Los reactores de tanque agitado continuo (CSTR) se utilizan ampliamente en la industria química. Sus sistemas de agitación son esenciales para mantener unas condiciones de proceso homogéneas. Sin embargo, sus componentes mecánicos también están expuestos a fallos que pueden provocar paradas no planificadas.
El Rotating Machinery Manager es una solución IIoT diseñada para la monitorización del estado y el mantenimiento predictivo de equipos rotativos. En una aplicación de la industria química, permitió identificar un fallo mecánico en el agitador de un reactor antes de que el problema provocara daños más graves.
Por qué la fiabilidad de los agitadores es fundamental en los reactores químicos
Un reactor de tanque agitado continuo está diseñado para proporcionar un entorno de reacción estable y homogéneo. Las materias primas se introducen de forma continua y se mezclan mediante una agitación constante, mientras que el producto de la reacción se extrae simultáneamente.
En el centro del sistema se encuentra un agitador mecánico, normalmente accionado por un motor eléctrico que acciona un eje central provisto de uno o varios impulsores.
Un funcionamiento fiable es especialmente importante en aplicaciones como la fermentación y la síntesis química. En la fermentación, una mezcla eficaz favorece la distribución uniforme de los nutrientes y el oxígeno, condición necesaria para el crecimiento de los microorganismos y un rendimiento óptimo del producto.
En la síntesis química, una agitación uniforme ayuda a mantener constantes la temperatura y las concentraciones de los componentes en todo el reactor, contribuyendo al control de la velocidad de reacción y de la calidad del producto.
Riesgos habituales en los sistemas de agitación
Los sistemas de agitación están expuestos a diversos riesgos mecánicos.
Los fluidos de alta viscosidad o las mezclas con un elevado contenido de sólidos pueden sobrecargar el motor y provocar fallos en el equipo. La desalineación del eje puede causar vibraciones, ruido y un desgaste acelerado de los rodamientos. En reactores presurizados, las fugas en los sellos mecánicos también pueden generar riesgos de seguridad y contaminación.
Si estos fallos provocan una mezcla deficiente y, por consiguiente, reacciones incompletas, pueden afectar al proceso y ocasionar costosas paradas de la planta.
Monitorización del estado basada en IIoT para agitadores
Una empresa química que opera varios reactores de tanque agitado continuo para la producción de productos químicos intermedios especializados implementó el Rotating Machinery Manager para mejorar la monitorización del estado de sus equipos.
La solución utiliza una sonda multisensor que mide:
- vibración
- ultrasonidos
- temperatura
La sonda está certificada para su uso en zonas peligrosas, se comunica de forma inalámbrica mediante LoRaWAN® y ofrece una larga vida útil de la batería.
Los datos de medición se transmiten a un cuadro de mando central, desde el que los operadores pueden supervisar de forma remota y continua el estado operativo de los reactores.
La solución combina el procesamiento de datos mediante edge computing con análisis basados en IA para detectar anomalías e indicar posibles causas raíz de los fallos en una fase temprana.
¿Qué fallos pueden detectarse?
El Rotating Machinery Manager puede identificar indicios de fallos mecánicos, como:
- desgaste de rodamientos
- lubricación insuficiente
- sobrecalentamiento
- cavitación
- desalineación
El procesamiento mediante edge computing permite analizar los datos complejos recopilados por los sensores, mientras que los análisis basados en IA detectan anomalías e indican sus posibles causas raíz.
Esta información permite a los equipos de mantenimiento intervenir con antelación, contribuyendo así a reducir las paradas no planificadas y a prolongar la vida útil de los equipos.
Caso práctico: prevención de daños graves
Una sonda multisensor recoge datos de medición, mientras que una herramienta de análisis digital facilita la supervisión del estado y el mantenimiento predictivo de los agitadores del reactor.
La solución de monitorización demostró su eficacia cuando el casquillo inferior de uno de los reactores de tanque agitado continuo empezó a mostrar signos de desgaste avanzado.
