Análisis
Múltiple Discriminante
Utilizando
parámetros para la administración de condición del cojinete
Por John Judd
Tratar de predecir exactamente el tiempo de una falla de rodamiento
es como tratar de predecir el tiempo. "Hay una 20% de oportunidad de
lluvias hoy," usted oye que el meteorólogo dice, sólo el tener ese
20% se vierte en usted en todo el día. Como el tiempo, arrollar las
fallas clásicas de los elementos rodantes del cojinete son
aleatorias por naturaleza. Se conforman a un distribución
exponencial de Weibull, y son predecidas mejor por métodos
estadísticos. Al tratar de hacer las decisiones del reemplazo en un
cojinete sospechoso, no pregunte: ¿Cuándo fallará? Es mejor
preguntar: ¿Cual es la probabilidad de falla antes del siguiente
cierre de rutina?
La
tecnología del BearingLifeguard™/MDA descrita en este artículo ha
sido desarrollada para proporcionar una respuesta a esa pregunta -
las respuestas que ayudarán el proceso de la toma de decisiones.
Como un mando a distancia de la televisión que requiere el escaso
conocimiento de la tecnología de video, el sistema Vigilante de
Cojinete requiere la comprensión mínima de la tecnología fundamental
del análisis de vibración. Quita
la
complejidad
y
proporciona información útil procesable.
Figura 1 – La vida y muerte de un cojinete.
El
enfoque de MDA es basado en simple lógica: Dirige los cuatro
elementos claves en un monitoreo efectivo del elemento rodante del
cojinete: el nivel de reducción de fuerzas de vida, la condición de
las superficies del cojinete, la probabilidad estimada del fracaso
en un período de tiempo escogido, y el riesgo financiero de la
inacción. Aplica las técnicas diagnósticas probadas para obtener
estas estimaciones. Mide y cuantifica las fuerzas bajas de
aceleración de frecuencia, aspereza de superficie, impacto de
defectos, los niveles de proporción y envolvimiento para
proporcionar estimaciones significativas de la condición del
cojinete y su esperanza de vida. La tecnología es una simple
herramienta de monitoreo de cojinete, basada en parámetros, sistema
inteligente de próxima generación poderoso, fácil de utilizar.
¿Porqué
parámetros?
Reducir los datos a parámetros sencillos le proporciona al usuario
final información clara y coherente en una gran variedad de áreas
tales como condición del cojinete, vida restante, las fuerzas que
reducen la vida, cercanía a la falla, el riesgo financiero de la
inacción y el coste total de la falla. Proporcionar información en
la forma de parámetro reduce la molestia asociado con sobrecarga de
información y simplifica el proceso de la toma de decisiones. Esto
puede llevar a la reducción en costos de capacitación, consultoría,
errores, comunicación más efectiva, mejores prácticas comparativas
y, últimamente, mejor toma de decisiones.
Tecnología MDA
MDA
(por sus siglas en ingles: Multiple Discriminant Analysis, en
español Múltiple Análisis Discriminatorio) es una herramienta
patentada 1 de evaluación de condición que proporciona información
en los cuatro factores previamente mencionados que afectan los
costos del mantenimiento de la maquinaria. Como lo indica su nombre,
el sistema utiliza múltiples técnicas analíticas diseñadas para
valorar la condición del elemento rodante del cojinete y reduce cada
uno de los resultados del proceso a una métrica o parámetro de 1-10
llamado DISCRIMINANTE. Un valor métrico de <1 indica una condición
cercana a óptimo y un valor cerca de 10 indica la condición del peor
caso (el falla cercana).
Cuándo un cojinete se degrada, ya sea por rompimiento de la película
lubricante, o de fatiga interna, un patrón común desarrollado.
