Termografía para reductores de puente grúa
El sistema de monitoreo de la distribución del campo de temperatura del reductor del puente grúa emplea una cámara termográfica fija y termopares de película delgada en doble canal, combinados con un modelo de elementos finitos termodinámicos para identificar elevaciones anómalas de temperatura en engranajes y rodamientos, con una alerta anticipada de 7 a 14 días.
El reductor es un componente de transmisión crítico en el mecanismo de elevación del puente grúa. El calor por fricción generado por el engrane de los dientes y la rotación de los rodamientos es la principal fuente del campo de temperatura. Cuando aparece picadura en los engranajes, desgaste en los rodamientos o insuficiencia de aceite lubricante, el coeficiente de fricción local aumenta, provocando una elevación anómala de la temperatura. El monitoreo tradicional de temperatura de punto único (como las sondas PT100) solo puede obtener la temperatura del baño de aceite o la temperatura superficial de la carcasa, sin poder localizar la fuente de calor. El sistema KL-GEAR-THERM instala una microcámara termográfica infrarroja (160×120 píxeles, NETD<50mK) en la ventana de inspección del reductor. El esquema de monitoreo se basa en los requisitos de la norma ISO 4301 / FEM 1.001 sobre el control de temperatura de los mecanismos de transmisión. Además, se instalan termopares PT100 en el soporte del rodamiento del eje de alta velocidad, en el soporte del rodamiento del eje de baja velocidad y en el baño de aceite. La fusión de datos de doble canal permite la reconstrucción tridimensional del campo de temperatura.
Configuración del sistema y reconstrucción del campo de temperatura
La cámara termográfica capta la radiación infrarroja interna a través de una ventana de zafiro (diámetro 40 mm, transmitancia >92% @8~14 μm) instalada en la ventana de inspección del reductor. Se inyecta aire comprimido seco a 0,2 MPa por ambos lados de la ventana para evitar la condensación de niebla de aceite. Los sensores PT100 se montan mediante bases magnéticas (fuerza de atracción ≥5 kg), sin necesidad de taladrar ni roscar la carcasa. Las ubicaciones de instalación pueden ser la superficie del aro exterior del soporte del rodamiento o el fondo del baño de aceite. El adquisidor de datos se integra en una caja de conexiones a prueba de explosión (Ex d IIB T4 Gb) y se comunica con la pasarela perimetral mediante RS485 Modbus RTU.
La cámara termográfica de Kelude captura un termograma cada 5 minutos, mientras que los PT100 registran la temperatura precisa cada 10 segundos (precisión ±0,3 °C). El sistema utiliza un modelo de elementos finitos termodinámicos (simulado previamente con el módulo ANSYS Steady-State Thermal) para mapear los termogramas superficiales a temperaturas estimadas de los engranajes y rodamientos internos. Se activa una alerta cuando el gradiente de temperatura en una zona supera los 8 °C/fotograma o la tasa de variación de temperatura supera los 3 °C/hora. En condiciones normales de funcionamiento, la temperatura de la carcasa del reductor es de 8 a 15 °C inferior a la del aceite. Si esta diferencia aumenta por encima de los 20 °C, indica obstrucción en el circuito de lubricación o mala disipación del calor.
Modelo termodinámico e identificación de elevaciones anómalas de temperatura
El sistema se basa en un modelo de análisis térmico por elementos finitos (ANSYS Steady-State Thermal) para precalcular la distribución tridimensional del campo de temperatura del reductor en condiciones normales de funcionamiento. La malla de elementos finitos utiliza elementos tetraédricos (tamaño de elemento de 3 a 5 mm), con refinamiento local en las zonas de contacto de los dientes del engranaje (tamaño de malla de 0,5 mm), totalizando aproximadamente 500 000 nodos. Las condiciones de contorno térmicas incluyen: flujo de calor por engrane (calculado según la norma AGMA 2001-D04, relacionado con la tensión de contacto y la velocidad de deslizamiento), calor por fricción de los rodamientos (fórmula empírica de Palmgren, relacionada con la carga dinámica equivalente y la velocidad de rotación), coeficiente de transferencia de calor por convección del aceite lubricante (aproximadamente 80~150 W/m²·K en condiciones de lubricación por salpicadura, y 200~500 W/m²·K en condiciones de lubricación forzada), así como la convección natural entre la carcasa y el entorno (aproximadamente 10~25 W/m²·K). Tras la calibración con datos medidos, el error de predicción del campo de temperatura en estado estacionario es ≤±1,5 °C. Los parámetros del modelo incluyen: eficiencia de engrane de 98~99 % (una etapa), pérdida de potencia por fricción de los rodamientos (calculada según el modelo SKF, relacionada con la carga y la velocidad de rotación), y coeficiente de transferencia de calor por convección del aceite lubricante (aproximadamente 50~150 W/m²·K en lubricación por salpicadura). Las características de distribución normal del campo de temperatura son: la temperatura más alta se registra en el soporte del rodamiento del eje de alta velocidad (5~8 °C por encima de la temperatura del aceite), seguida del soporte del rodamiento del eje de baja velocidad (3~5 °C por encima de la temperatura del aceite), y la temperatura más baja en la parte superior de la carcasa (10~15 °C por debajo de la temperatura del aceite).
