Comprensión del análisis ultrasónico
Análisis de ultrasonidos —también conocido como ultrasonido transmitido por el aire y por la estructura— es un monitorización de condición tecnología que capta sonidos de alta frecuencia muy por encima del rango del oído humano. Por lo general, las personas pueden oír hasta unos 20 kilohercios (kHz); los instrumentos de ultrasonidos están diseñados para detectar sonidos en la banda de 20 kHz a 100 kHz. Estas emisiones de alta frecuencia son generadas por la fricción, la turbulencia y los arcos eléctricos, tres fenómenos que casi siempre acompañan a una falla en desarrollo. El instrumento detecta el ultrasonido, lo convierte en una señal audible que se escucha a través de unos auriculares y mide su intensidad (amplitud), que se muestra como un nivel en decibelios (dB). En efecto, permite al inspector «oír» problemas que, de otro modo, serían completamente silenciosos, lo que lo convierte en un potente complemento para análisis de vibraciones y termografía in a modern mantenimiento predictivo programa.
1. Definición: ¿Qué es el análisis de ultrasonido?
En esencia, el análisis por ultrasonidos consiste en captar la energía acústica que el oído humano no puede percibir. La física juega aquí un papel fundamental: las ondas ultrasónicas tienen una longitud de onda corta y son muy direccionales, y se atenúan rápidamente con la distancia y al atravesar barreras sólidas. Esto es precisamente lo que hace que esta técnica sea tan útil para la inspección: dado que el sonido se desvanece rápidamente, la lectura más intensa indica de forma fiable la ubicación de la fuente, lo que permite al inspector localizar con seguridad una fuga o un contacto defectuoso.
El ultrasonido se genera siempre que hay fricción (un cojinete seco o dañado), turbulencia (gas que se escapa a través de un pequeño orificio) o descargas eléctricas (arcos eléctricos, trazas de descarga y efecto corona). El instrumento detecta esta emisión mediante un sensor aéreo (un micrófono ultrasónico) o un sensor de contacto (una guía de ondas que se presiona contra una superficie para captar el sonido transmitido por la estructura). A continuación, la señal captada se procesa y se presenta al inspector tanto como un tono audible como un nivel numérico en dB, de modo que el diagnóstico combina un oído entrenado con una medición objetiva y con tendencia.
2. Cómo funciona: heterodino
La tecnología central dentro de un instrumento de ultrasonido se llama heterodinación. Se trata de un proceso electrónico que convierte con precisión la señal ultrasónica, de muy alta frecuencia e inaudible, en una señal de menor frecuencia dentro del rango audible, sin sin alterar el carácter original del sonido. El «silbido» de una fuga de aire comprimido sigue sonando como un silbido en los auriculares, y el «crepitar» de un arco eléctrico sigue sonando como un crepitar. Esa reproducción fiel es lo que hace que el diagnóstico resulte tan intuitivo: el inspector aprende a reconocer la firma de cada fallo de oído.
La heterodina funciona mezclando la señal ultrasónica entrante con una frecuencia de referencia estable generada en el interior del instrumento. La mezcla produce una frecuencia diferencial que se sitúa dentro de la banda audible. Dado que se conservan las relaciones de amplitud originales, la lectura en decibelios del medidor sigue siendo una magnitud significativa y repetible que puede registrarse y analizarse a lo largo del tiempo, lo que convierte una percepción subjetiva del tipo «suena peor» en un aumento documentado en decibelios que respalda una decisión de mantenimiento.
3. Aplicaciones clave en mantenimiento
El análisis por ultrasonido es una tecnología versátil con varias aplicaciones de alto valor:
a) Detección de fugas
Esta es la aplicación más habitual y rentable. El flujo turbulento de un gas —aire comprimido, vapor, nitrógeno o cualquier otro medio a presión— que sale de una tubería, una válvula o un recipiente genera una gran cantidad de ultrasonidos de banda ancha.
- Procedimiento: Un inspector utiliza un dispositivo de ultrasonidos portátil con un sensor aéreo para explorar una zona. El instrumento es muy direccional, por lo que, a medida que se acerca a una fuga, la señal audible en los auriculares se hace más fuerte y la lectura en decibelios del medidor aumenta, lo que guía al inspector directamente hasta el origen.
