Sistema para Adquisición, Medición, Análisis, Registro y Monitoreo de Vibraciones de Maquinaria Rotativa

Oscar Daniel Molina Galindo, Kúspyde Ingeniería Ltda.

"El desarrollo fue acelerado considerablemente con el uso de las herramientas de software y hardware de National Instruments; esto permitió la realización de los objetivos dentro de los límites de tiempo y reducir costos."

- Oscar Daniel Molina Galindo, Kúspyde Ingeniería Ltda.

El Reto:

Diseñar y fabricar un sistema flexible y adaptable para medir, monitorear y analizar vibración en maquinaria compleja como generadores hidroeléctricos y termoeléctricos y maquinaria rotativa utilizada en procesos industriales críticos.

La Solución:

La solución consiste en un conjunto de sistemas de hardware-software, los cuales pueden ser adaptados de acuerdo a las necesidades específica del cliente, basado en los requerimientos y restricciones a tomar en el campo del diagnóstico de maquinaria rotativa utilizando análisis de vibración.Por lo tanto, podremos ofrecer sistemas a la medida de las necesidades del cliente sin altos costos de implementación, por lo que hay dos versiones: AMRO-port: Esta es una plataforma portátil para tomar mediciones esporádicas y realizar análisis. AMRO-ded: Esta es una plataforma dedicada para sistemas que requieren monitoreo y análisis de vibración en tiempo real, porque los sistemas son complejos o críticos en alguna planta o proceso.

Autor(es):

Oscar Daniel Molina Galindo - Kúspyde Ingeniería Ltda.
Gonzalo Hernández Prieto - Kúspyde Ingeniería Ltda.
Carlos Carrasco Henao - Kúspyde Ingeniería Ltda.

 

Haciendo uso de la enorme flexibilidad y robustez de las plataformas de National Instruments, hemos obtenido productos con un alto grado de precisión y funcionalidad en esta área a un precio justo. Además, nuestro producto puede ser integrado en cualquier etapa de la implementación de un proyecto o compañía en particular; por lo tanto podemos incluir y adaptarlo a sistemas existentes o proceso de modernización.

 

También nuestro sistema fue diseñado para asegurar compatibilidad con diferentes tipos de sensores presentes en esta clase de aplicaciones, por ejemplo, sensores de proximidad de tipo corriente Eddy o velocidad y aceleración con conectividad IEPE. Como un caso de éxito está la compatibilidad con los monitores para vibración de la reconocida marca Brently Nevada.

 

La solución está basada en el uso de hardware de adquisición de datos de los módulos de la Serie C son conectividad USB para sistemas portátiles y la plataforma Singleboard RIO para sistemas dedicados. El software fue desarrollado de tal forma que es portátil para otras familias de hardware de adquisición como PXI para el evento que las necesidades del cliente requieran mayor capacidad computacional.

 

2.1. Funciones

Las siguientes son funciones de AMRO:

 

Análisis de maquinaria rotacional en estados de transición (inicio y paro) y estado estable (velocidad nominal de trabajo).

  1. I.        Medición y análisis en tiempo real para valores de pico, RMS, pico a pico, entre otros.
  2. II.        Análisis de frecuencia hasta 25 kHz, con hasta 12,800 líneas de resolución.
  3. V.        4, 8,16, 32 y 64 canales de adquisición de propósito múltiple expandibles (desplazamiento relativo, aceleración, velocidades, y más).
  4. Canales auxiliares para cada tipo de variable de proceso (temperatura, presión, entre otras).
  5. I.        Salidas de señalización, control y disparo de alarma.
  6. II.       Configuración de niveles de alarmas.
  7. VIII.    Configuración para registrar medición de frecuencia en minutos, horas, días, meses y años.
  8. X.       Base de datos del cliente, configuración y medición de rutas, para sistemas portátiles.
  9. Análisis de funciones disponibles para maquinaria rotativa:
    1. Forma de onda de señales en el dominio del tiempo.
    2. Espectro escalable a pico, RMS y pico a pico con diferentes opciones de ventanas.
    3. Gráficas de cascada para transiciones inicio y fin.
    4. Eje central.
    5. Medición de fase.
    6. Gráfico de órbita.
  10. I.        Monitoreo remoto a través de la Web para sistemas dedicados.
  11. II.        Transmisión de alarma a través de la red celular GPRS.
  12. XIII.     Compatible con sensores de desplazamiento, velocidad y aceleración de marcas renombradas tales como CTC, Vibromax, Micron, Bently Nevada, Dytran, PCB-piezoelectrics, entre otras.
  13. IV.        Compatibilidad con los monitores para vibración de reconocida marca como Bently Nevada.
  14. XV.       El sistema proporciona entrada estándar y flexibilidad de acuerdo al tamaño y la aplicación en particular.

