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Mantenimiento predictivo de un compresor

¿Qué es un compresor en refrigeración industrial?

Cualquier planta industrial o zona comercial que requiera un suministro de frío tendrá instalado, salvo en casos muy puntuales, uno o varios compresores. Estos aparatos son una de las piezas clave de cualquier instalación de frío, pues son los que generan el trabajo necesario para desplazar un gas desde una zona de presión inferior a una de presión mayor para conseguir dos zonas bien diferenciadas, pero ¿cómo funcionan exactamente?

Generar frío consiste, a simples rasgos, en absorber el calor de una estancia para disminuir su temperatura y, posteriormente, evacuarlo fuera de la misma. Para conseguirlo, usualmente, se trabaja con refrigerantes, fluidos que se hacen circular a través de un circuito cerrado para crear zonas de alta y baja presión separadas por la válvula de expansión, a la que llega refrigerante líquido saturado (o lo más subenfriado que sea posible). En ese momento, la presión del líquido desciende debido a la acción de la válvula, por lo que se provoca una caída de presión isoentálpica que hace que el nuevo estado del refrigerante (una vez expansionado) sea una mezcla bifásica entre líquido y vapor (80% y 20% aprox.). Una vez la mezcla entra en el evaporador, va absorbiendo energía calorífica del entorno.

En el caso de que se utilicen máquinas de fluidos condensables (que basan su funcionamiento en los cambios de estado del refrigerante), los compresores tienen el cometido de subir la presión del refrigerante para llevarlo a una condición en la que sea posible realizar el cambio de estado con las temperaturas exteriores.

¿Por qué es importante el mantenimiento predictivo de un compresor?

Una vez se ha comprendido el funcionamiento básico de un compresor, es posible percatarse de que es un componente crucial en cualquier instalación de refrigeración industrial o comercial. En concreto, su correcto mantenimiento es imprescindible, entre otras cosas, para:

  • Alargar la vida útil de los componentes de la instalación.
  • Evitar parar la producción.
  • Evitar la pérdida de producto.
  • Aumentar la eficiencia energética.
  • Disminuir el impacto medioambiental de la instalación.

Por estos motivos, no es recomendable optar por un mantenimiento correctivo del compresor en los casos en los que la instalación deba estar disponible la gran mayoría del tiempo y/o en los que el fallo de este equipo pueda poner en riesgo la producción y/o la seguridad de las personas. Si se da cualquiera de estas casuísticas, habría que valorar la aplicación de un mantenimiento preventivo o predictivo, siendo este último el más común entre las empresas de la Industria 5.0. De este modo, no solo consiguen adelantarse a los posibles errores, sino que, además, tienen la capacidad de conocer el estado de su instalación en cada momento, lo que ayuda a establecer planes de mantenimiento mucho más eficaces.

Técnicas de mantenimiento predictivo de un compresor

Podríamos mencionar numerosas técnicas dirigidas a la monitorización de las variables que tienen un mayor peso en el rendimiento de los compresores; no obstante, los expertos recomiendan llevar a cabo las siguientes tareas.

Analisis de vibraciones para el mantenimiento predictivo

El analisis de vibraciones para el mantenimiento predictivo es un tipo de acción que se puede aplicar a múltiples componentes en una planta industrial. Pese a ello, este es especialmente útil en el caso de los compresores, ya que estos realizan su función como parte de un circuito cerrado y el estudio de las vibraciones permite saber, sin acceder al interior del mismo, si hay holguras, si hay algún componente del circuito que se esté aflojando, si el sistema se está sometiendo a un sobresfuerzo, etc.

Además, este tipo de análisis tiene en cuenta aquellas características de las máquinas que puedan afectar a las vibraciones (como la velocidad de rotación, el tipo de apoyo o el tipo de engranajes) para detectar anomalías y diagnosticarlas. Para identificarlas se solían utilizar vibrómetros (que son los aparatos que indican el valor de la vibración), pero, actualmente, se pueden programar los sensores para que estos recopilen esta información de forma continuada. Con esto se consigue una monitorización constante, pero también unos datos más fiables, puesto que siempre se extraen desde el mismo punto, utilizando la misma calibración y sin la intervención humana.

Para el analisis de vibraciones para el mantenimiento predictivo de un compresor se pueden utilizar distintos métodos, como realizar un algoritmo de transformación rápida (que genera un espectro de vibración-frecuencia-espectro de frecuencias), la reconstrucción digital de la señal gracias a la instalación de acelerómetros o el cálculo del espectro de vibración esperado. Sin embargo, los más utilizados son los que se enumeran a continuación.

