mantenimiento preventivo

39
Jaime Martínez Verdú Ingeniería Acústica MTIT MANTENIMIENTO PREDICTIVO MONITORIZACIÓN DE VIBRACIONES Diagnóstico de fallos en rodamientos

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Page 1: Mantenimiento Preventivo

Jaime Martínez Verdú

Ingeniería AcústicaMTIT

MANTENIMIENTO

PREDICTIVOMONITORIZACIÓN DE

VIBRACIONES

Diagnóstico de fallos en

rodamientos

Page 2: Mantenimiento Preventivo

Objetivos

Obtener conocimientos básicos de la técnica

de Mantenimiento Predictivo (MP)

Entender cómo se ejecuta un procedimiento

de MP aplicado a elementos rotativos

Comprender los beneficios de emplear un MP

Analizar casos de estudio relacionados con

I+D

Mostrar una aplicación práctica de la

metodología

Page 3: Mantenimiento Preventivo

ANTECEDENTES INVESTIGACIÓNPRIMEROS PASOS

Contenido

Definición

¿Por qué emplear MP?

MP en rodamientos

Ciclo de vida

Método AdProAn

Equipos de ensayo

¿Hay otras maneras de

investigación?

¿Cualquiera puede

investigar?

¿Un MP está al

alcance de nuestras

manos?

¿Se puede

profundizar?

¿Existen situaciones

sin definir?

¿Hay problemas sin

solución?

Page 4: Mantenimiento Preventivo

¿Qué es el mantenimiento predictivo?

¿Por qué es importante?

¿En qué elementos puede emplearse?

¿Cuándo puede llevarse a cabo?

FASE I: ANTECEDENTES

Santamarina Pol, Pastor (1998). Vibraciones mecánicas en ingeniería. Valencia: Servicio de Publicaciones

UPV [1]

Harris, Cyril M. (1995). Manual de medidas acústicas y control de ruido. Madrid [etc.]: McGraw-Hill [2]

http://www.plant-maintenance.com/ Consultado el 2 de marzo de 2010 [A]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS

PASOS

Page 5: Mantenimiento Preventivo

Definició

nM

AN

TE

NIM

IEN

TO

PR

ED

ICT

IVO

Técnica esta basada en que la mayoríade las partes de la máquina darán un tipode aviso antes de que fallen

Se logra determinar el estado de unamáquina en operación

Para percibir los síntomas mediante loscuales la máquina nos estaadvirtiendo, requiere varias pruebas nodestructivas, por ejemplo:

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 6: Mantenimiento Preventivo

¿Por qué emplear MP?

El fallo de un elemento podría suponer:

Daños en la maquinaria

Pérdidas de productividad

Lesiones en personal y operarios

Ruidos y vibraciones molestas ( Ingeniería Acústica)

Prevención en el estado inicial del falloMediante técnicas de mantenimiento predictivo

Seguimiento de condiciones de operación

Rastreo de situaciones de deterioro

Reducción de costes y tiempos de mantenimiento

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 7: Mantenimiento Preventivo

MP en rodamientosANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

http://www.nskeurope.es/ Consultado el 11 de marzo de 2010 [B]

Page 8: Mantenimiento Preventivo

MP en rodamientosANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

http://www.skf.com/ Consultado el 6 de marzo de 2010 [C]

Page 9: Mantenimiento Preventivo

Ciclo de vida

Montaje y

lubricación

Alineación

Re-lubricación

Desmontaje

Monitorización

básica

de estado

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

http://www.skf.com/ Consultado el 6 de marzo de 2010 [C]

Page 10: Mantenimiento Preventivo

Método AdProAn

Input: Vibración

procedente de la fuente

Tool: Equipo analizador

de vibraciones

(sensores)

Output: Señal en

dominio temporal

Input: Señal en dominio

temporal

Tool: Transformada

Rápida de Fourier

Output: Espectro en

dominio frecuencia (2D o

3D)

Adquisición de datosProcesado de

señal

Análisis

de

resultados

Debe realizarse periódicamente (mensual)

Comparar con mediciones previas

Localización de cambios en las vibraciones

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 11: Mantenimiento Preventivo

Equipos de ensayoANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

http://www.datastick.com/ Consultado el 8 de marzo de 2010 [D]

Page 12: Mantenimiento Preventivo

Resumen Antecedentes

Se ha definido el concepto de Mantenimiento

Predictivo

Se han contestado a preguntas como:

¿Por qué emplearlo?

