la_cultura_de_confiabilidad

Aplicando FDO en Mantenimiento Predictivo

Por Thomas J. Murphy

Con los mejores deseos del mundo, algunas máquinas no obedecerán la estadística. La información de la confiabilidad y las predicciones son corrompidas con demasiada frecuencia por un desperfecto fundamental. Asumen que la condición de "como nuevo" se presento realmente en el momento de la instalación o la reparación. También hay un segundo problema. Los métodos predictivos de mantenimiento son micro – miran dentro de la máquina para tratar de establecer lo que pasa con un cojinete o un engranaje. A veces la perspectiva micro simplemente no es útil. Necesitamos también un enfoque macro que mira fuera de la máquina. Necesitamos las respuestas a preguntas como. .. ¿Como se mueve la máquina? ¿En qué condición esta la base? ¿Cómo interactúa la máquina con su ambiente (por ejemplo tuberías)?

Hay numerosas anécdotas con respecto a un problema persistente de máquina: fallas frecuentes de coples, imposible de alinear, altos niveles de, edificios que se sacuden, etc. Con frecuencia estos problemas son se vive con ellos', dejándoselos a los consultores para localizar fallas o se le regresa al suministrador de la máquina. Normalmente, los ciclos del problema siguen hasta que la máquina falla catastróficamente o hasta que sistemas protectores adicionales sean instalados para tratar con la consecuencia desastrosa.

Este artículo revisa el uso de Formas Deflectoras Operacionales como un instrumento utilizado para comprender la conducta dinámica de máquinas con problemas e ilustra cómo esta técnica ha sido utilizada exitosamente para resolver los problemas donde métodos más convencionales ha fallado.

Las Formas Deflectoras Operacionales, FDO, son una técnica que utiliza los datos de la vibración tomados de una máquina que se encuentra operando para mostrar cómo una máquina trabaja bajo condiciones de operación. A diferencia del sencillo análisis de modo, FDO no hace suposiciones con respecto a la máquina ni a la estructura, sino utiliza solo condición de funcionamiento como la fuerza de excitación.

Como realizar Pruebas de Formas Deflectoras Operacionales

Las herramientas necesarias son muy sencillas:

• Cinta métrica

• Tacómetro que mida el pulso por revolución

• Recolector de datos de un solo canal FFT- o analizador de espectro

• Software FDO (el MDShape fue el que se utilizo aquí)

La primera etapa del proceso implica la creación de un modelo de malla. Este modelo será animado por los datos medidos. Al crear el modelo es importante recordar que en cada punto en el modelo usted estará tomando los datos. Crear un modelo con muchos puntos innecesarios implicará una cantidad considerable de tiempo invertido en esta etapa pero lo que es más importante, implicará la recolección de una cantidad innecesariamente grande de datos.

El modelo debe contener suficientes puntos para poder identificar los modos que usted quiere ver. Esto es análogo al antiescalonamiento en el procesamiento de señal digital. En términos sencillos, si usted mira un rayo, debe decidir cuántos puntos necesita identificar el modo de interés. Como ejemplo vea la Figura 1.

Figura 1

Claramente en este caso sencillo de un primer modo total de la longitud de onda, tomando una medida en ambos extremos y en medio del rayo mostraría el rayo como inmóvil. Por lo menos 5 puntos son necesarios para identificar este modo en su forma básica.

Extender el argumento a 1½ longitud de onda (Figura 2) muestra que 5 puntos hacen, en su forma más cruda, producir algo que no sería correcto - 7 puntos sería mejor. En general, uno debe trabajar fuera de N, el número de medias longitudes de ondas que podrían ser un problema y asegúrese que usted crea por lo menos (2n+1) puntos espaciados por la longitud del rayo.

Figura 2

Si esta clase de efecto no es de su interés, y solo necesita el movimiento total del cuerpo (asumiendo que el plato/cubierta/el rayo es rígido), entonces solo se requieren las medidas en las cuatro esquinas.

Los círculos a menudo presentan problemas. Tome por ejemplo una cubierta de motor. Asumiendo que la frecuencia que busca no es probable que provenga de una onda que viaja alrededor de la cubierta quizás esté en la cubierta de una barra de rotor o problema del estator, la cubierta puede ser tratada adecuadamente y efectivamente como rígida. Algunos fabricantes de software pasan por muchas molestias para mostrar modelos elegantes con los motores que comprenden tantas como 12 posiciones alrededor de la circunferencia. Recuerde, en cada uno de los puntos usted tomará 3 lecturas de la vibración. Así, 12 posiciones son claramente excesivas. La experiencia sugiere que las cubiertas del motor y de los cojinetes puedan ser representadas adecuadamente como perfiles de diamante con medidas tomadas en las cuatro posiciones de cuarto de hora o simples secciones cuadradas.

