Análisis de la velocidad angular instantánea en máquinas rotatorias como técnica de monitoreo de condición. Aplicación de transmisión planetaria y molino de bolas

Abstract

El monitoreo de la condición mecánica de una máquina rotatoria utilizando la medición de la Velocidad Angular Instantánea (IAS por sus siglas en inglés) ha surgido como una prometedora técnica siendo cada vez más investigada por su alta aplicabilidad bajo condiciones de operación variable. La velocidad angular resulta ser una respuesta directa del comportamiento dinámico del rotor de una máquina, y su muestreo en el dominio angular permite un seguimiento de las componentes relacionadas con la velocidad de rotación, aún cuando la velocidad de rotación sea variable. Esto es ventajoso en comparación a otras técnicas de monitoreo importantes como lo son las vibraciones transversales, donde para condiciones de operación de velocidad variable es necesario el empleo de técnicas de post-procesamiento para interpretar las mediciones. No obstante, la existencia de fuentes de error en la medición de IAS, obligan a la búsqueda de métodos para su minimización y/o corrección Este trabajo analiza la IAS como técnica de monitoreo de condición, especialmente para distintas condiciones de operación, aplicando métodos para la minimización y corrección de errores en la medición. Para ello se evalúa la capacidad de diagnóstico tanto en una transmisión planetaria como en un molino de bolas. El desafío planteado es en el caso de la transmisión planetaria, identificar fallas y el componente con daño; y para el caso del molino, estimar el tipo de movimiento que describe la carga al interior del molino mediante su análisis espectral. La metodología utilizada consiste, para el caso de la transmisión planetaria, en realizar ensayos bajo condiciones de operación variables y con daños en distintos componentes de la transmisión. Luego, mediante un análisis de las mediciones de IAS, se buscan síntomas que permitan diagnosticar los daños impuestos. Para el caso del molino de bolas, en tanto, la metodología consiste en realizar ensayos para distintas condiciones de carga y variando la velocidad. A partir del análisis de las mediciones, se busca encontrar diferencias para los distintos tipos de movimiento del molino, a fin de establecer posibles parámetros para su identificación. Los resultados obtenidos permiten identificar sin gran dificultad fallas localizadas en el sol a partir de un análisis espectral de la IAS. En tanto, daños en planeta y anillo pueden ser identificados utilizando un post-procesamiento consistente en la aislación de las componentes de interés a través del cálculo de promedios sincrónicos a la frecuencia de falla de interés. Posteriormente, el cálculo del valor pico a pico sobre la señal promediada entrega buenos resultados, permitiendo la identificación correcta del daño para casi todas las condiciones ensayadas. Para el caso del molino de bolas, características como la 1X elevada, el contenido de ruido a alta frecuencia o la aparición de la componente a la frecuencia de paso de lifter, son parámetros que podrían tomarse como referencia para la identificación de características relacionadas con la carga al interior del molino. Se encuentra que la aparición de bandas laterales a la frecuencia de rotación en torno a la frecuencia de paso de lifter es indicador de la ausencia de alguno de los lifter. Se concluye que la utilización de la medición de la IAS como herramienta de diagnóstico, es altamente importante para el monitoreo de condición en máquinas rotatorias. Permite identificar fallas localizadas en transmisiones planetarias de manera relativamente sencilla y de mejor forma que mediante el análisis de las vibraciones transversales. Para el caso de molinos de bolas, la medición de la IAS puede ser utilizada como fuente de información para estimar parámetros de la carga al interior del molino, y evaluar la capacidad de arrastre de la carga de los lifter.