Nuevos enfoques para la monitorización de condiciones en las industrias de fabricación de procesos

Por Robert Schmaus

En la fabricación de procesos, garantizar interrupciones mínimas en la producción es vital para el éxito general de una planta.

Casi todas las máquinas involucradas en la producción están diseñadas para funcionar 24/7 sin interrupciones. Al menos en teoría. En la realidad, ocurren paradas inesperadas, y los equipos de operaciones se esfuerzan por mantenerlas lo más breves y esporádicas posible. Existen diferentes enfoques y estrategias de mantenimiento para ayudar a prevenirlas y... mitigar el tiempo de inactividad no planificado, pero no todos son aplicables a todas las máquinas ni son totalmente exitosos a la hora de garantizar el tiempo de funcionamiento.

Algunos de los equipos más exitosos utilizan mantenimiento bajo condiciones Analizar continuamente una combinación de parámetros de salud de las máquinas en puntos críticos del proceso de producción. Esta estrategia implica recopilar una cantidad considerable de datos, desde los tipos de máquinas y los modos de fallo hasta la retroalimentación sobre el funcionamiento de los equipos y los recursos humanos necesarios con un nivel de cualificación determinado, etc. Entre las diferentes máquinas en funcionamiento, algunas son críticas para la producción y otras no tanto. Sin embargo, todas las máquinas requieren intervención en algún momento, ya que el uso y el desgaste acaban provocando fallos.

Muchas plantas utilizan una combinación de estrategias de mantenimiento En todo su inventario de activos, lo hacen para equilibrar la intensidad del monitoreo y la medición con la criticidad de la máquina y el proceso correspondiente. A continuación, se detallan cuatro estrategias comunes, seguidas de una descripción detallada de la estrategia de monitoreo de condición en línea.

Cuatro estrategias de mantenimiento implementadas hoy

1. Mantenimiento de averías. Esta sencilla estrategia sigue el principio de "usarlo hasta que se rompa sin intervención". La única ventaja de esta estrategia de mantenimiento es que no requiere inversiones para prolongar la vida útil de una máquina. Las desventajas son las fallas imprevistas, los costos de recursos y mano de obra bajo el modelo 24/7, el gran inventario de repuestos y las interrupciones más prolongadas de los procesos de producción para investigar incidentes. Curiosamente, el mantenimiento preventivo puede ser beneficioso para la planta en el caso de máquinas "reemplazables" si se monitorea la máquina y se detecta una falla inminente a tiempo para planificar el reemplazo.
2. Mantenimiento preventivo. También conocido como mantenimiento basado en el tiempo, mantenimiento preventivo Incluye paradas programadas y promete menos fallos en las máquinas. Sin embargo, las desventajas persisten: se producen demasiadas reparaciones evitables y las piezas se sustituyen antes de su fin de vida útil, lo que aumenta los costes. Aún pueden producirse fallos importantes con una estrategia de mantenimiento basada en el tiempo, ya sea porque los intervalos de servicio no están correctamente calibrados según los ciclos de vida de las máquinas, o por la incapacidad de detectar un problema de rápida evolución o el inevitable evento aleatorio.
3. Mantenimiento predictivo. Esta estrategia implica programar las paradas de mantenimiento en función del estado de la máquina y no por una intervención programada o periódica. Mantenimiento predictivo permite al equipo aprovechar al máximo la vida útil de los componentes de la máquina y reduce el inventario de repuestos, ya que la mayoría de las reparaciones son planificadas. Con la detección avanzada de fallos, las reparaciones se realizan antes de que se produzcan daños más graves y las paradas imprevistas son mucho menos frecuentes. La única desventaja real de esta estrategia de mantenimiento es la experiencia y el tiempo que se requieren para inspeccionar las máquinas e interpretar los resultados.
4. Monitoreo de condición. Bajo una estrategia de monitoreo de condición, el equipo monitorea diversos parámetros o indicadores de salud en máquinas críticas y observa las tendencias cambiantes. Si, por ejemplo, los valores de vibración son los mismos de siempre, el estado de la máquina probablemente sea estable y no se requieran más acciones. Sin embargo, si los niveles de vibración aumentan y los valores de medición superan los límites o umbrales de alarma, el equipo debe intervenir con una inspección y análisis adicionales para determinar la causa raíz. Tras el diagnóstico del problema, el equipo puede monitorear la máquina más de cerca mientras se programa una reparación para evitar daños. También conocido como r (RCM), esta estrategia engloba el mantenimiento predictivo y las acciones necesarias para realizar correcciones en las máquinas, como el balanceo y la alineación de las máquinas.

Recopilación de mediciones de monitoreo de condición

El espectro completo de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad Utiliza cinco o más modalidades de medición para evaluar el estado de la máquina: análisis de aceite, ultrasonido, vibración, termografía y pruebas de motores. El personal de planta puede recopilar datos manualmente mediante herramientas de inspección portátiles o automatizar parte de la recopilación de datos mediante herramientas en línea. Muchas plantas combinan ambas prácticas.

Los sistemas de monitorización de estado en línea generalmente incluyen sensores instalados en las máquinas, un método de conexión (cableado o inalámbrico) y software para el análisis de datos. Los sensores recopilan datos del estado de la máquina y el software proporciona distintos niveles de alarmas, tendencias y visuales para facilitar la investigación. Algunos sistemas incluso recomiendan los pasos a seguir. Los diferentes niveles de los sistemas de monitorización de estado en línea pueden adaptarse a distintos tipos de maquinaria, según los requisitos de la condición. Una bomba o un ventilador pueden controlarse con un sistema de monitorización de estado en línea sencillo, mientras que máquinas más complejas con velocidades y cargas variables, por ejemplo, requieren una monitorización más sofisticada.