Cortes microscópico o grietas internas que comienzan a aparecer. Una
falla definida ocurre cuando un defecto de la superficie alcanza 10
mili pulgadas cuadradas. 2. En este proceso, impactos de aceleración
medibles y energía de alta frecuencia con características
específicas, comienza a desarrollarse. La naturaleza de estas
aceleraciones, medidas cuidadosamente en la caja del cojinete,
proporciona una útil indicación de la condición de la interfase de
la superficie del balín/carrera y severidad de la falla. Mientras
que muchos procedimientos de diagnóstico han probado ser útiles,
ninguno está sin algún elemento de la incertidumbre. Para mejorar la
confiabilidad el sistema de MDA emplea múltiples procedimientos
(seis en el sistema descrito) que todo es cuantificado y es reducido
a la métrica de 1-10. Los resultados son combinados aún más para
producir tres parámetros finales reflejando la condición del
cojinete, fuerzas de la reducción y resultado de la esperanza de
vida, y uno calcular las probabilidades de falla.
Los
Discriminantes
Un
discriminante es un elemento de diagnóstico que rinde un parámetro
cuantificable relacionado a la condición relacionada a un cojinete
específico.
1)
El Discriminante de Baja Frecuencia (por sus siglas en ingles; LF
Low Frequency) captura el RMS (por sus siglas en ingles root mean
square value, en español media cuadrática) de todas las
aceleraciones bajas de la frecuencia incluyendo esos causado por la
desalineación y el desbalanceo rotacional, hasta aproximadamente
cuatro veces la frecuencia de rotación. Las aceleraciones medidas
cerca de la zona de carga del cojinete con mayor precisión refleja
la interfase de las fuerzas de contacto del balín/carrera/caja del
cojinete. Las correcciones de nivel son hechas para sistemas de
montaje rígido o flexible. Este
valor
es
convertido
a
una
métrica
de 1-10.
2)
El Índice de Cresta del Discriminante (CF) mide la proporción media
entre el valor del pico de la aceleración de alta frecuencia y el
valor de RMS de la energía de aceleración. El carácter de esta
medida es tal que es muy sensible a micro grietas en las superficies
de la cojinete/carrera. Puede ser alto en un nuevo cojinete y a
menudo desciende después de que corra y aumenta a valores más altos
en las últimas etapas del fracaso.
3)
El Discriminante de Alta Frecuencia (HF) es una medida de
aceleraciones de alta frecuencia que indica las irregularidades
generales de la superficie, aspereza y la degradación de la
superficie. Los impactos microscópicos no contribuyen
apreciablemente a este nivel a causa de su corta duración y baja
energía.
4)
El Discriminante de Kurtosis (KF) proporciona una medida exponencial
tanto de la duración del corto de pico y de la energía de HF RMS.
Responderá totalmente a un cojinete con astillamiento de superficie
y a la degradación por la fatiga de micro grietas en la superficie.
Es un indicador sumamente seguro de una condición cercano del
fracaso.
5)
El Discriminante de Envolvimiento(ED) es sensible al impacto de
choque de repique en el sistema de medida causado por duraciones de
impacto cerca del período resonante del acelerómetro. Convierte el
RMS a una métrica de 1-10 que típicamente aumenta dramáticamente en
una condición cercana al fracaso.
6)
Las aceleraciones de Pico son convertidas también a una métrica que
es tenido en cuenta en el cálculo de la Condición del Cojinete. El
valor de P no es demostrado como un Discriminante claro.
Figura 2 – La información de los Discriminantes en un formato fácil
de entender.
Los
Discriminantes son demostrados en una gráfica de barras de tiempo
como se muestra en la Figura 2 y pueden ser examinados como los
último cinco, catorce, 24 o todo, para propósitos de observar los
cambios o las tendencias a través del tiempo.
Los
Factores
Un
factor es una combinación estándar de discriminantes diseñada para
proporcionar la métrica de información en condiciones operacionales
tales como las fuerzas dinámicas, condición del cojinete y
esperanza de vida.
Los
valores del Discriminante son cargados y son combinados para
producir una Condición de Cojinete (BC) el factor en el que cada
técnica de análisis tiene un voto en la condición de la superficie
del cojinete. Como se menciono antes, una lectura de 1 indica uno
como nuevo, cerca de una condición óptima de funcionamiento y un 10
refleja el acuerdo del diagnóstico que el cojinete esta próximo a
fallar.
