Aprovechar la comunicación wireless para monitoreo de la vibración

Gracias a la posibilidad de transmitir datos de vibración a través de redes wireless, el monitoreo continuo de equipos rotantes resulta más práctico y más económico.

Cuando la gente piensa en las instalaciones de proceso, tiende a pasar por alto equipos rotantes existentes y cuán crítico es su rol en la operación general de una planta (figura 1). 

 

Si, por ejemplo, una bomba, un compresor o algún otro dispositivo falla, puede tener un efecto serio en la producción. El hecho de que muchas bombas están configuradas como doble redundantes es una clara indicación de su importancia.

Shuji Yamamoto, de Yokogawa Electric Corp., hablando de la vibración, señala que hay una variedad de causas y que es uno de los mayores enemigos de los equipos rotantes. “Piense en una bomba típica accionada por un motor con un acoplamiento flexible. Si los ejes no están centrados en la misma línea, el acoplamiento podrá compensar la mala alineación pero es probable que introduzca vibración en la instalación. La vibración genera fuerzas perjudiciales en los cojinetes a bolillas, provocando un desgaste prematuro, lo que aumenta aún más la vibración global. Pasado un tiempo, el problema se acrecienta hasta que uno o más cojinetes fallan. Los sellos mecánicos de la bomba también podrán sufrir un daño e iniciarse una pérdida. No mucho tiempo después, será necesario parar la instalación y proceder a su reemplazo.”

Además de la vibración inherente que hay en todos los equipos rotantes, al menos a un cierto nivel, es posible que se transmita también vibración potencialmente dañina a través de la cañería y estructuras de soporte desde otra maquinaria que pueda haber en la unidad de proceso. La buena noticia es que, si bien la vibración no puede ser eliminada por completo, se la puede medir y analizar en la búsqueda de una acción correctiva.

Hay disponible sensores para caracterizar y cuantificar la cantidad de vibración y para capturar patrones característicos, muchas veces conocidos como firmas (signatures). Estos sistemas de monitoreo utilizan normalmente un sensor piezoeléctrico para generar y transmitir una señal proporcional a la vibración medida.

Los sensores de vibración y los correspondientes adquisidores de datos ya están disponibles desde hace años, pero los anteriores sistemas resultaban  costosos de instalar, limitando su implementación a los equipos rotantes de alto costo y críticos. En las demás instalaciones, los técnicos llevaban unidades portátiles para realizar inspecciones de planta de rutina y chequear manualmente cojinetes, sellos y otros puntos críticos. 

Según Yamamoto, los sistemas portátiles sofisticados pueden capturar información histórica y comparar instalaciones específicas en el tiempo, pero tales rondas también insumen tiempo y, en definitiva, son costosas. “Además,” comentó, “en plantas con un número mínimo de personal de mantenimiento y operaciones y equipos rotantes geográficamente dispersos, estas rondas se pueden demorar o saltear si surgen otras tareas más importantes.”

 

Ventajas del monitoreo continuo

A no ser una falla catastrófica de algún componente, los problemas de vibración no suelen avanzar demasiado en un período corto de tiempo. Se suele mencionar este criterio para respaldar la idea de inspecciones periódicas. “Desafortunadamente,” explicó Yama­moto, “los problemas de vibración pueden aumentar lentamente hasta llegar a un punto crítico, y luego más acentuadamente hacia la falla, todo lo cual podría ocurrir inevitablemente antes de la próxima inspección manual programada.”

El monitoreo continuo puede detectar esas situaciones cuando la curva de vibración comience a trepar aceleradamente hacia un punto de falla, informando a los técnicos acerca del mantenimiento requerido cuando todavía es posible responder preventivamente. El software puede identificar esas clases de movimientos y luego hacer sonar alarmas apropiadas a la urgencia de la situación y criticidad de los equipos.

De acuerdo a Yamamoto, el uso de sensores de vibración económicos hace que muchas instalaciones permanentes se puedan beneficiar de su aplicación a más equipos rotativos, cuando los costos del cableado de un sensor no han bajado. De hecho, en muchos casos, estos costos han subido. 

Al respecto, uno de los mayores avances tecnológicos de la última década ha sido el advenimiento de protocolos de instrumentación inalámbrica (wireless) eficaces y prácticos, tales como el protocolo ISA100 Wireless, y sensores capaces de comunicarse usando estos protocolos.

 

Programa de monitoreo de vibraciones

Las implementaciones de un programa de monitoreo de vibraciones suelen ser paulatinas,” explicó Yamamoto, “e implican elaborar una lista de instalaciones, comenzando con las más críticas. Dentro de este contexto, el término ‘crítico’ tiene una variedad de aspectos, donde lo más importante normalmente se refiere a la posibilidad de que se interrumpa la producción debido a una falla. Si el proceso no puede operar sin una determinada máquina rotante, por ejemplo una bomba, y no hay repuesto disponible para su reemplazo inmediato, la bomba es muy crítica, independientemente de su capacidad y costo.” La mayoría de las plantas están al tanto de esas instalaciones, en particular si han tenido un historial de problemas al respecto.

