Módulo 4: Medidas Correctivas y Mantenimiento Predictivo

Identificación y Diagnóstico del Problema:

1. Análisis de datos:

   • Utilizar software especializado para analizar los datos de vibración recopilados.

   • Identificar las frecuencias dominantes mediante el análisis de espectros de frecuencia, formas de onda en el tiempo y datos de fase.

   • Considerar las frecuencias naturales de la máquina y la posibilidad de resonancia.

2. Diagnóstico preciso:

   • Determinar las causas de la vibración, como:

     • Desequilibrio.

     • Desalineación.

     • Problemas en rodamientos.

     • Fallas en engranajes.

     • Holguras mecánicas.

     • Problemas eléctricos.

   • Evaluar la gravedad del problema y su impacto en la producción y seguridad.

2. Planificación de la Acción Correctiva:

1. Priorización:

   • Evaluar la gravedad del problema y priorizar las acciones correctivas.

   • Atender primero las fallas que tienen mayor impacto en la producción o seguridad.

2. Planificación del mantenimiento:

   • Programar las tareas correctivas en el momento adecuado para minimizar las pérdidas por mantenimiento.

   • Asignar el trabajo a personal capacitado.

3. Definir el tipo de mantenimiento:

   • Dependiendo de la gravedad y tipo de falla, las acciones pueden incluir:

     • Reemplazo de piezas.

     • Realineación.

     • Balanceo.

     • Ajuste de holguras.

     • Lubricación.

   • En algunos casos, el mantenimiento correctivo se aplica solo si su costo es menor que el de acciones preventivas.

3. Implementación de las Medidas Correctivas:

1. Reparación o sustitución:

   • Reparar o reemplazar piezas defectuosas. Por ejemplo:

     • Balanceo del rotor: Añadir o quitar masa para reducir la vibración a niveles aceptables.

     • Sustitución de rodamientos: Reemplazar rodamientos dañados por otros adecuados para la carga y velocidad.

2. Alineación:

   • Alinear los acoplamientos de manera precisa utilizando métodos como el láser.

   • Corregir desalineaciones paralelas o angulares.

3. Lubricación:

   • Verificar que los rodamientos tengan la lubricación correcta y que no haya agentes abrasivos en el lubricante.

4. Ajuste de componentes:

   • Ajustar bandas de transmisión y verificar su desgaste.

   • Revisar y corregir holguras excesivas que puedan generar ruido de banda ancha.

5. Eliminar causas:

   • Garantizar que se elimine la causa raíz del problema, no solo los síntomas.

6. Verificación post-intervención:

   • Antes de volver a poner en operación la máquina, verificar que tanto el problema como su causa hayan sido resueltos.

4. Verificación y Seguimiento:

1. Mediciones post-reparación:

   • Tomar nuevas mediciones de vibración después de las acciones correctivas.

   • Comparar los resultados con los datos de referencia para confirmar la efectividad de las correcciones.

2. Seguimiento continuo:

   • Realizar un monitoreo continuo de las vibraciones para asegurar que el problema no reaparezca.

   • Utilizar datos históricos para analizar tendencias y pronosticar posibles fallas futuras.

Estrategias para resolver problemas identificados mediante análisis de vibraciones:

Resolver problemas detectados a través del análisis de vibraciones requiere un enfoque metódico que aborde la causa raíz, no solo los síntomas. A continuación, se presenta un resumen de las estrategias clave 

2. Planificación de la Acción Correctiva:

1. Priorización:

   • Evaluar la gravedad del problema y priorizar las acciones correctivas.

   • Atender primero las fallas con mayor impacto en la producción o seguridad.

2. Planificación del mantenimiento:

   • Programar las tareas correctivas en el momento adecuado para minimizar las pérdidas por mantenimiento.

   • Asignar el trabajo a personal capacitado.

3. Definir el tipo de mantenimiento:

   • Dependiendo de la gravedad y tipo de falla, las acciones pueden incluir:

     • Reemplazo de piezas.

     • Realineación.

     • Balanceo.

     • Ajuste de holguras.

     • Lubricación.

3. Implementación de Medidas Correctivas:

1. Reparación o sustitución:

   • Reparar o reemplazar piezas defectuosas. Por ejemplo:

     • Balanceo del rotor: Añadir o quitar masa para reducir la vibración a niveles aceptables.

     • Alineación de acoplamientos: Asegurar que los ejes estén correctamente alineados.