- Ventajas: Detectar y reparar las fugas de aire comprimido puede suponer un ahorro de decenas o incluso cientos de miles de dólares al año en energía desperdiciada para una planta. El aire comprimido es uno de los servicios públicos más caros de una fábrica, y una sola fuga audible que no se repare genera un gasto adicional cada hora que el compresor tiene que funcionar a pleno rendimiento para compensar la pérdida.
b) Inspección eléctrica
Fallos eléctricos como arco eléctrico, rastros conductores y corona En los equipos de media y alta tensión, todos generan ultrasonidos, a menudo antes de producir el calor suficiente como para que una cámara infrarroja los detecte.
- Procedimiento: Un inspector puede inspeccionar con total seguridad los armarios eléctricos cerrados desde el exterior. Los ultrasonidos generados por un fallo se escapan a través de los huecos de aire en las juntas del armario, por lo que nunca es necesario abrir el panel para detectar un problema.
- Ventajas: Se trata de una forma excelente y sin contacto de detectar fallos eléctricos graves antes de que provoquen un arco eléctrico, lo que mejora directamente la seguridad de la planta. También es un paso de detección ideal para llevar a cabo antes de abrir un panel para termografía, lo que ayuda a determinar si es seguro abrir el panel. Ambos métodos se suman a otras técnicas no invasivas, como ensayos no destructivos.
c) Inspección mecánica (lubricación basada en la condición)
La ecografía también resulta muy eficaz para evaluar el estado de los rodamientos de elementos rodantes y para orientar las prácticas de lubricación, una disciplina que a menudo se denomina «lubricación acústica» o «lubricación basada en el estado».
- Procedimiento: Se coloca un sensor de ultrasonidos de contacto en la carcasa del cojinete, que capta el sonido transmitido por la estructura que emite el cojinete al girar.
- Interpretación:
- Un cojinete sano y bien lubricado producirá un sonido de “silbido” bajo y constante.
- Un rodamiento que necesita grasa presenta una lectura de dB más alta. El técnico aplica la grasa lentamente y se detiene en el momento en que el nivel de dB empieza a bajar, evitando así el exceso de lubricación que, a su vez, provoca desgaste de los rodamientos y daños en las juntas.
- Un rodamiento con un defecto incipiente, como un spall produce un sonido repetitivo, como de «crepitar» o «chisporrotear», cuando los elementos rodantes chocan contra el defecto, lo que da lugar a un early warning de fallo del rodamiento.
4. Análisis por ultrasonidos frente a análisis por vibración
Para el análisis de rodamientos, el ultrasonido y análisis de vibraciones son complementarios, más que competitivos. La ecografía suele ser más eficaz para detectar fallos en fases muy tempranas (fase 1) y problemas de lubricación, ya que el primer indicio de anomalía es una emisión débil de alta frecuencia mucho antes de que el defecto alcance un tamaño suficiente como para provocar un desplazamiento apreciable del rodamiento. El análisis de vibraciones resulta más eficaz para diagnosticar la naturaleza exacta de un fallo en fases más avanzadas; por ejemplo, para distinguir entre un frecuencia de paso de la bola en la pista exterior defecto de un frecuencia de paso de la bola en la pista interior defecto — una vez que el defecto se hace visible en la vibración espectro y que se pueda identificar a través de frecuencias de fallo de los rodamientos. Muchos analistas de vibraciones utilizan análisis de envolvente para extraer esos mismos impactos iniciales en los cojinetes a partir de la señal de vibración, reduciendo así la diferencia entre ambas técnicas.
5. El papel de la ecografía en un programa de campo
El ultrasonido, el infrarrojo, el análisis de aceite y la vibración ofrecen cada uno una perspectiva diferente del estado de la maquinaria, y los programas de fiabilidad más sólidos los combinan. El ultrasonido detecta en cuestión de segundos una fuga, un contacto que produce chispas o un cojinete con falta de lubricación; a continuación, la vibración cuantifica el estado mecánico y te indica por qué. Cuando en la pantalla de ruta aparece un tono de rodamiento ascendente o un 1× elevado desequilibrar, el siguiente paso lógico es instalar en la máquina un instrumento auténtico de dos canales. Un analizador y equilibrador portátil como el Balanset-1A mide el 1× amplitud y fase en los propios cojinetes de la máquina a velocidad de funcionamiento, por lo que, una vez que el ultrasonido ha detectado un problema en la maquinaria rotativa, se puede diagnosticar un desequilibrio y corregirlo in situ, cerrando así el ciclo entre la detección y la reparación sin necesidad de enviar el rotor a un taller.