¿En qué elementos puede darse un MP?

¿Cuándo aplicarlo?

¿Cómo y de qué manera aplicarlo?

¿Con qué equipos se ejecuta?

Todavía existen muchas incógnitas I+D

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 13: Mantenimiento Preventivo

FASE II: INVESTIGACIÓN

Murry, Robert J. y Mitchell, Billy F. (1994). Cost Savings from a Practical Predictive-Maintenance Program. .

PROCEEDINGS Annual RELIABILITY and MAINTAINABILITY Symposium, 206–209 [3]

Marín, J.M. et al (2009). Modelado y simulación de un rodamiento de bolas con defecto en la pista externa. .

XXX Jornadas de Automática (Valladolid (SPAIN) 2-4 Septiembre 2009) [4]

http://www.sinais.es/indice_vibraciones.html Consultado el 12 de marzo de 2010 [E]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 14: Mantenimiento Preventivo

¿Qué frecuencias revelan la aparición de fallo?

¿Qué ventajas aporta el método?

¿Presenta algún inconveniente?

MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN

RODAMIENTOS

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 15: Mantenimiento Preventivo

Frecuencias características

Indican el deterioro de uno de sus

componentes: jaula, pista interior o exterior o

elemento rodante.

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Peral, Ramón et al (2008). Bancos de ensayo para docencia en vibraciones mecánicas. .

V Congreso Ibérico de Acústica (Coimbra (PORTUGAL) 20-22 Octubre2008) [5]

http://en.wikipedia.org/wiki/Bearing_(mechanical) Consultado el 12 de marzo de 2010 [F]

Page 16: Mantenimiento Preventivo

Caso de estudio 1

17 de octubre de 2001

Sadettin, Orhan et al (2006). Vibration monitoring for diagnosis of rolling element as a predictive

maintenance tool. . NDT&E International, 39, 293–298 [6]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Tiempo (ms)Frecuencia-orden

Velo

cid

ad d

e p

ico (

mm

/s)

Acele

ració

n (

G’s

)

2.975 rpm 49,58 Hz 0,02 s

20 ms

Page 17: Mantenimiento Preventivo

Caso de estudio 1

13 de febrero de 2002

Sadettin, Orhan et al (2006). Vibration monitoring for diagnosis of rolling element as a predictive

maintenance tool. . NDT&E International, 39, 293–298 [6]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Tiempo (ms)Frecuencia-orden

Velo

cid

ad d

e p

ico (

mm

/s)

Acele

ració

n (

G’s

)

20 ms

Page 18: Mantenimiento Preventivo

Caso de estudio 1

Sadettin, Orhan et al (2006). Vibration monitoring for diagnosis of rolling element as a predictive

maintenance tool. . NDT&E International, 39, 293–298 [6]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

17 oct.

2001

7 de marzo de 2002

1 nov.

2001

8 nov. 2001

13 feb. 2002

7 mar. 2002

Días: 17 oct. 2001 – 16 may. 2002

Pro

babili

dad d

e f

allo

(%

)

ALERT

A

Page 19: Mantenimiento Preventivo

Caso de estudio 2

6 de septiembre de 2001

Sadettin, Orhan et al (2006). Vibration monitoring for diagnosis of rolling element as a predictive

maintenance tool. . NDT&E International, 39, 293–298 [6]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

985 rpm 16,42 Hz 0,06 s

Frecuencia (Hz)

Velo

cid

ad d

e p

ico (

mm

/s)

Tiempo (ms)

