Monitoreo de la condición de máquinas rotativas

Los máquinas rotativas desempeñan un papel fundamental en el funcionamiento de industrias como la del petróleo y gas y la manufactura industrial, y presentan retos específicos en comparación con los máquinas no rotativas. Las bombas, los motores, las cajas de engranajes y los compresores están sometidos a movimiento y vibraciones constantes, lo que dificulta la detección de posibles problemas, como desgaste de rodamientos, desalineación y desequilibrio.

Además, el aceite lubricante utilizado en las máquinas rotativas puede degradarse con el tiempo y provocar fallas. Así que, para hacer frente a estos retos, es necesario utilizar los sensores adecuados para monitorear diversos parámetros, como vibración, temperatura y condición del lubricante. Sin embargo, elegir los sensores adecuados puede resultar complicado.

Gracias a los avances tecnológicos, el mercado de estos sensores ha experimentado un rápido crecimiento en los últimos años, y comprender las complejidades y los factores que deben tenerse en cuenta al seleccionarlos es fundamental para garantizar un monitoreo confiable y eficiente.

Lo primero que se debe considerar al seleccionar estos sensores son los parámetros de medición. Existen varios tipos de sensores disponibles cada uno con sus propias ventajas y desventajas.

En el caso de bombas, motores, cajas de engranajes y compresores, los que se utilizan con mayor frecuencia son:

• Sensores de vibración para medir las vibraciones y oscilaciones producidas por las máquinas rotativas y detectar de manera temprana problemas mecánicos, como desgaste de rodamientos, desalineación y edesequilibrio.

• Sensores de temperatura para medir la temperatura de las máquinas rotativas y detectar con anticipación el sobrecalentamiento, que puede indicar posibles problemas eléctricos, mecánicos o de lubricación.

• Sensores de propiedades del aceite para evaluar la calidad del aceite lubricante de las máquinas rotativas e identificar a tiempo problemas como contaminación, oxidación y degradación.

• Sensores de presión para medir la presión en el interior de las bombas y los compresores, y detectar de manera oportuna problemas como fugas y la disminución del rendimiento de las bombas.

• Sensores de potencia (detección de tensión y corriente) para monitorear el rendimiento eléctrico de las máquinas y proporcionar datos sobre la tensión y la corriente que reciben. Esta información resulta útil para detectar problemas tales como fluctuaciones de tensión y aumento de la carga en el motor, lo cual puede indicar fallas en el sistema eléctrico o en la propia máquina.

• Sensores de flujo magnético (campo B) para monitorear el campo magnético generado por la máquina y proporcionar datos sobre la magnitud y la dirección del campo. Aunque es menos común, puede utilizarse para detectar si el equipo está energizado y aportar información adicional junto con otros sensores.

• Sensores de ruido acústico (ultrasonidos) para monitorear el sonido generado por las máquinas y proporcionar datos sobre la frecuencia y la intensidad del ruido, lo que resulta valioso para detectar problemas como aumento en la vibración, que pudiese indicar fallas en la máquina, como piezas sueltas o desgaste mecánico.

Además de los parámetros de medición, seleccionar el sensor adecuado para una aplicación específica depende en gran medida de los requisitos y objetivos del programa de monitoreo de condiciones. Por ejemplo, tal vez es mejor utilizar sensores de vibración y temperatura para aplicaciones de fabricación industrial, porque estos sensores, cuando son confiables y precisos, pueden alertar con anticipación sobre el desgaste de los rodamientos en los motores y la desalineación de los ejes, así como detectar la cavitación y los problemas de instalación en las bombas. Estas mediciones, y el monitoreo de la temperatura, pueden ayudar a predecir problemas que podrían afectar la producción.

Al seleccionar sensores para aplicaciones en cajas de engranajes, es recomendable combinar sensores de calidad del aceite con sensores de vibración. Los sensores de propiedades del aceite proporcionan información fundamental sobre la calidad del aceite lubricante, y los de vibración de alta frecuencia ayudan a identificar con anticipación el desgaste de los engranajes, lo que puede prolongar la vida útil de los equipos y reducir significativamente los tiempos de inactividad.

• Calibración
  Es importante calibrar los sensores para garantizar la precisión a lo largo del tiempo. El sensor ideal vendrá calibrado de fábrica y contará con una alta estabilidad, lo que reducirá o eliminará la necesidad de realizar calibraciones periódicas.

• Repetibilidad y estabilidad
  La repetibilidad y la estabilidad se refieren a la capacidad de los sensores para generar resultados uniformes y precisos a lo largo del tiempo. La confiabilidad y la precisión de los sensores pueden verse afectadas por factores como temperatura, humedad y lvibración; por lo tanto, es importante elegir sensores robustos que estén diseñados para funcionar de manera constante en estas condiciones.

