Para supervisar el estado de la maquinaria alternativa, también conocida como compresores de pistón, se aplicaron durante mucho tiempo métodos tradicionales de medición de vibraciones. Sin embargo, quedó claro que estas mediciones no son fiables para supervisar el estado de dicha maquinaria. Por lo tanto, se han desarrollado técnicas específicamente adecuadas para supervisar la maquinaria alternativa. Una de estas técnicas es la supervisión de la caída del vástago, en la que se supervisa la caída del vástago del pistón como resultado del desgaste de las bandas de deslizamiento. Una banda de deslizamiento es el componente que permite que el pistón se deslice por la cámara del cilindro sin dañar la pared de este. Con el paso del tiempo, estas bandas de deslizamiento se desgastan. Al supervisar la caída del vástago del pistón, se puede determinar cuándo es necesario sustituir la banda de deslizamiento antes de que se produzcan daños. La supervisión de la caída del vástago contribuye a una estrategia de mantenimiento basado en el estado (CBM), o mantenimiento predictivo.
Mediciones de caída de varilla
La monitorización de la caída de la biela se aplica a máquinas alternativas que utilizan bandas de apoyo para sostener el pistón dentro del cilindro. El objetivo de la monitorización de la caída de la biela es determinar el desgaste de dichas bandas de apoyo. El desgaste de estas bandas de apoyo puede provocar contacto (fricción) entre el pistón y la pared del cilindro, lo que da lugar a daños. La monitorización del desgaste de las bandas de apoyo permite a los operadores programar de manera eficiente la sustitución de estas bandas durante una parada técnica o un parón ya programado. Además, la detección precoz del desgaste de las bandas de apoyo da tiempo al operador para detener la máquina antes de que se produzcan daños excesivos y fallos (peligrosos) en la misma.
Para detectar el desgaste de las bandas de deslizamiento, es necesario supervisar la posición (respecto al punto de referencia) del pistón. Sin embargo, medir la caída real del pistón resulta muy difícil debido a la elevada presión en la cámara de presión. En lugar de medir la caída real del pistón, se mide la caída del vástago del pistón, lo cual resulta mucho más accesible. La monitorización de la caída del vástago proporciona información sobre el estado de las bandas de deslizamiento mediante el seguimiento de los cambios en la posición del vástago del pistón.
Métodos
En general, se distinguen dos métodos principales para la monitorización de la caída de la varilla:
Mediciones con sondas de proximidad
En las mediciones con sonda de proximidad, la sonda se monta verticalmente por encima o por debajo del vástago del pistón. Una sonda de proximidad funciona mediante la tecnología de corrientes eddy current s, que mide la distancia entre el sensor y un objeto metálico. En el caso de la medición de la caída del vástago, se mide la distancia entre el sensor y el vástago del pistón. Cuando el vástago del pistón se desplaza con respecto al sensor, se detecta el cambio en la distancia (posición del vástago del pistón). Estas mediciones permiten determinar la posición del vástago del pistón, tras lo cual se utilizan para establecer tendencias. A continuación, esta tendencia se utiliza para predecir cuándo las bandas de deslizamiento están a punto de desgastarse y deben sustituirse.
Mediciones mecánicas
En general, se distinguen dos métodos mecánicos para la supervisión de la caída del vástago. El primer método utiliza un bloque de material abrasivo con un espacio interior que contiene nitrógeno. Este bloque se coloca directamente debajo del vástago del pistón. Cuando el vástago del pistón desciende como consecuencia del desgaste de la banda de deslizamiento, el bloque se desgasta hasta un punto en el que se produce una fuga de nitrógeno. Esta fuga de nitrógeno provocará una disminución de la presión de suministro, lo que dará lugar a una alarma o a la parada de la máquina.
El segundo método mecánico para la supervisión de la caída del vástago consiste en un tipo de rodillo que se monta debajo del vástago del pistón. Cuando la banda de deslizamiento se desgasta, el vástago del pistón desciende gradualmente hasta un punto en el que entra en contacto con el rodillo. Al producirse el contacto entre el vástago del pistón y el rodillo, este último comienza a girar, lo que significa que, al igual que con el otro método mecánico, se produce una fuga de nitrógeno. Del mismo modo, esta fuga de nitrógeno provocará una disminución de la presión de suministro, lo que dará lugar a una alarma o a la parada de la máquina.
La mayor desventaja de los sistemas mecánicos de caída de varilla es la imposibilidad de realizar mediciones y de utilizar estas mediciones para analizar tendencias. Lo único que ofrecen estos sistemas mecánicos es una alarma que se activa cuando las bandas de guía están desgastadas. No hay indicación alguna del grado de desgaste de la banda de deslizamiento. Un sensor de proximidad mide la caída real del vástago del pistón y, por lo tanto, el grado de desgaste de la banda de deslizamiento. A partir de las mediciones del sensor de proximidad se puede establecer una tendencia, lo que permite una mejor planificación del mantenimiento (CBM).