2. Ajustes:

   • Ajustar bandas de transmisión y verificar su desgaste.

   • Revisar y corregir holguras excesivas.

3. Eliminación de causas:

   • Garantizar que se elimine la causa raíz del problema, no solo los síntomas.

Verificación y Seguimiento:

1. Mediciones post-reparación:

   • Tomar nuevas mediciones de vibración después de las acciones correctivas.

   • Comparar los resultados con los datos de referencia para confirmar la efectividad de las correcciones.

2. Seguimiento continuo:

   • Realizar un monitoreo continuo de las vibraciones para asegurar que el problema no reaparezca.

   • Utilizar datos históricos para analizar tendencias y pronosticar posibles fallas futuras.

3. Análisis de tendencias:

   • Monitorear los niveles de vibración a lo largo del tiempo para detectar fallas incipientes.

Estrategias Específicas para Problemas Comunes:

1. Desequilibrio:

   • Balancear el rotor, añadiendo o quitando masa para reducir la vibración.

2. Desalineación:

   • Alinear los acoplamientos, asegurando que los ejes estén correctamente alineados tanto angular como paralelamente.

3. Problemas en rodamientos:

   • Sustituir rodamientos defectuosos y asegurar una lubricación adecuada.

4. Problemas en engranajes:

   • Inspeccionar y corregir la excentricidad, el montaje y la desalineación de los engranajes.

5. Holguras:

Ajustar o reemplazar las partes con holgura excesiva. 

Mantenimiento Proactivo:

1. Análisis de Causa Raíz (AFCF):

   • Investigar y corregir las causas fundamentales de las fallas, no solo los síntomas.

2. Rediseño:

   • Considerar el rediseño de componentes o sistemas para eliminar problemas recurrentes.

3. Especificaciones:

   • Establecer especificaciones de funcionamiento más estrictas que las tolerancias del fabricante, si es necesario.

4. Capacitación:

   • Capacitar al personal de mantenimiento en la aplicación de los principios básicos del análisis de vibraciones.

Herramientas y Técnicas:

1. Análisis de fase:

   • Utilizar mediciones de fase para diferenciar entre desbalanceo y desalineación.

2. Análisis de espectro cruzado:

   • Identificar la relación entre diferentes señales de vibración.

3. Análisis de órdenes:

   • Identificar componentes de vibración relacionados con la velocidad de rotación.

4. Mediciones triaxiales:

   • Tomar mediciones en las tres direcciones (axial, radial y tangencial) para obtener una imagen completa de las vibraciones.

1. Identificación del Problema y Recopilación de Datos Iniciales:

Este es el punto de partida. La identificación puede surgir de diversas fuentes:

• Monitoreo Rutinario de Vibraciones: La forma más proactiva. Se toman mediciones periódicas y se comparan con valores de referencia (baselinas) o estándares industriales. Un aumento significativo o patrones inusuales señalan un posible problema.

• Alarmas del Sistema de Monitoreo: Los sistemas de monitoreo modernos pueden generar alarmas automáticas al superar ciertos umbrales de vibración.

• Observaciones del Personal de Operación y Mantenimiento: Ruido inusual, calentamiento excesivo, holguras visibles, o desempeño deficiente pueden ser indicadores de problemas relacionados con la vibración.

• Historial de Fallas y Mantenimiento: Revisar el historial de la máquina puede revelar problemas recurrentes o componentes propensos a fallar.

Recopilación de Datos Iniciales:

• Descripción Detallada del Problema: ¿Qué equipo está afectado? ¿Cuándo comenzó el problema? ¿Qué síntomas se observan?

• Condiciones de Operación: Velocidad de operación, carga, temperatura, tipo de producto que se está procesando, etc.

• Historial de Mantenimiento Reciente: ¿Se ha realizado algún mantenimiento recientemente en el equipo? ¿Qué tipo?

• Datos de Vibración Existentes: Si hay datos de monitoreo previos, son fundamentales para comprender la evolución del problema.

Ejercicio 1:

Imagina que eres el técnico de mantenimiento de una planta de producción de alimentos. Los operarios han reportado un ruido fuerte y vibración excesiva en una bomba centrífuga utilizada para transportar jarabe.

• ¿Qué preguntas harías a los operarios para obtener más información? (Ej: ¿Cuándo notaron el ruido por primera vez? ¿El ruido cambia con la carga de la bomba? ¿Sienten la vibración en alguna parte específica de la bomba o la tubería?)

