- Ivan Francisco Coloma Jachura, Komatsu Reman Center
Certificar los harneros reparados mediante el monitoreo del equipo antes y después del proceso de reparación, con el fin de medir y evitar problemas de funcionamiento fuera de parámetros aceptables.
Diseñar y configurar un sistema Hardware – Software que permitía realizar este tipo de mediciones. Hoy en día este sistema contiene características únicas en cuanto a sus prestaciones, la calidad y certidumbre de los datos que entregaría a cualquier faena minera.
El Laboratorio de Ensayo y Calibración perteneciente a Komatsu Reman Center Chile ha buscado desde sus comienzos ser un apoyo que agregue valor a sus clientes, específicamente a la industria minera, y fue durante esta búsqueda que nuestro cliente nos encomendó la tarea de certificar los harneros reparados por un tercero. El objetivo es monitorear el equipo antes y después del proceso de reparación, con el fin de evitar problemas de resonancias, vibraciones altas, forma de orbitas difusas y/o temperaturas de funcionamiento fuera de parámetros aceptables.
Lo anterior se realiza en dos etapas: prueba de recepción del componente y prueba final del componente, en donde se requieren registros de ciertos parámetros asociados a las vibraciones, forma de orbita y temperaturas. Estos parámetros permiten cuantificar y visualizar el movimiento que realiza el harnero, el cual movilizará el mineral hasta la correa transportadora.
El proceso comienza con visitar junto a nuestros clientes la maestranza en donde se realizan estas reparaciones esta visita es realizada para lograr un acuerdo de protocolos y criterios de aceptación. Basado en esto, los ingenieros de investigación y desarrollo comenzaron la labor de diseñar y configurar un sistema Hardware – Software que permitiera realizar este tipo de mediciones; realizamos una propuesta de certificación a nuestros clientes y finalmente se firmó un contrato para la realización de estos servicios.
Hoy en día este sistema contiene características únicas en cuanto a sus prestaciones, la calidad y certidumbre de los datos que entregaría a cualquier faena minera.
La mayor dificultad para la elaboración del código para la medición de las condiciones solicitadas en los harneros fue el capturar los datos y expresar las teorías que permiten el cálculo de estos datos en códigos de programación que modelen los fenómenos físicos ocurridos en el harnero. Estos fenómenos se pueden representar principalmente por tres parámetros:
Desplazamiento: el movimiento vibratorio del punto de vibración puede ser cuantificado por el desplazamiento vibratorio, el cual puede ser definido como la distancia “d” a la que se mueve un punto de medición respecto a su posición de reposo (maquina detenida) a medida que transcurre el tiempo. Se escribe como d(t), para indicar que esta distancia “d” está variando en el tiempo “t”. Es necesario adoptar una convención para los signos de los valores, el desplazamiento vertical será (+) cuando el punto se desplaza hacia arriba y será (-) cuando se desplace hacia abajo. El desplazamiento horizontal será (+) hacia la derecha y (-) hacia la izquierda.
Para la determinación del valor en el movimiento oblicuo descrito por el harnero, se deben considerar los movimientos verticales y horizontales positivos como los catetos de un triángulo rectángulo, para luego calcular la hipotenusa; esta hipotenusa representará el desplazamiento oblicuo del harnero.
Orbita: un sistema típico de medición con sensores de desplazamiento consiste en dos transductores montado en cada descanso y posicionados en 90º uno respecto al otro. Para obtener la correcta rotación orbital en dominio del tiempo, deberá ubicarse un transductor horizontal montado en la mitad superior del descanso sobre el lado derecho de la línea centro vertical. Las dos señales captadas transductores pueden ser combinadas en una figura, llamada figura de Lissajou u orbita. Dos ondas sinusoidales puras de igual amplitud y con diferentes fases entre ellas de 90º deberían generar una órbita circular. Si las dos vibraciones sinusoidales tienen diferentes magnitudes pero mantienen la diferencia de fase de 90º la órbita resultante será elíptica con el eje mayor en dirección a la mayor amplitud. Este es el modelo elíptico más frecuente encontrado en la práctica debido a las diferentes rigideces del descanso en direcciones horizontales y verticales. Si las vibraciones contienen más de una componente, la forma de la órbita resultante aumentara en complejidad.
