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PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH • 85737 Ismaning • eMail: info@pruftechnik.com • www.pruftechnik.comA member of the PRÜFTECHNIK Group

de

Revista 'Energías Renovables'Edición Junio 2006

Edición Especial

Mediciones mas allá de dosCondiciones de Operación

Una traducción del "Erneuerbare Energien"

Las técnicas de mantenimientopredictivo mediante la monitoriza-ción de condiciones de operaciónde maquinaria cuenta con tecnolo-gía de punta y ha sido implementa-da en diferentes aplicaciones in-dustriales. Los incrementos de loscostos y la tendencia a alargar lostiempos de operación de las máqui-nas son demandas decisivas para laintroducción de este concepto demantenimiento. El requerimientode Sistemas de Monitorización deCondiciones (CMS) en la industriade generación eólica tuvo comobase la revision de cláusulas de lasaseguradoras alemanas en el ano2002. Esta revisión establecen quedespués de 40.000 horas de opera-ción o, a más tardar, después de 5años, todos los rodamientos de latransmisión y del generador debenser cambiados. Esta clausula exclu-ye toda planta eólica que este equi-padas con un Sistemas de Monito-rización de Condiciones ”adecua-dao“ y cetificado. Actualmente seincluye esta cláusula en casi todoslos contratos de las aseguradoras.Los operadores de aerogenerado-res pequeños se plantean con justarazón las siguientes preguntas:¿Por qué deberían ser usados sola-mente sistemas caros que esténcertificados? y ¿Por qué es necesa-rio transmitir demasiados datoscon los sistemas de monitorizaciónde condiciones? Estos operadoresdesean sistemas de monitorizaciónmás económicos con un diagnósti-co del estado in situ. Nuestra em-presa tomó en cuenta este proble-ma desarrolló un sistema de moni-torización llamado VIBNODE®, el

cual es tambien aplicable a aeroge-neradores pequeños.

Técnicas de Monitorización deCondiciones en Aerogeneradores

La Monitorización de Condicio-nes se basa en el registro de señalesde vibraciones del mecanismo detransmisión para luego ser compa-rados con mediciones de referen-cia. Las cajas reductoras, genera-dores, rodamientos, rotores y com-ponentes eléctricos tienen formastípicas y frecuencias característicasen los espectros de vibraciones, enel cual las fallas pueden ser detec-tadas. El presente artículo destacacon un ejemplo del sistema VIB-NODE®, los aspectos importantes aconsiderar en la monitorización deun aerogenerador.

CMS para Aerogeneradores deVelocidad Constante

El VIBNODE® es escencialmenteigual al CMS certificado VIBRO-WEB® XP, excepto que no poseealgunas funciones adicionales ne-cesarias para aerogeneradores quetrabajan a velocidad variable. Sinembargo, ofrece un registro per-manente del funcionamiento, esta-do y comportamiento de las vibra-ciones, lo cual va más allá de lossistemas certificados actuales.

VIBNODE® trabaja de forma au-tónoma y es apto para trabajar enred. El sistema posee doce entradasanalógicas, dos entradas de impul-sos, dos entradas digitales y tressalidas digitales. En su robusta cajase ubican un procesador, un anali-zador FFT, servidor Web y memoriade datos para períodos prolonga-dos. Para el envío de correos elec-

trónicos y datos de medición elVIBNODE® utiliza HTTP y no com-ponentes FTP. El VIBNODE® ya esreconocido por aseguradoras deprestigio para aerogeneradores dehasta 1500 kW y está funcionandoen varias partes del mundo.

VIBNODE® presenta las siguien-tes características:• El hardware es adaptable a uni-

dades de velocidad fija.• Los parámetros de vibraciones,

estado y diagnósticos son regis-trados permanentemente en to-das las condiciones de operación.

• La evaluación preliminar y elanálisis en detalle son realizadosen forma independiente.

• La alerta automática y transmi-sión remota de datos no utilizaFTP.

• Una central de diagnóstico(Diagnosis-Center) para el alma-cenamiento y disposición de losdatos de medición.El VIBNODE® es montado en la

góndola y conectado a los sensoresinstalados en los mecanismos de latransmisión. El sistema requiereuna alimentación de 24 VDC. Parala comunicación necesita una co-nexión a una red convencional.Ambas conexiones puden ser insta-ladas facilmente por un técnicoelectricista. Opcionalmente se pue-de agregar una fuente de alimenta-ción y hacer la comunicación TCP/IP vía modem. Las funcionalidadesde router se encuentran ya integra-das en el sistema.