  • Análisis de onda: tiene en cuenta la magnitud de la vibración en función del tiempo.
    • Análisis de fase: mide la diferencia de tiempo entre una onda vibratoria y otra de igual período.
    • Análisis espectral: estudia la magnitud de la vibración con respecto a la frecuencia.
  • Sensor de vibración: transforma las vibraciones en señales eléctricas.
    • De velocidad
    • De aceleración
    • De desplazamiento: miden el movimiento entre los cojinetes y el eje.
  • Sensor de aceleración: miden la vibración absoluta, es decir, la de la máquina en general.

Analisis de ruido mantenimiento predictivo

El analisis de ruido mantenimiento predictivo es especialmente útil para las plantas industriales, puesto que, como ocurre con el analisis de vibraciones, permite conocer en tiempo real y de forma remota el estado de la maquinaria sin parar la producción y sin tener que manipularla. El análisis de los ultrasonidos, concretamente, permite detectar los ruidos que pueda estar generando algún equipo o sus componentes, los cuales se pueden deber a fugas, a problemas en el circuito eléctrico o a fallos mecánicos o de estanqueidad, entre otros.

Estos sistemas combinan el machine learning, el IoT, algoritmos y el análisis de big data para realizar este análisis. Consecuentemente, en primer lugar, es necesario instalar sensores en la maquinaria que se quiera monitorizar para, posteriormente, poder estudiar las ondas sonoras que se generan como consecuencia su funcionamiento, que tienen unas características más o menos constantes hasta que se produce algún tipo de fallo. Así, los sistemas de monitorización registran esos ultrasonidos y cuando su comportamiento cambia se analiza qué puede estar provocando esta variación.

En combinación con el analisis de vibraciones, este sistema permite realizar un mantenimiento predictivo sumamente eficaz en aquellos aparatos que, debido a su función y/o a su precio, no deben manipularse y/o no pueden pararse con la frecuencia necesaria para un mantenimiento preventivo.

Analisis de lubricantes mantenimiento predictivo

En líneas generales, el análisis de aceites o lubricantes permite garantizar que se encuentran en buen estado, lo que repercute de forma directa en un mayor aprovechamiento del producto y, por tanto, en el ahorro económico y en el cuidado del medio ambiente. Sin embargo, este mantenimiento, de forma indirecta, también ayuda a preservar el estado de los componentes del compresor.

Usualmente, los factores que se miden son la condición del aceite, la presencia de contaminantes y la contaminación por componentes procedentes del desgaste. Esto se consigue gracias al estudio de parámetros como el contenido en agua, el indicador de partículas no férricas, la constante dieléctrica, la viscosidad o el índice de desgaste férrico.

  • Condición del aceite. Se trata de comprobar cuál es el estado del lubricante para saber si hay que sustituirlo o para programar su sustitución. Es especialmente importante, puesto que una mala condición del aceite puede provocar que las piezas sufran un mayor desgaste o, incluso, que el mecanismo se rompa.
  • Presencia de contaminantes. A causa de la propia función del lubricante, este se irá contaminando con agua, suciedad, etc. Por consiguiente, la persona encargada del mantenimiento querrá comprobar la presencia de sólidos (a través del indicador de partículas no férricas y otros métodos) y la de agua (para lo que se recurre a mediciones de humedad) para determinar el estado del aceite.
  • Presencia de componentes de desgaste. Las máquinas se van deteriorando debido al uso, lo que produce residuos férricos y no férricos. Su identificación y análisis puede ser de gran utilidad para detectar rápidamente esos desgastes y actuar en consecuencia.

Algunas de las técnicas más habituales para evaluar estos parámetros son las que se mencionan a continuación.

  • Contaje de partículas. Este análisis mide la cantidad de contaminantes y de partículas procedentes del desgaste presentes en 1ml de fluido, categorizando estas últimas en 5 tamaños. Con esto no solo se analiza el estado del aceite, sino que también se comprueban los niveles de contaminación producidos por el proceso, el filtrado y el aislamiento. Este contaje se puede realizar a través del microscopio, pero el análisis espectrométrico puede ser más eficaz.
  • Análisis espectrométrico. Esto es así puesto que consigue distinguir 3 tipos de elementos: aditivos, metales de desgaste y contaminantes, por lo que es más sencillo saber si los contaminantes son ambientales, del proceso o si se han producido por una incorrecta manipulación del lubricante.
  • Rayos X. La espectroscopia de rayos x mejora los resultados del análisis espectrométrico, puesto que no está limitada a partículas con un tamaño inferior a 8 micras. No obstante, tiene el inconveniente de que sus resultados no son muy fiables para elementos que estén por debajo de Mg. (12).
  • Ferrografía de lectura directa. Se usa un campo magnético para atraer a los elementos que estén contaminando el lubricante, los cuales, según sus características y sus dimensiones, se distribuirán de una forma distinta a lo largo de un tubo de vidrio. Posteriormente, se aplica un análisis óptico para obtener la información necesaria acerca de los depósitos que se hayan formado.
  • Karl Fischer. Este es un método para medir la cantidad de agua o humedad presente en el aceite. Cabe destacar que este tipo de contaminación puede provocar fallos graves, puesto que impide que el lubricante haga su función y puede provocar corrosión, obturaciones, decapados, bolsas de vapor, etc.
  • Índice de acidez. Analiza la concentración de elementos ácidos, los cuales pueden ser indicativos de un alto índice de oxidación del lubricante. Esto, a su vez, puede provocar la corrosión de los elementos con los que esté en contacto.
  • Viscosidad. Estudia la resistencia que el aceite ofrece al intentar hacerlo fluir, la cual suele aumentar gradualmente debido a la evaporación y a la existencia de contaminación. Normalmente, se utilizan viscosímetros para medir los cambios en la viscosidad y, si se detecta que esta ha aumentado o disminuido (en un 20% o en un 10%, respectivamente) con respecto a los valores iniciales, se debe cambiar el lubricante.

