La Tecnología de Amplificación de Movimiento en Mantenimiento Predictivo
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António A. Roque
Datanálise
Alfredo Badolato
Datanálise España
RESUMEN
La Tecnología de Amplificación de Movimiento (MAT –Motion Amplification Tecnology) ha ido aportando nuevas opciones ya sea a través de hardware (cámara de vídeo a color y trigger-célula fotoeléctrica) o a través de software de procesamiento y análisis de imágenes, lo que le confiere características que potencian y refuerzan la posición de la Tecnología de Amplificación de Movimiento en el ranking de técnicas de Mantenimiento Predictivo.
Ejemplos de los nuevos desarrollos son, el Mapa de Fase (Phase Map),el Mapa de Movimiento (Motion Map) y la colección de imágenes sincronizadas con la velocidad de giro del activo en análisis.
Así, este trabajo pretende sensibilizar a los técnicos de mantenimiento sobre esta reciente y potente técnica diagnóstica en el contexto del mantenimiento predictivo, compartiendo ejemplos prácticos industriales, demostrando el potencial de la Tecnología de Amplificación de Movimiento en general y la aplicabilidad y eficiencia de los nuevos desarrollos en particular.
INTRODUCCIÓN
La tecnología de amplificación de movimiento (MAT) se basa en la adquisición de imágenes de video de alta velocidad y la aplicación de un algoritmo de procesamiento de imágenes que detecta los movimientos más sutiles y pequeños de la estructura / equipo y los amplifica a un nivel que son visibles para el ojohumano. En la adquisición de vibraciones tradicional, se reduce el número de puntos físicos para medir las vibraciones. En el caso del conjunto de bomba de la Figura 01, serían 10 puntos.
En el caso de la Tecnología de Amplificación de Movimiento, esta tecnología transforma cada píxel de la cámara de video en un sensor de vibraciones -Figura 02 -y es capaz de medir y cuantificar vibraciones o movimientos con altos niveles de precisión mediante la adquisición de la Señal en el tiempo y de el respectivo espectro de frecuencia.
AMPLIFICACIÓN DEL MOVIMIENTO
Cadena de Medida
La cadena de medición de la tecnología de amplificación de movimiento, que se muestra en la Figura 03, consiste en una cámara de video de alta velocidad (1) montada en un trípode rígido (2) y conectada mediante un cable USB3 (3) a una computadora (4). Recientemente se encuentra disponible una cámara de video de mayor resolución (5). Dependiendo de la distancia al equipo o estructura a analizar, se encuentran disponibles 5 lentes, con diferentes distancias focales.
Procesamiento de las imágenes y señales
Como ejemplo de la señal en el tiempo extraída directamente del video procesado, ver Figura 04. Las dos áreas de interés (ROI -Región de interés) 1 y 2 fueron seleccionadas para determinar la respuesta dinámica de los dos soportes del modelo didáctico y en ambas direcciones X e Y. Como nota importante, el ROI se puede establecer en cualquier lugar dentro del cuadro del video.
Después de calcular la señal en el tiempo, la transformada FFT se usa para procesar el espectro de frecuencia correspondiente -Figura 05.
Como nota importante, se hace referencia a que la adquisición de imágenes (fotogramas) se realiza de forma simultánea y en tiempo real, lo que permite comparar las señales en el tiempo y determinar su fase relativa.
Fortaleciendo la capacidad de análisis de esta tecnología, se encuentran disponibles las siguientes herramientas:
- Estabilización de imagen
Esta opción le permite eliminar el movimiento vibratorio de la cámara. Como regla general, la cámara debe montarse en un lugar que no se vea afectado por las vibraciones transmitidas, ya sea por el equipo circundante o por el equipo que se está analizando. Cuando el aislamiento de estas vibraciones dañinas no sea efectivo, será posible procesar el video recolectado (post-procesamiento) para eliminar digitalmente el “movimiento rígido del cuerpo” de la imagen.
- Filtros
Con esta opción es posible seleccionar las frecuencias de interés para el análisis en cuestión y así visualizar el movimiento correspondiente del equipo referido a estas frecuencias. Los siguientes filtros están disponibles actualmente: Bandpass, Lowpass, Highpass, Bandstop, HDR y Time Based Smoothing.
- Órbitas: movimientos absolutos.
- Dado que la adquisición de datos es bidimensional (x, y), esta herramienta permite calcular la órbita asociada a las dos señales en el tiempo.
Nuevas opciones
En los últimos años, se han puesto a disposición nuevas versiones de software (actualmente V3.3) con nuevas opciones y herramientas que han demostrado ser de gran utilidad:
Motion Map (Mapa de Movimento)
El mapa de movimiento (Figura 06) le permite observar el movimiento relativo que está presente en cada píxel. La paleta de colores indica los rangos relativos. Las áreas azules tienen menos amplitud que las áreas rojas que representan las mayores amplitudes. Para determinar los valores absolutos del movimiento bajo análisis, siempre se debe definir un ROI.
Motion Vectors (vetores de movimento)
Al definir el ROI dentro de un "marco" dado como se mencionó anteriormente, es posible observar las dos señales en el tiempo en x y en y. Los vectores -Figura 07 -representan, para el ROI definido, la amplitud y dirección del movimiento en cada "cuadro".