Cuando el campo de temperatura medido se desvía del modelo más allá del umbral establecido, el sistema activa automáticamente la lógica de identificación de anomalías. Las características del campo de temperatura en fallos típicos son:
Picadura en engranajes — elevación local de temperatura de 2~4 °C en la zona de engrane y aumento general de la temperatura del aceite de 1~2 °C/día.
Desgaste de rodamientos — tasa de elevación de temperatura en el soporte del rodamiento correspondiente >1 °C/hora; la detección temprana permite una alerta anticipada de 7 a 14 días.
Insuficiencia de aceite lubricante — elevación anómala de la temperatura en la parte superior de la carcasa (una diferencia con la temperatura del aceite <5 °C indica nivel de aceite bajo).
Mala disipación del calor — la diferencia entre la temperatura superficial de la carcasa y la temperatura del aceite se mantiene >20 °C, indicando obstrucción de los disipadores o fallo del ventilador de enfriamiento.
En una implementación en el reductor de una grúa de 40 t en un puerto, el sistema alertó con 9 días de antelación sobre el desgaste del rodamiento del eje de alta velocidad (tasa de elevación de temperatura en el soporte de 1,8 °C/hora), lo que permitió reemplazar el rodamiento durante una ventana de mantenimiento planificada y evitar un fallo repentino por bloqueo.
Ámbito de aplicación y recomendaciones de selección
El sistema KL-GEAR-THERM está diseñado para la detección de campos de temperatura en reductores de puentes grúa, incluyendo reductores de elevación en puentes grúa, reductores de traslación en grúas pórtico y reductores del mecanismo de elevación en puentes grúa metalúrgicos. Según la potencia del reductor y los requisitos de precisión de detección, el sistema se divide en tres niveles de configuración:
Versión Básica — 1 cámara termográfica + 2 sondas PT100, apta para reductores con potencia ≤75 kW.
Versión Estándar — 2 cámaras termográficas + 4 sondas PT100, apta para reductores de 75~200 kW.
Versión Avanzada — 3 cámaras termográficas + 6 sondas PT100 + sensor de vibración, apta para reductores de gran tamaño ≥200 kW o componentes críticos de seguridad.
Para grúas portuarias y puentes grúa metalúrgicos se recomienda generalmente la versión avanzada, ya que estos equipos operan de forma continua durante largos periodos y presentan fluctuaciones de carga significativas, lo que acelera la acumulación de fatiga en engranajes y rodamientos.
Durante la selección en campo, también deben considerarse las dimensiones y la disposición de las ventanas de inspección del reductor:
Ventana de inspección estándar (diámetro ≥80 mm) — permite la instalación directa del conjunto de ventana de zafiro.
Ventana de inspección pequeña (diámetro 40~80 mm) — requiere brida adaptadora para su instalación.
Reductores cerrados sin ventana de inspección (como algunos reductores importados) — requiere apertura en la carcasa para su instalación; se recomienda prever el punto de conexión en fábrica.
Para la detección en reductores ubicados en zonas a prueba de explosión (como talleres químicos o silos de carbón), el sistema ofrece una versión Ex d IIC T4, en la que la cámara termográfica y las sondas PT100 están completamente encapsuladas en carcasas antiexplosión, conectadas a la pasarela mediante barreras de seguridad intrínseca. Kelude ha validado el despliegue en más de 300 reductores de diversos tipos, siendo el reductor individual de mayor potencia de 500 kW (correspondiente a un puente grúa de 380 t en una acería).
Niveles de configuración y parámetros técnicos
| Configuración Grado | Aplicación Potencia | cámara termográfica Cantidad | PT100Cantidad | Escenarios de aplicación típicos |
|---|---|---|---|---|
| Versión básica | ≤75kW | 1unidad | 2canal | Puente grúa de uso general, Puente grúa monoviga |
| Norma Versión básica | 75~200kW | 2unidad | 4canal | Grúa pórtico, Grúa de colada |
| Versión mejorada | ≥200kW | 3unidad | 6canal+Vibración | Puerto Grúa de Muelle, Gran tamaño Fundición Puente grúa de uso general |
Requisitos de mantenimiento y calibración
El mantenimiento del sistema KL-GEAR-THERM se divide en dos categorías: inspección rutinaria y calibración periódica. La inspección rutinaria se ejecuta automáticamente a diario e incluye la autocomprobación de la cámara termográfica (ruido de lectura de píxeles ≤1DN), la verificación en línea del PT100 (resistencia de referencia interna de alta precisión con exactitud ±0,01%), y la detección del nivel de limpieza de la ventana de zafiro (transmitancia ≥85% se considera normal; por debajo del 70%, se emite una alerta para ajustar la presión de soplado o reemplazar la ventana). El sistema genera automáticamente un informe de mantenimiento a las 3:00 a. m. cada día, registrando la deriva del punto cero y los cambios de sensibilidad de cada canal, que el personal de operación puede consultar a través de la interfaz web. Ante cualquier anomalía, el sistema envía notificaciones por SMS y WeChat.
