Monitorización del estado de las vibraciones en máquinas de papel conVibSys^®

En una máquina de papel, el estado mecánico está directamente relacionado con la capacidad de funcionamiento, la calidad de la hoja y la estabilidad general de la producción. Cuando un rodillo de prensado comienza a vibrar o un ventilador del secador excita la estructura de la máquina, los primeros efectos suelen manifestarse en roturas de la banda, inestabilidad en el estiramiento, variaciones en el perfil de humedad o un aumento de las marcas en el fieltro y los rodillos. Estos síntomas suelen aparecer mucho antes de que se produzca un fallo mecánico, pero para entonces ya afectan al tiempo de actividad y a la calidad.

Las máquinas de papel funcionan de forma continua, con una elevada energía almacenada y largos tiempos de reinicio. Por lo tanto, incluso un deterioro relativamente pequeño en la fiabilidad de los equipos rotativos puede traducirse rápidamente en toneladas perdidas y plazos de entrega incumplidos. Desde el punto de vista de la fiabilidad de los activos, esto convierte la monitorización del estado mediante vibraciones en una herramienta práctica y valiosa para mantener un funcionamiento estable en toda la máquina.

Una máquina de papel moderna combina múltiples secciones, como la de formación, la prensa, el secador, la calandra y la bobinadora, todas ellas conectadas a través de sistemas de accionamiento y equipos auxiliares estrechamente acoplados. Entre los activos típicos se incluyen accionamientos seccionales, sistemas de accionamiento principales, motores, cajas de cambios, circuitos de rodillos y fieltros, bombas de vacío, sopladores y grandes ventiladores de ventilación y de campana. Muchas de estas máquinas funcionan con una amplia gama de calidades y velocidades, con arranques frecuentes, operaciones de enhebrado y cambios de carga. Esta variabilidad operativa es precisamente la razón por la que la monitorización y el diagnóstico continuos de las vibraciones aportan valor añadido: permiten a los equipos de mantenimiento distinguir el comportamiento normal relacionado con el proceso de una degradación mecánica incipiente.

El reto: activos acoplados, funcionamiento variable y transmisión de vibraciones

Las máquinas de papel reúnen un gran número de activos rotativos en un único bastidor largo y conectado mecánicamente. Esto las hace sensibles a mecanismos de degradación comunes, como el desequilibrio de los rodillos, el desequilibrio de los ventiladores, la desalineación tras los cambios de rodillos, la holgura en las cajas de cojinetes, los problemas de lubricación de los cojinetes, el desgaste de los acoplamientos y los daños en los dientes de las cajas de cambios en las transmisiones seccionales.

Una complicación práctica es que la vibración no se limita a un ámbito local. La excitación procedente de una fuente puede propagarse a través de carcasas, bastidores, cimientos y tuberías conectadas, influyendo en las mediciones de las secciones vecinas. Sin un seguimiento continuo de las tendencias y un contexto de diagnóstico, los equipos de mantenimiento pueden acabar fácilmente reaccionando ante los síntomas en lugar de abordar la verdadera causa raíz.

Las condiciones de funcionamiento también cambian continuamente. Las rampas de velocidad durante el arranque, la carga dependiente de la pendiente, el acondicionamiento del fieltro, los ajustes de vapor y de la campana, y los cambios en el nivel de vacío influyen en los niveles de vibración y en el contenido espectral. Por lo tanto, la cuestión clave para los equipos de fiabilidad no es si la vibración cambia, sino si un cambio refleja la variabilidad normal del funcionamiento o indica el inicio de un fallo. Responder a ello requiere algo más que un único valor global; requiere indicadores estables y datos suficientes que respalden el diagnóstico.

Los sistemas auxiliares suelen determinar si la máquina funciona de forma estable. Los sopladores, los ventiladores de recorte y ventilación, las bombas de vacío, las bombas de condensado, las bombas de flujo de aproximación y los motores auxiliares pueden clasificarse individualmente como de criticidad media, pero los fallos en estos sistemas pueden provocar roturas de la banda, inestabilidad de la humedad, reducción de la capacidad de secado o una reducción forzada de la velocidad. Dado el elevado número de activos y los numerosos puntos de medición, las fábricas de papel necesitan un enfoque de monitorización de estado escalable que pueda abarcar tanto los principales sistemas de accionamiento como los sistemas auxiliares circundantes, sin la complejidad de un sistema de vibraciones empresarial tradicional.

Por qué es importante la monitorización de vibraciones en las máquinas de papel

La monitorización de vibraciones resulta especialmente eficaz en las máquinas de papel, ya que muchos de los mecanismos de fallo relevantes se desarrollan mecánicamente mucho antes de que aparezcan en los datos de calidad o en las alarmas de proceso. El desgaste de los cojinetes, la desalineación, el desequilibrio, la holgura y los defectos en los engranajes producen cambios característicos en el comportamiento de las vibraciones que pueden detectarse de forma precoz en condiciones reales de funcionamiento.