Phase Map (Mapa de fase)
El mapa de fase (Figura 08) representa la fase relativa entre píxeles para una frecuencia determinada. En la paleta de colores, los píxeles en verde están en oposición de fase a los píxeles en rojo -diferencia de fase relativa de 180º.
Transitorios
Esta opción (Gráficos de detalles transitorios) le permite observar el movimiento de una ROI dentro del campo de visión de la cámara en la dirección X o en la dirección Y. También está disponible otra opción que le permite visualizar el movimiento combinado tanto en x como en y direcciones simultáneamente. En la Figura 09, es posible observar los gráficos referentes a las dos opciones mencionadas.
EJEMPLOS DE CASOS DE ESTUDIO
Para demostrar las capacidades y el potencial de la tecnología de amplificación de movimiento, se presentarán algunos ejemplos de casos prácticos. Para acceder a las copias de videos relacionados con los ejemplos mencionados, solicite su interés a los autores de este trabajo a través de los correos electrónicos: abadolato@datanalise.es o aroque@datanalise.es
Ejemplo 1 –Determinar la frecuencia natural de una barra empotrada
Este ejemplo tenía como objetivo determinar la frecuencia natural de una barra incorporada en el laboratorio y compararla con la respuesta dinámica cuando está en resonancia.
Los resultados obtenidos para la frecuencia natural fueron validados por las pruebas, lo que demuestra la precisión de esta tecnología en términos de frecuencia y amplitud.
Ejemplo 2 –Grupo electrógeno diésel
El grupo electrógeno diésel forma parte de un conjunto de 4 grupos electrógenos montados en un barco, de dos en dos sobre dos estructuras metálicas de soporte independientes y aislados del casco mediante sincronizadores. El objetivo de este trabajo fue encontrar la razón por la cual el conjunto de una de las estructuras metálicas tenía un comportamiento dinámico diferente y más severo.
Como resultado, se comprobó que los bloques sincronizados asociados a esta estructura metálica ya no cumplían su función de prevenir o reducir la transmisión de vibraciones.
Ejemplo 3 –Prensa Hidráulica
Este ejemplo implica estudiar el movimiento del sistema de prensa para determinar la integridad estructural de la prensa.
Ejemplo 4 –Estructura Industrial –Reactor Petroquímico
Este ejemplo se refiere a un estudio de vibraciones de una instalación industrial para validar los resultados obtenidos con esta tecnología, y los valores obtenidos mediante el sistema de adquisición tradicional con un analizador de vibraciones portátil.
Los resultados fueron validados y se confirmó el potencial y precisión de medición de esta tecnología, incluso a 40 metros de la estructura bajo análisis.
Ejemplo 5 –Ventilador con continuas reparaciones de los rodamientos.
Este equipo presentaba problemas de desequilibrio reiteradamente teniendo que cambiar los rodamientos cada 12 meses aproximadamente, sin que con la tecnología de análisis de vibraciones convencional se llegara a determinar la causa raíz del problema. Tras el análisis con la Tecnología de Amplificación de Movimiento se determino que el problema procedía de una deficiente fijación del equipo por flexibilidad de las fijaciones.
Una vez corregido el problema el equipo dejó de tener problemas de desequilibrio y por tanto los rodamientos ampliaron su vida útil.
Ejemplo 6 –Transmisión de vibraciones por tuberías
En una sala con 4 compresores no era posible poner dos compresores a la vez porque los sistemas de protección por vibraciones paraban los equipos al aumentar las mismas por encima de los niveles aceptables. Se vio con esta tecnología que las vibraciones de los compresores se transmitían de unos a otros a través de la tubería de aspiración, común a todos ellos.
Ejemplo 7 –Problemas en un motor como consecuencia de las tensiones provenientes de las conexiones de las tuberías.
Motor con menos de un año de funcionamiento y que desde el principio tenía problemas de altas vibraciones. Tras varias intervenciones en bancada, rodamientos, etc. Se decidió ejercer la opción de devolución del motor que estaba en garantía.
Se nos pidió una auditoría de vibraciones del motor para justificar la devolución. Al aplicar la Tecnología de Amplificación de Movimiento pudimos determinara que los problemas los producía la mala sujeción de las tuberías conectadas a la bomba que accionaba el motor. Una vez solucionada la deficiente sujeción de las mismas el motor dejó de tener problemas de vibraciones.
CONCLUSIONES
Las nuevas opciones abordadas en este trabajo contribuyen, en su mayor parte, a hacer más fácil el uso y aplicación de la Tecnología de Amplificación de Movimiento en la actualidad, tanto en el uso y manejo de la cámara de video, como en cuanto al uso de un sistema de iluminación más potente. (Led), durante la fase de adquisición de imágenes en campo. La reciente disponibilidad de nuevas opciones relacionadas con el procesamiento de datos a nivel de software, permite incrementar su potencial de análisis y diagnóstico.
La intuitiva Tecnología de Amplificación de Movimiento, con alta precisión y rapidez en la adquisición de imágenes y los nuevos desarrollos en cuanto a software y hardware, dotan a esta tecnología de características que potencian y refuerzan su posición en el ranking de técnicas de diagnóstico con alto potencial práctico en el alcance del Mantenimiento Predictivo / Condicionado.
