciones (evaluación de efectos dinámicos) 3. Mantenimiento Predictivo basado en análisis de aceites (evaluación de efectos de partículas y químicos) 4. Mantenimiento Predictivo basado en el análisis de temperatura (evaluación de efectos térmicos) 5. Mantenimiento Predictivo de máquinas eléctricas 6. Mantenimiento Predictivo basado en la medición de corrosión 7. Mantenimiento Predictivo basado en ensayos no destructivos (evaluación de efectos físicos) 8. Taller, casos prácticos

3 Mantenimiento Predictivo basado en análisis de vibraciones (evaluación de efectos dinámicos)

4 Clasificación de técnicas de Monitoreo de condición de equipos

5 Clasificación de técnicas de Monitoreo de condición Las técnicas de monitoreo de condición no son más que versiones altamente sensibles de los sentidos humanos. Reaccionan a los síntomas de un fallo potencial (ruido, olor, calor) de la misma manera que los sentidos humanos, con lo que las técnicas de monitoreo de condición son diseñadas para detectar síntomas específicos (vibración, temperatura, calor).

6 Clasificación de técnicas de MDC Efectos dinámicos Efectos de partícula Efectos químicos Efectos físicos Efectos de temperatura Efectos eléctricos

7 Efectos dinámicos El monitoreo dinámico detecta los fallos potenciales (específicamente aquellos que están asociados con equipos rotativos) que causan cantidades anormales de energía emitida en la forma de ondas tales como vibración, pulsaciones y efectos acústicos.

8 Efectos de partícula El monitoreo de partículas detecta fallos potenciales que causan que se desprendan al ambiente partículas de diferentes tamaños y formas.

9 Efectos químicos El monitoreo químico detecta fallos potenciales que causan que se desprendan cantidades mensurables de elementos químicos al ambiente.

10 Efectos físicos Los efectos de los fallos físicos abarcan cambios en la apariencia física o estructura del equipo que se pueden detectar directamente. Las técnicas de monitorización asociadas detectan los fallos potenciales en forma de grietas, roturas, efectos visibles del desgaste y cambios de dimensiones.

11 Efectos de temperatura Las técnicas de monitoreo de temperatura buscan fallos potenciales que causan un aumento de la temperatura del equipo en si (en lugar de un aumento en la temperatura del material que se está procesando con el equipo)

12 Efectos eléctricos Las técnicas de monitoreo eléctrico buscan cambios en la resistencia, conductividad, tensión y resistencia dieléctrica.

13 Forma de descripción de técnicas Las condiciones de fallo potencial con la técnica diseñada para detectarlo. Sus aplicaciones. Los intervalos P-F generalmente asociados con la técnica (sólo referencia). Funcionamiento. El nivel de destreza necesario para aplicar la técnica. Las ventajas de la técnica Las desventajas de la técnica

14 Análisis de vibraciones

15 Evaluación de Vibraciones de las máquinas Cada máquina rotativa presenta una vibración característica que se conoce como firma de vibración. Esta señal está condicionada por su diseño, fabricación, uso y desgaste de cada uno de sus componentes. Conocer la naturaleza de la vibración que cada máquina presenta, puede ser la llave para lograr un importante ahorro de costes de operación y mantenimiento.

16 Qué es una vibración? Una vibración es un movimiento oscilatorio de pequeña amplitud. Todos los cuerpos presentan una señal de vibración característica. Las máquinas presentan su propia señal de vibración y la información de cada uno de sus componentes. Una señal de vibración capturada de una máquina se compone de la suma de la vibración de cada uno de sus componentes.

17 Vibración simple

18 Frecuencia y Amplitud

19 Fase

20 Vibración compuesta

21 Otros tipos de vibraciones 1. La vibración aleatoria 2. Los golpeteos intermitentes 3. La modulación de amplitud (AM) La Vibración aleatoria Los golpeteos intermitentes AM

22 Transformada de Fourier Fourier ( ) encontró la forma de representar una señal compleja en el dominio del tiempo por medio de series de curvas sinusoidales con valores de amplitud y frecuencia específicos. Un analizador de espectros que trabaja con la transformada rápida de Fourier (FFT), captura una señal compleja y calcula todas las series de señales sinusoidales que contiene y las muestra de forma individual en una gráfica de espectro.