¿Por qué sistemas de monitoreo de condición en línea?

Las máquinas críticas para la producción suelen requerir un enfoque de monitorización especializado. Una de las ventajas esenciales de un sistema de gestión de la producción en línea es que recopila datos continuamente y busca cambios. Un sistema de gestión de la producción en línea puede detectar rápidamente pequeñas variaciones y, si se superan los límites, notificar al equipo. Si la condición de fallo evoluciona rápidamente y el daño es inminente, un sistema de gestión de la producción en línea que muestrea los indicadores de estado en cuestión de minutos u horas será mucho más eficiente que asignar a una persona para que supervise la máquina presencialmente. Asimismo, el seguimiento de la accesibilidad a los puntos de medición o las variaciones en el proceso es mucho más viable para los equipos que utilizan un sistema de gestión de la producción en línea que los métodos de medición manuales.

Ejemplo de máquina crítica: molinos de rodillos verticales

Los molinos verticales de rodillos (VRM) son un ejemplo clásico de máquina esencial para la producción. Si esta máquina deja de funcionar sin previo aviso, interrumpe el resto del proceso de producción. Si uno de los dos VRM disponibles en una planta deja de funcionar, la productividad se reduce a la mitad. Además, muchas industrias están adoptando una menor cantidad de máquinas, pero de mayor tamaño.

La industria cementera, por ejemplo, ahora suele utilizar un molino grande en lugar de dos VRM operando en paralelo. Los problemas típicos de los VRM incluyen fallas en la caja de engranajes, como problemas de engrane, dientes rotos y problemas en los rodamientos. Si estos problemas se detectan a tiempo, se pueden solicitar piezas. Algunas piezas de repuesto se pueden mantener en stock, pero no la caja de engranajes; es demasiado cara. Si la caja de engranajes falla, se detiene toda la producción y la entrega de un reemplazo podría tardar medio año.

En resumen: necesita un sistema CM en línea diseñado para identificar los modos de fallo específicos de la máquina. Este recopilará datos VRM sobre señales de proceso, temperatura, vibración y, potencialmente, mediciones de par.

Complementar a los especialistas en máquinas con la monitorización de datos

El monitoreo remoto y el almacenamiento de datos agregan valor a los especialistas en máquinas internas, quienes probablemente estén sobrecargados de trabajo y tengan la responsabilidad del tiempo de actividad las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

Algunas instalaciones carecen de personal suficiente para mantener un programa predictivo sólido. Otras sufren una falta temporal de habilidades cuando su responsable deja el equipo de mantenimiento predictivo o la empresa. Parte de la respuesta en ambos casos podría ser la monitorización remota, aunque no se debe esperar cubrir la totalidad de las necesidades con las mediciones del sistema de mantenimiento predictivo en línea.

También se encuentran disponibles servicios de monitoreo en línea, con expertos externos que monitorean los datos y brindan orientación, capacitación e informes.

Arquitectura de flujo de datos inteligente

Un sistema de monitoreo de condición tiene dos flujos de datos: los datos adquiridos de los sensores y otras entradas al sistema, y ​​la comunicación entre el sistema y sus usuarios, a través de notificaciones, correo electrónico y otras conexiones.

Un sistema CM en línea cableado tiene su propia dirección IP configurable, lo que lo convierte en un elemento de red que se configura dentro de la planta a través de Ethernet y del usuario. Los sistemas inalámbricos suelen conectarse localmente o a través de la nube pública.

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Una vez configurado el sistema de monitoreo de condición, funcionará de forma independiente como un robot de diagnóstico automatizado. El sistema recopila y envía datos de medición vía Ethernet o inalámbrica a la plataforma de software, que los incorpora a la base de datos de mediciones. Los datos de los sistemas SCADA o los parámetros aceptados desde un PLC suelen integrarse en la arquitectura del sistema CM. En un escenario multisitio, los datos de medición pueden enrutarse a una base de datos remota (y centralizada) que reconoce automáticamente al emisor y clasifica las mediciones según la ubicación y la tarea de medición adecuadas.

Varios usuarios pueden acceder a esta base de datos para ver resultados de mediciones, analizar datos, generar informes, etc. Algunos equipos también pueden optar por compartir datos e informes del estado de la máquina con el fabricante del equipo original, especialmente durante el período de garantía.

Conclusión

En el caso de las máquinas críticas para la producción, abundan los motivos para agregar el monitoreo de condición en línea a la estrategia general de mantenimiento de confiabilidad.

Algunos aspectos de un sistema de gestión de mantenimiento en línea pueden incluso resultar más sencillos que iniciar un programa regular de mantenimiento predictivo, ya que la gestión de datos ya está incorporada. Dicho esto, nada reemplaza la experiencia de los especialistas en maquinaria y su conocimiento de los modos de fallo.

El retorno de la inversión (ROI) de un sistema CM en línea generalmente se logra la primera vez que detecta un indicador de falla, que de lo contrario habría requerido más horas para identificarlo o, si no se detecta, daría lugar a una intervención de mantenimiento no programada y pérdida de producción.

Los sistemas CM en línea son herramientas rentables y confiables para monitorear la salud de los activos críticos de producción y aumentar la disponibilidad de producción en las plantas.