Caso de estudio: Rodamiento de baja velocidad en motor de horno – Detección de fallo mediante ultrasonidos
Inspección de rodamientos de baja velocidad a través de ultrasonido
El análisis de vibraciones ha sido, desde hace tiempo, la principal tecnología elegida para la inspección de rodamientos en equipos rotativos. Sin embargo, la tecnología de ultrasonidos va ganado peso en este campo, y cada vez es más común el uso de dicha tecnología como complemento del análisis de vibraciones, ayudando a los profesionales de mantenimiento a confirmar, evaluar y diagnosticar el estado de sus activos mecánicos.
Los equipos de inspección ultrasónica son dispositivos de una gran versatilidad, muy recomendables en plantas industriales que no cuenten con un programa de fiabilidad debidamente implantado o con personal altamente formado, y que precisen de dar un paso más allá en su fiabilidad. La implantación de la inspección por ultrasonidos ayudará a detectar fallos en rodamientos incluso en su etapa inicial, además de otros problemas de diversa índole.
En los casos en los que el análisis de vibraciones lo realiza un proveedor de servicios externo de forma periódica, es recomendable incorporar los ultrasonidos entre intervalos. Esto ayudará al equipo de mantenimiento a conocer el estado de sus activos más críticos y evitar paradas inesperadas; además, esto permitirá utilizar el tiempo del proveedor de servicios externo de manera más eficiente, porque ya se sabe si existen cambios en la condición en los activos que se monitorean con ultrasonidos. De este modo, el proveedor de servicios puede priorizar, en función de los resultados obtenidos con los ultrasonidos, donde aplicar sus recursos y donde poner mayores esfuerzos.
Otra situación en el que se puede utilizar la inspección por ultrasonidos antes o en lugar del análisis de vibraciones es en la monitorización de la condición de rodamientos de baja velocidad. Monitorizar rodamientos de baja velocidad con ultrasonidos es sencillo, dado que la mayoría de los instrumentos de inspección por ultrasonidos de última generación tienen un amplio rango de sensibilidad y ajuste de la banda de frecuencia de inspección. Por tanto, permiten escuchar la calidad acústica del sonido del rodamiento, especialmente a velocidades más lentas. En aplicaciones de rodamientos de velocidad extremadamente lenta (generalmente por debajo de 25 rpm), el rodamiento producirá poco ruido ultrasónico, salvo cuando comiencen a aparecer las primeras señales de daño, las cuales serán evidentes.
En estos casos, es importante no solo escuchar el sonido producido por el rodamiento, sino que también se debe analizar el archivo de sonido grabado por el instrumento en un software de análisis espectral, enfocándose en la forma de onda temporal (Time Wave Form) para detectar el menor indicio de anomalía. Si hay sonidos similares a un clic, es porque ha aparecido una deformidad. En la mayoría de los casos es posible establecer una línea base basada en el valor de decibelios emitido por el rodamiento, y monitorear los cambios en la condición respecto esa línea base. En los casos en los que esto no es posible, la comparación de los archivos de sonido será crucial para conocer la evolución del rodamiento.
El uso de ultrasonidos para identificar un defecto en un rodamiento de un motor de horno
Nos remontamos a una inspección con un instrumento de ultrasonidos en una instalación industrial en la que nos encontramos con un horno recién instalado. Este horno, de grandes dimensiones, mide unos 20 metros de largo y 5 metros de diámetro. El horno gira gracias a cuatro grandes motores entre 7 y 10 rpm. Cada motor cuenta con un juego de grandes rodamientos. Estamos ante un caso de rodamientos extremadamente lentos, los cuales son siempre un reto de cara a la inspección y monitorización de la condición.
Se usó el instrumento de inspección por ultrasonidos para inspeccionar todos los rodamientos. La mayoría presentaban un sonido uniforme y constante y una lectura de 0 dB, excepto uno. En uno de los rodamientos de este conjunto, el instrumento mostraba en pantalla 2dB en lugar de 0dB. Además, el sonido que se escuchaba a través de los auriculares era diferente: no era tan suave como en los otros rodamientos y tenía un sonido repetitivo de «golpeteo». Esto le dio al inspector una indicación de que podría haber un problema con ese rodamiento en particular.
Tras conocer la existencia de una posible anomalía mediante ultrasonidos, se tomó una muestra de grasa para confirmar si había algún daño en el rodamiento. Tras el análisis de la muestra de grasa se constata una contaminación por metal. La presencia de partículas metálicas confirmó el daño indicado por el instrumento ultrasónico.
El siguiente paso fue, obviamente, programar una parada del motor para reemplazar el rodamiento, que estaba en muy mal estado, como se puede ver en las imágenes. Parte de la pista exterior se desprendió al extraer el rodamiento. Al inspeccionarlo resultó evidente que la jaula estaba completamente rota, ya que uno de los elementos rodantes estaba girado 90 grados.
Inspección de rodamientos de baja velocidad a través de ultrasonidos: el método
Tal y como hemos podido comprobar, la tecnología de ultrasonidos es muy útil para inspeccionar y monitorizar el estado de rodamientos de baja velocidad, facilitando una advertencia de fallo incluso a velocidades extremadamente bajas, como en este ejemplo.
Con los rodamientos operando a velocidades normales, la inspección por ultrasonidos se puede reducir a trazar los cambios en los valores de dB, estableciendo alarmas de lubricación y daño en base a valores diferenciales por encima del valor de línea base o referencia.
Sin embargo, con los rodamientos de baja velocidad, comparar los niveles de dB y configurar alarmas no es suficiente: en muchas situaciones, la diferencia en los niveles de dB no será significativa o incluso inexistente; en ese caso, el inspector podría concluir erróneamente que se encuentra en buenas condiciones si se limita a trazar únicamente el valor de dB.
Como se ha comentado con anterioridad, para los rodamientos de baja velocidad se debe observar la calidad y el patrón del sonido que éstos emiten. Para ello, es necesario utilizar un instrumento de inspección con posibilidad de grabación de sonido, como el Ultraprobe 15.000 de UE Systems, y luego analizar el archivo de sonido en un software de análisis espectral, como Spectralyzer. Por lo tanto, los profesionales de mantenimiento pueden limitarse grabar el sonido producido por un rodamiento de baja velocidad en su ruta, abrir el archivo en Spectralyzer y analizarlo en el dominio del tiempo (Time Series).
Para este caso en concreto, la forma de onda evidencia, claramente, dónde el elemento rodante golpea la pista. Por lo tanto, el patrón de sonido es la fuente de información más fiable de cara a detectar un problema existente.
Por otro lado, el espectro de un sonido grabado en uno de los rodamientos en buen estado muestra una imagen muy diferente: un espectro muy uniforme sin cambios de amplitud reseñables.
Espectro de sonido de un rodamiento en buen estado. Muy uniforme y sin cambios de amplitud.
Espectro de sonido del rodamiento dañado, donde los picos de amplitud dan al inspector una clara señal de daño.
Este descubrimiento permitió evitar importantes pérdidas económicas para el propietario del horno, ya que se evitaron daños mayores en una máquina que requiere de maquinaria especial para su manipulación, así como repuestos especiales que precisan de un largo periodo de abastecimiento. Por suerte, la maquina se intervino en una parada planificada, y la reparación de la avería se redujo al alquiler de una grúa, el coste del rodamiento de repuesto y del de la mano de obra cualificada. En definitiva, nada en comparación con lo que podría haber supuesto un fallo catastrófico inesperado en esta máquina.
