Monitoreo de vibraciones en la industria cementera
Monitoreo de vibraciones para aumentar la eficiencia
En este artículo, Chris Hansford, director general de Hansford Sensors, explica cómo el mantenimiento predictivo, en particular el monitoreo de vibraciones, ayuda a maximizar la eficiencia de la maquinaria utilizada en la fabricación de cemento al reducir el tiempo de inactividad al mínimo. Incluye consejos sobre cómo especificar e instalar soluciones adecuadas.
El entorno hostil de la fabricación de cemento
La fabricación de cemento es uno de los procesos de producción más agresivos. Los productos químicos utilizados para producir cemento Portland y de mampostería, en particular silicatos, aluminatos y aluminoferritas, se combinan para crear altos niveles de partículas finas que causan problemas importantes para los equipos de producción y manipulación.
Los componentes giratorios corren el mayor riesgo y se encuentran comúnmente en motores, bombas y ventiladores utilizados en trituradoras, molinos, precipitadores, hornos y silos.
Aunque los equipos con piezas móviles suelen estar provistos de cubiertas protectoras o sellados según altos estándares de IP, es imposible evitar la entrada de partículas finas, típicamente de entre 15 y 45 micras de tamaño. Esto afecta a la eficiencia del lubricante, aumenta el desgaste en rodamientos, ejes y juntas, y eleva el riesgo de fallo prematuro, especialmente en zonas de alta temperatura.
Cómo la vibración revela el desgaste mecánico
Las piezas giratorias desgastadas aumentan las tolerancias internas, lo que provoca desequilibrio mecánico, componentes sueltos y piezas rozando entre sí. Estos problemas se manifiestan en forma de vibración, que puede ser detectada por sensores adecuados.
Debido a que los sensores de vibración pueden detectar niveles de vibración muy bajos y pequeños cambios entre los estados de vibración, es posible evaluar las tasas de desgaste y tomar medidas correctivas antes de que se desarrollen fallas.
Mejorando la eficiencia en un mercado en crecimiento
El mercado del cemento está creciendo rápidamente, y los productores más eficientes están mejor posicionados para aprovechar este crecimiento.
Se pronosticaba que los volúmenes mundiales de cemento crecerían a una tasa de crecimiento anual compuesta del 4,9 por ciento hasta 2017, con un aumento significativo del consumo per cápita. Otros analistas de la industria predicen un crecimiento continuo de alrededor del 4 por ciento anual.
Para operar de forma rentable en un mercado tan competitivo y sensible a los costos, los proveedores deben garantizar la máxima fiabilidad bajo condiciones exigentes. Muchas plantas cementeras operan por debajo de su capacidad debido en parte al tiempo de mantenimiento.
La optimización de los sistemas existentes mediante la monitorización de vibraciones puede reducir significativamente el tiempo de mantenimiento y aumentar la productividad.
El papel del monitoreo de vibraciones
Los equipos de monitoreo de vibraciones se desarrollaron originalmente para ayudar a la fabricación industrial y a las industrias de procesos a mejorar la productividad y la rentabilidad.
En los últimos años, la industria ha pasado del mantenimiento reactivo a estrategias de mantenimiento predictivo a largo plazo. Estos enfoques se aplican a menudo a todo el proceso y tienen como objetivo maximizar el tiempo de actividad al tiempo que reducen los costos operativos. Los sensores de vibración son un elemento crítico en esta estrategia.
Cómo funcionan los sensores de vibración
Los sensores de vibración, también conocidos como acelerómetros, contienen un cristal piezoeléctrico unido a una masa. Cuando se someten a vibración, la masa comprime el cristal, produciendo una señal eléctrica proporcional a la fuerza aplicada.
Esta señal se amplifica y acondiciona para crear una salida medible adecuada para la adquisición de datos o sistemas de control.
Los datos de los acelerómetros montados en ubicaciones clave se pueden recopilar utilizando recolectores de datos portátiles o enrutarse a través de cajas de interruptores a sistemas centralizados para un monitoreo continuo.
Activos clave para monitorear en la fabricación de cemento
En las plantas de cemento, los componentes clave que se deben monitorear incluyen los motores y los conjuntos de engranajes en los accionamientos de los hornos, trituradoras, cribas, cintas transportadoras, molinos de crudo, elevadores, separadores y sopladores.
La selección correcta del sensor es fundamental para un funcionamiento fiable, una instalación sencilla y una recopilación de datos precisa. En algunas aplicaciones, se pueden preferir sensores de entrada lateral para evitar daños por residuos. En zonas de alta temperatura, se deben utilizar sensores debidamente protegidos.
Especificación e instalación de acelerómetros
Para especificar correctamente un acelerómetro, los ingenieros deben considerar los niveles de vibración, los rangos de frecuencia, las condiciones ambientales como la temperatura y la presencia de sustancias químicas corrosivas.
Las consideraciones adicionales incluyen si la atmósfera es combustible y si existen restricciones de peso.