VIBNODE® supervisa el compor-tamiento de las vibraciones propiasy de operación, estado y funciona-miento de los mecanismo de la

transmisión de velocidad fija,con especial consideración enlos sistemas de engranajes yrodamientos. Para esto se ins-talan sensores de aceleracióny de desplazamiento en pun-tos de medición estándar (fi-gura 2). Se puede conectaropcionalmente un contadorde partículas. Los sensores dedesplazamiento son utiliza-dos en el sector de operacióna baja velocidad donde losrangos estándar de diagnósti-co están por fuera. En formasimilar sucede, por ejemplo,en una rueda de coche. Deba-jo de cierta velocidad no es

Figura 1: Concepto del sistema VIBNODE®

Dr. Edwin Becker

Roland Schühle

La Monitorización de Condiciones gana interés en Aerogeneradores de Velocidad de Rotación Fija conPotencia hasta 1.500 Kilovatios.Una contribución de Dr. Edwin Becker y Roland Schühle, PRÜFTECHNIK Condition Monitoring GmbH

Mediciones mas allá de dos Condiciones de Operación

Administración• Tratamiento de Alarmas

Mantenimiento• Análisis de Tendencias

Cooperación CMS• Telediagnóstico

posible sentir un desequilibrio enel volante, sino que este se siente”sólo“ como ”un movimiento su-perpuesto“ de las ruedas del co-che. Es por esta razón que en elmodulo del VIBNODE® se instalaal menos un sensor de desplaza-miento en el lado accionamiento,con el fin de poder detectar atiempo y de forma fiable incre-mentos de holguras, cambios enlos rodamientos y en las vibracio-nes en dirección axial. Opcional-mente pueden ser montados sen-sores radiales de desplazamiento a90º en el área del rodamientoprincipal.

Software para Base de Datos

El VIBNODE® utiliza un softwarede PC para base de datos quepermite analizar, almacenar y do-cumentar los datos de medición,así como para programar la moni-torización de las condiciones. Lastareas de monitoreo, los puntos demedición, así como el nombre deloperador del parque, nombre delparque, número de identificacióndel aerogenerador y del compo-nente del tren de potencia sonmostrados y descritos claramenteen una estructura jerárquica tipoárbol. En esta estructura los datosson registrados con la fecha demedición.

Cuando se activa una alarma,Omnitrend guía al usuario con laayuda de símbolos coloreados através del árbol hasta el puntocorrespondiente al origen de laalarma. Mediante esta estructura-ción se pueden comparar los datosde diferentes máquinas y aprove-char las funcionalidades de unabase de datos.

Con el módulo opcional WebRe-port, los operadores pueden des-cargar por sí mismo los datos demedición directamente del Sistemade Monitorización de Condiciones.

Monitorización Permanentede Vibraciones y Valores

Característicos

La experiencia con sistemas cer-tificados ha demostrado que paracada aerogenerador y tipo de fun-cionamiento se reúnen entre 1 a 2MB de datos de medición por día.La certificación exige que los resul-tados de las mediciones para lasdos condiciones de operación sean

transferidos completamente al cen-tro de diagnóstico. Para una aplica-ción típica de una transmisión pi-ñón/rueda y/o engranajes planeta-rios se pueden obtener alrededorde 200 valores característicos, loscuales deben ser supervisados porespecialistas en diagnóstico. Eneste caso la pregunta es: ¿Es posi-ble que estas actividades rutinariasno sean realizadas directamentepor el Sistema de Monitorizaciónde Condiciones? ¿Por qué limitarlas mediciones a dos condicionesde operación?

El VIBNODE® permite realizar elanálisis de frecuencias permanen-temente. Para cada punto de medi-ción es posible supervisar hasta 25valores característicos en cada aná-lisis de frecuencia (basados en va-lores picos y valores rms) sobretodo el rango de operación. Elanálisis en las bandas de frecuen-cias puede definirse en forma esta-cionaria o dependiente de la velo-cidad de rotación de la máquina,estas se pueden superponer sinproblemas por que ellas son inde-pendientes entre sí. El siguienteejemplo muestra por que es impor-tante medir en todo el rango deoperación.

La figura 3 muestra las vibracio-nes características de un rodamien-to autoalineante de bolas. Se pue-den identificar en estas medicionespermanentes amplitudes superio-res a 1 m/s2 así como tambien enamplitudes con rangos mucho másbajos. Estas diferencias en los nive-les de vibración son causadas pordaños parciales en la pista internadel rodamiento autoalineante ubi-cado en la parte del tren motriz

mostrada en la fig. 3b en colorrojo. Si la carga es predominanteen su componente axial, el daño enla pista del rodamiento no genera-rá altas vibraciones. Este tipo dedaños sería difícil de reconocer conmediciones portátiles o con unaselección incorrecta de las condi-ciones de operación.

Independiente Evaluación Pre-via y Análisis en Detalle.