 

2.1.1. Aplicación de Hidrogeneradores:

El sistema permite la medición, monitoreo, registro y análisis de vibración en tiempo real o esporádicamente, el caso típico es hidrogeneradores que tienen más de 10 sensores. AMOR permite la adquisición, análisis y procesamiento de señales de sensor. En sistemas dedicados podría ser implementado para monitorear y analizar múltiples conjuntos o máquinas a la vez. La Figura 1.a muestra un esquema de toda la instrumentación incluyendo rodamientos, estator y estructura de espacio libre.

 

 

Un caso de éxito de este sistema ha sido la medición de vibración de hidrogeneradores de la marca Toshiba de 125 MW. Algunas mediciones se muestran en la Figura 2.

 

Todas las mediciones disponibles están basadas en estándares internacionales, lo que soporta y habilita que el sistema puede ser fabricado, ha sido documentado en estándares tales como ISO 10816-5:2000 (E).

 

El operador es asistido a través del proceso con la preparación y colocación de sistemas de sensado. Esto se realiza con la interfaz de usuario que da la información necesaria e instrucciones. Por lo tanto esto previene operaciones inseguras y configuración no permitida, tales como operaciones más allá de los límites del dispositivo.

 

Todos estos sistemas están integrados utilizando la tecnología de National Instruments. Esencialmente, tres aplicaciones se han construido para realizar las siguientes funciones:

 

Vista y registro de la aplicación embebida en la pantalla táctil realizada con el LabVIEW Touch Panel Module o embebida en una computadora industrial.

  1. I.       Medición, registro, análisis y control de aplicación embebido en los sistemas Singleboard RIO o CompactRIO. Esto utilizando LabVIEW Full Edition, LabVIEW Real-Time Module y LabVIEW FPGA Module.
  2. II.      Supervisión, monitoreo y reporte de aplicación. Esto es realizado con LabVIEW Full y se ejecuta en una PC remota.

 

La Figura 3 muestra una aplicación de integración de AMRO-port con el sistema de monitoreo Bently Nevada1. En éste, AMRO toma la señal de 9 sensores como sigue: 2 para guía superior de cojinete, 2 para guía inferior de cojinete, 2 para cojinete superior arreglado axialmente, 1 acelerómetro en la cubierta baja y 1 sensor de velocidad para la cubierta baja.

 

3. Beneficios:

  1. El desarrollo fue acelerado considerablemente con el uso de las herramientas de software y hardware de National Instruments; esto permitió la realización de los objetivos dentro de los límites de tiempo y reducir costos, lo cual obtuvo un precio final promedio entre $10,000 y $250,000 basado en los requerimientos del cliente.
  2. El desarrollo del sistema AMRO permitió para mostrar a la compañía como un proveedor de medición y análisis de vibraciones en el país con sus propias tecnologías y desarrollos. Esto es sin precedentes en Colombia. También permitió a nuestra compañía participar en licitaciones y llamadas en las cuales solo compañías multinacionales estuvieron involucradas. Permite que compañías locales aprendan y tengan una nueva opción para resolver problemas que involucran la adquisición y análisis de la señal de vibración.
  3. La disponibilidad de hardware de adquisición para sistemas dedicados y portátiles hizo una gran diferencia con las soluciones tradicionalmente ofrecidas, permite migrar de sistemas portátiles a dedicados utilizando hardware y software adquirido en implementaciones tempranas, por lo que se puede actualizar y crecer sin costos adicionales.

 

1Bently Nevada es una marca registrada.

 

Información del Autor:

Oscar Daniel Molina Galindo
Kúspyde Ingeniería Ltda.
Bogotá
Colombia
Tel: +57 1 247 2724
Fax: +57 1 247 2895
od.molina@kuspyde.com

Figure 1. a: puntos de medición típicos en un hidrogenerador de eje vertical: (1) guía superior del cojinete del rotor, (2) guía inferior del cojinete, y (3) cubierta baja.
Figure 1.b: vista inicial de la aplicación AMRO
Figure 3. Ensamblado hecho en un hidrogenerador del tipo vertical de125 MW de la marca Toshiba. Con seis (6) sensores de proximidad, dos (2) sensores de aceleración y un (1) sensor de velocidad, con un CompactDAQ y AMRO-port.
Figure 3. Ensamblado hecho en un hidrogenerador del tipo vertical de125 MW de la marca Toshiba. Con seis (6) sensores de proximidad, dos (2) sensores de aceleración y un (1) sensor de velocidad, con un CompactDAQ y AMRO-port.
Figura 2a: medición de vibración en tiempo real en la guía inferior de cojinete de hidrogeneradores - formas de onda en el dominio del tiempo y señales espectrales.
Figura 2b: Órbitas