Habiendo identificado las ubicaciones de la medida e identificándolas en 3 espacios coordinados, esta información es ingresada en el software de FDO y los puntos son unidos para producir juntos un modelo de malla. Cada punto del modelo es un punto de datos y en cada punto una medida de la vibración será realizada en 3 ejes. Se necesita informar al programa estas instrucciones de la toma de las medidas - quizás la parte más difícil del ejercicio entero es mantener la consistencia en este paso.

El paso de la recolección de datos es ahora el mismo como cualquier otra rutina de toma de medidas micro. Se puede crear una ruta y puede ser cargada a un recolector de datos. En ausencia de tal instrumento, una secuencia de espectro puede ser almacenada en la memoria de un analizador de espectro. Las medidas pueden ser tomadas en cualquier orden mientras las instrucciones se sigan como se esperaba.

Esto es la etapa que el enfoque minimalista al número de puntos creados puede ser apreciada sinceramente. Un modelo con 100 puntos producirá una ruta con 300 puntos de toma de medida, que, si asumimos 1 minuto por lectura, tomaría 5 horas de completar. ¡Una ruta con 150 puntos tomaría casi 8 horas!

El tacómetro debe configurarse de tal manera como para producir un pulso de una vez por revolución y es esencial que la posición del tacómetro se quede sin alterar durante la prueba. El éxito de esta técnica cae en tomar las lecturas que son relacionadas a la fase una a otra debido al hecho que el marcador de fase es fijado para cada medida.

Habiendo reunido los datos, el software de recolección de datos es utilizado para extraer los datos de la amplitud y la fase de los puntos de interés. Son estos datos los que se utilizan para crear la animación.

Ejemplo de Aplicación #1

El siguiente ejemplo muestra un buen ejemplo del poder de esta técnica.

La configuración de la bomba motriz eléctrica mostrada en la Figura 3 produce niveles muy altos de vibración en el motor. Todos los métodos "micro" normales tales como balanceo, alineación, alineación caliente, cambio de coples, etc., habían sido tratados y habían fallado. Entonces se utilizo FDO para ayuda.

Figura 3 – Configuración del motor eléctrico de una bomba

El motor fue fijado a tierra que formaba parte de una estructura con un relleno de concreto. Los puntos son las ubicaciones para la toma de medidas - en este caso 83 puntos.

Un tacómetro láser fue posicionado delante del ventilador motriz y se hizo una toma de una marca de pintura blanca en uno de las hojas. El tiempo total para adquirir todos los datos fue aproximadamente de 4 horas.

La Figura 4 muestra a la máquina en la velocidad operacional e incorpora la localidad de todos los puntos de movimiento. Esto muestra el motor que se mece de adelanta hacia atrás en la base. Este movimiento motriz debe poner a los coples bajo tremendo estrés de compresión. Hay una tendencia general para la carcaza del cojinete de la bomba para mecerse de un lado a otro que pone a los coples bajo un estrés aun mayor.

Figura 4 – Lecturas a velocidad operacional

En la figura 5, a una velocidad operacional de 2x, el motor se mece de izquierda a derecha. Hay también una diferencia leve de fase entre el frente y la parte trasera del motor, que tiene como resultado que la caja del motor se tuerza. La actividad de la bomba aumenta y hay también un aumento en el grado de torcedura en la bomba.

A velocidad 3x como se muestra en la Figura 5, el motor se mece todavía de un lado a otro y la vibración de la bomba aumenta.

Velocidad operacional a 2X Velocidad operacional a 3X

Figura 5

En respuesta a la prueba FDO, se realizaron modificaciones estructurales. Una serie de abrazaderas se colocaron en el cemento de la base. Estas abrazaderas fueron cerradas en 10 posiciones por la longitud de la tierra. Esta acción se acoplo directamente a la masa sísmica de la base.

Para verificar la eficacia de estas modificaciones y para proporcionar una configuración "después " de resultados para la comparación, una repetición de esta prueba fue realizada. La Figura 6 muestra la comparación de antes y después de las modificaciones. El modo de forma fundamental que causa que la vibración motriz se quede igual. Lo que hemos conseguido lograr es una reducción significativa en amplitudes de la vibración. La tabla 1 muestra la reducción en niveles de vibración en milímetros por segundo.

Figura 6 - Comparación, Antes y Después de las modificaciones a velocidad operacional.

# de punto de toma de datos	Vibraciones en nm/s
# de punto de toma de datos	Antes	Después
50	26	4.2
52	34	4.6
54	30	4.3
56	35	4.2

Tabla 1

Los niveles de vibración que disminuyeron de entre un 83,8% a un 88% sólo pueden ser resumidos como una reducción significativa.

Ejemplo de Aplicación #2

Probamos un compresor grande de tres cilindros fabricado por Linde. Hay 110 puntos involucrados en el modelo para la máquina en este ejemplo, que corresponde a 330 medidas. Esta máquina fue notoria por sus altos niveles de vibración – había hecho pedazos más de un conjunto de bases y con frecuencia habían cilindros rozados y barridos.

