Diseño e implementación de un sistema de monitoreo online continuo en estructura de zarandas para estudio de condición estructural

Abstract

El objetivo del presente estudio es diseñar el sistema de monitoreo para una estructura de zarandas vibratoria tipo banana, lo cual permitirá realizar análisis basados en los datos obtenidos y dar seguimiento continuo a su salud estructural. Una zaranda se encarga del proceso de separación de material según su tamaño: el material más fino pasa al siguiente proceso, mientras que el de mayor tamaño retorna al proceso de atomización. Antes de ingresar a la zaranda, el material debe ser transportado desde el punto de extracción mediante fajas transportadoras hasta la parte superior de la estructura, donde se almacena en contenedores conocidos como “BIN”. Posteriormente, el material es dirigido a un feeder, que se encarga de alimentar la zaranda de manera controlada, uniforme y constante. Todas las máquinas mencionadas están instaladas sobre una estructura comúnmente denominada estructura de zarandas. Las vibraciones y cargas generadas por los procesos que se llevan a cabo en esta estructura pueden provocar daños en la misma. Si dichos daños no son detectados y corregidos oportunamente mediante mantenimiento o reparaciones, la estructura puede representar un riesgo tanto para la operación como para la seguridad de los trabajadores. Además, una estructura en mal estado puede ocasionar paradas no programadas en el proceso productivo, generando significativas pérdidas económicas debido al tiempo de inactividad. Por ello, es de vital importancia contar con un sistema de monitoreo que evalúe de forma continua la salud estructural. Esto permitirá recopilar información útil para anticipar fallas, programar mantenimientos preventivos y evitar daños a los equipos, interrupciones en la producción e incluso incidentes que puedan poner en peligro a los trabajadores. La investigación desarrollada es de carácter exploratorio y se centra en las tecnologías empleadas para diseñar el sistema de monitoreo, tales como los sensores de aceleración tipo MEMS, los sensores de deformación (strain gages), así como los programas y equipos de adquisición de datos. Para el envío de información se utilizaron dos protocolos: el protocolo MQTT, destinado a la transmisión de valores globales, y el protocolo SFTP, utilizado para el envío de archivos de datos. El software encargado de la recepción y procesamiento de los valores globales fue desarrollado en el lenguaje de programación Go y se encuentra corriendo en un servidor. En cuanto a la base de datos para el almacenamiento y posterior visualización de la información, se utilizó InfluxDB. Adicionalmente, la investigación abarca aspectos relacionados con la instalación de los sensores, sus configuraciones, y los requerimientos de alimentación eléctrica necesarios para el correcto funcionamiento del sistema. Como resultado, se logró una implementación exitosa del sistema de monitoreo, el cual incluye un panel que permite visualizar los valores medidos, las alarmas y la tendencia de los datos en tiempo real. Los archivos de datos obtenidos permitieron realizar un análisis detallado de la forma de onda, las frecuencias presentes y los esfuerzos, evidenciando que la estructura se encuentra en buen estado. Además, al poder exportar los datos en formato “.txt”, se desarrolló un análisis de Operation Deflection Shape (ODS), que permite visualizar el movimiento de la estructura a distintas frecuencias.

The objective of this study is to design a monitoring system for a banana-type vibrating screen structure, which will enable data-based analysis and continuous monitoring of its structural health. The vibrating screen is responsible for separating material by size: finer material advances to the next process, while larger material returns to the atomization stage. Before entering the screen, the material is transported from the extraction point via conveyor belts to the top of the structure, where it is stored in containers known as “BINs.” It is then directed to a feeder, which feeds the screen in a controlled, uniform, and consistent manner. All the aforementioned machinery is installed on a structure commonly referred to as the vibrating screen structure. The vibrations and loads generated during operation can cause damage to this structure. If such damage is not detected and addressed through timely maintenance or repairs, it can pose a risk both to operations and to worker safety. Furthermore, a deteriorated structure can lead to unplanned shutdowns in the production process, resulting in significant financial losses due to downtime. For this reason, it is essential to have a monitoring system that continuously assesses the structural health. This allows for the collection of key data to anticipate failures, schedule preventive maintenance, and prevent equipment damage, production stoppages, or even incidents that may endanger personnel. This research is exploratory in nature and focuses on the technologies used to design the monitoring system, such as MEMS-type acceleration sensors, strain gauges, as well as data acquisition software and hardware. Two communication protocols were implemented for data transmission: MQTT, used for transmitting global values, and SFTP, used for sending data files. The software responsible for receiving and processing the global values was developed using the Go programming language and is currently running on a dedicated server. The database used for storing and visualizing the data was InfluxDB. Additionally, the study covers key aspects such as sensor installation, configuration, and the power supply requirements necessary for the system's proper operation. As a result, a successful implementation of the monitoring system was achieved. It includes a real-time visualization panel that displays measured values, alarms, and data trends. The collected data files enabled a detailed analysis of waveforms, present frequencies, and stress levels, confirming that the structure is in good condition. Furthermore, by exporting data in “.txt” format, an Operation Deflection Shape (ODS) analysis was carried out, which allows for visualization of the structure’s dynamic behavior at different frequencies.