Supuestos
Existen algunos supuestos que deben cumplirse para obtener una medición fiable de la caída del vástago. El supuesto básico para la monitorización de la caída del vástago es que el pistón se apoya en el fondo del cilindro debido a la fuerza de la gravedad. Por lo tanto, se puede suponer que un cambio en la posición del vástago del pistón es proporcional al cambio en la posición del pistón, debido al desgaste de la banda de deslizamiento. También debe suponerse que lo único que cambia la posición del vástago del pistón es el efecto del desgaste de la banda de deslizamiento.
La suposición de que el cambio en la posición del vástago del pistón es proporcional al cambio en la posición del pistón se deriva del principio de los triángulos semejantes. Este principio se muestra esquemáticamente en la figura siguiente.
Cuando se utiliza una sonda de proximidad para supervisar la caída del vástago, la medición puede corregirse aplicando un determinado factor de corrección. Este factor de corrección se basa en la relación que se deriva de la diferencia entre la caída medida del vástago del pistón (B1) y la caída real del pistón (B2). Al aplicar este factor de corrección a la medición de la caída del vástago, se mostrará el desgaste real de la banda de deslizamiento. Sin embargo, la aplicación de dicho factor de corrección puede causar problemas. Cuando se produce un error de medición, este valor medido incorrecto se corregirá con el factor de corrección, lo que dará lugar a una visión errónea del desgaste real de la banda de deslizamiento. Por lo tanto, es muy importante que las mediciones realizadas sean fiables. A continuación se analizan varios factores que influyen en la fiabilidad de las mediciones de la caída del vástago.
Instalación y aplicación; aspectos a tener en cuenta
La instalación del sensor es fundamental para obtener una medición fiable. Hemos enumerado los cinco puntos más importantes a tener en cuenta:
Es fundamental que el sensor se monte lo más cerca posible del cilindro. Esto se aplica tanto a los sensores de proximidad como a los sensores mecánicos. De este modo se minimiza el efecto que se produce al aplicar el factor de corrección mencionado anteriormente a un error de medición. Cuanto más cerca del pistón se monte el sensor, menor será el impacto de los errores de medición.
En el caso de pistones de mayor tamaño, la expansión térmica, en el periodo comprendido entre una parada en frío y un proceso activo, puede variar significativamente. Por lo tanto, se recomienda colocar el cilindro en la parte inferior de la cruceta, de modo que haya espacio para la expansión térmica. Tan pronto como el pistón se expanda radialmente debido al calor, el vástago del pistón se elevará con respecto al sensor de caída del vástago. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de instalar y determinar la posición del sistema de caída del vástago.
La suposición de que el pistón se apoya en el fondo del cilindro debido a la gravedad no es realista en el caso de pistones de diámetro pequeño. En los pistones de diámetro pequeño (menos de 150 mm), una gran parte del vástago del pistón se encuentra dentro de la carcasa del cilindro. Una alineación incorrecta o efectos sobre la carcasa del cilindro pueden provocar que el pistón flote. Las fuerzas radiales no hacen descender el pistón, sino que una combinación de fuerzas lo empuja hacia arriba o hacia un lado. Si esto ocurre, se puede optar por colocar dos sensores de proximidad, de modo que uno mida en horizontal y el otro en vertical (sensores X-Y).
La longitud del vástago del pistón también puede afectar a la medición. Cuanto más largo es el vástago del pistón, más probable es que presente cierta flexibilidad. Esto ocurre especialmente en el caso de pistones de gran diámetro. La flexibilidad del vástago del pistón puede afectar a la medición de la caída del vástago. Para reducir el efecto de la flexión del vástago del pistón en la medición de la caída del vástago, la señal de la sonda de proximidad puede medirse en un punto fijo durante la revolución del cigüeñal. Esto se conoce como «disparo por fase»; se establece una referencia de fase en la que se activa la medición.
Es importante que la sonda se monte de tal manera que no esté sujeta a expansión térmica ni a vibraciones. Si la sonda se desplaza con respecto al vástago del pistón, la medición deja de ser fiable. Además, en el caso de pistones de gran diámetro, es importante colocar una sonda con un rango mayor. Cuando se produce expansión térmica, el vástago del pistón no se desplazará fuera del rango de la sonda de proximidad.
Módulo de caída de varilla activada – RecipSys 200
El módulo de caída de biela activada de dos canales (RecipSys 200) ha sido desarrollado por Istec International y es adecuado para supervisar el estado de las bandas de soporte del pistón de una máquina alternativa. «Accionado» significa que la medición de la caída de la biela se realiza en un punto fijo durante la revolución del cigüeñal. Como resultado, se puede establecer una tendencia fiable a lo largo del tiempo. Muchos de los sistemas de caída de la biela existentes forman parte de un sistema más amplio adecuado para aplicaciones a gran escala y, por lo tanto, requieren una inversión costosa. El RecipSys 200, por el contrario, es muy rentable y, por lo tanto, aplicable a aplicaciones pequeñas, medianas y grandes.
