Se estima que los fallos en los rodamientos representan aproximadamente la mitad de todos los fallos en las máquinas eléctricas. Las consecuencias de una falla pueden resultar en tiempos de inactividad no planificados, averías de las máquinas, daños a los equipos y pérdidas financieras. Para evitar esto y garantizar un rendimiento constante, es esencial un mantenimiento eficaz de los rodamientos. Pero, cuando una sola máquina puede contener cientos de rodamientos, ¿cómo se puede gestionar esto? Aquí, explica Chris Johnson, director general del proveedor de rodamientos SMB Bearings.
De los cientos de rodamientos que se encuentran en las máquinas, la mayoría de ellos sobrevivirán a la propia máquina. De hecho, sólo una fracción muy pequeña de los rodamientos falla en servicio. Desafortunadamente, cuando lo hacen, el impacto puede ser significativo. Contar con una estrategia eficaz de monitoreo de condiciones puede ayudar a mitigar este riesgo.
El monitoreo y análisis de vibraciones es una de las formas más comunes de medir el rendimiento de los rodamientos e implementar un mantenimiento predictivo. La maquinaria emite señales de vibración, al igual que el movimiento y la interacción entre los componentes dentro del propio rodamiento. Cualquier cambio en estas señales que no sea causado por cambios en las condiciones operativas puede indicar un problema con el estado de la máquina.
Normalmente, las fallas en componentes móviles, como los rodamientos, son responsables de los cambios de señal, y estos cambios se pueden detectar utilizando equipos como acelerómetros y transductores de velocidad de vibración. Estas señales defectuosas pueden ser causadas por imperfecciones geométricas, rugosidad de la superficie, lubricación inadecuada o contaminación.
El monitoreo de vibraciones es una forma aceptable y confiable de monitoreo de condiciones, con estándares como ISO 10816 disponibles para la evaluación de vibraciones. Cuando se implementa correctamente, puede ser una forma extremadamente efectiva de detectar fallas en los rodamientos, pero su configuración puede ser costosa y requiere acceso directo a la máquina para instalar sensores.
Es posible que tampoco sea adecuado para máquinas de baja velocidad o entornos con altos niveles de ruido, donde las señales defectuosas pueden ser más débiles y difíciles de detectar. Se ha descubierto que este es el caso en aplicaciones como turbinas, motores y transmisiones. Para estos casos, otros métodos podrían ser más apropiados.
En entornos con altos niveles de ruido, los cambios vibratorios de baja frecuencia causados por piezas tan pequeñas suelen ser casi imperceptibles en comparación con el ruido de fondo y las señales. Sin embargo, estos defectos producen ondas en rangos de frecuencia más altos (100 kHz) conocidos como emisión acústica (AE).
Estas ondas elásticas transitorias se producen por la liberación de energía provocada por defectos en la superficie de un material o componente. Pueden ser generados por rodamientos defectuosos o dañados y captados por un transductor AE con poca interferencia de la maquinaria circundante. Aunque esto puede ser un poco más costoso y las señales requieren un análisis experto, este método puede proporcionar una alta relación señal-ruido y usarse en una variedad de entornos para monitorear el estado de los rodamientos.
Los rodamientos a menudo dependen del aceite y la grasa para lubricarlos y garantizar su funcionamiento. La exposición al calor puede degradar los lubricantes y producir subproductos químicos. El desgaste general también puede provocar la producción de residuos. Los aceites y grasas se pueden analizar para examinar los residuos presentes y determinar si se deben al desgaste o al propio rodamiento, lo que puede sugerir una falla más amplia y puede usarse para monitorear el estado.
Realizar análisis químicos de aceites y grasas es una forma sencilla y eficaz de detectar la degradación, pero este método es más adecuado para máquinas más grandes con rodamientos lubricados.
La norma IEEE 841 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos establece que, con una carga nominal, el aumento de temperatura estabilizado del rodamiento no debe ser superior a 45 °C. Muchos factores pueden influir en el aumento de temperatura, incluida la degradación del rodamiento o del lubricante, las velocidades operativas o la temperatura dentro del propio motor.
Monitorear este aumento de temperatura en busca de niveles inusuales puede alertar a los ingenieros sobre una falla dentro del rodamiento y permitir una investigación. Este método es tradicional y eficaz ya que permite la medición cuantitativa de parámetros específicos, pero requiere la instalación de sensores de temperatura integrados.
La monitorización de corriente se utiliza con mayor frecuencia para medir el estado de los rodamientos en máquinas y motores eléctricos. Un rodamiento defectuoso en un motor puede provocar cambios en la densidad de flujo, lo que provocará una variación de la corriente del estator. Esta variación se puede medir para identificar fallas en los rodamientos y su implementación es muy sencilla y no invasiva.
Los parámetros requeridos se pueden medir utilizando sistemas existentes en operaciones electromecánicas, lo que significa que a menudo no son necesarios sensores adicionales y el costo de implementación es menor. En algunos casos se puede realizar de forma remota desde una sala de control.
La medición de la corriente del estator también puede brindar una visión más amplia del estado de la máquina, en lugar de solo la de los rodamientos. La principal limitación es que la relación señal-ruido puede ser baja y, en ocasiones, las firmas son más difíciles de detectar en algunas aplicaciones. Aunque las investigaciones han identificado frecuencias asociadas con fallas de un solo punto, cuestiones más generales como la rugosidad no están tan bien caracterizadas, pero en general este es un método eficaz para maquinaria eléctrica y sistemas de motores.
La medición de la emisión infrarroja puede dar una idea del rendimiento de los rodamientos. El uso de equipos de termografía o cámaras infrarrojas puede medir la liberación de energía infrarroja y resaltar áreas donde las temperaturas varían. La lubricación inadecuada y otras fallas que afectan la velocidad o la carga pueden inducir variación de calor o sobrecalentamiento y el uso de infrarrojos puede identificar visualmente áreas de preocupación, lo que permite a los ingenieros ver la ubicación exacta de la falla potencial.
Esta técnica se basa en que el defecto produzca un exceso de calor, lo que significa que no siempre es lo suficientemente sensible como para detectar problemas tempranos o aquellos que no son lo suficientemente graves como para generar emisiones infrarrojas, pero permite un análisis rápido del estado de los rodamientos en muchos casos.
With bearings such a crucial component of many machines, monitoring their condition effectively should be a priority for any industrial operation. There are many techniques available to achieve this depending on the industrial operation, the type of machinery used and the equipment available.
The best method to monitor bearing condition will depend on the operation itself. Implementing a suitable method to measure bearing health and to detect and identify faults before they become more serious is an invaluable way to ensure bearing performance and to prevent failures, costly breakdowns, and unplanned downtime.
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