Mantenimiento predictivo: Técnicas de monitoreo del estado

Existen numerosas técnicas de monitoreo del estado de tu equipo y de la maquinaria industrial en mantenimiento predictivo.

Algunas de ellas se han convertido en el estándar de muchas industrias. Estas técnicas de monitoreo incluyen el análisis de vibraciones, los ultrasonidos, el análisis del lubricante, el análisis de partículas de desgaste y la termografía, entre otras.

En este artículo se analizan las técnicas de monitoreo del estado más utilizadas en el mantenimiento predictivo de la maquinaria por los departamentos de mantenimiento industrial de las empresas.

Pero antes de entrar en materia, vamos a definir una serie de conceptos relacionados con el mantenimiento predictivo para que sepas en todo momento por qué se utilizan las técnicas de monitoreo del estado de los equipos y la maquinaria industrial.

¿Qué es el mantenimiento predictivo?

El mantenimiento predictivo se refiere al uso de métodos de mantenimiento proactivos basados en datos, diseñados para analizar el estado de los equipos y ayudar a predecir cuándo debe realizarse el mantenimiento.

El objetivo del mantenimiento predictivo es programar el mantenimiento en el momento más conveniente y más rentable, lo que permite optimizar al máximo la vida útil del equipo.

Para seguir siendo competitivas en el mercado actual, las empresas deben garantizar la eficiencia y el tiempo de funcionamiento de todos los equipos, de las instalaciones y de la maquinaria industrial.

Y eso significa invertir en algo más que en programas de mantenimiento rutinarios. Un programa de mantenimiento que funcione bien requiere de herramientas y técnicas de monitoreo del estado para el mantenimiento predictivo que aprovechen la inteligencia artificial para detectar los fallos de los activos antes de que se produzcan.

Un enfoque proactivo de la gestión de activos de la empresa tiene numerosos beneficios que acaban aumentando significativamente el retorno de la inversión en mantenimiento.

Pero, la decisión de invertir en mantenimiento predictivo es sólo el primer paso para mejorar tu plan de mantenimiento. Elegir el conjunto adecuado de herramientas y técnicas de monitoreo del estado es un paso importante para que tengas éxito.

Para ayudarte a tomar decisiones fundamentadas, repasaremos algunas de las principales técnicas de monitoreo del estado en mantenimiento predictivo del mercado.

Y para asegurarnos de que comprendes mejor las funcionalidades de las herramientas, profundizaremos en los detalles de cómo funciona el mantenimiento predictivo.

 

¿Cómo funciona el mantenimiento predictivo?

Un programa de mantenimiento predictivo implica más partes móviles que cualquier otro enfoque de mantenimiento.

Utiliza equipamiento de monitorización del estado para evaluar el rendimiento de los activos. Esto significa instalar sensores en las máquinas para capturar datos sobre el equipo que permitan evaluar la eficiencia del activo. Los sensores pueden captar diferentes aspectos, como la temperatura y la presión.

Con los sensores de control del estado, los equipos de mantenimiento pueden disponer de información sobre el estado de funcionamiento del activo sin tener que abrir la máquina. Esta automatización del diagnóstico evita que los equipos tengan un excesivo tiempo de inactividad no planificado.

Mediante el uso de la tecnología del Internet de las Cosas (IoT), los diferentes sensores instalados en las máquinas pueden recopilar y compartir datos en tiempo real con una base de datos central, que se ejecuta utilizando la conectividad basada en WLAN o LAN o la tecnología de la nube (Cloud computing).

Los datos recogidos se examinan mediante algoritmos predictivos que identifican tendencias para detectar cuándo un activo va a requerir mantenimiento o sustitución. Estos algoritmos siguen un conjunto de reglas predeterminadas que comparan el comportamiento actual del activo con su comportamiento esperado.

A través de este intercambio de información, los responsables del mantenimiento pueden ver todos los activos físicos en su conjunto, lo que les permite dar sentido a lo que está sucediendo en las máquinas e identificar cualquier área que requiera atención.

¿Cómo implementar el mantenimiento predictivo?

Antes de implantar el mantenimiento predictivo en los equipos, se suele presentar a la dirección casos de rentabilidad para que puedan comparar y dar su visto bueno.

Además, el personal de mantenimiento y los operarios de las máquinas han de recibir formación sobre cómo utilizar las técnicas de monitoreo del estado. Después de esto, comienza la verdadera implementación que hemos clasificado en 4 pasos.

1. Establecer líneas de base

El equipo de mantenimiento establece los límites de condición aceptables para los activos que tendrán sensores.

