Monitoreo de la Temperatura del Rodamiento del Motor y Configuraciones de Protección contra Vibraciones

Por qué la temperatura del rodamiento por sí sola no es suficiente

Las fallas en los rodamientos de motores representan aproximadamente el 50 % de todas las averías de equipos rotativos en plantas de proceso. El monitoreo de temperatura detecta la degradación del rodamiento, pero solo después de que el daño mecánico ya ha comenzado. El monitoreo de vibraciones detecta fallas incipientes semanas o meses antes de que el aumento de temperatura sea medible. Para motores críticos que accionan compresores centrífugos y bombas de alimentación de calderas, la mejor práctica es monitorear ambos canales simultáneamente y usar lógica de referencia cruzada para validar las decisiones de parada.

API 670 (Sistemas de Protección de Maquinaria) define umbrales separados de alarma y parada para temperatura y vibración. Una alarma de temperatura del rodamiento a 85°C y parada a 105°C combinada con una alarma de vibración a 5.0 mils pico a pico y parada a 8.0 mils proporciona una protección integral. La serie Foxboro I/A maneja las entradas de temperatura a través del FBM224 (módulo RTD de 8 canales). El sistema Bently Nevada 3500 maneja el monitoreo de vibraciones y comunica el estado de parada a la serie I/A vía Modbus TCP.

Configuración RTD de la serie Foxboro I/A

Cada rodamiento de motor típicamente lleva un RTD PT100 incrustado en la carcasa del rodamiento: uno para el rodamiento del extremo de accionamiento (DE) y otro para el rodamiento del extremo no accionado (NDE). Conecte estos RTD a canales separados del FBM224. Nunca comparta un canal entre dos rodamientos.

• Paso 1: Conecte cada PT100 al FBM224 usando configuración de tres hilos (un conductor común, dos conductores para la medición de resistencia). Esto elimina el error por resistencia del cable de hasta 15 ohmios, crítico para cables de campo de más de 50 metros.
• Paso 2: Configure el canal FBM224 en el Control Builder de la serie Foxboro I/A. Establezca el tipo de sensor a PT100 (IEC 60751 Clase B, ±0.3°C a 0°C). Configure el rango de 0 a 150°C para servicio de rodamientos de motor.
• Paso 3: Establezca el umbral de alarma baja en 70°C. Configure la alarma alta en 85°C según las directrices de API 670. Configure la alarma alta-alta (parada) en 105°C.
• Paso 4: Configure un retardo de alarma de 3 segundos en los tres umbrales. Las alarmas de temperatura sin retardo generan paradas molestas durante el arranque del motor cuando la temperatura del rodamiento sube de ambiente a estado estable en 15 a 30 minutos.
• Paso 5: Asigne la salida del canal FBM224 a un bloque AIM (Módulo de Entrada Analógica) de la serie I/A. Configure el bloque AIM con una banda muerta del 0.5 % para suprimir el ruido en cables RTD largos.

Integración Modbus TCP del Bently Nevada 3500

El rack Bently Nevada 3500 monitorea vibración, desplazamiento axial y temperatura del rodamiento. Se comunica con la serie Foxboro I/A mediante Modbus TCP. El módulo de interfaz de rack 3500/20 actúa como servidor Modbus TCP en la dirección IP configurada y puerto 502.

En el lado de la serie Foxboro I/A, configure un bloque cliente Modbus TCP en el Control Builder. Establezca la IP del servidor a la dirección IP del 3500/20. Configure la tasa de sondeo a 500 ms. Asigne los siguientes registros de retención del mapa Modbus 3500:

• Registro 3301 — Amplitud total de vibración, rodamiento DE (entero con signo de 16 bits, mils × 100). Divida por 100 para obtener mils.
• Registro 3302 — Amplitud total de vibración, rodamiento NDE (misma escala).
• Registro 3305 — Palabra de estado de alarma (mapa de bits: bit 0 = alarma DE, bit 1 = parada DE, bit 2 = alarma NDE, bit 3 = parada NDE).
• Registro 3310 — Temperatura del rodamiento, DE (entero con signo de 16 bits, °C × 10). Divida por 10.

Configure un tiempo de espera de comunicación de 2 segundos en el cliente Modbus de la serie I/A. Si el monitor de vibración Bently Nevada 3500/42 no responde en 2 segundos, la serie I/A marca todos los registros como calidad MALA y activa una alarma diagnóstica de "Pérdida de comunicación". Nunca asigne automáticamente un valor predeterminado ante una falla de comunicación: un valor obsoleto puede ocultar una parada genuina por vibración.

Diagnósticos de referencia cruzada: temperatura vs vibración

Un motor sano muestra temperatura estable en el rodamiento bajo carga en estado estable y vibración por debajo de 2.0 mils. Cuando comienza la degradación del rodamiento, la vibración aumenta primero, típicamente de 2.0 mils a 4.0 mils durante varias semanas. La temperatura permanece estable durante esta fase inicial. Solo cuando el desgaste mecánico se acelera la temperatura comienza a subir por encima del umbral de alarma baja de 70°C.

Implemente un diagnóstico de referencia cruzada en la serie I/A usando un bloque CALC con la siguiente lógica:

• SI (Vibración DE > 4.0 mils Y Temperatura DE < 70°C) ENTONCES alarma “Desgaste del rodamiento DE detectado — Vibración alta, temperatura normal. Programe inspección del rodamiento en 72 horas.” Esta lógica de alerta temprana detecta problemas en el rodamiento durante la fase de degradación solo por vibración, semanas antes de que se activen las alarmas de temperatura.
• SI (Temperatura DE > 85°C Y Vibración DE < 2.0 mils) ENTONCES alarma “Temperatura alta del rodamiento DE, vibración normal — Verifique el sistema de lubricación y el ventilador de enfriamiento.” Esta condición suele indicar una falla en la lubricación más que desgaste mecánico, requiriendo una respuesta de mantenimiento diferente.

Conclusión y recomendaciones de acción

La protección de rodamientos de motor requiere monitoreo tanto de temperatura como de vibración para detectar fallas en la etapa más temprana. Configure los canales RTD FBM224 de la serie Foxboro I/A con umbrales de alarma API 670 (alarma a 85°C, parada a 105°C) y un retardo de arranque de 3 segundos. Integre los datos de vibración del Bently Nevada 3500 vía Modbus TCP con sondeo a 500 ms y tiempo de espera de comunicación de 2 segundos. Implemente diagnósticos de referencia cruzada para generar alertas tempranas durante la fase de degradación solo por vibración.

Revise mensualmente los datos de tendencia del proximitor Bently Nevada 3500/40: un aumento de vibración de 0.5 mils por semana en un rodamiento DE de compresor centrífugo justifica una reposición inmediata de grasa y un aumento del monitoreo de vibración a diario durante 30 días. Estas prácticas extienden la vida útil del rodamiento entre un 40 % y un 60 % y previenen fallas catastróficas del motor que detienen las líneas de producción por días.

Autor: Li Wei es un ingeniero en automatización industrial con más de 10 años de experiencia en PLC, DCS y sistemas de control.