• ¿Qué información adicional buscarías en el historial de mantenimiento de la bomba? (Ej: ¿Cuándo fue la última vez que se revisaron los rodamientos? ¿Se han reemplazado recientemente el impulsor o el sello mecánico?)

2. Análisis Detallado de las Vibraciones:

Esta etapa es crucial para determinar la causa raíz del problema. Implica la toma de mediciones de vibración precisas y su análisis utilizando diversas técnicas:

• Adquisición de Datos de Vibración: Utilizando analizadores de vibración portátiles o sistemas de monitoreo en línea. Se deben registrar mediciones en múltiples puntos clave del equipo (rodamientos, carcasa, tuberías, etc.) y en diferentes direcciones (horizontal, vertical, axial).

• Análisis en el Dominio del Tiempo (Time Waveform): Visualizar la forma de onda de la vibración a lo largo del tiempo. Patrones específicos pueden indicar problemas como golpes, fricción o cavitación.

• Análisis en el Dominio de la Frecuencia (Espectro FFT - Fast Fourier Transform): Descompone la señal de vibración en sus componentes de frecuencia. Los picos de frecuencia indican las frecuencias de vibración dominantes y permiten identificar la fuente del problema (desbalanceo, desalineación, holgura, problemas en los rodamientos, etc.).

• Análisis de Fase: Compara la diferencia de fase de la vibración entre diferentes puntos del equipo. Útil para diagnosticar problemas como desalineación y elementos flojos.

• Análisis de Órbita: En máquinas rotativas, la órbita describe el movimiento del eje dentro del cojinete. Patrones específicos de la órbita revelan información sobre el estado del cojinete y posibles problemas de lubricación.

• Técnicas Especializadas: Dependiendo del problema, se pueden utilizar técnicas más avanzadas como el análisis de envolvente (para detectar fallas incipientes en rodamientos), el análisis de coherencia (para identificar la relación entre diferentes puntos de medición), o el análisis de respuesta al impacto (bump test).

3. Diagnóstico de la Causa Raíz:

El análisis de vibraciones proporciona información valiosa, pero es fundamental interpretar los datos correctamente para identificar la verdadera causa del problema. A menudo, múltiples factores pueden contribuir a la vibración excesiva.

• Considerar Todas las Posibles Causas: No se limite a la primera conclusión. Explore todas las posibles causas que coincidan con los patrones de vibración observados.

• Utilizar el Conocimiento del Equipo y del Proceso: El conocimiento del historial de la máquina, su diseño, y las condiciones de operación son cruciales para un diagnóstico preciso.

• Realizar Inspecciones Visuales y Pruebas Adicionales: Complementar el análisis de vibraciones con inspecciones visuales (buscando grietas, fugas, holguras) y pruebas adicionales (verificación de la alineación, pruebas de holgura en los rodamientos, etc.).

4. Selección de la Solución Correctiva:

Una vez identificada la causa raíz, el siguiente paso es seleccionar la solución más efectiva y eficiente. Las soluciones pueden variar desde ajustes menores hasta reparaciones o reemplazos importantes.

• Priorizar la Eliminación de la Causa Raíz: El objetivo principal es abordar la causa subyacente del problema, no solo los síntomas. Por ejemplo, si la vibración es causada por desbalanceo, simplemente apretar los pernos no solucionará el problema a largo plazo. Se requiere balancear el rotor.

• Evaluar Diferentes Opciones: Considerar diferentes soluciones posibles y evaluar sus costos, tiempo de inactividad requerido, impacto en la producción, y efectividad a largo plazo.

• Involucrar al Personal Relevante: Consultar con los operarios, mecánicos y otros especialistas para obtener diferentes perspectivas y asegurar una solución integral.

• Considerar el Costo-Beneficio: Evaluar el costo de la solución en comparación con los beneficios esperados (reducción de costos de mantenimiento, aumento de la vida útil del equipo, mejora de la eficiencia, prevención de fallas catastróficas).

Ejercicio 3:

En el caso de la bomba de jarabe, has confirmado que la causa principal de la vibración es el desbalanceo del impulsor. Considera las siguientes opciones de solución:

• Opción A: Rebalancear el impulsor en sitio utilizando un equipo portátil de balanceo. (Menor tiempo de inactividad, menor costo inicial, requiere personal capacitado).