2. Instalar dispositivos del Internet de las cosas (IoT)

Se coloca el sensor correspondiente en el activo. Por ejemplo, se fija un medidor de vibraciones a un activo mecánico con engranajes y un sensor de temperatura a una caldera.

3. Conectar los dispositivos al software

El dispositivo IoT se conecta a un GMAO o a un panel de control remoto donde se recogen y analizan los datos.

4. Programar el mantenimiento

Las inspecciones son activadas automáticamente por un GMAO cuando se supera el límite de condición o la persona que supervisa el tablero de instrumentos programa la inspección manualmente.

 

¿Qué es el monitoreo del estado de los equipos y la maquinaria?

El monitoreo del estado de los equipos consiste en medir los parámetros que indican un fallo. Con ello, se pueden detectar cambios en los patrones habituales a tiempo para evitar una avería, ahorrar en mantenimiento reactivo y prolongar la vida útil de los activos.

Pero sólo se pueden aprovechar estas ventajas si se eligen las técnicas de monitorización del estado adecuados para el equipo y la maquinaria.

El monitoreo del estado, por supuesto, se solapa con el mantenimiento predictivo. El seguimiento del comportamiento de los activos es una parte importante del mantenimiento predictivo: los datos recogidos proporcionan la base para descubrir tendencias y perfeccionar algoritmos.

Sin embargo, tiene sentido hablar de monitorización del estado en tiempo real incluso sin un programa de mantenimiento predictivo.

El futuro es muy prometedor para el monitoreo del estado de los equipos a medida que se desarrollan más sensores que pueden ser montados en los equipos. Además, cada vez se construyen más equipos según los estándares del Internet de las cosas (IoT).

Los datos analizados para el monitoreo del estado sirven como base para el mantenimiento predictivo. De los datos surgen patrones que muestran que una pieza de la máquina puede estar deteriorándose o empezando a fallar.

Basándose en el análisis, se programa el mantenimiento para prevenir fallos y evitar paradas de emergencia.

Aplicaciones del monitoreo del estado

El monitoreo del estado de la maquinaria se aplica en numerosas aplicaciones, pero las más conocidas son:

• Plantas e instalaciones industriales de todo tipo: Cajas de cambios, motores eléctricos, ventiladores, bombas.
• Celulosa y papel: Sopladores de aire, cintas transportadoras, trituradoras, clasificadores de virutas, refinadores, filtros de presión, transportadores de tornillo, agitadores, rodillos de fieltro, etc.
• Hierro y acero: Máquinas de manipulación de materias primas, cintas transportadoras, cargadores de barcos, plantas de galvanización, recuperadores de pilas, trenes de laminación, maquinas de recocido, y también bombas, ventiladores y cajas de engranajes, etc.
• Automoción: Túneles del viento, unidades de tratamiento del aire, bombas en talleres de pintura y prensas, etc.
• Cemento: Trituradoras, cajas de engranajes, cintas transportadoras, separadores, ventiladores, molinos de crudo, molinos de bolas, elevadores y sopladores.
• Centrales eléctricas: turbinas de gas, turbinas de vapor, bombas de agua, etc.

¿Qué técnicas de monitoreo del estado se utilizan?

El monitoreo del estado del equipo comienza con inspecciones básicas. Los pequeños cambios, como el calor o la presión anormales, los sonidos extraños, las vibraciones excesivas o un olor diferente, suelen ser señales de que algo se está estropeando.

Los sensores y dispositivos de monitorización del estado están ahora conectados a las plataformas de mantenimiento, proporcionando datos en tiempo real.

Estos datos en tiempo real permiten a los jefes de mantenimiento ajustar sus planes de mantenimiento preventivo, al tiempo que proporcionan una mayor fiabilidad.

Al mismo tiempo, la inteligencia artificial puede procesar estos datos para reconocer patrones, lo que constituye uno de los avances más prometedores para la fiabilidad habilitada digitalmente.

Existen varias técnicas de monitorización del estado de las máquinas que se utilizan para evaluar su estado que debes conocer.

 

Análisis de vibración

El análisis de vibración busca anomalías y supervisa los cambios de la señal de vibración establecida de un sistema. Esto se consigue mediante el registro del historial de vibraciones de una máquina y, con el tiempo, se pueden predecir los problemas antes de que surjan cuestiones graves.

Muchos componentes de una máquina giran y cada uno genera su propio patrón y nivel de vibración que crea un flujo suave de energía. Pero, cuando el flujo se interrumpe, el ruido y las sacudidas excesivas señalan un problema o un deterioro en la maquinaria.