23 Transformada de Fourier

24 Desplazamiento, velocidad y aceleración

25 Magnitudes en frecuencia

26 Comportamiento espectral

27 Caso, deterioro de un rodamiento

28 Análisis espectral El éxito del análisis de vibraciones depende de la correcta interpretación que se le dé a los espectros capturados con respecto a las condiciones de operación en que se encuentra la máquina.

29 Análisis espectral, pasos típicos Identificación de los picos de vibración en el espectro. Diagnóstico de la máquina, determinando la gravedad de problemas en base a las amplitudes y la relación entre los picos de vibración. Recomendaciones apropiadas para las reparaciones, basadas en la gravedad de los problemas de máquinas.

30 Ejemplo F. motor = rpm = 30 Hz F. bomba = (100 / 300) dientes * rpm =600 rpm = 10 Hz F. engrane = 100 dientes * rpm = 300 dientes * 600 rpm = 1, rpm = Hz F. paso de álabe = 8 álabes * 600 rpm = rpm = 80 Hz

31 Espectro de vibración del ejemplo

32 Determinación de niveles de vibración Registro de datos histórico de los puntos críticos del equipo. Comparación con otros equipos idénticos Envío de espectros al fabricante Adaptar otras experiencias a nuestros casos

33 Transductores y su tipología El transductor es el elemento que transforma la vibración mecánica en una señal eléctrica analógica, para ser procesada, medida y analizada. Todos los transductores deben ser precisos a la hora de tomar las lecturas, ofreciendo repetibilidad (dos señales iguales tendrán que generar en el transductor la misma salida de tensión)

34 Tipos de sensores Tipo Sensibles a Transductor de desplazamiento o sonda de proximidad Desplazamiento Transductor sísmico de velocidad o sonda de velocidad Transductor piezoeléctrico o acelerómetro Velocidad Aceleración

35 Aplicación de sensores Las medidas de desplazamiento son especialmente adecuadas en vibración a baja frecuencia Las lecturas de velocidad son las de mayor campo de aplicación, ya que la velocidad es directamente proporcional al esfuerzo y al desgaste de sistemas mecánicos. Las lecturas de aceleración son las mejores para analizar fenómenos a altas frecuencias, ya que es el parámetro que mejor mide la fuerza asociada a una fuente de vibración.

36 Medición periódica de espectros Las medidas periódicas se realizan con equipos portátiles, que en base a su capacidad de análisis se pueden clasificar como: Vibrómetros de valor global: Analógicos y Digitales. Analizadores de frecuencia: Analógicos de banda de ajuste y Digitales FFT en tiempo real.

37 Vibrómetros

38 Analizadores de frecuencia

39 Monitoreo continuo, on-line Reducción drástica de los intervalos de toma de datos. Menor coste de explotación. Mayor calidad en la toma de datos. La exactitud en el punto de medida de datos es mayor.

40 Sistema de monitorización continua

41 Desequilibrio y medida de la fase El desequilibrio constituye la principal causa de avería de tipo mecánico en máquinas rotativas. Este fenómeno es debido a la distribución no uniforme de masas sometidas a rotación.

42 Medida de fase Es el tiempo de adelanto o retraso que tiene una onda vibratoria respecto a otra de igual período Físicamente, la fase es el movimiento relativo que tiene un punto de la máquina con respecto a otro Las lecturas de fase sirven en el diagnóstico de averías para diferenciar problemas mecánicos que se manifiestan espectralmente de la misma forma

43 Tecnologías para la medida de fase Pulso tacométrico Lámpara estroboscópica Analizador multicanal

44 Desequilibrio Una máquina rotativa está desequilibrada cuando el centro de gravedad o centro de masas del rotor no coincide con su centro de rotación o centro geométrico.