La
pantalla
del Factor
es
mostrada
en la Figura 3.
Figura 3 – Los valores de los Discriminantes combinados para formar
un factor de condición del cojinete.
El
factor final 1-10 de la Esperanza de vida refleja la influencia de
la disminución de vida de las fuerzas de las bajas frecuencias
Dinámicas DF pone sobre aviso al usuario de la reducción de vida del
cojinete. El sistema métrico uniforme 1-10 permite al usuario
valorar rápidamente la condición del sistema y pone todo el complejo
proceso de actividad fuera de vista. El paso final convierte los
factores a números demostrados en una pantalla de información.
La
Pantalla de Información del Cojinete (Figura 4) proporciona toda la
información principal estimada del cojinete basadas en medidas de
MDA: Número de identificación del cojinete, pronóstico en días
(ajustable, 45 a 270), Tiempo entre fallas basado en la medida de
los datos de la condición del cojinete, Vida Estimada basada en la
influencia de las fuerzas dinámicas que actúan sobre el cojinete
(usuario definido), la probabilidad del fracaso (POF) en el período
del pronóstico, POF a corto plazo (14 días), Estimación de Riesgo
–el riesgo financiero de la falla en el período del pronóstico y el
Costo Verdadero (definido por el usuario) Costo de la Falla. Al
final de la secuencia de recolección de la información y los datos
sin procesar, son almacenados para revisión.
Configuración
del
Sistema
El
sistema es implementado en una configuración protegida de una
contraseña de tres niveles tanto en la recolección de datos planeada
como no planeada o secuencia de reseña. El número de identificación
de ensamble y la ubicación son verificadas por código de barras. En
el nivel de analista todos los datos recabados pueden ser
verificados en el modo de verificación. Permite examinación de
Factores, Discriminantes para el nivel y tendencias, así como señal
de historia de tiempo y espectro de frecuencia. En el nivel de
Supervisor los ensambles, los parámetros del sistema, secuencia de
recolección y asignación de contraseña son definidas en la utilidad
de la base de datos.
Figura 4 – Pantalla de Información del cojinete.
En
el nivel Técnico, siguiendo una secuencia planeada o imprevista que
el técnico escoge un punto de datos y soportes o conexiones a un
acelerómetro industrial existente de 100 mv/G [la energía
suministrada es de 24 voltios, 2 ma de corriente constante]. Si la
sensibilidad no es de 100 mv/G el usuario puede entrar el valor
correcto en el punto de configuración. Si el sensor no es conectado
ni es defectuoso, un mensaje de advertencia es mostrado. Una
pantalla de "prueba de señal" aparece que demuestra la señal de
datos sin procesar para la confirmación del técnico. Cuándo se
confirma como "real" el recolector escoge "utiliza estos datos" para
iniciar el proceso de recolección.
El
nivel de Analista permite análisis más detallado cuando es
requerido. Es asumido que en unas instalaciones donde todo trabaja
bien, la mayoría de los equipos trabajan apropiadamente y requieren
sólo el servicio y verificaciones periódicas. En ocasiones ocurren
problemas que requieren de un examen más detallado. Esto es
especialmente verdad si asuntos extraordinarios de costos o
seguridad son implicados. El nivel de Analista de Bearing Lifeguard
(Protector de Cojinetes) proporciona información adicional para el
profesional experimentado. Permite acceso a todos los datos de
Factores y Discriminantes utilizados en los cálculos del sistema,
así como tiempo de aceleración y datos de espectro.
El
nivel de Supervisor proporciona acceso a todo lo descrito
anteriormente y además el control sobre la programación de la
planificación, definiendo los detalles de ensamble, frecuencia de
rotación, montaje flexible o duro, velocidad variable o fija y las
ubicaciones así como modificar los parámetros del sistema y algún
procesamiento de coeficientes.