La reacción sería reparar el equipo inmediatamente. Sin embargo, al ser proactivo y detectar los problemas antes de que surjan, se mantiene la integridad de la máquina a la vez que se obtiene el máximo rendimiento de la inversión.

Un componente fundamental del análisis de vibraciones son los sensores. Estos dispositivos montados en la máquina son necesarios para recopilar datos completos que permitan evaluar y supervisar el estado de la máquina con rapidez y precisión.

Los sensores se utilizan para cuantificar la magnitud de la vibración, conocida como amplitud de la vibración. En otras palabras, informa de la suavidad o aspereza de la máquina.

La magnitud de una vibración se expresa como:

• Desplazamiento: distancia total recorrida por la pieza vibratoria desde un límite extremo de recorrido hasta el otro límite extremo de recorrido.
• Velocidad: la velocidad de la masa vibratoria cambia continuamente.
• Aceleración: el valor que representa el índice máximo de cambio de la velocidad.

Las técnicas de análisis de vibración incluyen:

• Análisis del pulso de choque.
• Transformadas rápidas de Fourier.
• Análisis de vibraciones de banda ancha.
• Densidad espectral de potencia.
• Análisis de la forma de onda temporal.
• Análisis de espectro/espectrograma.

Termografía Infrarroja

La termografía infrarroja es una técnica de análisis de las características térmicas de un objeto a partir de su imagen infrarroja, captada mediante un dispositivo de imagen térmica sin contacto.

Esta técnica permite ver la energía térmica que irradian los objetos (tanto los cuerpos fríos como los calientes emiten este tipo de energía).

En definitiva, la temperatura es uno de los primeros parámetros observables que pueden indicar el estado de funcionamiento de los equipos eléctricos. El calor es un derivado de todo trabajo, ya sea eléctrico, mecánico o químico.

Esta energía térmica no controlada provocará fallos en el equipo. Por tanto, la termografía permite detectar la temperatura del objeto a partir de la energía térmica emitida.

Las técnicas termografía infrarroja incluyen:

• Termografía comparativa.
• Pruebas de electricidad, tuberías y maquinaria.
• Termografía cuantitativa comparativa.
• Termografía cualitativa comparativa.
• Pegatinas de pintura (cambio de color con temperaturas fuera de especificación).
• Fluidos que cambian de color a temperaturas fuera de especificación.
• Termometría de bloqueo.
• Termometría de fase de impulsos.
• Termometría de pulso.

Análisis del lubricante

El análisis del lubricante es el análisis de las propiedades, la composición y los contaminantes de un lubricante. Es una actividad rutinaria utilizada para determinar la salud del lubricante y de la maquinaria en la que se utiliza. Piensa en ello como un análisis de sangre para la maquinaria.

El análisis del lubricante puede utilizarse para determinar lo siguiente:

• Las propiedades del fluido: Evalúa el estado del lubricante que podría afectar a los intervalos de cambio de aceite
• Análisis de metales de desgaste: El desgaste de la superficie se considera la amenaza predominante para el rendimiento de los equipos a largo plazo. El estado de la máquina puede evaluarse midiendo los residuos en el aceite
• Contaminación: Los diferentes tipos de contaminación pueden afectar a los equipos de diferentes maneras. Por ejemplo, la presencia de aire y agua puede afectar a la película de fluido necesaria para la separación superficial. La presencia de productos químicos atmosféricos y de proceso puede provocar la abrasión de la superficie.

Las técnicas de análisis de lubricante incluyen:

• Ferrografía.
• Presencia de agua.
• Prueba de viscosidad cinemática.
• ICP o espectroscopia de emisiones atómicas para identificar la presencia de contaminantes.
• Prueba de rigidez dieléctrica.
• Análisis microbiano.
• Índice de cuantificación de partículas (contenido de hierro).
• Espectroscopia de infrarrojos por transformada de Fourier.
• Espectroscopia ultravioleta.
• Valoración potenciométrica/número total de ácidos y número total de bases.
• Prueba de sedimentos.

Análisis de ultrasonido

El análisis de ultrasonido ofrece una posición única para la monitorización del estado, tanto como tecnología de inspección «autónoma» que como herramienta de detección eficaz para acelerar el proceso de inspección y ayudar a los inspectores a determinar acciones de seguimiento eficaces en aplicaciones mecánicas, eléctricas y de fugas.