45 Fuerza centrífuga en desequilibrio

46 Tipos de desequilibrio Desequilibrio en un único plano Desequilibrio en dos planos Rotor en voladizo

47 Análisis de problemas en bajas frecuencias En bajas frecuencias se analizan los problemas relacionados con la velocidad de giro y sus primeros armónicos. Además del desequilibrio, ya visto, las averías principales en este margen frecuencial son: Excentricidad Ejes doblados Desalineación Holguras

48 Excentricidad

49 Eje deformado

50 Tipos de desalineación Desalineación angular. Desalineación offset o paralela. Casos típicos de desalineación: Desalineación en rodamientos y cojinetes. Desalineación en poleas.

51 Tipos de desalineación Desalineación angular Desalineación paralela

52 Desalineación en rodamientos y cojinetes

53 Desalineación en poleas

54 Holguras Holguras de elementos rotativos (rodamientos, cojinetes de fricción. acoplamientos, rotores, etc.) Holguras estructurales (bancadas, cajeras, pernos de anclaje, etc.).

55 Holguras en elementos rotativos

56 Holguras estructurales Holguras en bancadas Holguras en anclaje

57 Pulsaciones

58 Cojinetes de fricción Problemas específicos: Excesiva holgura Remolino de aceite Lubricación deficiente

59 Excesiva holgura

60 Remolino de aceite

61 Lubricación deficiente

62 Frecuencias para el estudio de cojinetes Parámetro espectral Ancho de banda Remolino de aceite 0,2x a 0,8x RPM Desequilibrio, holguras y desalineación 0,8x a 1,5x RPM Desalineación y holguras Defectos de lubricación 2,5x a 15x RPM 1 khz a 20 khz

63 Engranajes

64 Frecuencias propias de un engranaje Frecuencias de engrane (GMF): son propias de cada engranaje y aparecen en el espectro de frecuencia independientemente del estado del engranaje Bandas laterales: son frecuencias equidistantes de la frecuencia de engrane Frecuencias naturales del engrane: al desarrollarse algún tipo de deterioro en el engrane, éstos pueden excitar las frecuencias naturales de los mismos

65 Espectro de un engranaje en buen estado

66 Factores determinantes para engranajes Sensor de medida Unidades de medición Resolución espectral Parámetros de análisis

67 Bandas espectrales de problemas en engranajes Parámetro espectral Desequilibrio Desalineación Holguras Picos fantasma y bandas laterales del primer armónico de la frecuencia de engrane. Primer armónico de la frecuencia de engrane. Bandas laterales del primer y segundo armónicos de la frecuencia de engrane, frecuencias de rodamiento. Segundo armónico de la frecuencia de engrane. Estado general del reductor y rodamientos. Lubricación del rodamiento y reductor. Ancho de banda 0,3x a 1,5x RPM 1,5x a 2,5x RPM 2,5x a 10,5x RPM 10x RPM a GMF - 5x RPM GMF - 5x RPM a GMF + 5x RPM GMF - 5x RPM a 2GMF + 5x RPM 2GMF - 5x RPM a 2GMF + 5x RPM 1 khz a 20 khz

68 Diagnóstico de averías en engranajes Engranaje excéntrico o eje doblado Desgaste del diámetro primitivo o diente roto Engranaje sobrecargado Desalineación de un engranaje Frecuencia de repetición de diente

69 Rodamientos, factores a evaluar Identificar los defectos mediante el diagnóstico espectral y de la onda en el tiempo Determinar los factores a tener en cuenta para predecir el grado de deterioro en el rodamiento, con el fin de estimar la vida útil restante del mismo.