En cuanto a la calibración periódica, se recomienda que la cámara termográfica infrarroja sea recalibrada en fábrica cada 2 años (incluyendo corrección de radiación de cuerpo negro y corrección de no uniformidad NUC). El termopar PT100 debe verificarse en línea cada 6 meses (el sistema compara la resistencia de referencia y genera automáticamente el coeficiente de calibración). La limpieza superficial de la ventana de zafiro debe revisarse cada 3 a 6 meses según las condiciones de operación; en entornos con alta concentración de niebla de aceite (como talleres de tratamiento térmico), el intervalo puede reducirse a una vez al mes. Kelude Industrias Pesadas ofrece un servicio de diagnóstico remoto: el equipo de operación puede visualizar en tiempo real las curvas de tendencia del campo térmico de todos los reductores en línea, y recibe un informe de salud integral mensual que facilita la planificación óptima de las ventanas de mantenimiento, evitando así paradas no programadas.
Comparativa de soluciones técnicas de medición de temperatura
| Dimensión de Comparación | Punto único PT100Medición de temperatura | Termografía+PT100Fusión |
|---|---|---|
| Número de puntos de medición de temperatura | 1~3Punto único(Cárter de aceite+Carcasa) | 160×120Infrarrojo de píxeles+4Punto único PT100 |
| Espacioresolución | Sin | Correspondencia por píxel2~3mm² |
| Fuente de calor Posicionamiento | Imposible Posicionamiento | Posible Posicionamiento Engranaje/Rodamiento Fuente de calor precisa |
| Anomalía Identificación | Umbral de temperatura absoluta | Patrón de campo de diferencia térmica+Doble criterio de velocidad de aumento de temperatura |
| Antelación de alerta | 0~2días(Daño al exceder el límite de temperatura) | 7~14días(Alerta por tendencia anómala) |
| Distinción de tipos de fallo | Sin distinción | Engranaje/Rodamiento/Nivel de aceite/Distinción de cuatro categorías de disipación de calor |
Preguntas frecuentes
P: ¿Cómo se protege la cámara termográfica frente a las altas temperaturas y la niebla de aceite en el interior del reductor?
R: La ventana de la cámara termográfica utiliza cristal de zafiro (dureza 9 en la escala de Mohs) y recibe un barrido externo de aire comprimido a 0,2 MPa para evitar la adherencia de niebla de aceite. El cuerpo del sensor se conduce mediante un tubo blindado de acero inoxidable hasta la caja de conexiones, con una temperatura de trabajo de −20 a +85 °C.
P: ¿Puede el sistema distinguir entre el aumento de temperatura por fallo del rodamiento y el del engranaje?
R: Sí. El aumento de temperatura causado por un fallo del rodamiento se concentra alrededor del soporte de rodamiento (el rodamiento del eje de alta velocidad es el que más rápido se calienta) y la frecuencia de fluctuación térmica está relacionada con la frecuencia característica del rodamiento. El aumento por fallo del engranaje abarca una zona más amplia y va acompañado de un incremento general de la temperatura del aceite. El sistema distingue ambos casos mediante el análisis del patrón de distribución espacial del campo térmico.
P: ¿Cada cuánto tiempo deben calibrarse la cámara termográfica y las PT100 del sistema de detección de temperatura del reductor del puente grúa?
R: Se recomienda enviar la cámara termográfica a verificación cada 2 años. Las termorresistencias PT100 pueden verificarse en línea cada 6 meses (el sistema incorpora una resistencia de referencia de alta precisión, con una precisión de ±0,01 %). La autocomprobación diaria se ejecuta automáticamente.
P: ¿La solución de Kelude admite la reforma e instalación en reductores antiguos?
R: Sí. Basta con sustituir la placa de cubierta de la ventana de inspección del reductor por una placa personalizada con ventana de zafiro para instalar la cámara termográfica. Las PT100 se fijan mediante base magnética o adhesivo térmicamente conductor, sin necesidad de taladrado. La reforma se realiza sin detener el equipo, aproximadamente 2 horas por unidad.
