La imagen infrarroja puede ser muy útil para detectar anomalías térmicas causadas por problemas mecánicos en equipos de minas y plantas Por Hennie Matthee, Kumba Iron Ore Ltd.

Las empresas hoy en día están bajo una tremenda presión para reducir costos mientras mantienen sus niveles de producción. La termografía infrarroja es de gran valor para examinar problemas eléctricos, aunque algunas de sus aplicaciones más importantes están en los sistemas mecánicos. Las plantas a menudo tienen miles de rodamientos a baja velocidad que son virtualmente imposibles de inspeccionar en forma económica usando el monitoreo de vibraciones. Por ejemplo, los polines de un sistema transportador—que afecten directamente la producción cuando fallan—son bastante fáciles de inspeccionar con termografía. Como una tecnología de monitoreo de condición altamente visual, las cámaras infrarrojas presentan información en forma clara y efectiva. La fuente de las anomalías térmicas puede ser identificada y reparada antes que el equipo falle, arrojando múltiples beneficios:

• Un mejor programa de mantención predictiva y mantención general, y ahorrosen costos de operación.

• Una reducción en los riesgos de incendioen ambiente potencialmente inflamables.

• Mantención más focalizada y económica.

• Posibles reducciones en la energía requerida para accionar equipos.

Una inspección infrarroja minuciosa debe incluir todos los factores de los sistemas de operación para que sea efectiva. Este artículo demostrará la necesidad de del uso de sistemas IR para el Análisis de Causa Raíz de Fallas para eliminar costosos problemas de mantención en transportadores y chancadores mineros.

Comparación de Sensor de Temperaturas

Se hizo una inspección de rutina en chancadores de mineral con la cámara infrarroja, en este caso, una FLIR P60 con lentes de 12° (Ver Figura 1), elegida por su calidad superior de imagen visual y térmica, resolución del tamaño del punto y exactitud en la medición de temperatura. El objetivo principal de esta inspección IR era determinar la precisión del Pt100 (un termómetro de resistencia de platino común) al comparar las lecturas de lectura de aceite y del contra-eje con la pantalla del LCD de la cámara y reportar cualquier anormalidad. La Figura 2 muestra que la instalación del sensor es crucial para revelar la temperatura correcta, y que la termografía puede ayudar a localizar la mejor área.

Es algo natural para un termógrafo ser curioso y analizar todos los posibles efectos del flujo de calor. Los depósitos de aceite de los chancadores cuaternarios de mineral en la mina Sihen fueron observados. La imagen térmica indicó diferencias de temperatura en el fondo de los depósitos de aceite, tal como se muestra en la Figura 3. La pregunta que esto planteó, como siempre, fue: “¿Qué nos dicen las imágenes?”

Para clarificar las anormalidades indicadas por el termograma, se tomaron muestras de aceite de los fondos de todos los depósitos donde las imágenes infrarrojas indicaron diferencias de temperatura. El punto de succión que está más abajo en el depósito está ubicado a 100 mm del fondo.

Para garantizar que las muestras fueran tomadas del fondo de los depósitos, una compañía especializada en filtración de aceite usó una válvula unidireccional montada en el extremo de una tubería eléctrica de 20-mm de PVC para tomar muestras de aceite del fondo (Ver Figura 4). Cuando la tubería de PVC estuvo en la base del depósito, el émbolo abrió la válvula y el aceite fluyó hasta entrar al tubo. Se sacó el tubo del depósito y se drenó el aceite a la botella de muestreo. Las muestras de aceite fueron entonces enviadas al laboratorio de aceite de la mina Sishen para ser analizadas. El informe del análisis de aceite indicó que el aceite estaba muy contaminado—tan contaminado, de hecho, que obstruyó los filtros de los instrumentos en el laboratorio. El análisis, indicado en la Tabla 1, mostró que la acumulación en el fondo de los estanques contenía altas concentraciones de hierro (Fe), cobre (Cu), plomo (Pb), sílice (Si) y agua (H2O). Lo que la imagen IR en realidad reveló fue el residuo y la acumulación en el fondo del estanque.

Luego surge la pregunta de cómo evitar que la bomba de aceite succione agua y sedimento. Una forma sería elevar el punto de succión por encima del nivel del sedimento, pero eso no ayudaría a eliminarlo. El sistema de filtración del depósito no podría removerlo en forma efectiva, y como no habría punto de drenaje para drenar todo el aceite del estanque, cualquier aceite nuevo se contaminaría al momento de reabastecer. Ingeniería de Diagnóstico propuso cuatro soluciones posibles:

A. Limpiar el depósito a mano—La limpieza a mano sólo se puede hacer cuando se haya programado trabajo de reparación mayor para un chancador específico. Para hacer esto, se debe drenar el aceite y el depósito se debe abrir, enjuagar y limpiar. Este método sería efectivo pero muy lento de realizar.

B. Usar el sistema de filtración—Agitar el aceite en el depósito para forzar al residuo que está en el fondo del estanque a moverse. El aceite fluiría a través del sistema de filtración existente y sería limpiado según las especificaciones del filtro. Esto tomaría tiempo y los filtros son caros. Algunos de los contaminantes pudieran pasar a través del filtro, causando desgaste innecesario.

C. Rediseñar el depósito de aceite—Rediseñar el depósito de aceite de forma que el sedimento y el agua puedan ser drenados en cualquier momento. El diseño aún protegería a la bomba y a los filtros, y no habría necesidad de drenar todo el aceite, reduciendo de esta manera los costos.

D. Instalar un nuevo sistema de filtro en todos los depósitos de aceite—Uno de los depósitos tenía un nuevo sistema de filtro que lo estaba manteniendo considerablemente más limpio que los otros, tal como lo confirman los informes de aceite y las imágenes IR. El mismo sistema de filtro podría instalarse en todos los otros depósitos.