70 Diagnóstico de rodamientos Técnicas basadas en el análisis de parámetros simplificados Valor global de vibración RMS o Pico Factor de cresta: relación entre el valor de pico y el valor RMS. Kurtosis: es un parámetro estadístico calculado de la onda en el tiempo Skewness: también es un parámetros estadístico calculado a partir de la onda en el tiempo Banda variable a alta frecuencia, definida entre 1 khz y 20 khz. HFD o banda a alta frecuencia (entre 5 y 30 khz) en aceleración. Spike-energy o banda a alta frecuencia (entre 5 y 60 khz). SPM o Impulsos de choque que mide la vibración a alta frecuencia (entre 30 y 40 khz). Detección acústica de fisuras/ifd. Banda entre 80 y 120 khz. Emisión acústica, banda con un rango superior a los 200 khz

71 Diagnóstico de rodamientos Técnicas basadas en el análisis espectral y de la onda en el tiempo El estudio espectral y de la onda en el tiempo es determinante a la hora de diagnosticar un deterioro de un rodamiento permitiéndonos, por comparación de la evolución de las amplitudes espectrales, llegar a predecir el grado de deterioro y planificar su cambio con la suficiente antelación

72 Frecuencias de deterioro BPFO o frecuencia de deterioro de la pista exterior. Físicamente es el número de bolas o rodillos que pasan por un punto en un giro BPFI o frecuencia de deterioro de la pista interior. Físicamente es el número de bolas o rodillos que pasan por un punto de la en un giro BSF o frecuencia de deterioro de los elementos rodantes. Físicamente es el número de giros que realiza una bola del rodamiento en un giro del eje FTF o frecuencia fundamental de tren o de deterioro de la jaula. Físicamente es el número de giros que realiza la jaula del rodamiento en un giro del eje

73 Componentes y frecuencias de deterioro

74 Predicción de la severidad del deterioro Conocer fallos más frecuentes de los componentes Discernir si la falla es en la pista interior o exterior Amplitudes por falla en pista interior < Pista exterior La primera indicación de deterioro es a altas frecuencias Bajas amplitudes iniciales de deterioro a altas frecuencias Aparición de nuevas frecuencias de fallo indican mayor daño Bandas laterales acompañan frecuencias de deterioro Bandas anchas indican alto deterioro y cambio geométrico Engrasar el rodamiento ante evidencia de falla Análisis en el tiempo complementa la detección de fallas Un defecto se acelera cuando la velocidad de giro es mayor

75 Defectos típicos en rodamientos Fallo de pista exterior Fallo de pista interior Fallo de elemento rodante Fallo de jaula

76 Defectos Picadura en el aro exterior Deterioro en una jaula Deterioro avanzado

77 Fases de deterioro en rodamientos Fase 1 Algunos armónicos Fase 2 Lecturas a altas frecuencias Fase 3 Frecuencias de falla apreciables Fase 4 Holguras y ruido

78 Bandas espectrales para la detección de problemas en rodamientos Parámetro espectral Desequilibrio, desalineación, holguras, rozamientos y desgaste de correas. Desalineación y holguras Holguras, desalineación y BSF. Primeros armónicos de las frecuencias de rodamientos, BPFO, BPFI y BSF. Armónicos superiores de las frecuencias de rodamientos y presencias de frecuencias eléctricas. Ancho de banda 0,3 a 1,5x RPM 1,5 a 2,5x RPM 2,5x a 4,5x RPM 4,5 khz a 20,5 khz 20,5 khz a 50 khz Banda espectral de alta frecuencia, en unidades de aceleración (G's). Parámetro de alarma sobre estados incipientes de deterioro en rodamientos, presencia de cavitación o falta de lubricación. 1 khz a 20 khz

79 Motores de inducción de corriente alterna Los motores de inducción generan multitud de frecuencias de vibración que son inherentes a su diseño y aplicación. Es conveniente monitorear el espectro de vibración de las máquinas críticas para identificar los posibles cambios indicadores de problemas causados por deterioro mecánico

80 Frecuencias de interés FL: Frecuencia de la red eléctrica 2 x FL: Picos en los polos P: Número de polos del motor NS: Velocidad síncrona FS: Frecuencia de deslizamiento FP: Frecuencia de paso de polo WSPF: Frecuencia de paso de bobinado RBPF: Frecuencia de paso de barra

81 Diagnóstico de averías Excentricidad de estator, cortos por laminaciones y componentes sueltos Rotor excéntrico Problemas de rotor Problemas de fase (conector suelto)