El objetivo del análisis de ultrasonido es detectar una desviación de una condición normal o de referencia para determinar si se deben tomar o no medidas correctivas de forma ordenada y planificada y evitar un incidente imprevisto.

Los instrumentos de ultrasonidos reciben sonidos de alta frecuencia producidos por equipos en funcionamiento, emisiones eléctricas y fugas. Estas frecuencias suelen oscilar entre 20 y 100 kilohercios y están fuera del alcance del oído humano.

Con posterioridad, los instrumentos traducen electrónicamente las frecuencias de los ultrasonidos, a través de un proceso denominado heterodinación, hasta la gama audible, donde se escuchan a través de auriculares y se observan como niveles de intensidad y/o decibelios (dB) en un panel de visualización.

Cuando empiezan a producirse cambios sutiles en los equipos mecánicos, la naturaleza direccional de los ultrasonidos permite detectar estas posibles señales de advertencia con antelación, antes de que se produzca el fallo.

Las técnicas de análisis de ultrasonido incluyen:

• Técnica de retrodispersión ultrasónica.
• Atenuación del eco de la pared posterior.
• Medición de espesores por ultrasonidos (paredes de tuberías, etc.).
• Pruebas phased array.
• Inspección automática y continua por ultrasonidos.
• Sistemas de inspección rotativa interna.
• Pruebas de emisiones acústicas.
• Pruebas de ultrasonidos de largo alcance.
• Alcance acústico.

Análisis Eléctrico

Prevenir los fallos eléctricos con una estrecha vigilancia no sólo evita las averías, sino que mejora la seguridad. Esto incluye pruebas para evaluar la resistencia, la inducción, la capacitancia, la respuesta al impulso, la respuesta a la frecuencia y la degradación.

Las técnicas de supervisión del estado eléctrico incluyen:

• Pruebas con megóhmetros.
• Pruebas de alto potencial o de resistencia dieléctrica (por ejemplo, para determinar si el aislamiento está en buen estado)
• Análisis de la señal de potencia (para comprobar la corriente y la tensión).
• Pruebas de impedancia de la batería.
• Pruebas de sobretensión e hipotensión (también para detectar fallos de aislamiento).

Análisis de partículas de desgaste

El análisis de partículas de desgaste, también llamada ferrografía, permite la identificación de partículas de desgaste en un lubricante y la evaluación de esas partículas para determinar el estado del equipo.

A medida que aumentan los tamaños y las cantidades de las partículas de desgaste, también aumenta el riesgo de fallo debido al desgaste.

La ferrografía nos permite determinar si las partículas metálicas son ferrosas o no ferrosas en función de cómo se alinean en el campo magnético.

También podemos tratar térmicamente las partículas para identificar la metalurgia básica. Los productos de degradación del lubricante pueden verse en los deslizamientos como depósitos densos de materiales translúcidos.

Además, se pueden identificar partículas como fibras, materiales de desgaste corrosivos, arena, suciedad y otros elementos.

 

Análisis de fugas de presión o vacío

La detección de fugas, tanto en sistemas presurizados como de vacío, así como su eliminación, gestión y/o responsabilidad, es un asunto serio, pero por desgracia a menudo se considera una cuestión insignificante, lo que sin duda no lo es.

Pero, ¿qué es exactamente una fuga? Una fuga es un pequeño agujero en una o varias partes del sistema que permite la entrada o salida incontrolada de gas.

El índice de fugas depende de varios factores, como el tamaño del agujero o agujeros, el tipo de gas y el diferencial de presión (entre el interior del sistema y el exterior).

El índice de fuga describe la magnitud de la fuga en términos de la cantidad de gas que sale del sistema por unidad de tiempo.

Hay varias razones por las que un sistema puede no mantener sus niveles de vacío, como la desgasificación o la contaminación.

Además, los diferentes procesos y aplicaciones de vacío exigen diferentes requisitos de tasa de fuga, es decir, lo que es aceptable a un vacío más bajo se consideraría totalmente inaceptable (y posiblemente peligroso) a un nivel de vacío más alto.

Reducir o eliminar las fugas es importante por varias razones, entre ellas:

• La seguridad del operario (por ejemplo, la emisión de gases/fluidos tóxicos).
• Seguridad del producto (por ejemplo, para evitar que el aire entre en un sistema en el que puede contribuir significativamente a la formación de una mezcla explosiva).
• Asegurar y mantener la presión/vacío.
• Para garantizar una larga vida útil de los productos.
• Para las normas medioambientales y de calidad.
• Para la eficiencia del proceso.