• Opción B: Retirar el impulsor y enviarlo a un taller especializado para su balanceo. (Mayor tiempo de inactividad, mayor costo, alta precisión de balanceo).

• Opción C: Reemplazar el impulsor por uno nuevo. (Mayor costo, pero asegura que el impulsor esté en óptimas condiciones).

• ¿Qué factores considerarías para elegir la mejor opción? (Ej: Criticidad de la bomba, disponibilidad de repuestos, disponibilidad de personal capacitado, presupuesto, tiempo de inactividad aceptable).

• ¿Qué documentación o información adicional necesitarías para tomar una decisión informada? (Ej: Especificaciones del fabricante para el balanceo del impulsor, historial de problemas similares con esta bomba).

5. Planificación e Implementación de la Solución:

Una vez seleccionada la solución, es crucial planificar cuidadosamente la implementación para minimizar el tiempo de inactividad y garantizar la seguridad.

• Desarrollar un Plan Detallado: Definir los pasos a seguir, los recursos necesarios (personal, herramientas, repuestos), el cronograma, y las medidas de seguridad.

• Comunicación Clara: Informar a todo el personal involucrado sobre la intervención, los riesgos, y los procedimientos a seguir.

• Aislamiento y Bloqueo (Lockout/Tagout): Asegurar que el equipo esté correctamente aislado y bloqueado antes de iniciar cualquier trabajo.

• Ejecución Rigurosa: Seguir el plan establecido y realizar el trabajo con precisión y cuidado.

• Documentación Exhaustiva: Registrar todos los detalles de la intervención, incluyendo las acciones realizadas, los repuestos utilizados, y las mediciones de vibración antes y después de la reparación.

6. Verificación de la Efectividad de la Solución:

Después de implementar la solución, es fundamental verificar que el problema se haya resuelto y que los niveles de vibración hayan vuelto a valores aceptables.

• Mediciones de Vibración Post-Intervención: Tomar mediciones de vibración en los mismos puntos y condiciones que las mediciones iniciales.

• Comparación con Datos Previos y Estándares: Comparar las mediciones post-intervención con las mediciones previas al problema y con los estándares de vibración aplicables.

• Inspección Visual y Auditiva: Verificar visualmente que no haya signos de vibración excesiva y escuchar si los ruidos anormales han desaparecido.

• Seguimiento a Corto Plazo: Realizar mediciones de vibración adicionales en los días o semanas siguientes a la intervención para asegurar que el problema no reaparezca.

Ejercicio 4:

Después de rebalancear el impulsor de la bomba de jarabe (utilizando la opción seleccionada en el ejercicio anterior), has tomado nuevas mediciones de vibración.

• Los picos en el espectro FFT a la frecuencia de rotación y a dos veces la frecuencia de rotación han disminuido significativamente, situándose dentro de los límites aceptables.

• El ruido reportado por los operarios ha desaparecido.

• ¿Qué conclusiones puedes sacar sobre la efectividad de la solución?

• ¿Qué pasos adicionales tomarías para asegurar la fiabilidad a largo plazo de la bomba? (Ej: Incluir la bomba en un programa de monitoreo regular de vibraciones, revisar periódicamente la alineación y el estado de los rodamientos).

7. Seguimiento y Mejora Continua:

La implementación de soluciones basadas en el análisis de vibraciones no es un evento único, sino un proceso continuo de mejora.

• Monitoreo Regular: Continuar monitoreando las vibraciones del equipo de forma regular para detectar problemas incipientes y evitar fallas futuras.

• Análisis de Tendencias: Analizar las tendencias de vibración a lo largo del tiempo para identificar patrones y predecir posibles problemas.

• Documentación y Lecciones Aprendidas: Mantener un registro detallado de todos los problemas de vibración, las soluciones implementadas, y los resultados obtenidos. Analizar las lecciones aprendidas para mejorar los procesos de diagnóstico y reparación en el futuro.

• Capacitación Continua: Mantener al personal de mantenimiento actualizado sobre las últimas técnicas de análisis de vibraciones y las mejores prácticas.

Ejercicio 5:

Después de varios meses de monitoreo regular de la bomba de jarabe, observas un ligero aumento en la vibración a la frecuencia de rotación.

• ¿Qué podría estar indicando este aumento, a pesar de que la vibración general sigue dentro de los límites aceptables? (Pista: Podría ser un indicio de un ligero desbalanceo que está reapareciendo o un desgaste gradual del impulsor).

