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La Monitorización de
Condiciones gana interés en Aerogeneradores de Velocidad de Rotación
Fija con Potencia hasta 1.500 Kilovatios. Una contribución de
Dr. Edwin Becker y Roland Schühle.
Mediciones mas
allá de dos Condiciones de Operación
Las técnicas de mantenimiento
predictivo mediante la monitorización de condiciones de operación de
maquinaria cuenta con tecnología de punta y ha sido implementada en
diferentes aplicaciones industriales. Los incrementos de los costos y la
tendencia a alargar los tiempos de operación de las máquinas son
demandas decisivas para la introducción de este concepto de
mantenimiento. El requerimiento de Sistemas de Monitorización de
Condiciones (CMS) en la industria de generación eólica tuvo como base la
revisión de cláusulas de las aseguradoras alemanas en el ano 2002. Esta
revisión establecen que después de 40.000 horas de operación o, a más
tardar, después de 5 años, todos los rodamientos de la transmisión y del
generador deben ser cambiados. Esta cláusula excluye toda planta eólica
que este equipadas con un Sistemas de Monitorización de Condiciones
“adecuadao” y cerificado. Actualmente se incluye esta cláusula en casi
todos los contratos de las aseguradoras. Los operadores de
aerogeneradores pequeños se plantean con justa razón las siguientes
preguntas: ¿Por qué deberían ser usados solamente sistemas caros que
estén certificados? y ¿Por qué es necesario transmitir demasiados datos
con los sistemas de monitorización de
condiciones? Estos operadores desean sistemas de monitorización más
económicos con un diagnóstico del estado in situ. Nuestra empresa tomó
en cuenta este problema desarrolló un sistema de monitorización llamado
Vibnode, el cual es también aplicable a aerogeneradores pequeños.
Técnicas de Monitorización de Condiciones en
Aerogeneradores
La Monitorización de
Condiciones se basa en el registro de señales de vibraciones del
mecanismo de transmisión para luego ser comparados con mediciones de
referencia. Las cajas reductoras, generadores, rodamientos, rotores y
componentes eléctricos tienen formas típicas y frecuencias
características en los espectros de vibraciones, en el cual las fallas
pueden ser detectadas. El presente artículo destaca con un ejemplo del
sistema Vibnode, los aspectos importantes a considerar en la
monitorización de un aerogenerador.
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Figura 1:
Concepto del sistema Vibnode
CMS para Aerogeneradores de Velocidad
Constante
El Vibnode es esencialmente
igual al CMS certificado Vibroweb XP, excepto que no posee algunas
funciones adicionales necesarias para aerogeneradores que trabajan a
velocidad variable. Sin embargo, ofrece un registro permanente del
funcionamiento, estado y comportamiento de las vibraciones, lo cual va
más allá de los sistemas certificados actuales.
Vibnode trabaja de forma
autónoma y es apto para trabajar en red. El sistema posee doce entradas
analógicas, dos entradas de impulsos, dos entradas digitales y tres
salidas digitales. En su robusta caja se ubican un procesador, un
analizador FFT, servidor Web y memoria de datos para períodos
prolongados. Para el envío de correos electrónicos y datos de medición
el Vibnode utiliza HTTP y no componentes FTP. El Vibnode ya es
reconocido por aseguradoras de prestigio para aerogeneradores de hasta
1500 kW y está funcionando en varias partes del mundo.
Vibnode presenta las
siguientes características:
¾
El hardware es adaptable a unidades de velocidad
fija.
¾
Los parámetros de vibraciones, estado y
diagnósticos son registrados permanentemente en todas las condiciones de
operación.
¾
La evaluación preliminar y el
análisis en detalle son realizados en forma independiente.
¾
La alerta automática y transmisión remota de datos no
utiliza FTP.
¾
Una central de diagnóstico (Diagnosis-Center) para
el almacenamiento y disposición de los datos de medición.
El Vibnode es montado en la
góndola y conectado a los sensores instalados en los mecanismos de la
transmisión. El sistema requiere una alimentación de 24 VDC. Para la
comunicación necesita una conexión a una red convencional. Ambas
conexiones pueden ser instaladas fácilmente por un técnico electricista.
Opcionalmente se puede agregar una fuente de alimentación y hacer la
comunicación TCP/IP vía modem. Las funcionalidades de router se
encuentran ya integradas en el sistema.
