Comprensión del análisis de ultrasonido
Análisis de ultrasonido — también llamado ultrasonido transmitido por el aire y ultrasonido transmitido por la estructura — es una monitoreo de condición tecnología que escucha sonidos de alta frecuencia muy por encima del rango de audición humana. Las personas pueden escuchar típicamente hasta unos 20 kilohercios (kHz); los instrumentos de ultrasonido están diseñados para detectar sonidos en la banda de 20 kHz a 100 kHz. Estas emisiones de alta frecuencia son generadas por fricción, turbulencia y arcos eléctricos: tres cosas que casi siempre acompañan a una falla en desarrollo. El instrumento detecta el ultrasonido, lo traduce a una señal audible que se escucha a través de audífonos y mide su intensidad (amplitud), que se muestra como un nivel en decibelios (dB). En efecto, permite a un inspector “escuchar” problemas que de otro modo serían completamente silenciosos, lo que lo convierte en un poderoso complemento al análisis de vibración y termografía en un programa moderno de mantenimiento predictivo programa.
1. Definición: ¿Qué es el análisis de ultrasonido?
En su esencia, el análisis de ultrasonido se trata de capturar energía acústica que el oído humano no puede registrar. La física importa aquí: las ondas ultrasónicas tienen longitud de onda corta y son altamente direccionales, y se atenúan rápidamente con la distancia y a través de barreras sólidas. Esto es precisamente lo que hace que la técnica sea tan útil para la inspección: porque el sonido se desvanece rápidamente, la lectura más alta apunta confiablemente de vuelta a la fuente, permitiendo a un inspector localizar con confianza una fuga o un contacto defectuoso.
El ultrasonido se genera dondequiera que haya fricción (un rodamiento seco o dañado), turbulencia (gas escapando a través de un orificio pequeño) o descarga eléctrica (arcos, rastreo y corona). El instrumento detecta esta emisión con un sensor transmitido por el aire (un micrófono ultrasónico) o un sensor de contacto (una guía de ondas presionada contra una superficie para capturar el sonido transmitido por la estructura). La señal capturada se acondiciona luego y se presenta al inspector tanto como un tono audible como un nivel numérico en dB, por lo que el diagnóstico combina un oído entrenado con una medición objetiva y susceptible de seguimiento.
2. Cómo funciona: Heterodino
La tecnología central dentro de un instrumento de ultrasonido se llama heterodino. Este es un proceso electrónico que convierte con precisión la señal ultrasónica inaudible de muy alta frecuencia en una señal de menor frecuencia dentro del rango audible, sin sin cambiar el carácter original del sonido. El “silbido” de una fuga de aire comprimido aún suena como un silbido en los audífonos, y el “chisporroteo” de un arco eléctrico aún suena como un chisporroteo. Esa traducción fiel es lo que hace que el diagnóstico sea tan intuitivo: un inspector aprende a reconocer la firma de cada falla por oído.
La heterodina funciona mezclando la señal ultrasónica entrante con una frecuencia de referencia estable generada dentro del instrumento. La mezcla produce una frecuencia de diferencia que cae dentro de la banda audible. Como las relaciones de amplitud originales se preservan, la lectura en decibelios en el medidor permanece como una cantidad significativa y repetible que puede registrarse y seguirse con el tiempo: convirtiendo un “suen peor” subjetivo en un aumento documentado en dB que respalda una decisión de mantenimiento.
3. Aplicaciones clave en mantenimiento
El análisis de ultrasonido es una tecnología versátil con varias aplicaciones de alto valor:
a) Detección de fugas
Esta es la aplicación más común y financieramente beneficiosa. El flujo turbulento de un gas: aire comprimido, vapor, nitrógeno o cualquier medio presurizado: que escapa de una tubería, válvula o recipiente crea una gran cantidad de ultrasonido de banda ancha.
- Procedimiento: Un inspector usa un dispositivo de ultrasonido portátil con un sensor transmitido por el aire para escanear un área. El instrumento es altamente direccional, por lo que a medida que se acerca a una fuga, la señal audible en los audífonos se hace más fuerte y la lectura en dB en el medidor aumenta, guiando al inspector directamente a la fuente.
