Detectando Fallas Prematuras en Rodamientos

Transcripción

1 Art. 001 WAL Engineering Detectando Fallas Prematuras en Rodamientos Los Fabricantes de rodamientos durante muchos años han alertado acerca de la relación que tiene una alta temperatura con la vida útil del rodamiento, por lo que han diseñado formulas para calcular rangos de temperatura adecuados de funcionamiento del rodamiento; los resultados arrojan una franja de temperatura donde tanto el rodamiento como el lubricante operaran a su máximo desempeño con el mínimo esfuerzo. Una vez fuera de este rango ideal de temperatura de operación, ocurrirá un proceso de degradación en un corto lapso. El siguiente artículo describe algunos métodos basados en la franja de temperatura para determinar el estado del rodamiento y su expectativa de vida, tanto en planta como en campo. Fig. 1 Franja de Temperatura de Operación del Rodamiento 1 La Figura 1. Muestra el rango térmico típico del elemento rodante de un rodamiento, hay que tomar en cuenta que el metal con el que está hecho el rodamiento usualmente es más alto (entre 10ºC a 25ºC) que la temperatura de un aceite tomando como referencia un rodamiento lubricado a través de un sistema de circulación por aceite. La zona verde representa el punto ideal tanto para el rodamiento como para el lubricante; operar en la zona amarilla reducirá la vida del lubricante y del rodamiento; y si el rodamiento trabaja en la zona roja, se esperara un fallo prematuro del rodamiento en un plazo de tiempo corto. Hay diferentes franjas de temperaturas para diferentes combinaciones de lubricante-rodamiento, pero en general seguirán la misma indicación en cuanto a cual es el mejor rango de temperatura para el rodamiento en operación y de igual manera el efecto en desgaste y falla acelerado. En la gran mayoría de lubricantes un incremento de 15ºC por arriba de los 70ºC la vida del lubricante se reduce a la mitad y tendrá un efecto negativo en la vida del rodamiento, cualquier aceite mineral trabajando a una temperatura superior a los 80ºC ó 90ºC vera drásticamente su vida reducida, en

2 Cualquiera de estos dos escenarios las temperatura del rodamiento deberá exceder el máximo índice tanto del rodamiento como del lubricante. Monitoreando la condición del rodamiento Los rodamientos en un equipo generalmente son monitoreados a través de análisis de vibración, análisis de aceite y/o técnicas de ultrasonido, a través de estas técnicas es posible comparar estado actual contra un histórico o tendencia y de forma efectiva valorar la vida del rodamiento en el equipo. La temperatura se incrementa debido a un aumento en la fricción la cual en la mayoría de textos 2 no es considerada como un síntoma de falla de rodamientos hasta una etapa categoría 3 de falla. Por lo tanto, si la temperatura es un método confiable para predecir la vida del rodamiento Por qué es ignorada hasta cuando ya es demasiado tarde? El monitorio de temperatura usando la tecnología de termografía ha sido considerada no tan confiable debido a demasiadas variables tales como: temperatura ambiente, velocidad, carga y tiempo de funcionamiento las cuales tienen una marcada influencia en la temperatura del rodamiento. Este artículo se basa en la comparación de idénticos o cuasi-idénticos rodamientos montados en el mismo eje lo cual anula el efecto de las variables antes mencionadas debido a que son comunes para los dos rodamientos. La diferencia de temperatura remanente entre los dos rodamientos montados en el mismo eje bajo la misma carga, será resultado exclusivo de la fricción, un indicador en la falla del rodamiento. En la mayoría de los casos análisis de vibración como de aceite siguen siendo las técnicas adecuadas para monitorear la condición del rodamiento. Desafortunadamente muchas veces no es posible o asequible el uso de estas técnicas en ambientes hostiles de producción, cualquier ambiente donde el personal o técnicos de estas áreas no pueden accesar de manera segura sin cortar la corriente del equipo, o accesar a la maquina debido a condiciones peligrosas o de difícil acceso hacen del análisis de vibraciones o del análisis de aceite en la mayoría de los casos una técnica muy costosa o imposible. Hay muchas industrias donde la falla de un rodamiento representa una pérdida catastrófica aun así el monitoreo de vibraciones no es práctico. La industria de pulpa y papel, procesos químicos y metalúrgica tan solo son unos ejemplos de industrias que dependen altamente del uso de rodamientos, pero donde la accesibilidad es un problema a considerar.

