Aplicando el monitoreo de vibraciones acústicas al

Aplicando el monitoreo de vibraciones acústicas al mantenimiento predictivo
Allan Rienstra & James Hall
A. Que es el Ultrasonido?
Sonido vs. Ultrasonido
Todos los sonidos son producidos por vibraciones
en cuerpos. En un instrumento musical el sonido es
emitido por la vibración de las cuerdas, nuestra voz
es el resultado de vibraciones de nuestras cuerdas
vocales. El número de vibraciones que un cuerpo
hace por segundo se denomina frecuencia y es
comúnmente denominada Hertz.
Esta característica de direccionalidad hace más
fácil detectar la fuente de una onda de ultrasonido
aun en ambientes muy ruidosos como los que se
encuentran en una planta productiva.
B. Como trabaja un detector de Ultrasonido
Si deseamos escuchar un sonido en frecuencia
ultrasónica, nosotros necesitamos un instrumento
capaz de transformar altas frecuencias a
frecuencias en un rango que podamos escuchar
(normalmente un rango confortable es 200 a 5000
Hertz). Esta es la función de un detector
ultrasónico. Si nosotros queremos únicamente OIR
el ultrasonido, necesitamos un detector con ciertos
filtros para eliminar sonidos audibles o sonidos
“parásitos”. Si además queremos medir la energía
del ultrasonido, entonces necesitamos un detector
que tenga capacidad para mediciones digitales.
El ultrasonido se define como “...Ondas de sonido
con frecuencias por encima del limite audible
humano, o en exceso de 20.000 ciclos por segundo
(Hertz).” Entonces por definición el ultrasonido es
totalmente indetectable por el oído humano a no
ser que utilice algún instrumento capaz de
transformar el ultrasonido en sonido audible. En el
mercado, estos instrumentos son comúnmente
conocidos como detectores ultrasónicos y han sido Este tipo de equipo usualmente almacena las
utilizados para varias funciones relacionadas con el lecturas en un chip de memoria en el equipo para
posteriormente poder descargarlas en un programa
mantenimiento desde hace mas de 25 anos.
en un PC.
Teoría de la propagación de sonido
El sonido se propaga por medio de ondas Tipo de Sensores
longitudinales a través de cualquier medio (agua, Los detectores ultrasónicos utilizan un sensor con
aire, vidrio, metal etc.…). Una onda es una un cristal piezo-eléctrico de cuarzo que se excita
perturbación en movimiento que ocasiona que las por la energía de ciertas frecuencias del
partículas del medio a través de las cuales se ultrasonido. Estas vibraciones son sensadas por el
desplaza vibren. Las partículas que están en detector y transformadas de su estado de alta
contacto con la onda se ponen a vibrar en una frecuencia a un estado de baja frecuencia.
línea paralela a la dirección en la cual se desplaza
La calidad del sonido se conserva en esta
la onda.
transformación siendo claramente audible en unos
audífonos. Los sensores se diseñan para captar
Propiedades del Ultrasonido
La energía en una onda de sonido va señales ultrasónicas transmitidas tanto por el aire
disminuyendo al alejarse de su fuente. Las ondas como a través de estructuras sólidas.
de sonido se expanden en un patrón circular
dispersando su energía en una gran área. Este Tratamiento y medida de la señal
fenómeno se conoce como atenuación. Con la El Ultrasonido o vibración acústica es energía
misma energía, un sonido en el rango audible se generada por la fricción entre componentes que se
propaga más lejos y dispersarse en un área más mueven (rodamientos, acoples, engranajes etc.…).
grande que el ultrasonido porque la onda de Esta energía es en realidad un voltaje AC que es
sonido audible es más grande que la onda de inestable y errático. Para poder tener una fuente de
datos confiables midiendo la energía acústica del
ultrasonido.
ultrasonido esta energía debe hacerse lineal para
Por esta razón el ultrasonido es más direccional a efectos de repetitibilidad.
su fuente que las ondas con frecuencia más baja
Un detector Ultrasónico de calidad procesa las
del sonido audible.
señales eléctricas utilizando la media de la raíz
cuadrada (RMS). Básicamente, la utilización de la
media de la raíz cuadrada provee medidas
teóricamente consistentes de señales eléctricas
derivadas de fenómenos mecánicos tales como
estrés, tensión, vibración, shock, expansión, ruido
en rodamientos y vibración acústica. Las señales
eléctricas
producidas
por
estas
acciones
mecánicas son a menudo ruidosas, no periódicas,
no sinusoidales, sobrepuestas a niveles de DC
requiriendo ser procesadas con RMS para tener
mediciones validas, precisas y repetibles.
monitoreo de las vibraciones acústicas debe ser
parte integral del mantenimiento.