Trabajar en estrecha colaboración con el proveedor de sensores garantiza un rendimiento correcto. Hansford Sensors ofrece una amplia gama de sensores de vibración diseñados para soportar las duras condiciones de la fabricación de cemento, con múltiples opciones de conexión, salida y ambientales.
Importancia de la instalación correcta
Los acelerómetros son tan eficaces como su instalación. Una instalación o un mantenimiento deficientes comprometen la precisión y la longevidad.
El monitoreo de condición depende de la estabilidad. Un acelerómetro mal montado puede producir lecturas que reflejan inestabilidad del sensor en lugar de cambios en la condición de la máquina.
Los acelerómetros modernos operan en amplios rangos de temperatura y ofrecen una alta precisión con baja histéresis. Las carcasas de acero inoxidable evitan la entrada de contaminantes.
Los acelerómetros deben montarse directamente en las máquinas sobre superficies planas, lisas y sin pintar que sean más grandes que la base del sensor, libres de grasa y aceite, lo más cerca posible de la fuente de vibración y perpendiculares al eje de rotación.
Métodos de montaje y direcciones de medición
La instalación correcta del sensor es fundamental para detectar desequilibrios, desalineaciones, defectos en los rodamientos, holgura mecánica, fuerzas hidráulicas y rozamientos.
Para la medición horizontal, los sensores deben montarse en los rodamientos del motor o de la bomba para detectar desequilibrios y problemas en la cimentación.
Para la medición vertical, los sensores deben montarse en los cojinetes del lado de accionamiento para detectar holguras y problemas estructurales.
Para la medición axial, los sensores deben montarse en los cojinetes del extremo de accionamiento para detectar la desalineación.
Dependiendo de la criticidad y el presupuesto, se pueden instalar sensores adicionales, aunque los motores y las cajas de cambios siguen siendo los componentes más importantes a monitorizar.
Ejemplos típicos de ubicación de sensores
En un motor de trituradora típico, los acelerómetros se montan radialmente en el extremo de accionamiento y en el extremo sin accionamiento para supervisar el estado de los rodamientos.
En las cajas de engranajes, los sensores se montan radialmente en los ejes de entrada y salida para supervisar los rodamientos y el desequilibrio del ventilador, con sensores axiales opcionales para supervisar el empuje.
Las plantas de cemento suelen utilizar acelerómetros de 4 a 20 miliamperios conectados a sistemas PLC mediante cajas de conexiones locales y cables de par trenzado apantallado multipolar para la tendencia de datos y las alarmas.
Recopilación y análisis de datos
El monitoreo de vibraciones fuera de línea se realiza utilizando recolectores de datos portátiles, ya sea con sensores temporales o dispositivos de mano conectados a sensores instalados permanentemente.
Los equipos de mantenimiento desarrollan rutas de recopilación de datos basadas en la criticidad de los equipos para maximizar la eficiencia.
Cada vez más, los sensores están conectados por cable a sistemas de control centralizados para la monitorización en tiempo real, lo que es más eficiente y seguro, aunque más costoso.
Independientemente del método de captura de datos, es fundamental analizar los rangos de frecuencia adecuados en función de los componentes que giran más rápido para evitar una interpretación errónea.
Uso de datos de vibración para mejorar la fiabilidad
Un análisis cuidadoso de los datos puede revelar problemas como cojinetes desalineados, componentes sueltos, acoplamientos secos o acumulación de polvo que causan desequilibrio.
El monitoreo de vibraciones advierte a los ingenieros sobre los problemas antes de que se produzcan más daños, incluso cuando la causa raíz es inesperada.
Resumen: Mejores Consejos
Identifique el nivel de vibración y el rango de frecuencia
Este es el primer paso antes de seleccionar un sistema de monitoreo de vibraciones. También se deben considerar la temperatura y la humedad.
Considere el entorno de trabajo
La fabricación de cemento es muy exigente. Los sensores deben estar sellados a altos niveles y soportar altas temperaturas y productos químicos corrosivos.
Monitoreo en línea o fuera de línea
Los sistemas en línea se conectan directamente con los PLC. Los sistemas fuera de línea dependen de colectores de datos portátiles.
Instalar cerca de la fuente de vibración
Los acelerómetros deben montarse lo más cerca posible de la fuente de vibración.
Establecer una red de monitoreo
Una red de sensores dedicada mejora la eficiencia y previene fallos.
Maximizar la estabilidad
Un montaje estable es fundamental. Considere cuidadosamente los métodos de perforación, roscado o encolado.
Maquinistas de tren
La formación reduce el error humano. Organizaciones como el Instituto Británico de Ensayos No Destructivos proporcionan la formación adecuada.
Utilizar los datos de vibración de manera eficaz
Ignorar las advertencias arriesga fallas costosas. El mantenimiento temprano siempre es preferible.
Consulte a un experto
El asesoramiento profesional es fundamental. Trabajar con un proveedor experimentado como Hansford Sensors garantiza la mejor especificación.
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