3 Sensores infrarrojos Fuera de la industria de transformación, otros campos son de manera similar afectados, ruedas en ferrocarriles son un caso especifico: existen trenes subterráneos, donde no hay lugares adecuados para llevar a cabo los monitoreos utilizando las técnicas señaladas con anterioridad debido a que se están moviendo, además de que no son métodos prácticos para monitorear todas las ruedas de los trenes en un tiempo adecuado debido al gran numero de ellos en uso, el único método practico para detectar una falla próxima del rodamiento es usando las llamadas detectores de cajas calientes, las cuales no son más que sensores infrarrojos localizado a lo largo de las vías los cuales detectan altas temperaturas en los rodamientos de las ruedas mientras el tren pasa. Esta técnica es extremadamente limitada y solo puede detectar fallas de rodamientos en una etapa no. 4 en la cual una falla catastrófica es inminente. Una alarma requiere una acción inmediata de emergencia la cual ocasiona problemas en la programación de los trenes y es extremadamente costosa. Cuando alguno de estos sensores no detecta el fallo en un rodamiento o no es atendida de manera eficaz el resultado de un rodamiento fallado en la rueda de un ferrocarril puede provocar un descarrilamiento, derrames de químicos o desechos tóxicos, perdida o daño en mercancías e incluso pérdidas de vidas humanas. Estudiando temperaturas Si la temperatura del rodamiento cambia debido a un problema relacionado con el mantenimiento este puede ser aislado de otros factores que contribuyen a una alza de temperatura en el rodamiento, un dispositivo propiamente diseñado puede detectar la falla de un rodamiento en etapa no. 2. Actualmente una nueva técnica está siendo evaluada la cual traería significantes beneficios a las industrias que requieren analizar el estado de sus rodamientos y lubricante en condiciones de difícil acceso. El corazón de esta técnica está basado en la en la cancelación de todas las variables térmicas excepto el incremente de la temperatura del rodamiento por causa de desgaste o falla del lubricante. El procedimiento toma en cuenta la temperatura de cada rodamiento montado en un mismo eje y compara estos datos, debido a que la carga, la velocidad, la temperatura ambiente y el tiempo de trabajo son los mismos para cada rodamiento en el mismo eje estos efectos son cancelados. Cada variación de temperatura grabada es el resultado de un mantenimiento no deseado o condiciones de reparación tales como un rodamiento escaso de lubricante o con exceso, daño de rodamiento, desalineación o alguna condición de soltura. Si alguno de estos rodamientos esta 15ºC mas caliente que el otro rodamiento en el mismo eje la condición del rodamiento estará entonces comprometida por lo que la causa raíz de este aumento deberá ser determinada.

4 Finalmente esta técnica nunca será tan precisa como análisis de vibraciones o de aceite, pero en maquinas de difícil acceso o de riesgo donde estas técnicas no son una opción, proveerá un alto nivel de monitoreo de condición el cual no estaba disponible en el pasado. Las cuatro etapas de falla en un rodamiento. Etapa 1. La identificación más rápida de falla en un rodamiento usando análisis de vibración. Las señales aparecen en la frecuencia ultrasónica de alrededor de 250Hz a 350Hz. En este punto hay un aproximado entre un 10% a un 20% de vida remanente en el rodamiento. Etapa 2. La falla del rodamiento comienza a sonar y su señal de frecuencia natural (500Hz a 2000Hz) aparece en la primer harmónica de falla de rodamiento. 5% a 10% de vida remanente. Etapa 3. Las harmónicas de fallas de rodamientos en la frecuencia fundamental ahora son aparentes. Daños en pista interior como exterior son visibles, el incremento de temperatura es aparente. 1% a 5% de vida remanente del rodamiento. Etapa 4. El fallo del rodamiento es percibido por una alta vibración. La fundamental y la harmónica de hecho disminuye, el ruido ultrasónico casual se incrementa, la temperatura se eleva de manera rápida. Vida remanente entre 1 hora a 1%. Referencias 1. Catalogo general de rodamientos SKF 2. Entek IRD Volumen I, análisis de vibraciones p Si tiene usted comentarios o dudas al respecto en WAL Engineering contamos con un gran departamento que con gusto ponemos a su disposición para alcanzar las metas fijadas para su departamento, ofreciendo los siguientes servicios: I-RCM (Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad) RCFA (Análisis de causa raíz de fallas) Revisión en sus prácticas de mantenimiento (Conocimientos técnicos y Herramienta necesaria) Desarrollo de KPI s Consolidación de lubricación Revisión de aplicación de rodamientos en procesos críticos

5 Manejo y Almacenaje de rodamientos Estandarización y actualización en números de parte de rodamientos. De igual forma ponemos a su disposición nuestros siguientes programas de capacitación: RCM (Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad) RBI (Inspección basada en riesgo) RBM (Mantenimiento basado en riesgo) Aplicación y selección de Rodamientos Básico Aplicación y selección de Rodamientos Avanzado Aplicación y selección de rodamientos en motores eléctricos Aplicación y selección de rodamientos en bombas Aplicación y selección de rodamientos en reductores Aplicación de rodamientos en industria cementera Aplicación de rodamientos en industria papelera Aplicación de rodamientos en industria de alimentos y farmacéutica Aplicación de rodamientos en industria del acero Aplicación de rodamientos en industria de manejo de materiales Para mayor información de estos y otros cursos no dude en contactarnos: fernando.perez@wal-eng.com daniel.amador@wal-eng.com Móvil. +52 (222) (222)