Para supervisar el estado de las máquinas alternativas, también conocidas como compresores de pistón, se aplicaron durante mucho tiempo los métodos tradicionales de medición de vibraciones. Sin embargo, se hizo evidente que estas mediciones no son fiables para supervisar el estado de este tipo de maquinaria. Por lo tanto, se han desarrollado técnicas que son específicamente adecuadas para supervisar la maquinaria alternativa. Una de estas técnicas es la monitorización de la caída del vástago, en la que se controla la caída del vástago del pistón como resultado del desgaste de las bandas de rodadura. Una banda de rodadura es el componente que hace que el pistón se deslice por la cámara del cilindro sin dañar la pared del cilindro. Con el tiempo, estas bandas se desgastan. Mediante la monitorización de la caída del vástago del pistón, se puede determinar cuándo es necesario sustituir la banda antes de que se produzcan daños. La monitorización de la caída del vástago contribuye a una estrategia de mantenimiento basado en la condición (CBM), o mantenimiento predictivo.
Medidas de la caída de la varilla
La monitorización de la caída de la biela se aplica a máquinas alternativas que utilizan anillos de guía para soportar el pistón dentro del cilindro. El objetivo de la monitorización de la caída de la biela es determinar el desgaste de dichos anillos de guía. El desgaste de estos anillos de guía puede provocar contacto (fricción) entre el pistón y la pared del cilindro, lo que da lugar a daños. La supervisión del desgaste de las bandas de apoyo permite a los operadores programar de manera eficiente la sustitución de dichas bandas durante una parada de mantenimiento o inactividad ya programada. 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 rodadura es necesario controlar la posición (con respecto al punto de referencia) del pistón. Sin embargo, medir la caída real del pistón es muy difícil debido a la alta presión en la cámara de presión. En lugar de medir la caída real del pistón, se mide la caída del vástago, que es mucho más accesible. La monitorización de la caída del vástago proporciona información sobre el estado de las bandas del piloto mediante la monitorización de los cambios en la posición del vástago.
Métodos
En general, se distinguen dos métodos principales para el control de la caída de varillas:
Mediciones con sonda de proximidad
En las mediciones con sonda de proximidad, la sonda se monta verticalmente por encima o por debajo del vástago. Una sonda de proximidad funciona mediante la tecnología eddy current, que mide la distancia entre el sensor y un objeto metálico. En el caso de una medición de caída de vástago, mide la distancia entre el sensor y el vástago del pistón. Cuando el vástago se desplaza con respecto al sensor, se detecta el cambio de distancia (posición del vástago). Estas mediciones permiten determinar la posición del vástago, tras lo cual las mediciones se utilizan para establecer una tendencia. Esta tendencia se utiliza a continuación para predecir cuándo las bandas de rodadura están a punto de desgastarse y deben sustituirse.
Medidas mecánicas
En general, se distinguen dos métodos mecánicos para el control de la caída de varillas. El primer método utiliza un bloque de material abrasivo con un espacio interior que contiene nitrógeno. Este bloque se coloca directamente debajo del vástago. Cuando el vástago cae como consecuencia del desgaste de la banda de rodadura, el bloque se desgasta hasta un punto en el que se produce una fuga de nitrógeno. Esta fuga de nitrógeno causará una disminución en el suministro de presión, provocando una alarma o la parada de la máquina.
El segundo método mecánico para controlar la caída del vástago consiste en un tipo de rodillo que se monta debajo del vástago del pistón. Cuando se desgasta la banda, el vástago desciende gradualmente hasta un punto en el que toca el rodillo. Al entrar en contacto el vástago con el rodillo, éste comenzará a girar, lo que significa que, al igual que en el otro método mecánico, se produce una fuga de nitrógeno. Asimismo, esta fuga de nitrógeno provocará una disminución del suministro de presión, lo que dará lugar a una alarma o a la parada de la máquina.
