2. MANTENIMIENTO PREDICTIVO.

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1 2. MANTENIMIENTO PREDICTIVO. 2.1 Conceptos básicos Como ya dijimos, el Mantenimiento Predictivo es una metodología que tiene como objetivo asegurar el correcto funcionamiento de las máquinas mediante una vigilancia contínua de los niveles de vibración en las mismas, así como de otros parámetros específicos, indicadores de su condición, y que se ejecuta sin necesidad de recurrir a desmontajes. Su implantación está dirigida a reducir significativamente el número de paradas imprevistas, los costes por indisponibilidad, los costes de mantenimiento y, en definitiva, aumentar los niveles de seguridad de equipos y plantas. Sus ventajas más destacables son: No necesita parada o desmontaje de la máquina. Bajo coste de implantación. Corto periodo de implantación. Permite identificar DEFECTOS en FASE INCIPIENTE. Permite programar y optimizar revisiones. Para la aplicación del Mantenimiento Predictivo a una máquina, puesto que éste está basado en el análisis de vibraciones, necesitamos conocer previamente el ESPECTRO BASE de las vibraciones en los puntos más característicos, así como el valor que deben tener durante el funcionamiento otros parámetros característicos de la máquina, como la temperatura, presiones, caudales, etc La comparación del espectro actual de vibración en los citados puntos y de los parámetros actuales con el espectro base y los valores típicos de funcionamiento, nos permita conocer el estado REAL de la máquina. Si tanto el espectro de vibración como los parámetros característicos se mantienen dentro del margen de valores que se consideran normales de funcionamiento, se dice que la máquina opera correctamente. En caso contrario alguna variable sufrirá una desviación de su valor típico que nos permitirá detectar que tipo de avería puede producirse. Además la tasa de crecimiento de dicha desviación nos permite confeccionar 6

2 un gráfico de tendencia del que podemos obtener una estimación del tiempo que la máquina puede seguir funcionando sin que la avería sea catastrófica. 2.2 Etapas del Mantenimiento Predictivo: Las etapas básicas del Mantenimiento Predictivo son cuatro: MEDICIÓN ANÁLISIS DIAGNÓSTICO CORRECCIÓN que pasamos a describir a continuación: MEDICIÓN: En esta primera fase queremos evaluar el estado de la máquina mediante la captación de vibraciones. Esto se hace mediante el CAPTADOR o TRANSDUCTOR, el cual convertirá la vibración en una señal eléctrica proporcional que se puede medir y analizar con gran precisión. La efectividad del Análisis y del Diagnóstico, está condicionada por la obtención de una señal eléctrica que represente la vibración lo más fidedignamente posible, para lo cual hay dos aspectos fundamentales que son: A) La elección adecuada del TIPO de CAPTADOR en función de: - Las características de la máquina y del defecto a detectar. - El parámetro a medir. - Las características ambientales. B) Una CORRECTA INSTALACIÓN. C) Si es necesario, acondicionar adecuadamente la señal obtenida. El transductor, constituye por tanto, el primer elemento de la cadena de medida que interacciona directamente con la superficie del sistema mecánico. A la hora de elegir qué magnitud medir hay que tener en cuenta que en maquinas que operan a bajas velocidades, la aceleración no es un parámetro de fácil detección, así como en 7

3 maquinaria con altas frecuencias de giro, la medida del desplazamiento no es buena elección. Actualmente, con los avances técnicos, se han ampliado los márgenes de frecuencia y sensibilidad de los transductores y es posible elegirlos dentro de una amplia gama de características adecuadas para cualquier circunstancia. Una característica importante a tener en cuenta en la elección del transductor es la impedancia mecánica del sistema, que no es más que la relación entre las fuerzas que actúan sobre la máquina y la vibración que produce, que es la magnitud que nosotros medimos. Por ello, las características de respuesta de la máquina, tienen una influencia muy importante sobre la medida del transductor ya que si la impedancia mecánica es grande, será difícil detectar y analizar las vibraciones mecánicas. Entre la amplia gama de transductores existentes, se eligen los acelerómetros piezoeléctricos para la medida de vibraciones en el banco de ensayos de rodamientos objeto de este proyecto. Estos acelerómetros se caracterizan por un gran margen dinámico de amplitud y de frecuencia de medida, son compactos, bajos de peso, gran estabilidad, no poseen partes móviles y se pueden montar en cualquier orientación. Su salida es una señal en carga de alta impedancia y bajo nivel que requiere un acondicionamiento de la señal Para tal fin colocamos un amplificador tras el transductor, que se encarga de adaptar, amplificar y filtrar la señal de salida del transductor, eliminando las señales fuera del margen de frecuencias en estudio. Otra cuestión importante en este primer apartado de medición sería el siguiente: 8