Angulo: el valor del ángulo de inclinación para la resultante se calcula sacando el arco tangente al cociente entre el desplazamiento horizontal y vertical; este valor se encuentra en radianes. Luego se realiza la transformación de radianes a grados y son estos grados los que se muestran en el panel frontal.
El departamento de Investigación y Desarrollo del Laboratorio de Ensayo y Calibración de Komatsu Reman Center Chile utiliza equipos modulares como el NI CompactRIO 9074 y módulos de la Serie C para adquisición de datos de sensores, y el software de desarrollo gráfico NI LabVIEW de la compañía National Instruments, esta tecnología permite la integración de distintas herramientas para la recolección, procesamiento, control y despliegue de distintos tipos de datos; en el caso particular del sistema para medicion de orbitas en harneros se ha utilizado:
Hardware: este es el elemento físico que brinda la capacidad de realizar las conexiones de sensores para que los desplazamientos puedan ser interpretados por el software desarrollado por el departamento I+D del LEC KRCC; estos elementos físicos son los siguientes:
Acelerómetros mono-axial, estos acelerómetros utilizan las propiedades de ciertos materiales cerámicos como cuarzo. Dichos materiales tienen una distribución asimétrica de carga interna, de esta manera al aplicarse una fuerza externa en la dirección de su polarización se genera una carga eléctrica entre sus superficies. La carga eléctrica es proporcional a la fuerza aplicada y por lo tanto, a la aceleración.
Estos acelerómetros son los encargados de capturar las vibraciones en el harnero y transformarlas en señales eléctricas.
Sensores de temperatura o RTD, (Del inglés: resistance temperatura dependent); es un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor debido a la temperatura. Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura se tiene mayor agitación, y mayor resistencia.
Tarjetas para adquisición de datos de la serie C, estas tarjetas permite el ingreso de las señales provenientes de los acelerómetros y termopares.Controlador integrado en tiempo real cRIO 9074, el cual contiene el software para procesamiento de datos.
Transmisor inalámbrico, con la capacidad de ser cliente puente o punto de acceso de alta velocidad y soporta protocolos IEEE 802.11 a/b/g/n.
Estos equipos nos permiten la adquisición de los datos, sin embargo estos son elementos estándares y por si solos no pueden procesar los datos y entregar así algún resultado representativo de las condiciones en los fenómenos físicos del harnero. El encargado de procesar y calcular los resultados que representen el fenómeno es el software desarrollado por el LEC.
Software: representa la inteligencia del sistema (lógica) para medición de orbitas en harneros y modelar principalmente los siguientes fenómenos:
Desplazamiento: en primer lugar se escala las señales entregadas por los acelerómetros, desde los milivoltios (mV) a la unidad de ingeniería (EU) para luego convertir la aceleración a desplazamiento usando una forma de onda en dominio del tiempo.
Orbita: este código calcula los valores de las señales durante el intervalo especificado por el número de revoluciones de giro de las unidades vibratorias obtenidas por un tacómetro. Luego el código grafica un diagrama de órbita de datos sin filtrar o filtrados en un gráfico XY. Los datos sin filtrar provienen de la señales de ángulo (acelerómetros), y los datos filtrados provienen de las magnitudes y fases de entradas (tacómetro).
Angulo de inclinación: el código realiza una función trigonométrica con las señales horizontales y verticales provenientes de los acelerómetros, luego transforma estos valores en radianes a grados.
NI CompactRIO 9074 y los módulos de la Serie C para adquisición de datos de sensores, y el software de desarrollo gráfico NI LabVIEW de la compañía National Instruments, permitieron diseñar y configurar un sistema Hardware – Software para la integración de distintas herramientas de recolección, procesamiento, control y despliegue de distintos tipos de datos para medicion de orbitas en harneros.
Ivan Francisco Coloma Jachura
Komatsu Reman Center
Chile
ivan.coloma@komatsu.cl