Acele

ració

n (

G’s

)

6222 (Hz)

n 16,42

FTF 6,78

BSF 43,56

BPFO 67,82

BPFI 98,48

20xBPF

O

40xBPF

O

30xBPF

O

2xBPFO

2xBPFO

67,82 Hz 0,015 s

15 ms

60 ms

Page 20: Mantenimiento Preventivo

Caso de estudio 2

3 de octubre de 2001

Sadettin, Orhan et al (2006). Vibration monitoring for diagnosis of rolling element as a predictive

maintenance tool. . NDT&E International, 39, 293–298 [6]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Frecuencia (Hz)

Velo

cid

ad d

e p

ico (

mm

/s)

Tiempo (ms)

Acele

ració

n (

G’s

)

6222 (Hz)

n 16,42

FTF 6,78

BSF 43,56

BPFO 67,82

BPFI 98,48

67.82 Hz 0.015 s

≈ 15 ms

Page 21: Mantenimiento Preventivo

Caso de estudio 2

Histórico

Sadettin, Orhan et al (2006). Vibration monitoring for diagnosis of rolling element as a predictive

maintenance tool. . NDT&E International, 39, 293–298 [6]

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Frecuencia (Hz)

Page 22: Mantenimiento Preventivo

Conclusión

Permite seguir la evolución

de un defecto en el tiempo y

conocer su situación de

forma periódica

Se conoce con precisión el

tiempo límite de acción que

no implique el desarrollo de

un fallo

Reducción de las paradas

tanto planificadas como no

Aumento de la productividad

de la planta

Los equipos siempre trabajan

dentro de las

especificaciones

Se interviene una máquina

que funciona correctamente,

sólo porque le toca una

revisión

Podemos cambiar

componentes que han

agotado su vida teórica y no

ver otros que están mal

Se cambian componentes

que están en buen estado

pero se desconoce el estado

exacto hasta desmontar

Requiere de mucha

experiencia

VENTAJAS INCONVENIENTES

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 23: Mantenimiento Preventivo

¿Es posible cuantificar la contribución de un vibración de un elemento

dañado?

¿Es posible aplicar el Método de elementos Finitos para localización?

¿Es fiable emplear modelos matemáticos computarizados?

LOCALIZACIÓN Y CUANTIFICACIÓN DE

SENSORES

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 24: Mantenimiento Preventivo

Distribución de sensores

Localización de los sensores para la

optimización de la detección de un defecto

Cuantificación de la condición de la señal

derivada de una fuente de vibración de un

elemento dañado

Se tratarán dos casos teórico-prácticos:

Localización: ejemplo de resolución basado en

fuerzas (empleado en varias ocasiones)

Cuantificación: ejemplo teórico-práctico basado

en aceleraciones (técnica poco expandida)

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 25: Mantenimiento Preventivo

Localización (fuerzas)

Modelo matemático

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Bogard, Frank et al (2002). Determination of sensor positions for predictive maintenance of revolving

machines. . International Journal of Solids and Structures, 39, 3169–3173 [7]

Page 26: Mantenimiento Preventivo

Localización (fuerzas)

Análisis dinámico Respuesta dinámica

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Bogard, Frank et al (2002). Determination of sensor positions for predictive maintenance of revolving

machines. . International Journal of Solids and Structures, 39, 3169–3173 [7]

Page 27: Mantenimiento Preventivo

Localización (fuerzas)

Mapa de localización

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Bogard, Frank et al (2002). Determination of sensor positions for predictive maintenance of revolving

machines. . International Journal of Solids and Structures, 39, 3169–3173 [7]

Frecuencia (Hz)

Am

plit

ud (

mm

/s2)

Dentro de la zona

caliente

Fuera de la zona

caliente

Page 28: Mantenimiento Preventivo

Cuantificación (aceleracs.)ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Modelo matemático: Unicidad, existencia y

estabilidad

Xavier, Chiementin et al (2008). Localization and quantification of vibratory sources: Application to rolling

bearings. . Journal of Sound and Vibration, 316, 331–347 [8]

Page 29: Mantenimiento Preventivo

Cuantificación (aceleracs.)