Sin embargo, los niveles secundarios y terciarios pueden volverse más complejos. Algunas empresas seleccionan en base al costo de los equipos. Al mismo tiempo, otras consideraciones, tales como dificultad de reparar o disponibilidad de repuestos, también entran en el tema, pero son más difíciles de cuantificar. En definitiva, es importante incluir una variedad de factores desde distintos puntos de vista a la hora de tomar tales decisiones.

También es importante seleccionar la plataforma adecuada de gestión de activos para recolectar y procesar los datos provenientes de toda la planta,” advirtió Yamamoto. “Al haber más información  disponible, las preguntas pasan por dónde ir y cómo se la debe usar. ¿Quién debería recibir las alarmas? ¿Mantenimiento? ¿Los operadores de la sala de control? Si una instalación altamente crítica está comenzando a mostrar signos de un problema, la sala de control quizás necesite ser informada si es necesario que actúen los operadores antes de que la situación requiera mantenimiento para reparar. Un sistema eficaz de gestión de activos puede manejar correctamente esta clase de situaciones.”

 

Monitoreo wireless de vibración

Yokogawa ha desarrollado un sistema de sensores y transmisores wireless diseñado específicamente para el monitoreo continuo de los distintos tipos de equipos rotantes que se usan en instalaciones de proceso.

El sensor de aceleración piezoeléctrico de Yokogawa es compacto y fácil de instalar cerca de los equipos (figura 2). Un cable conecta el sensor a un módulo de comunicación wireless montado en un lugar adecuado, donde no haya obstrucciones que puedan interferir con la propagación de la señal de radio de la unidad.

El sistema completo es autoalimentado con baterías ubicadas en el módulo de comunicación. Con una tasa de actualización de un minuto, un juego de baterías podría durar incluso hasta 10 años. Los datos son enviados a través de la red wireless al gateway del sistema. Si ya hay en uso otros dispositivos de campo wireless ISA100 en la instalación, los monitores de vibración pueden ser parte de la misma red, integrándose y comunicándose con el gateway pre-existente, igual que cualquier otro módulo de comunicación o sensor.

El sistema de monitoreo de vibraciones wireless tiene todas las especificaciones necesarias parea las funciones que se requieren en el monitoreo de condiciones (Tabla 1). Los datos de las unidades instaladas en la planta pueden ser enviados a un sistema de control o monitoreo para informar a operadores y personal de mantenimiento ante cualquier cambio de condiciones en los equipos que están siendo monitoreados.

El sensor piezoeléctrico de vibraciones puede medir velocidad y aceleración. La naturaleza de la vibración y el tipo de equipos definen qué método analítico es mejor a la hora de determinar la condición de salud de los equipos. Como regla empírica, cuando las frecuencias son bajas, lo preferible es medir velocidad, pero cuando aumenta la frecuencia, es mejor medir aceleración. El personal de planta determina la frecuencia de lectura y qué técnicas analíticas se deben usar para cada instalación. Los rangos de lo que se considera una vibración tolerable versus peligrosa están publicados en varias fuentes, pero lo recomendable para un componente dado de los equipos en cada planta se debe establecer en cooperación con el fabricante de los equipos.

El sensor puede enviar una nueva lectura cada 10 segundos; la necesidad de un tan rápido periodo de refresco es rara y es a costa de la vida de la batería,” explicó Yamamoto. “Pasar a una tasa de actualización de una vez por minuto puede extender considerablemente la vida de la batería, y todavía tener suficientes datos en la mayoría de las aplicaciones.”

Si se requiere un análisis más sofisticado, hay paquetes de software de terceros en el mercado que permiten observar patrones e identificar fuentes de vibración anormal. Este tipo de trabajo se realiza en el sistema central y no en los dispositivos individuales, y suele combinar señales de múltiples sensores desplegados en todos los equipos para detectar fuentes de posibles inconvenientes en forma anticipada, conforme se desgastan o deterioran los equipos.

 

Conclusión

Yamamoto considera que la industria de procesos se podrá beneficiar sustancialmente utilizando sensores económicos de vibración combinados con redes inalámbricas. “Trabajando en conjunto, las dos tecnologías ofrecen información crítica a los operadores y otros personal de planta para alertar de posibles problemas antes de que la planta sufra algún daño y perder producción. En algunas situaciones, evitar aunque sea una parada permite ahorrar suficiente dinero como para repagar la inversión del equipo de monitoreo instalado. Este enfoque es altamente flexible y escalable, ya que se puede comenzar en un área y luego ir expandiéndose cuando las necesidades y circunstancias lo permitan.”

 

Preparado en base a material suministrado por Yokogawa Argentina S.A. 

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