- Beneficios: Encontrar y reparar fugas de aire comprimido puede ahorrar a una planta decenas o incluso cientos de miles de dólares al año en energía desperdiciada. El aire comprimido es uno de los servicios más costosos en una fábrica, y una sola fuga audible que se deja sin atender incrementa el costo cada hora que el compresor está cargado para compensarla.
b) Inspección eléctrica
Fallas eléctricas como arcos eléctricos, rastreo y corona en equipos de voltaje medio y alto producen todas ultrasonido, a menudo antes de que produzcan suficiente calor para ser vistas por una cámara infrarroja.
- Procedimiento: Un inspector puede escanear de manera segura gabinetes eléctricos cerrados desde el exterior. El ultrasonido generado por una falla escapa a través de los espacios de aire en los sellos del gabinete, por lo que el panel nunca tiene que abrirse para encontrar un problema.
- Beneficios: Esta es una excelente manera sin contacto de detectar fallas eléctricas graves antes de que conduzcan a un evento de arco eléctrico, mejorando directamente la seguridad de la planta. También es un paso de cribado ideal para realizar antes antes de abrir un panel para termografía, ayudando a decidir si el panel es incluso seguro de abrir. Ambos métodos se sitúan junto a otras técnicas no intrusivas como ensayos no destructivos.
c) Inspección mecánica (Lubricación basada en condición)
El ultrasonido también es altamente efectivo para evaluar la condición de rodamientos de elementos rodantes y para guiar la práctica de lubricación: una disciplina a menudo llamada lubricación acústica o basada en la condición.
- Procedimiento: Un sensor de ultrasonido de contacto se coloca en el soporte del rodamiento, capturando el sonido transmitido por la estructura que el rodamiento irradia mientras gira.
- Interpretación:
- Un rodamiento sano y bien lubricado produce un sonido bajo y constante de “silbido”.
- Un rodamiento que necesita grasa muestra una lectura en dB más alta. Un técnico aplica grasa lentamente, deteniéndose en el momento en que el nivel de dB comienza a caer: previniendo la sobrelubricación que en sí misma causa desgaste del rodamiento y daño a los sellos.
- Un rodamiento con un defecto en desarrollo como un descascaramiento superficial produce un sonido repetitivo de “chisporroteo” o “estallido” a medida que los elementos rodantes golpean la falla, dando una indicación muy advertencia temprana de falla del rodamiento.
4. Ultrasonido vs. Análisis de vibración
Para el análisis de rodamientos, el ultrasonido y análisis de vibración son complementarios en lugar de competidores. El ultrasonido a menudo es mejor para detectar fallas en etapas muy tempranas (Etapa 1) y problemas de lubricación, porque el primer signo de malestar es una emisión débil de alta frecuencia mucho antes de que el defecto sea lo suficientemente grande como para mover el rodamiento de manera medible. El análisis de vibración es mejor para diagnosticar la naturaleza exacta de una falla en etapa posterior: por ejemplo, distinguir una frecuencia de paso de bola por la pista exterior de un defecto de frecuencia de paso de bola por la pista interior una vez que la falla es visible en el espectro de vibración espectro e identificable a través del frecuencias de falla de rodamientos. Muchos analistas de vibración usan análisis de envolvente para extraer esos mismos impactos tempranos del rodamiento de la señal de vibración, reduciendo la brecha entre las dos técnicas.
5. Dónde encaja el ultrasonido en un programa de campo
El ultrasonido, el infrarrojo, el análisis de aceite y la vibración ven cada uno una porción diferente de la salud de la máquina, y los programas de confiabilidad más fuertes los superponen. El ultrasonido marca una fuga, un contacto chisporroteante o un rodamiento sin lubricación en segundos; la vibración luego cuantifica la condición mecánica y le dice por qué. Cuando una pantalla de ruta revela un tono de rodamiento en aumento o un 1× elevado desbalance, el siguiente paso natural es colocar un instrumento verdadero de dos canales en la máquina. Un analizador y balanceador portátil como el Balanset-1A mide la 1× amplitud y fase en los propios rodamientos de la máquina a velocidad de operación, por lo que una vez que el ultrasonido ha señalado un problema de maquinaria rotativa, puede diagnosticar un desbalance y corregirlo en el sitio: cerrando el ciclo entre la detección y la reparación sin enviar el rotor a un taller.