El personal de mantención escogió las opciones C y D: rediseñar el depósito de aceite e instalar el nuevo sistema de filtro de aceite en todos los depósitos. La Figura 5 muestra los resultados ocho meses después.

Con inspecciones regulares a los depósitos de aceite, la imagen IR indicará cualquier acumulación de residuo en el fondo del estanque, y se le puede encargar al personal de mantención evacuar el sedimento.

Mejorando la Selección de los Componentes Adecuados para los Transportadores

En otro ejemplo, se uso la termografía para detectar defectos de diseño y seleccionar el mejor polín de transportador disponible para una instalación en particular. Las inspecciones IR a equipos transportadores ayudaron a SAPO (Operaciones Portuarias de Sudáfrica) Saldanha a identificar al mejor proveedor de polines para sus condiciones específicas y a rediseñar equipos transportadores para aumentar la producción y reducir los costos de mantención.

Se solicitó a la mina Sishen, de Kumba Iron Ore, realizar una inspección infrarroja en SAPO, puesto que los problemas experimentados allí tienen un impacto directo en la mina. Las condiciones en Saldanha son difíciles: variaciones de temperatura, lluvias periódicas, viento y rocío de agua de mar contribuyen a un alto índice de corrosión en los equipos. SAPO experimentó la desalineación de sus correas transportadoras y el reemplazo continuo de polines, que a menudo fallaron debido a la corrosión y al colapso de los extremos del rodamiento.

La inspección principal, que involucra a todos los accionamientos del transportador, subestaciones, equipos transportadores, sistemas hidráulicos y el basculador, se hizo para determinar la razón del deterioro de los rodillos existentes, hacer recomendaciones sobre cómo solucionar el problema, y ayudar con las modificaciones que fuesen necesarias. Dos compañías ofrecieron precios competitivos para fabricar rodillos nuevos de acuerdo a las especificaciones de Saldanha, y se decidió usar las inspecciones térmicas para determinar cuál polín y de qué compañía sería el mejor para las condiciones reinantes.

Las especificaciones de las correas transportadoras incluyeron:

• Garlands consistentes en cinco rodillos,

• Velocidad de correa de 4 m/s,

• Capacidad de 6,000 – 7,000 t/h,

• Separación de los polines: 1.5 m polines cóncavos y 3 m polines de retorno,

• Factor de hinchamiento 2.75 x volumen, y

• Material transportado que contiene hierro (-27 mm a +0.2 mm).

Los rodillos Garland son una cadena de rodillos de correa transportadora que reemplazan a las estaciones de polines de acero convencionales y separan los rodillos. Estas cadenas tienen lazos o ganchos en ambos extremos que se agarran a rebordes que corren paralelos al transportador. Como los rodillos Garland se mueven libremente, minimizan la carga de impacto de elementos grandes en los rodillos, y la carga en la correa es distribuida sobre una sección más larga, tal como se muestra en la Figura 6.

La termografía mostró dos puntos conflictivos en los rodamientos de los polines en condiciones de carga normales. Se detectaron problemas en más de 400 Garlands, cada uno conformado por cinco polines. La mayoría de los problemas se encontraron en un tipo de polín. Los defectos fueron reportados al gerente de calidad de SAPO.

Los Garlands fueron cambiados en la siguiente mantención. Después que fueron instalados, una inspección IR de seguimiento mostró puntos conflictivos en los polines recientemente instalados. Los inspectores de SAPO dijeron que algunos de los polines nuevos fallaron dentro de dos a trece días después de la instalación. La inspección a uno de los polines mostró que los rodamientos habían fallado. Las posibles causas de la falla podrían ser una excesiva tensión de la correa, sobrecarga, lubricación inadecuada, polines mal diseñados, desalineación de los polines o de la estructura, polín excéntrico o desbalanceado, o calidad del polín.

La inspección IR (Ver Figura 7) indicó que la temperatura promedio de operación de los polines de un proveedor (B) bajo carga estuvo entre 8°C y 12°C. La temperatura promedio de operación de los polines del otro proveedor (A) estuvo entre 27°C y 170°C.

Se cortó y abrió un polín de cada proveedor para determinar la causa de las diferencias de temperatura. Las diferencias principales entre los dos proveedores fueron el sello exterior, el sello interior y el grosor de la tapa del rodamiento. El proveedor A usó un sello exterior barato sin sello interior, mientras que el proveedor B usó un sello exterior de laberinto y un sello interno para polvo. El proveedor A usó un rodamiento sin nombre, mientras que el proveedor B usó una marca bien conocida de rodamientos.

Las tapas del extremo del rodamiento del proveedor A no prestaron apoyo al rodamiento bajo condiciones de carga. Esto causó que la tapa se deformara bajo carga y se desalinearan los rodamientos, tal como se muestra en la Figura 8. El resultado de la desalineación fue el sobrecalentamiento y la falla de los rodamientos.

Debido a las variaciones en la temperatura, el aire dentro del polín se calentó y se enfrió, formando agua dentro del polín. Esta agua entró al rodamiento, causando que este fallara porque no había sello interior.

Agradecimientos

El autor desea agradecer la cooperación del personal del Laboratorio de Aceite y Mantención de Sishen Kumba Iron Ore, del personal de Filter Focus South Africa y de H Rohloff (PTY) Ltd., Johannesburgo, Sudáfrica.

Para descargar materiales de referencia técnica, o ver difusión virtual vía internet acerca de tecnología IR y mediciones de temperatura sin contacto, visite www.goinfrared.com/IRdiagnosis.Hennie Mathee es un termógrafo de ingeniería de diagnóstico de la mina Sishen, Kumba Iron Ore Ltd., Sudáfrica.

Compartir