4 MAGNITUDES: DESPLAZAMIENTO, VELOCIDAD, ACELERACIÓN. Qué MEDIR? En la figura se ve que para caracterizar cualquier componente de una vibración se puede hacer mediante la frecuencia y la amplitud del desplazamiento, de la velocidad o de la aceleración. Cada una de ellas requiere la utilización de un captador específico junto con el equipo asociado. Considerando un amplio margen de frecuencias, se puede afirmar que a bajas frecuencias la medida del desplazamiento daría buena señal eléctrica de salida en el captador, mientras que a altas frecuencias sería mejor medir la aceleración de la vibración. 9

5 Por otra parte, un captador de desplazamiento no es sísmico, su medida es relativa y tiene limitaciones en frecuencia. No obstante, su utilización es imprescindible en algunas aplicaciones tales como la medida de huelgos eje-cojinete. El captador de velocidad, sísmico, está limitado en frecuencia superior (del orden de 1000 Hz) lo cual, en general, no es importante en la vibración de maquinaria, pero también, debido a su construcción, tiene un límite inferior en la frecuencia de utilización, por resonancia, en torno a los 10 Hz, lo que dificulta su utilización a bajas frecuencias. En cuanto a los acelerómetros, la amplia gama existente en el mercado hace que sean, para cada aplicación, los captadores más idóneos en vibraciones. Junto con la posibilidad de obtener, mediante el equipo de medida y análisis asociado, la señal de velocidad de la vibración por integración de la aceleración. Esta operación se hace generalmente en el dominio de la frecuencia. Con esta solución general se puede aprovechar la robustez y amplia gama de los acelerómetros junto con la presentación de los resultados en velocidad, que es la presentación más equilibrada en frecuencia. 10

6 2.2.2 ANÁLISIS DE LA SEÑAL. TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN La señal eléctrica que representa la vibración es en general compleja, ya que es la suma de varios componentes armónicos de diferentes frecuencias. Así pues, la parte principal del análisis de la señal será obtener dichas componentes mediante la Transformada de Fourier que se realiza de forma automática mediante los D.S.A. (Analizadores de señales dinámicas) que, entre otras muchas posibilidades presentan el ESPECTRO de la vibración o gráfico AMPLITUD- FRECUENCIA. En el caso de rodamientos y engranajes puede resultar muy ilustrativo observar la señal en el tiempo, que muestra como se producen algunos fenómenos pulsatorios característicos. Actualmente los modernos sistemas de MANTENIMIENTO PREDICTIVO DE AVERÍAS utilizan el espectro en frecuencia de la vibración como elemento de control y se confeccionan los gráficos de tendencia de cada pico en lugar de los de vibración total o eficaz. Es la única forma de detectar algunas averías en su forma incipiente ya que en tal fase los niveles de vibración que el defecto produce no se aprecian como cambios sustanciales en la vibración total debido a alguna componente normal desequilibrio residual por ejemplo- que lo enmascara. Esta es una consideración muy importante, especialmente en máquinas que usan rodamientos, engranajes o cojinetes antifricción DIAGNÓSTICO Como se ha comentado anteriormente, cada defecto en una máquina produce una vibración característica del mismo que puede ser utilizada para la identificación de aquél. Por tanto, una vez medida la señal de vibraciones de la máquina, el paso siguiente es relacionar las diferentes frecuencias obtenidas en el espectro con las Frecuencias características de cada defecto mecánico. Esta comparación entre el Espectro obtenido en la máquina con el Espectro o firma característica de cada defecto, nos permitirá llevar a cabo el Diagnóstico de la avería 11

7 en cuestión. Para hacerlo con la mayor efectividad posible será necesario tener el conocimiento suficiente de la máquina y de sus condiciones de operación: velocidad, carga, número de etapas, frecuencias excitadoras, frecuencias propias, número de bolas del rodamiento, número de dientes del engranaje, etc. En este apartado se analizarán los defectos mecánicos más usuales y sus espectros característicos. El ANÁLISIS y el DIAGNÓSTICO son las partes más críticas de esta metodología, por las siguientes razones: - El nivel total de vibración en una máquina puede cambiar con la carga o velocidad de operación haciendo, por tanto, que la valoración de la condición de la máquina sea confusa. Únicamente el análisis y el diagnóstico mediante el espectro en frecuencia indicarán si existe o no un peligro. Esto es importante para evitar reparaciones innecesarias. - Dejar una máquina fuera de servicio acarrea generalmente un impacto en la producción, por tanto, es necesario conocer que severidad tiene un determinado problema. El análisis y diagnóstico unido al historial, proporcionan una ayuda eficaz para decidir si una máquina puede o no seguir operando hasta la próxima revisión o parada programada de la planta. - El tiempo de reparación queda reducido ya que se conoce la naturaleza del problema. Así mismo esto permite la programación de los suministros CORRECCIÓN Cuando un problema es detectado y diagnosticado en fase incipiente, la corrección o reparación puede ser programada para el momento más conveniente. Defectos mecánicos tales como desalineación, holguras, rodamientos o engranajes defectuosos, cojinetes en mal estado, etc., pueden corregirse por sustitución o utilizando procedimientos bien conocidos por el personal de mantenimiento. Otros defectos como desequilibrio dinámico o resonancias requieren para su corrección una experiencia o conocimientos especiales. 12