Recuerde que la inspección ultrasónica mide la
tendencia del desgaste en el rodamiento. Esta no
debe ser considerada un reemplazo del análisis de
las vibraciones, más bien un complemento de un
buen programa de mantenimiento predictivo
basado en vibraciones. Teniendo en cuenta que el
costo de un equipo de ultrasonido es relativamente
bajo, esta tecnología es una excelente opción para
empresas medianas o pequeñas con presupuestos
bajos para comprar equipos.
C. Monitoreo de Vibraciones Acústicas
D. Midiendo la tendencia del desgaste en
rodamientos con Ultrasonido
Que es le monitoreo de vibración acústica?
Rodamientos, buenos o malos, nuevos o viejos,
producen ondas ultrasónicas por la fricción de los
elementos de rodadura sobre las pistas internas y
externas. Un rodamiento en buen estado produce
menos energía acústica que un rodamiento con
daños típicos como picaduras, descascarillados o
deformación en los cilindros, bolas, o en las pistas.
Así mismo, la propiedad del lubricante de disminuir
la fricción, implica que un rodamiento bien
lubricado emite menos energía acústica que un
rodamiento con lubricación deficiente. En la medida
que el efecto lubricante de la grasa se va
disminuyendo por deterioro de la viscosidad del
aceite básico y/o el material del rodamiento se
fatiga y estresa, la fricción y la correspondiente
emisión ultrasónica se incrementa. Monitoreando la
tendencia de la energía de alta frecuencia en el
rodamiento nos permite determinar los intervalos
apropiados de relubricación y predecir cuando el
rodamiento entra en su primera etapa de desgaste.
Monitoreo de vibración acústica vs. Análisis de
vibraciones
La inspección ultrasónica no se debe confundir con
el análisis de vibraciones a baja frecuencia.
La medida de vibraciones a baja frecuencia
(velocidad o desplazamiento) indica que un
rodamiento ya esta en un estado avanzado de
desgaste y provee información acerca de las
causas raíces de la falla prematura (des-balance
desalineamiento etc..). Normalmente en esta
situación hay muy poco tiempo para programar un
mantenimiento porque el rodamiento ya esta en un
estado muy avanzado de falla. El monitoreo de las
emisiones acústicas de alta frecuencia controla la
evolución del rodamiento, indica los intervalos
necesarios de lubricación y dispara la alarma antes
que el rodamiento entre en un estado de falla.
La detección temprana de cambios permite tomar
acciones correctivas rápidamente incrementando
la longevidad de la maquina. Si uno de los
objetivos del mantenimiento predictivo es extender
la vida productiva de las maquinas, entonces el
Establezca un método para la recolección de
datos basado en una ruta.
Los instrumentos ultrasónicos de hoy permiten más
flexibilidad que los instrumentos de unos pocos
años atrás. Pequeños, con más poderosos
componentes electrónicos permiten almacenar
información compleja y comunicarse en dos vías
con un PC. Para un monitoreo acústico apropiado
establezca una ruta para recolectar los datos en
forma similar a una ruta de vibraciones. Establezca
la ruta por grupos de maquinas con una secuencia
lógica, identifique el nombre del equipo para poder
almacenar cada punto y construir una grafica de la
tendencia de la condición del rodamiento en con el
tiempo.
Valor medido (dBmV) y su correlación con la
Condición
Al principio el objetivo es establecer una línea base
o rango normal de operación para cada rodamiento
chequeado. A lo largo de la vida del rodamiento su
nivel de emisión ultrasónica debe permanecer
relativamente constante (+/- 3 a 4 dBmV). En la
medida que la condición del rodamiento cambie, un
incremento en la energía acústica es observado
bien por el rompimiento de la película lubricante o
por daños estructurales. Este incremento
corresponde a elevadas lecturas (dBmV) en el
instrumento. Graficando la tendencia de la energía
acústica con la herramienta data logger del
software, permite al usuario predecir exactamente
cuando debe aplicar lubricante al rodamiento y
cuando el rodamiento ha entrado en una etapa
preliminar de falla.
Recuerde, graficando la tendencia de la emisión
acústica nos alerta sobre la aparición de los
primeros signos de cambio en la condición del
rodamiento. Utilizando apropiadamente toda la
información recolectada le permite conseguir unas
mejores prácticas de lubricación y mayor extensión
de la vida útil del rodamiento.
El resultado deseado es un tiempo mucho mayor
para programar reparaciones o cambios.