La mayor desventaja de los sistemas mecánicos de bajada de la caña es la imposibilidad de realizar mediciones y utilizarlas para establecer tendencias. Lo único que proporcionan estos sistemas mecánicos es una alarma que se dispara cuando las bandas del piloto están desgastadas. No hay ninguna indicación del grado de desgaste de la banda. Un sensor de proximidad mide la caída real del vástago y, por tanto, el grado de desgaste de la cinta. A partir de las mediciones del sensor de proximidad se puede construir 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 el control de la caída del vástago es que el pistón se apoya en el fondo del cilindro debido a la fuerza gravitatoria. Por tanto, se puede suponer que un cambio en la posición del vástago es proporcional al cambio en la posición del pistón, debido al desgaste de la banda de rodadura. También hay que suponer que lo único que modifica la posición del vástago es el efecto de la banda de rodadura desgastada.
La suposición de que el cambio de posición del vástago es proporcional al cambio de posición del pistón, procede del principio de los triángulos semejantes. Este principio se muestra esquemáticamente en la figura siguiente.
Cuando se utiliza una sonda de proximidad para controlar la caída del vástago, la medición puede corregirse utilizando un determinado factor de corrección. Este factor de corrección se basa en la relación que resulta de la diferencia entre la caída medida del vástago (B1) y la caída real del pistón (B2). Aplicando este factor de corrección a la medida de la caída del vástago, se obtendrá el desgaste real de la banda de rodadura. Sin embargo, la aplicación de este factor de corrección puede causar problemas. Cuando se produce un error de medición, este valor medido incorrecto se corregirá con el factor de corrección, dando como resultado una visión errónea del desgaste real de la banda del piloto. Por lo tanto, es muy importante que se realicen mediciones fiables. A continuación se exponen una serie de factores que influyen en la fiabilidad de las mediciones de la caída de la biela.
Instalación y aplicación; puntos de atención
La instalación del sensor es crucial para una medición fiable. Hemos enumerado los 5 puntos de interés más importantes:
Es fundamental que el detector se monte lo más cerca posible del cilindro. Esto es válido tanto para los detectores de proximidad como para los detectores mecánicos. Esto minimiza el efecto que se produce al aplicar el factor de corrección antes mencionado a un error de medición. Cuanto más cerca del pistón esté montado el sensor, menor será el impacto de los errores de medición.
Para pistones más grandes, la dilatación térmica, en el periodo entre una parada en frío y un proceso activo, puede diferir significativamente. Por lo tanto, se recomienda alinear la alineación del cilindro baja en la cruceta para que haya espacio para la expansión térmica. En cuanto el pistón se dilata radialmente debido al calor, el vástago se elevará con respecto al sensor de caída del vástago. Esto debe tenerse en cuenta al instalar y determinar la posición del sistema de caída del vástago.
La hipótesis de que el pistón se apoya en el fondo del cilindro por efecto de la gravedad no es realista en el caso de los pistones de diámetro reducido. En los pistones de diámetro pequeño (inferior a 150 mm), gran parte del vástago se encuentra en la carcasa del cilindro. Una alineación incorrecta o los efectos sobre la carcasa del cilindro pueden dar lugar a un pistón flotante. Las fuerzas radiales no bajan el pistón, sino que una combinación de fuerzas empuja el pistón hacia arriba o hacia un lado. Si esto ocurre, se puede optar por colocar dos sondas de proximidad, donde una mide horizontalmente y la otra verticalmente (sondas X-Y).
La longitud del vástago también puede influir en la medición. Cuanto más largo es el vástago, más probable es que sea flexible en cierta medida. Esto ocurre especialmente con los pistones de gran diámetro. La flexibilidad del vástago puede afectar a la medición de la caída del vástago. Para reducir el efecto de la flexión del vástago 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 activación por fase; se establece una referencia de fase sobre la que se activa la medición.
Es importante que la sonda se monte de forma que no esté sometida a dilataciones térmicas ni vibraciones. Si la sonda se mueve con respecto al vástago, la medición no será fiable. Además, en pistones de gran diámetro es importante colocar una sonda que tenga un alcance mayor. En caso de dilatación térmica, el vástago no se desplazará fuera del alcance 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 guía del pistón de una máquina alternativa. «Activada» significa que la medición de la caída de la biela tiene lugar en un punto fijo durante la revolución del cigüeñal. Como resultado, se puede establecer una tendencia fiable a su debido tiempo. Muchos de los sistemas de caída de 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.