Análisis del circuito del motor

El análisis del circuito del motor es una serie de pruebas informatizadas en un motor eléctrico para determinar el estado general del motor y las posibles fuentes de fallos.

Los problemas eléctricos y la degradación del aislamiento son las principales causas de los fallos del motor y son el objetivo de las pruebas de análisis.

Algunas pruebas son de tipo «sí/no», mientras que los resultados de otras deben seguirse a lo largo del tiempo para identificar el desarrollo de los fallos. Estas pruebas se agrupan generalmente en pruebas basadas en la tensión o en la corriente.

Los puntos de inspección del circuito del motor incluyen:

• Señal del circuito de potencia/corriente.
• Pruebas en línea y fuera de línea (no son pruebas sino regímenes de prueba).
• Rotor.
• Estator.
• Aislamiento.
• Calidad de la energía.
• Espacio que separa el rotor móvil y el núcleo del estator.

Análisis por radiación

Este método utiliza imágenes de radiación para identificar defectos internos en equipos y piezas. Las aplicaciones incluyen la inspección de soldaduras, fundiciones y piezas sinterizadas. Este enfoque es uno de los métodos más completos de pruebas no destructivas disponibles.

La técnica se basa en la medición de la absorción diferencial de la radiación que penetra en la pieza o el material.

La corrosión interna y los defectos absorben diferentes cantidades de radiación, que pueden medirse y analizarse.

Las técnicas de análisis por radiación incluyen:

• Retrodispersión de neutrones.
• Radiografía computarizada.
• Tomografía computarizada.
• Radiografía directa.
• Identificación positiva de materiales.
• Radiografía de neutrones

Medición electromagnética

Esta categoría de pruebas mide las alteraciones del campo magnético y los cambios de las corrientes de Foucault para identificar grietas, corrosión, puntos débiles y otros defectos.

Se aplica un campo magnético a las paredes de la superficie, estableciendo campos magnéticos. Estos campos interfieren entre sí provocando patrones.

Los informes de corrientes de Foucault durante un periodo prolongado se utilizan para identificar el deterioro gradual de la calidad del material y las características de la superficie.

Del mismo modo, los ensayos electromagnéticos inducen un campo electromagnético o una corriente eléctrica en el interior del tubo o del objeto de ensayo.

Los defectos crearán alteraciones, que pueden medirse y analizarse. Se han desarrollado diversas técnicas para aprovechar estas propiedades.

Las técnicas de medición electromagnética incluyen:

• Inspección de partículas magnéticas.
• Fuga de flujo magnético.
• Método de memoria magnética del metal.
• Corrientes de Foucault pulsadas.
• Corrientes de Foucault remotas y de campo cercano.
• Corrientes de Foucault saturadas de baja frecuencia.
• Otras pruebas de corrientes de Foucault.

Interferometría láser

La interferometría láser mide los cambios en el desplazamiento de las ondas basándose en una longitud de onda de luz generada por láser y de gran precisión.

Esta técnica se utiliza para identificar los defectos superficiales y subyacentes en los materiales compuestos y otros materiales.

Se basa en la interferencia de las ondas de luz generadas por un láser. El patrón de interferencia se captura y se mide con un dispositivo llamado interferómetro.

Los distintos patrones de interferencia pueden analizarse para mostrar diferencias en las características del material, como la presencia de corrosión, defectos superficiales o cavidades en el material.

Las técnicas de interferometría láser incluyen:

• La shearografía láser.
• Ultrasonidos láser.
• Interferometría electrónica de patrón de moteado.
• Holografía digital.
• Interferometría holográfica.

Conclusión

Existen un gran número de técnicas de monitorización del estado. Algunas son más costosas que otras, pero no hemos encontrado ninguna que no ofrezca una buena relación calidad-precio.

Si eliges las técnicas de monitoreo del estado que se adaptan a tu equipo, las integras en tu plataforma de mantenimiento y analizas los datos, favorecerás la eficiencia frente al mantenimiento reactivo.

A medida que la industria se acerca cada vez más a la adopción de la IoT, la práctica de la monitorización del estado es cada vez más importante.

Los sensores permiten ahora que las máquinas comuniquen su estado a través de Internet a las bases de datos centrales.

A continuación, los análisis recién creados interpretan estos datos para identificar qué piezas de la máquina pueden estar empezando a fallar.

El estado de los equipos puede supervisarse en tiempo real para poder programar paradas planificadas y un mantenimiento proactivo que evite costosas averías en los equipos.

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