El sistema detectó la anomalía y generó una alerta temprana. Tras recibirla, el equipo de mantenimiento detuvo el reactor e inspeccionó la instalación.
La inspección confirmó que el casquillo inferior presentaba daños graves. La detección temprana evitó que el problema llegara a afectar al sello mecánico superior, un componente más crítico y costoso.
Según la evaluación del caso, una implementación más temprana de la solución podría haber permitido detectar el fallo antes y evitar incluso los daños en el casquillo.
Este caso demuestra cómo el mantenimiento predictivo de agitadores puede ayudar a los equipos de mantenimiento a intervenir antes de que un fallo mecánico evolucione hacia una avería de mayor magnitud.
Beneficios para los operadores de reactores CSTR
El Rotating Machinery Manager puede instalarse sin necesidad de realizar modificaciones importantes en la disposición de la planta. Además, es compatible con prácticamente cualquier tipo de maquinaria, independientemente de su modelo o antigüedad.
La sonda multisensor dispone de las certificaciones necesarias para su instalación en zonas peligrosas. Además, la transmisión inalámbrica mediante LoRaWAN® facilita la integración de la solución al reducir la necesidad de cableado.
La supervisión remota también reduce la necesidad de que los operadores accedan directamente a la maquinaria.
Los principales beneficios incluyen:
- reducción de las paradas no planificadas
- mejora de la seguridad y del cumplimiento normativo
- optimización del rendimiento de la planta
- mayor eficiencia energética
- menores costes de mantenimiento
¿Cómo se implementa la solución de monitorización?
La implementación suele incluir los siguientes pasos:
- inspección conjunta de la planta, evaluación de la situación existente e identificación de las posiciones más adecuadas para los sensores
- instalación de una sonda multisensor con las certificaciones ATEX necesarias para monitorizar el motor del agitador
- medición de la intensidad de la señal y configuración de la red
- instalación de una pasarela LoRaWAN® en las instalaciones
- configuración del cuadro de mando WIKA y del sistema de alarmas
- monitorización continua del estado operativo mediante la recopilación y el análisis de datos de ultrasonidos, vibración y temperatura
- análisis conjunto de las causas raíz
Conclusión: mejora de la disponibilidad mediante el mantenimiento predictivo
El mantenimiento predictivo de agitadores en reactores de tanque agitado continuo puede ayudar a reducir las paradas no planificadas, los riesgos de seguridad y los costes asociados.
Al combinar IIoT, tecnología multisensor y análisis asistidos por IA, es posible detectar indicios de anomalías mecánicas antes de que evolucionen hacia fallos más graves.
El caso práctico de la industria química muestra cómo la monitorización continua del estado puede contribuir a mejorar la disponibilidad de los equipos y proporcionar a los equipos de mantenimiento la información necesaria para intervenir en el momento adecuado.
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué es el mantenimiento predictivo de agitadores?
El mantenimiento predictivo utiliza la monitorización continua del estado para detectar cambios en el funcionamiento de un agitador antes de que evolucionen hacia fallos mecánicos graves.
2. ¿Qué parámetros pueden monitorizarse en un agitador?
El Rotating Machinery Manager mide la vibración, los ultrasonidos y la temperatura mediante una sonda multisensor.
3. ¿Qué fallos de los agitadores puede detectar la monitorización del estado?
La solución puede detectar indicios de desgaste de los rodamientos, lubricación insuficiente, sobrecalentamiento, cavitación y desalineación.
4. ¿Puede utilizarse el sistema en zonas peligrosas?
Sí. La sonda multisensor está certificada para su uso en zonas peligrosas. La configuración concreta debe seleccionarse de acuerdo con los requisitos de cada aplicación.
5. ¿Cuáles son los principales beneficios del mantenimiento predictivo para los reactores químicos?
Los principales beneficios incluyen la reducción de las paradas no planificadas, la mejora de la seguridad, la disminución de los costes de mantenimiento y una mayor disponibilidad de la planta.
Puede encontrar más información sobre el Rotating Machinery Manager en el folleto del producto y en el sitio web de WIKA.
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