La cantidad de datos a procesarpor los Sistemas de Monitorizaciónde Condiciones es enorme. La ma-yoría de los sistemas (certificados)CMS reduce la cantidad de datosprocesando previamente el espec-tro de frecuencia a partir de lasseñales de tiempo y guardándoloso enviándolos en paquetes de datospequeños, independientemente deque sean señales de desplazamien-to, velocidad o envolventes.

VIBNODE® ofrece la posibilidadde que los usuarios con derechosde administrador puedan definircomo se debe proceder con losespectros de frecuencia. Los si-guientes tres casos son posibles ycombinables:• Todos los espectros medidos se-

rán enviados y/o almacenados.Nosotros utilizamos este caso,por ejemplo, para la puesta enmarcha para un nuevo Sistemade Monitorización de Condicio-nes.

• Los espectros de frecuencias seenvían tres veces por día. Esteprocedimiento es necesario se-gún las normas de las asegurado-ras.

• Los espectros de frecuencias seenvían solamente después de so-brepasar un nivel de alarma.

Figura 2 : Puntos de Medición Típicos en un Tren de Potencia Eólico.

VIBNODE® evalúa los valores ca-racterísticos en forma autónomay envía automáticamente al Cen-tro de Diagnóstico los correspon-dientes espectros de frecuenciastan pronto uno o más de losvalores límites ha sido sobrepa-sado.

Aviso de Alarma y Transmisiónde Datos Automáticos

La comunicación en-tre el VIBNODE® en elaerogenerador y elCentro de Diagnósticose lleva a cabo auto-máticamente por me-dio de correo electró-nico con los datos ad-juntos. Esto se puedellevar a cabo de lassiguientes maneras:• Diariamente y en pe-

ríodos de tiempo de-finidos se envía unemail con los datosde operación.

• Diariamente se en-vían los datos de vi-braciones, operacióny valores caracterís-ticos de diagnóstico.

• En períodos definidos y depen-dientes de las condiciones se en-vían los espectros de frecuencia.

• Enviar inmediatamente notifica-ciones de alarmas y emergencias.

• Enviar inmediatamente espec-tros de frecuencia al ocurrir unairregularidad.La identificación del correo elec-

trónico se realiza en el servidor delcorreo por medio del encabezado.Debido a que VIBNODE® es compa-tible con Ethernet, el Sistema deMonitorización de Condicionespuede ser integrado a redes y alíneas de conexión de banda ancha(por ej. DSL, Figura 4). Si no sedispone de una red, la comunica-ción se lleva a cabo mediante unmódem, el cual puede ser instaladoen forma adicional en el gabinetedel equipo.

Central de Diagnósticocon Almacenamiento

y Disposición de Datos

Un Hardware deMonitorización deCondiciones apropia-do (certificado) no esgarantía suficientepara un diagnósticofiable de fallos. Esnecesario contar conuna instalación, pa-rametrización y so-porte correctos delSistema de Monitori-zación de Condicio-

nes, así como una reacción acerta-da y rápida ante cambios de las

condiciones por parte de los espe-cialistas en diagnóstico y el perso-nal de mantenimiento. Dado queno todo operador de Parques Eóli-cos cuenta con el suficiente know-how o un personal calificado paraestas tareas, nosotros ofrecemosestos servicios a través de nuestroDiagnostic-Center. Para aquellosoperadores que quieran ejecutar laMonitorización de Condiciones porsu propia cuenta, así como desa-rrollar su propio Centro de Diag-nóstico, nosotros asumimos el al-macenamiento de los datos de me-dición y provemos los resultados através de Internet (”data hosting“).Los usuarios registrados puedendescargar sus reportes pre-configu-rados de las mediciones en cual-quier momento mediante un ingre-so protegido con contraseña.

En caso que nuestra empresa sehaga cargo del análisis de los datosde medición, los especialistas delCentro de Diagnóstico se ocupande fijar los parámetros y valoreslímites del Sistema de Monitoriza-ción de Condiciones, realizar elcontrol rutinario y detallado de losdatos, preparar los reportes decondiciones, así como de reaccio-nar e informar adecuadamenteante alarmas o emergencias especí-ficas. Tras un diagnóstico de daño,el Centro de Diagnóstico, en cerca-na cooperación con el cliente, reco-mienda las medidas a tomar parasubsanar la situación.

Figura 3a: Fallo en pista interna delrodamiento “produce” diferentesseñales en el especto de envolvente.

Figura 4: Concepto de Sistema de Telediagnóstico interconectado por DSL.

EthernetLAN

Internet

DSLFirewallSMTP server

eMail

eMail

Wind farm operator Telediagnosis partner

Figura 3b: Daños parciales en la pista del rodamiento autoalineante del ejeintermedio.