82 Rotor excéntrico

83 Problemas de rotor Barras o anillos rotos o rajados Separación o apertura de las barras del rotor

84 Problemas de fase (conector suelto)

85 Resonancia La relación entre síntomas y diagnóstico no es biunívoca ya que existen elementos que pueden distorsionar los síntomas. El estudio de las frecuencias naturales o de resonancia aporta información sobre el estado de normalidad de las máquinas

86 Tipos de resonancia Resonancia estructural: Está asociada a las partes no rotativas de la máquina Resonancia de equilibrio: Está asociada a la frecuencia natural de los rotores de una máquina

87 Métodos de detección de resonancia Test de arranque y parada Diagrama de espectros en cascada Test de impacto

88 Diagrama de espectros en cascada

89 Test de impacto y diagrama de Bode

90 Eliminación de resonancia Reducir o eliminar la fuerza de excitación: mediante equilibrado de precisión, alineación fina de ejes y correas, cambio de amortiguadores de vibración gastados o rotos. Modificar la masa o rigidez de la estructura. Cambio de régimen de giro en el equipo. Añadir amortiguamiento al sistema: Se puede, por ejemplo, montar la máquina sobre calzos antivibratorios.

91 Enumeración de técnicas de Monitoreo dinámico

92 Monitoreo Dinámico Análisis de vibración de banda ancha: P-F días. Análisis de banda octava: P-F días, semanas. Análisis de Ancho de Banda constante: P-F semanas, meses. Análisis de Ancho de Banda de % constante: P-F semanas, meses.

93 Monitoreo Dinámico Análisis en tiempo real: P-F semanas, meses. Análisis de forma temporal de onda: P-F semanas, meses. Análisis de promedios de tiempos sincrónicos: semanas, meses. Análisis de frecuencia: P-F semanas, meses

94 Monitoreo Dinámico Cepstrum (Armónicos): P-F semanas, meses. Demodulación de amplitud: P-F semanas, meses Análisis de valor máximo (Peak vue): P-F semanas, meses. Energía punzante (Spike energy): P-F semanas, meses.

95 Monitoreo Dinámico Análisis de proximidad: P-F días, semanas. Monitoreo de impulsos de choque: P-F semanas, meses. Kurtosis (choque): P-F semanas, meses. Emisión acústica: P-F semanas

96 Análisis por ultrasonido Este método estudia las ondas de sonido de baja frecuencia producidas por los equipos que no son perceptibles por el oído humano. Ultrasonido pasivo: Es producido por mecanismos rotantes, fugas de fluido, pérdidas de vacío, y arcos eléctricos. Pudiendo ser detectado mediante la tecnología apropiada.

97 El Ultrasonido permite detectar Fricción en maquinas rotativas. Fallas y/o fugas en válvulas. Fugas de fluidos. Pérdidas de vacío. Detección de "arco eléctrico". Detección de efecto corona Verificación de la integridad de juntas de recintos estancos.

98 Frecuencias de Ultrasonido El sonido cuya frecuencia está por encima del rango de captación del oído humano (20 a Hertz) se considera ultrasonido. Casi todas las fricciones mecánicas, arcos eléctricos y fugas de presión o vacío producen ultrasonido en un rango aproximado a los 40 Khz

99 Aplicación de Ultrasonido La aplicación del análisis por ultrasonido se hace indispensable especialmente en la detección de fallas existentes en equipos rotantes que giran a velocidades inferiores a las 300 RPM, donde la técnica de medición de vibraciones se transforma en un procedimiento ineficiente.

100 Análisis Ultrasónico Condiciones observadas: Cambios en los patrones de sonidos (sintonía acústica) causados por fugas, desgaste, fatiga o deterioro. Intervalo P F: Muy variable dependiendo de la naturaleza del fallo.

101 Análisis Ultrasónico Aplicaciones: Fugas en sistemas de presión y vacio, Desgaste o fatiga de cojinetes, trampas de vapor, desgaste de válvulas y de asientos de válvulas, cavitación de bombas, coronas de engranajes en cajas reductoras, descargas estáticas, integridad de sellos y empaquetaduras de tanques, sistemas de tuberías y grandes cajas de entrada, fugas en tuberías y tanques bajo tierra.