Vigilar de cerca el estado de los equipos críticos es fundamental en cualquier instalación industrial. Cuando fallan los cojinetes críticos, casi siempre se producen paradas imprevistas y se interrumpe el proceso de producción, lo que supone para las empresas pérdidas de producción que ascienden a miles. En este caso práctico veremos cómo una solución de monitorización en línea que utiliza sensores ultrasónicos fue capaz de detectar un problema en un rodamiento crítico antes de que se convirtiera en un problema grave.
Equipo esencial: decantador de lejía en una planta de pasta y papel
Normalmente, en las fábricas de celulosa y papel hay una planta de lavado o zona de lavado, por donde pasa el papel para limpiarlo y blanquearlo a fondo. Esa tarea la realiza una máquina llamada «bleach decker», que se considera un equipo clave y fundamental para las operaciones de producción.
En esta planta en concreto, que cuenta con un programa de mantenimiento predictivo, se decidió invertir en un sistema de monitorización en tiempo real para estas máquinas. El equipo de mantenimiento quiere que se le avise en cuanto ocurra algo inusual con el equipo, para evitar cualquier avería que pueda provocar una parada en la producción. Esta máquina tiene 4 rodamientos, de unos 48 pulgadas / 120 cm de diámetro, que giran a 3 RPM.
Para permitir la supervisión en línea y la detección temprana de averías, se están utilizando sensores ultrasónicos en los cojinetes de las máquinas. Se trata de los sensores de acceso remoto de UE Systems, que están instalados de forma permanente en los cojinetes y recogen constantemente lecturas de decibelios y grabaciones de sonido. Todos estos datos se envían luego a una unidad central de procesamiento llamada 4Cast. Esta unidad está conectada a Internet y avisa al equipo de mantenimiento (mediante alertas por correo electrónico y SMS) cuando se alcanzan ciertos niveles de decibelios.
¿Por qué usar ultrasonidos para el mantenimiento y la fiabilidad?
La preferencia por la tecnología de ultrasonidos para supervisar estos cojinetes tiene que ver con sus evidentes ventajas: como los sensores ultrasónicos controlan los niveles de fricción de los cojinetes, se detecta cualquier aumento de la fricción. Esto permite una alerta muy temprana de un posible fallo. Además, como los datos de los sensores se muestran en forma de lecturas en decibelios, son fáciles de interpretar: cuanto mayor es la fricción, mayor es el valor en dB. Cuando este valor alcanza un límite determinado por encima del valor de referencia, se activa una alarma.
Y, lo que es aún más relevante para estos rodamientos, el ultrasonido es la tecnología más eficaz para inspeccionar rodamientos que giran a baja velocidad. Los rodamientos de esta máquina giran a 3 rpm. A velocidades tan bajas, suele ser muy complicado detectar cualquier problema con tecnologías como el análisis de vibraciones o la termografía. Pero el ultrasonido destaca cuando se trata de supervisar rodamientos a baja velocidad, sobre todo cuando puedes grabar el sonido del rodamiento, analizarlo con un programa de espectros de sonido y comprobar si la amplitud muestra picos, que normalmente indican un fallo.
Por eso, el ultrasonido es la tecnología perfecta cuando queremos supervisar en tiempo real los cojinetes críticos que funcionan a baja velocidad.
Detección de fallos mediante supervisión en tiempo real con sensores ultrasónicos
Todo parecía ir bien con la máquina de blanqueo de esta planta de celulosa y papel, ya que funcionaba como se esperaba. Sin embargo, el 4Cast, un sistema de monitorización en línea por ultrasonidos, recibió una lectura de decibelios inusual procedente de uno de los sensores ultrasónicos. El cojinete NDE (extremo no motriz) de este decker de blanqueo marcaba 17 dB, cuando, normalmente, un cojinete que gira a velocidades tan bajas como 3 rpm debería mostrar simplemente una lectura de 0 dB.
Esto, como es lógico, hizo que el sistema avisara de inmediato al equipo de mantenimiento. El 4Cast estaba configurado para considerar cualquier lectura superior a 8 dB en este cojinete como una alarma de nivel alto y, por lo tanto, se envió la siguiente alerta desde DMS, el software de UE Systems donde se almacenan todos los datos del 4Cast:
Se ve claramente por qué se activó la alerta: el 4Cast registró un valor de 17 dB en un cojinete en el que el umbral de la alarma alta estaba fijado en 8 dB. El mensaje de alerta también incluye información útil sobre la máquina (cojinete de movimiento lento de la planta de producción; decker de lejía) y, por supuesto, la fecha y hora en que se tomó la lectura.
Cuando se alcanza un nivel de alarma, el 4Cast también graba el sonido del cojinete para analizarlo más a fondo. Esto resulta especialmente útil en cojinetes que giran a baja velocidad, donde el espectro sonoro puede decirnos mucho sobre lo que está pasando con el equipo. En este caso, y aunque la máquina aparentemente funcionaba como se esperaba, el espectro del archivo de sonido mostraba una realidad muy diferente.
Los picos que se ven en esta muestra de sonido indican claramente que hay un problema con el rodamiento. Además, al reproducir el archivo de sonido, se oían muy claramente los ruidos de impacto. El fallo resultaba aún más evidente al comparar el archivo de sonido con una grabación de otro de los rodamientos.
Se ven claramente las diferencias. En este caso, la grabación suena suave y tiene un aspecto uniforme, y no se aprecian picos de amplitud en absoluto. Así que este sería un ejemplo de cómo debería ser el espectro sonoro de un rodamiento en buen estado.
El siguiente paso para el equipo de mantenimiento fue programar la sustitución de este cojinete sin interrumpir la producción. Cuando desmontaron el cojinete, los daños se veían claramente.
Los signos del impacto son evidentes. Además, se encontraron fragmentos metálicos en el eje, y en la pista exterior se observaron desprendimientos, algunas picaduras y una ligera abrasión.
Conclusión
Al detectar el problema en una fase temprana, el equipo de mantenimiento pudo sustituir el rodamiento durante un parón programado y sin interrumpir el proceso de producción. Podemos imaginarnos las consecuencias si el problema no se hubiera detectado en esta fase y se hubiera dejado que el cojinete siguiera funcionando: los fragmentos de metal sin duda habrían afectado al eje del motor, que entonces también habría que sustituir; y la planta habría tenido que afrontar un parón no programado. En una situación así, podríamos estar hablando de una pérdida de unas 250 000 libras esterlinas. Gracias al uso de la tecnología adecuada, junto con los procedimientos de mantenimiento correctos, el equipo pudo identificar y resolver el problema antes de que se convirtiera en algo grave. Este caso práctico muestra lo potente que puede ser la tecnología de ultrasonidos, sobre todo cuando se usa en sensores conectados a la red para ofrecer soluciones de monitorización verdaderamente en línea y permanentes.