En el caso de los sistemas de accionamiento, como los de las máquinas de recubrimiento, la sección de secado, las prensas, las bobinadoras y los sistemas de accionamiento principales, la monitorización de vibraciones permite la detección precoz del deterioro de los rodamientos y las cajas de cambios antes de que afecte a la estabilidad de la velocidad o al reparto de la carga. En las cadenas de transmisión, incluidos motores y cajas de engranajes, las tendencias de vibración proporcionan información sobre el estado de la alineación, el desgaste de los acoplamientos y los daños incipientes en los engranajes. En los sistemas de aire y vacío, incluidos ventiladores, sopladores y bombas de vacío, el análisis de vibraciones detecta desequilibrios, desgaste de los rodamientos, incrustaciones y problemas estructurales que influyen en el flujo de aire, la estabilidad del vacío y la eficiencia energética.

Mediante la monitorización continua de las vibraciones en estos grupos de activos, las fábricas obtienen información objetiva sobre el estado de las máquinas que complementa las mediciones de proceso y respalda el mantenimiento basado en el estado y el mantenimiento predictivo.

Enfoque de monitorización del estado con VibSys®

VibSys® es un sistema compacto para la monitorización continua del estado de las vibraciones y el diagnóstico de equipos rotativos. En las máquinas de papel, se aplica habitualmente a los accionamientos seccionales y principales, a las cajas de engranajes, a los alojamientos de rodamientos relacionados con los rodillos y a los equipos auxiliares críticos, como ventiladores, sopladores, bombas de vacío y bombas de proceso. El objetivo es proporcionar indicadores estables y comparables del estado de la máquina, así como datos de diagnóstico que los equipos de fiabilidad puedan utilizar para el análisis de tendencias, la detección temprana de fallos y la planificación del mantenimiento.

VibSys® adquiere datos de vibración de alta calidad y procesa indicadores clave de forma local en la propia máquina. Esto resulta especialmente importante en las máquinas de papel, donde la velocidad y la carga no son constantes y donde se necesitan tendencias fiables a lo largo de los cambios de calidad del papel y las condiciones de puesta en marcha. Al extraer características relevantes cerca de la fuente, VibSys® permite una monitorización constante del estado de los cojinetes, la holgura, la desalineación y los defectos incipientes en los engranajes, al tiempo que permite realizar diagnósticos más exhaustivos cuando aparecen tendencias anómalas.

En el caso de máquinas de gran tamaño con numerosos puntos de medición, la escalabilidad es esencial. VibSys® está diseñado para su instalación junto a la máquina, lo que permite que el cableado y la infraestructura sean prácticos en torno a las secciones de prensado y secado. Las interfaces de datos abiertas permiten integrar los indicadores de vibración y, cuando sea necesario, los datos completos de la señal temporal con los sistemas de mantenimiento, los historiales o las plataformas de análisis existentes. VibSys® se utiliza exclusivamente para la monitorización del estado y el diagnóstico con el fin de respaldar la toma de decisiones de mantenimiento, y no está destinado a funciones de protección o parada.

Repercusión en el tiempo de actividad, la calidad y la planificación del mantenimiento

La aplicación de la monitorización del estado de las vibraciones con VibSys® en una máquina de papel favorece el paso de un mantenimiento reactivo a un mantenimiento basado en el estado y predictivo. En lugar de detectar problemas durante las averías o tras las reclamaciones de calidad, los equipos de fiabilidad obtienen una visibilidad temprana de los patrones de degradación y pueden planificar intervenciones teniendo en cuenta las limitaciones de producción.

El conocimiento continuo del estado de la maquinaria ayuda a priorizar acciones como la sustitución de rodamientos antes de que se dañen los alojamientos, la corrección de la desalineación tras el cambio de rodillos antes de que la vibración se vuelva recurrente, o la corrección del desequilibrio de ventiladores y bombas antes de que se transmitan cargas excesivas a la estructura de la máquina. Esto reduce las paradas no planificadas, evita daños secundarios y permite planificar de forma más predecible los alcances de las paradas y las piezas de recambio.

Al analizar las tendencias del comportamiento de las vibraciones tanto en los sistemas de accionamiento críticos como en el conjunto más amplio de sistemas auxiliares, las fábricas refuerzan la fiabilidad de los equipos rotativos y el control a largo plazo del estado de las máquinas. El resultado es un menor número de roturas de la banda causadas por inestabilidad mecánica, ventanas de funcionamiento más estables y una mayor consistencia en la calidad, así como un funcionamiento energéticamente eficiente en toda la máquina de papel.

Formación gratuita en línea sobre vibraciones

Si su equipo se encarga del mantenimiento y la fiabilidad de los equipos rotativos en la industria de la pasta y el papel, unos conocimientos básicos sobre vibraciones facilitan la toma de medidas a partir de los resultados de la monitorización del estado. Istec ofrece una formación en línea gratuita sobre la Categoría 1 de vibraciones a través de la Istec Academy para profesionales que deseen una introducción práctica a los fundamentos de las vibraciones y a los patrones típicos de fallos de las máquinas.

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