Figura7 – Compresor de 3 cilindros.

El modelo muestra el plinto motriz y el plinto del compresor. Los puntos en el fondo de los plintos representan las medidas hechas en el piso de la caja del compresor junto al plinto. Los puntos por la base del cárter están en el punto de las abrazaderas, con el punto más bajo en el fondo de la abrazadera y el punto superior en la cima. Para facilidad, y teniendo presente el hecho que cada punto en el modelo representa 3 medidas, los cilindros son mostrados con una sección transversal cuadrada sencilla. En este caso, esta fase de la captura de datos tomó casi 8 horas para completar.

Las dos imágenes en la Figura 8 muestran el compresor en la velocidad operacional completa con la esperada relación de la fase 120° entre los tres cilindros. También muestran que hay la libertad de movimiento en el cojinete de lado NDE del cárter y diamétricamente contrario en el DE. Las imágenes en la figura 9 son las ampliaciones de la región del cárter que muestra el punto del movimiento.

Figura 8 – A velocidad operacional

La Figura 10 muestra al compresor operando en el segundo Armónico (segunda orden). Los niveles de la vibración en esta velocidad son aproximadamente 40% más altos que ésos en la velocidad operacional. La forma es bastante compleja, pero la cantidad más grande de la actividad está en la etapa tercera (parte izquierda del grafico). Tiene una torcedura muy claro o la acción de sacacorchos. La primera y segunda etapa se mueven de fase una con la otra, con una tendencia para alejarse y después tirar juntos con cada medio ciclo del movimiento.

Figura 9 – Movimientos NDR y E

Se realizaron las reparaciones a la base. Refuerzos adicionales fueron agregados entre los cilindros para reducir su libertad de movimiento.

Figura 10 – Configuración en el 2do armónico.

Ejemplo de Aplicación #3

No todas las pruebas necesitan ser complicadas – a veces no hay tiempo disponible de hacer un modelo complicado, pero una respuesta al problema es requerida igual - y rápido.

Un sencillo ventilador de motor eléctrico estaba causando un problema considerable en una planta y dañaba severamente la producción. Los cojinetes habían sido cambiados, el ventilador había sido balanceado, la alineación del motor al cartucho del cojinete había sido verificada dos veces y todavía el nivel de vibración fue excesivo. El tiempo fue primordial. Un modelo muy sencillo fue creado que cubrió el plinto, la parte superior del motor y del cojinete. El tiempo tomado para crear el modelo (mostrado en las Figuras 11, 12 y 13), los datos y mostrar el resultado fue menos de una hora.

Los puntos 1 y 2 son la parte superior del motor. Como se parecía en las Figuras 11 y 12, el motor se mueve claramente axialmente. Sin embargo, la causa no es la desalineación, sino una debilidad en la base que se puede aprecia mejor cuando todos los movimientos son cubiertos (Figura 13).


Figura 11- Sencilla y rápida configuración a velocidad operacional	Figura 12 – Configuración a velocidad operacional 2X	Figura 13 – Todos los movimientos cubiertos

Un punto de pivote entre los puntos 11 y 12 (bajo el motor) y un área débil en el punto 13 fueron detectados. Esencialmente, las bases requirieron renovación completa así como un nuevo plinto. Se reparo temporalmente ¡con unos sacos de arena!

Conclusion

Hay con frecuencia casos de máquinas que sufren de defectos crónicos. A veces estos problemas crónicos son resultado de una conducta dinámica que es anormal. La comprensión de esta conducta dinámica puede aumentar dramáticamente el conocimiento de la ingeniería de la máquina y puede simplificar a veces los problemas aparentemente complejos a unas pocas abrazaderas, brackets o refuerzos.

La aplicación de FDO a un problema crónico de la maquinaria proporciona datos invaluables para desarrollar soluciones de ingeniería al problema. La técnica de FDO puede ser utilizada para calificar la eficacia de la modificación. Los modernos programas de software de mantenimiento predictivo y para FDO simplifican mucho el procedimiento de prueba permitiendo a todos los profesionales del análisis de vibración la oportunidad de resolver las quejas costosas de los problemas.

Tom Murphy es un graduado de Acústica de la Universidad de Salford y tiene 25 años de experiencia en el mundo de la medida industrial de la vibración – 15 de esos años han sido rn el uso de técnicas de FDO en las industrias del papel, impresión, petroquímica, generación de energía, farmacéutica y alimentos. Tom es Director de Adash 3TP Limited, ubicada en Manchester Inglaterra, una Compañía que se especializa en la aplicación de tecnologías de vibración, infrarrojo y ultrasonido para mejorar el mantenimiento. Para contactar a Tom llame al +044 161 788 9927 o escríbale a tom@adash3tp.co.uk