• ¿Qué acciones preventivas podrías tomar para abordar esta situación antes de que se convierta en un problema mayor? (Ej: Programar una inspección más detallada del impulsor, verificar la fijación del impulsor al eje, considerar un rebalanceo preventivo en la próxima parada programada).

Programas de Mantenimiento Predictivo (PMP):

Los Programas de Mantenimiento Predictivo (PMP) son estrategias de gestión del mantenimiento que se basan en la evaluación periódica de la condición de las máquinas y sistemas. Su objetivo es optimizar la operación total de una planta o industria, predecir cuándo se deben realizar las intervenciones de mantenimiento, evitar paradas inesperadas y reducir costos. El análisis de vibraciones es una herramienta clave dentro de estos programas.

Los PMP se diferencian de otras formas de mantenimiento, como el mantenimiento correctivo (que actúa tras la avería) y el mantenimiento preventivo (basado en programas periódicos). El mantenimiento predictivo se centra en la condición real de la máquina, permitiendo intervenciones solo cuando es necesario.

El Análisis de Vibraciones como Herramienta Fundamental:

Como bien se menciona en la introducción, el análisis de vibraciones es una de las herramientas clave y más utilizadas dentro de un PMP. Las vibraciones son una señal inherente al funcionamiento de la maquinaria rotativa, y los cambios en sus patrones pueden indicar la presencia de problemas incipientes. El análisis de vibraciones permite detectar problemas como:

• Desbalanceo: Una distribución desigual de masa en un rotor.

• Desalineación: Cuando los ejes de dos componentes acoplados no están paralelos o coaxiales.

• Holgura mecánica: Juego excesivo en rodamientos, acoplamientos, o pernos.

• Problemas en rodamientos: Desgaste, daño en pistas o elementos rodantes.

• Problemas en engranajes: Desgaste, picaduras, o roturas en los dientes.

• Problemas en correas y poleas: Desgaste, tensión incorrecta, o daño.

• Resonancia: Cuando la frecuencia de excitación coincide con la frecuencia natural del sistema.

• Cavitación (en bombas): Formación y colapso de burbujas de vapor en el líquido.

• Problemas eléctricos (en motores): Desbalanceo de corriente, fallas en el rotor o estator.

Sin embargo, un PMP efectivo no se limita al análisis de vibraciones. Integra una variedad de tecnologías y técnicas para obtener una visión completa del estado de los equipos.

Otras Tecnologías y Técnicas Clave en un PMP:

• Termografía infrarroja: Detecta patrones de calor anormales que pueden indicar problemas eléctricos, mecánicos (rodamientos sobrecalentados), o fugas de vapor.

• Análisis de aceite lubricante: Evalúa las propiedades del aceite (viscosidad, contaminación, presencia de partículas de desgaste) para detectar problemas en rodamientos, engranajes y otros componentes lubricados.

• Análisis de ultrasonido: Detecta fugas de aire o vapor, problemas en rodamientos (en etapas tempranas), y fallas eléctricas (efecto corona, arcos eléctricos).

• Análisis de corriente del motor (MCSA - Motor Current Signature Analysis): Detecta problemas eléctricos y mecánicos en motores eléctricos analizando las fluctuaciones en la corriente.

• Pruebas no destructivas (NDT): Incluyen inspección visual, pruebas de líquidos penetrantes, pruebas magnéticas, y pruebas ultrasónicas para detectar grietas, corrosión u otros defectos en los materiales.

• Monitoreo del rendimiento: Seguimiento de parámetros operativos como temperatura, presión, caudal, y consumo de energía para identificar desviaciones que puedan indicar problemas.

• Inspecciones sensoriales: Observaciones del personal de mantenimiento sobre ruidos inusuales, olores, vibraciones perceptibles, o fugas.

Desarrollo de Programas de Mantenimiento Basados en el Análisis de Vibración

El análisis de vibración es una técnica fundamental en el mantenimiento predictivo, ya que permite detectar anomalías en maquinaria y equipos antes de que se conviertan en fallas críticas. Este enfoque se basa en el principio de que las máquinas emiten vibraciones características cuando están en buen estado, y cualquier cambio en estos patrones puede indicar un problema incipiente. A continuación, se describe cómo desarrollar programas de mantenimiento basados en el análisis de vibración, incluyendo el monitoreo continuo y el ajuste de estrategias.