• Precisión
  La precisión de los sensores es fundamental para garantizar que los datos recopilados sean confiables y de utilidad. La precisión de los sensores debe evaluarse en función de los requisitos de cada aplicación específica y del tipo de información que se monitorea.

• Ruido acústico
  Los sensores de ruido (ultrasonidos) monitorean el sonido generado por las máquinas y proporcionan datos sobre la frecuencia y la intensidad del ruido. lo que resulta valioso para detectar problemas como aumento en la vibración, que pudiese indicar fallas en la máquina, como piezas sueltas o desgaste mecánico.

• Durabilidad
  La durabilidad de los sensores es importante para garantizar que funcionen con eficiencia a lo largo del tiempo, tengan menor probabilidad de sufrir daños o fallas y proporcionen mediciones precisas durante más tiempo. Por lo tanto, seleccionar sensores con carcasa IP6X es una forma eficaz de garantizar esa durabilidad y ofrecer precisión a largo plazo.

• Sensibilidad
  Además de ser robustos para mantener su estabilidad, los sensores también deben ser sensibles. La sensibilidad se refiere a la capacidad de los sensores para detectar pequeños cambios en el parámetro que se monitorea. Y, para monitorear condiciones con eficiencia, es importante elegir sensores con alta sensibilidad y capaces de detectar esos cambios.
  
  Los sensores de vibración con tecnología piezoeléctrica, por ejemplo, se caracterizan por funcionar en rangos de frecuencia más altos, lo que brinda información más detallada sobre las vibraciones de las máquinas para detectar posibles problemas con anticipación. Por otro lado, la tecnología de los sistemas microelectromecánicos (MEMS) se utiliza en gran parte en los sistemas de monitoreo de condiciones debido a su bajo costo y tamaño compacto. Sin embargo, suelen tener un rango de frecuencia más bajo en comparación con los sensores piezoeléctricos y es posible que no ofrezcan el mismo nivel de sensibilidad y precisión al detectar las primeras señales de falla en los equipos, cuya identificación temprana es esencial para minimizar los tiempos de inactividad no programados.

• Condiciones ambientales
  Es importante considerar la exposición frecuente y prolongada a temperaturas extremas, vibraciones, corrosión, contaminantes, humedad, altas presiones e impactos. Así que los sensores seleccionados deben tener la sensibilidad suficiente para detectar cambios en los parámetros clave y la robustez necesaria para tolerar estas condiciones exigentes. Se recomienda elegir diseños encapsulados, con grado de protección IP6X y certificaciones ATEX y de seguridad intrínseca.

• Evaluar opciones con cable y las inalámbricas
  Los sensores con cable proporcionan una conexión directa entre la máquina que se monitorea y el sistema de supervisión y control, lo que puede ofrecer una señal más estable y confiable. Sin embargo, instalar sensores con cable en plantas de manufactura existentes puede resultar más complejo y costoso. Por otro lado, los sensores inalámbricos pueden ser más fáciles de instalar y, con frecuencia, ofrecen mayor flexibilidad en cuanto a su ubicación y movilidad. No obstante, muchos sensores inalámbricos funcionan con baterías, por lo que es importante considerar su vida útil y el reemplazo.
  
  Los sensores con electrónica de bajo consumo y procesamiento en el borde pueden prolongar considerablemente la vida útil de la batería. Al decidir entre sensores con cable e inalámbricos, es importante considerar la compatibilidad conlos sistemas actuales. Si ya se cuenta con sensores con cable, se recomienda seguir utilizándolos, ya que suele ser una opción más rentable y sencilla. Por otro lado, si se desea actualizar el sistema o la meta es mayor flexibilidad en cuanto a la ubicación de los sensores, los inalámbricos podrían ser la mejor opción.

• Protocolo de comunicación
  . Los sensores para el monitoreo de condiciones suelen utilizar diferentes protocolos de comunicación para la transferencia de datos y es importante verificar que los sensores y los sistemas de monitoreo y control sean compatibles con tal protocolo. Los dos más utilizados son Bluetooth, para aplicaciones de corto alcance, y LoRaWAN, para las más remotas en las que los sensores se encuentran a mayor distancia entre sí. Al evaluar la compatibilidad, también se deben tomar en cuenta los requisitos de alimentación.

• Sensores con configuración, tamaño y factor de forma sencillos
  Los sensores con procedimientos de instalación eficientes y directos facilitan la instalación, ya que las interfaces fáciles de usar son más sencillas de instalar y configurar. Además, el tamaño y el diseño también pueden influir en la facilidad de instalación y mantenimiento porque los sensores compactos y ligeros se integran con más facilidad en los equipos.