Para optimizar la técnica de inspección ultrasónica
es esencial escuchar el rodamiento; no solamente
leer valores en una pantalla. Escuchando la señal
ultrasónica del rodamiento se obtiene una cantidad
de información cualitativa para correlacionar con
los valores medidos. Un rodamiento que este
funcionando apropiadamente emite un sonido
suave y amortiguado y unas lecturas estables. Un
sonido estridente con un tono alto indica falta de
lubricación, sobrecarga o velocidad rotacional por
encima de la especificada. Un sonido crujiente
asociado con lecturas inestables con altos valores
de dB indica fallas por desgaste o partículas
metálicas sueltas en el lubricante. Los detectores
ultrasónicos proveen mediciones cuantitativas
excelentes en la pantalla, pero no ignore la
información cualitativa obtenida a través de los
auriculares.
E. La detección Ultrasónica en Su Programa de
Lubricación
El lubricante absorbe la energía creada por la
fricción entre los elementos en movimiento del
rodamiento. La vibración acústica es baja cuando
el rodamiento esta adecuadamente lubricado, pero
cuando la película lubricante se rompe esta
energía se incrementa logarítmicamente; aunque el
rodamiento no tenga ningún desgaste significativo.
Un incremento de 8 a 10 dBµV sobre la línea base
histórica indica una necesidad de lubricación. Esto
se confirma escuchando en los auriculares las
cualidades acústicas del rodamiento, o analizando
la forma de la onda en un programa para analizar
los espectros.
Los rodamientos con deficiencia en la lubricación
emiten sonidos altos comparados con los sonidos
relativamente suaves de un rodamiento bien
lubricado. La forma de la señal en un osciloscopio
va a mostrar picos inconsistentes cuando el
rodamiento requiere grasa.
El detector Ultrasónico Nos dice Cuando Parar
de Engrasar
Un detector ultrasónico nos dice cuando es tiempo
de engrasar y también cuando debemos parar de
engrasar. Algunos detectores ultrasónicos ofrecen
adaptadores para engrasar que se colocan en el
detector ultrasónico de contacto y utilizando una
pistola grasera standard se puede escuchar y
lubricar simultáneamente. Mientras se escucha la
calidad del sonido en los auriculares, se comienza
a bombear la pistola grasera, aplicando
únicamente la mitad de un bombazo cada vez. La
calidad del sonido cambia cuando la grasa alcanza
su destino. Pare de engrasar y re-chequee la
medida de dBµV y compare. Usted va a notar un
cambio en la amplitud una vez la grasa alcanza el
interior del rodamiento. Pare de aplicar grasa. En
muchos casos el nivel del sonido o dBµV puede ser
menor que la línea base original. De nuevo rechequee y almacene las lecturas de la nueva línea
base para futura referencia. Si después del medio
bombazo inicial de grasa usted nota un incremento
en el nivel del sonido pare de lubricar y espere 10 a
15 segundos para que el nivel del ultrasonido se
estabilice. Si no se estabiliza o decrece, pare de
lubricar el rodamiento.
Si se aplica mucha grasa el excedente puede
entrar al motor causar un corto y dañarlo. De
acuerdo a nuestra experiencia usted puede
escuchar un ligero incremento en el sonido
mientras lubrica (puede ocurrir después de uno o
dos primeros medios bombazos de grasa). Algún
tiempo debe transcurrir para que el incremento se
modere o disminuya. Si no se modera pare de
lubricar. Las bolas pueden estar presionando
contra las pistas debido a que mucha grasa se ha
sido aplicada. Utilizando medio bombazo con la
pistola grasera en vez de aplicar el bombazo total,
nosotros estamos tratamos de evitar que se
generen sobre presiones. En la mayoría de las
veces utilizando el método del medio bombazo y
escuchando la señal ultrasónica se puede evitar la
sobre lubricación.
F. Conclusión y Sumario
El
objetivo
de
cualquier
programa
de
mantenimiento predictivo debe ser la utilización de
herramientas que le proporcionen la mejor
información para tomar decisiones sobre la
condición de la maquinaria de producción. La
detección ultrasónica nos habilita para oír los
primeros signos de fallas en la maquinaria y
deterioro de la lubricación; normalmente con un
tiempo suficiente para actuar dentro de los limites
de un paro de maquinas planeado. La inspección
ultrasónica es una excelente tecnología que trabaja
para todos los departamentos de mantenimiento
que están esperando implementar o mejorar un
programa de monitoreo de vibraciones.
Los analistas de vibraciones también pueden
cosechar
beneficios
inmediatos
con
la
implementación de la técnica del monitoreo de
vibraciones acústicas para mejorar sus rutas
actuales de vibraciones. Cuanto mas “buena”
información nosotros podamos conseguir, más
capaces seremos de hacer decisiones correctas
acerca de la salud de nuestra maquinaria de
producción.
Para mayor información en Ultrasonido visite
www.sdtnorthamerica.com