Vibnode supervisa el
comportamiento de las vibraciones propias y de operación, estado y
funcionamiento de los mecanismo de la transmisión de velocidad fija, con
especial consideración en los sistemas de engranajes y rodamientos. Para
esto se instalan sensores de aceleración y de desplazamiento en puntos
de medición estándar (figura 2). Se puede conectar opcionalmente un
contador de partículas. Los sensores de desplazamiento son utilizados en
el sector de operación a baja velocidad donde los rangos estándar de
diagnóstico están por fuera. En forma similar sucede, por ejemplo, en
una rueda de coche. Debajo de cierta velocidad no es posible sentir un
desequilibrio en el volante, sino que este se siente “sólo” como “un
movimiento superpuesto” de las ruedas del coche. Es por esta razón que
en el modulo del Vibnode se instala al menos un sensor de desplazamiento
en el lado accionamiento, con el fin de poder detectar a tiempo y de
forma fiable incrementos de holguras, cambios en los rodamientos y en
las vibraciones en dirección axial. Opcionalmente pueden ser montados
sensores radiales de desplazamiento a 90º en el área del rodamiento
principal.
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Figura
2 : Puntos de Medición Típicos en un Tren de Potencia Eólico.
Software para Base de Datos
El Vibnode utiliza un
software de PC para base de datos que permite analizar, almacenar y
documentar los datos de medición, así como para programar la
monitorización de las condiciones. Las tareas de monitoreo, los puntos
de medición, así como el nombre del operador del parque, nombre del
parque, número de identificación del aerogenerador y del componente del
tren de potencia son mostrados y descritos claramente en una estructura
jerárquica tipo árbol. En esta estructura los datos son registrados con
la fecha de medición.
Cuando se activa una alarma,
Omnitrend guía al usuario con la ayuda de símbolos coloreados a través
del árbol hasta el punto correspondiente al origen de la alarma.
Mediante esta estructuración se pueden comparar los datos de diferentes
máquinas y aprovechar las funcionalidades de una base de datos.
Con el módulo opcional
WebReport, los operadores pueden descargar por sí mismo los datos de
medición directamente del Sistema de Monitorización de Condiciones.
Monitorización Permanente de Vibraciones
y Valores Característicos
La experiencia con sistemas
certificados ha demostrado que para cada aerogenerador y tipo de
funcionamiento se reúnen entre 1 a 2 MB de datos de medición por día. La
certificación exige que los resultados de las mediciones para las dos
condiciones de operación sean transferidos completamente al centro de
diagnóstico. Para una aplicación típica de una transmisión piñón/rueda
y/o engranajes planetarios se pueden obtener alrededor de 200 valores
característicos, los cuales deben ser supervisados por especialistas en
diagnóstico. En este caso la pregunta es: ¿Es posible que estas
actividades rutinarias no sean realizadas directamente por el Sistema de
Monitorización de Condiciones? ¿Por qué limitar las mediciones a dos
condiciones de operación?
El
Vibnode permite realizar el análisis de frecuencias permanentemente.
Para cada punto de medición es posible supervisar hasta 25 valores
característicos en cada análisis de frecuencia (basados en valores picos
y valores rms) sobre todo el rango de operación. El análisis en las
bandas de frecuencias puede definirse en forma estacionaria o
dependiente de la velocidad de rotación de la máquina, estas se pueden
superponer sin problemas por que ellas son independientes entre sí. El
siguiente ejemplo muestra por que es importante medir en todo el rango
de operación.
La figura 3a muestra las
vibraciones características de un rodamiento autoalineante de bolas. Se
pueden identificar en estas mediciones permanentes amplitudes superiores
a 1 m/s2 así como también en amplitudes con rangos mucho más
bajos. Estas diferencias en los
niveles de vibración son causadas por daños parciales en la pista
interna del rodamiento autoalineante ubicado en la parte del tren motriz
mostrada en la fig. 3b en color rojo. Si la carga es predominante en su
componente axial, el daño en la pista del rodamiento no generará altas
vibraciones. Este tipo de daños sería difícil de reconocer con
mediciones portátiles o con una selección incorrecta de las condiciones
de operación.
Figura 3a:
Fallo en pista interna del rodamiento „produce“ diferentes señales en el
especto de envolvente.