Mantenimiento predictivo de los principales componentes de un compresor

Estas técnicas de mantenimiento predictivo de un compresor también se pueden aplicar a algunos de sus componentes más importantes, como puede ser el motor eléctrico que lo hace funcionar o los rodamientos. Por este motivo, ofrecemos a continuación un resumen sobre el mantenimiento predictivo de motores electricos y de rodamientos.

Mantenimiento predictivo de motores electricos

Estos aparatos, que sirven para transformar la energía eléctrica en energía mecánica, cuentan con muchos componentes (tapas, bobinas, polos, conmutadores, etc.), por lo que existen numerosas pruebas para evaluar su correcto funcionamiento.

  • Resistencia de aislamiento. Consiste en medir la capacidad de un elemento para soportar el voltaje o el campo eléctrico que se produce entre dos conductores. Este cálculo se realiza midiendo la corriente que se produce tras aplicar tensión continua y su resultado dependerá tanto de la tensión que se aplique como de la contaminación y de la temperatura. Esta prueba permite identificar fallos como:
    • El aumento de la corriente conductiva.
    • El exceso de corriente capacitiva.
    • El aumento de la corriente de absorción, asociado a la despolimerización de los aislantes.
  • Resistencia de los devanados. Se usa el método de voltímetro y amperímetro para estudiar la resistencia mediante la aplicación de una corriente próxima a la nominal. Esto pone de manifiesto si se ha reducido la resistencia de los devanados (que puede indicar que hay cortocircuitos) o si, por el contrario, ha aumentado (que puede ser síntoma de alguna soldadura deficiente).
  • Influencia del rotor. Analiza la inductancia en el estator, así como las variables que puedan afectar al rotor (como la excentricidad, el defecto magnético, el alineamiento, etc.).
  • Ensayo de arranque. Se estudia la intensidad en el arranque para comprobar que el valor del pico sea de entre 7 a 10 veces mayor que el del régimen permanente. No obstante, solo se conseguirá un diagnóstico acertado del rotor y del estator cuando se disponga de una cantidad de big data suficiente.
  • Frecuencia. Se establecen unos valores límite y una zona de riesgo para saber cuándo se debe proceder a revisar el motor. También sirve para revisar la excentricidad, para lo que se estudian 4 picos no armónicos con respecto a la frecuencia de red.

Mantenimiento predictivo de rodamientos

El correcto funcionamiento de los rodamientos está sujeto al efecto de múltiples variables. La más importante de ellas es el esfuerzo mecánico, lo que implica que se debe asegurar una correcta lubricación, tal y como se ha descrito. No obstante, existen otros factores que también se han de tener en cuenta para garantizar su operatividad.

En primer lugar, se debe comprobar que no existen agrietamientos. Estos se pueden deber a tensiones, a los efectos de la corrosión o al desgaste, por lo que es recomendable fabricar las jaulas de los rodamientos con materiales libres de tensiones. Además, se deben mejorar los revestimientos, que deberían resistir el desconchado bajo carga y no ser porosos.

Aunque parezca una obviedad, también es importante comprobar que los ejes estén correctamente alineados. Gracias al análisis del ruido y de las vibraciones, así como a la monitorización de los consumos, se pueden detectar los fallos de alineación.

También es sumamente recomendable hacer mediciones de calor, limpiar correctamente los componentes del rodamiento y hacer un seguimiento de su lubricación. Aparte, resulta de gran interés buscar evidencias del maquinado por descarga eléctrica, que son hoyos microscópicos que se producen por la descarga del voltaje del eje a través de los rodamientos. Finalmente, se puede utilizar un microscopio para identificar líneas grises alrededor del rodamiento y distinguir si se trata de los efectos del maquinado o si se deben a procesos mecánicos.

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