Mapa de condición

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Xavier, Chiementin et al (2008). Localization and quantification of vibratory sources: Application to rolling

bearings. . Journal of Sound and Vibration, 316, 331–347 [8]

Page 30: Mantenimiento Preventivo

Cuantificación (aceleracs.)

Bien Condicionado Versus Mal Condicionado

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

BC

MC

Xavier, Chiementin et al (2008). Localization and quantification of vibratory sources: Application to rolling

bearings. . Journal of Sound and Vibration, 316, 331–347 [8]

Frecuencia

(Hz)

Am

plit

ud (

dB

)

Page 31: Mantenimiento Preventivo

Cuantificación (aceleracs.)ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

BC

SD

Xavier, Chiementin et al (2008). Localization and quantification of vibratory sources: Application to rolling

bearings. . Journal of Sound and Vibration, 316, 331–347 [8]

Frecuencia

(Hz)

Am

plit

ud (

dB

)

Bien Condicionado Versus Sobredeterminado

Page 32: Mantenimiento Preventivo

Conclusión

POSIBLES ACCIONES FUTURAS

Diseñar una metodología para localizar el

cuadrante: si hay más de un rodamiento

igual, ¿cómo sabemos cuál es el que falla?

Analizar las posibilidades de técnicas de

análisis mediante software comercial

Solapar técnicas de localización de sensores

con fundamentos condicionamiento

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 33: Mantenimiento Preventivo

¿Hay otras maneras de investigación?

¿Cualquiera puede investigar?

¿Un MP está al alcance de nuestras

manos?

FASE III: PRIMEROS PASOS

I+D

Experiencia propia

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 34: Mantenimiento Preventivo

Curiosidad e innovación

Motores de búsqueda

Metabuscadores

Directorios

Grupos de discusión

Redes sociales, blogs,…

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 35: Mantenimiento Preventivo

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

http://www.faberacoustical.com/ Consultado el 15 de marzo de 2010 [G]

Page 36: Mantenimiento Preventivo

Signal Scope Pro

ANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

http://www.faberacoustical.com/ Consultado el 15 de marzo de 2010 [G]

Page 37: Mantenimiento Preventivo

Ensayo prácticoANTECEDENTES

INVESTIGACIÓN

PRIMEROS PASOS

Page 38: Mantenimiento Preventivo

Conclusión

Obtener conocimientos básicos de la técnica

de Mantenimiento Predictivo (MP)

Entender cómo se ejecuta un procedimiento

de MP aplicado a elementos rotativos

Comprender los beneficios de emplear un MP

Analizar casos de estudio relacionados con

I+D

Mostrar una aplicación práctica de la

metodología

Page 39: Mantenimiento Preventivo

Ruegos y preguntas

[1] Santamarina Pol, Pastor (1998). Vibraciones mecánicas en ingeniería

[2] Harris, Cyril M. (1995). Manual de medidas acústicas y control de ruido

[3] Murry, Robert J. et al (1994). Cost Savings from a Practical Maintenance

Program

[4] Marín, J.M. et al (2009). Modelado y simulación rodamiento con defecto en pista

externa

[5] Peral, Ramón et al (2008). Bancos de ensayo para docencia en vibraciones

mecánicas

[6] Sadettin, Orhan et al (2006). Vibration monitoring for diagnosis of rolling element

as a predictive maintenance tool

[7] Bogard, Frank et al (2002). Determination of sensor positions for predictive

maintenance of revolving machines

[8] Xavier, Chiementin et al (2008). Localization and quantification of vibratory

sources: Application to rolling bearings

[A] http://www.plant-maintenance.com/

[B] http://www.nskeurope.es/

[C] http://www.skf.com/

[D] http://www.datastick.com/

[E] http://www.sinais.es/indice_vibraciones.html

[F] http://en.wikipedia.org/wiki/Bearing_(mechanical)