Figura 3b:
Daños parciales en la pista del rodamiento autoalineante del eje
intermedio.
Independiente Evaluación Previa y Análisis en Detalle.
La cantidad de datos a
procesar por los Sistemas de Monitorización de Condiciones es enorme. La
mayoría de los sistemas (certificados) CMS reduce la cantidad de datos
procesando previamente el espectro de frecuencia a partir de las señales
de tiempo y guardándolos o enviándolos en paquetes de datos pequeños,
independientemente de que sean señales de desplazamiento, velocidad o
envolventes.
Vibnode ofrece la
posibilidad de que los usuarios con derechos de administrador puedan
definir como se debe proceder con los espectros de frecuencia. Los
siguientes tres casos son posibles y combinables:
¾
Todos los espectros medidos serán enviados y/o
almacenados. Nosotros utilizamos este caso, por ejemplo, para la puesta
en marcha para un nuevo Sistema de Monitorización de Condiciones.
¾
Los espectros de frecuencias se envían tres veces por día.
Este procedimiento es necesario según las normas de las aseguradoras.
¾
Los espectros de frecuencias se envían solamente después
de sobrepasar un nivel de alarma. Vibnode evalúa los valores
característicos en forma autónoma y envía automáticamente al Centro de
Diagnóstico los correspondientes espectros de frecuencias tan pronto uno
o más de los valores límites ha sido sobrepasado.
Aviso de Alarma y Transmisión de Datos Automáticos
La comunicación entre
el Vibnode en el aerogenerador y el Centro de Diagnóstico se lleva a
cabo automáticamente por medio de correo electrónico con los datos
adjuntos. Esto se puede llevar a cabo de las siguientes maneras:
¾
Diariamente y en períodos de tiempo definidos se envía un
email con los datos de operación.
¾
Diariamente se envían los datos de vibraciones, operación
y valores característicos de diagnóstico.
¾
En períodos definidos y dependientes de las condiciones se
envían los espectros de frecuencia.
¾
Enviar inmediatamente notificaciones de alarmas y
emergencias.
¾
Enviar inmediatamente espectros de frecuencia al ocurrir
una irregularidad.
La identificación del correo
electrónico se realiza en el servidor del correo por medio del
encabezado. Debido a que Vibnode es compatible con Ethernet, el Sistema
de Monitorización de Condiciones puede ser integrado a redes y a líneas
de conexión de banda ancha (por ej. DSL, Figura 4). Si no se dispone de
una red, la comunicación se lleva a cabo mediante un módem, el cual
puede ser instalado en forma adicional en el gabinete del equipo.
Figura 4: Concepto de Sistema de Telediagnóstico interconectado por DSL.
Central de Diagnóstico con Almacenamiento y Disposición
de Datos
Un Hardware de
Monitorización de Condiciones apropiado (certificado) no es garantía
suficiente para un diagnóstico fiable de fallos. Es necesario contar con
una instalación, parametrización y soporte correctos del Sistema de
Monitorización de Condiciones, así como una reacción acertada y rápida
ante cambios de las condiciones por parte de los especialistas en
diagnóstico y el personal de mantenimiento. Dado que no todo operador de
Parques Eólicos cuenta con el suficiente know-how o un personal
calificado para estas tareas, nosotros ofrecemos estos servicios a
través de nuestro Diagnostic-Center. Para aquellos operadores que
quieran ejecutar la Monitorización de Condiciones por su propia cuenta,
así como desarrollar su propio Centro de Diagnóstico, nosotros asumimos
el almacenamiento de los datos de medición y proveemos los resultados a
través de Internet (“data hosting”). Los usuarios registrados pueden
descargar sus reportes pre-configurados de las mediciones en cualquier
momento mediante un ingreso protegido con contraseña.
En caso que nuestra
empresa se haga cargo del análisis de los datos de medición, los
especialistas del Centro de Diagnóstico se ocupan de fijar los
parámetros y valores límites del Sistema de Monitorización de
Condiciones, realizar el control rutinario y detallado de los datos,
preparar los reportes de condiciones, así como de reaccionar e informar
adecuadamente ante alarmas o emergencias específicas. Tras un
diagnóstico de daño, el Centro de Diagnóstico, en cercana cooperación
con el cliente, recomienda las medidas a tomar para subsanar la
situación. |