Más
Análisis detallado
Es
importante notar que la Métrica proporcionada en el sistema de
BearingLifeguard MDA son estimaciones estadísticas basadas en el
diagnóstico de la medición de datos. Cuándo la decisión de
planificar un reemplazo de cojinete puede ser crítico a un proceso,
la seguridad o implica un costo substancial, es prudente examinar
con cuidado los datos verdaderos utilizados en el análisis para
validar las conclusiones. Mientras los datos almacenados pueden ser
cargados y pueden ser examinados independientemente, el sistema
proporciona una Etiqueta de conveniente de los datos desplegados
para el usuario. El Nivel de Analista puede examinar datos de
aceleración filtrados o no filtrados.
Visualización Histórica
del
Tiempo
La
ilustración de la aceleración vs. la señal de tiempo puede ser
ampliada para un examen más minucioso.
Figura 5 – Visualización Histórica del Tiempo
Visualización
de
Espectro
de
Frecuencia
El
espectro de la frecuencia puede ser escogido mediante el ingreso a
una pestaña y visualizado, ampliado y las frecuencias específicas
identificadas y las amplitudes medidas por el analista.
6 -
Visualización
de
Espectro
de
Frecuencia
Visualización de Espectro Modulada
El
sistema permite examinación mediante la selección de pestaña del
impacto de baja frecuencia envolvente. Las frecuencias de impacto
son a veces útiles para reconocer la carrera interna, externa o
defectos en los balines.
7 -
Visualización de Espectro Modulada
Conclusión
El
uso de parámetros en el monitoreo de los elementos rodantes del
cojinete representa un nuevo y extraordinario enfoque. No significa
que reemplaza la necesidad del análisis de los expertos, sino para
hacer el trabajo rutinario de monitoreo menos complejo y más
utilizable para los profesionales del mantenimiento. Está diseñado
para acomodar al usuario principiante de vibración así como al
experto. Para resultados óptimos con este sistema, se requiere un
acelerómetro convencional apropiadamente montado, con una resonancia
montada entre 15 khz y 24 khz. El sistema puede ser utilizado como
un recolector portátil de datos con una computadora portátil con
Windows XP, o con una computadora tipo tablet. Una Terminal portátil
compacta que proporciona la recolección de datos, forma de ondas e
información en la pantalla, estará también disponible. La
información de este dispositivo puede ser inalámbrica o salvada en
una tarjeta de memoria flash para su posterior descarga. El enfoque
Métrico se presta bien a sistemas 4-20 ma y proporciona todos los
beneficios analíticos de alta frecuencia, análisis ultrasónico que
no posible en una señal 4-20 ma.
El
sistema ha sido utilizado efectivamente en motores de banda,
cinturón los motores, motores acoplados directamente o
flexiblemente, en velocidades de 1750 a 7200 RPM con resultados
consistentemente buenos. Se requiere hacer un ajuste previo para
maquinaria que trabaja a velocidades más bajas. El usuario puede
escoger un período de pronóstico de 90 día a 3600 RPM, o más
agresivo o conservador 45, 60, 180, o 270 días para la máquina
escogida. Las máquinas de velocidad variables deben trabajar en la
velocidad constante al reunir los datos para mejores resultados.
Especial atención requieren los sistemas o ensambles conducidos por
engranes a causa del ruido del engranado no relacionado al cojinete.
Sin embargo, se puede ajustar para rechazar las frecuencias
escogidas del engranaje.
John Judd es el Presidente retirado y Fundador de Vibra-Metrics Inc.
Trabajando activamente en vibración desde hace 50 años con numerosas
patentes, el continua aprendiendo y luchando con el cual obtuvo
recientemente su licenciatura en ciencias en la UNH. Ama las nuevas
ideas, navegar, pastores alemanes, su familia y muchos amigos. John
actualmente trabaja con los Rotarios y con IDI/Sandata, Inc. en NY.
Para establecer una base de datos de identificación de niños. Puede
ser contactado en
John@
bearinglifeguard.com
1. Patent # 6
763 342 B1. Other patents applied for.
2. Ref:
Torrington Bearing Serivce Manual
