Texto1 (1)

TECSUP – PFR Monitoreo de Condición y de Análisis de Fallas

ÍNDICE

Unidad I: MANTENIMIENTO PREDICTIVO

1. Introducción .................................................................................................... 1

2. Filosofías de Mantenimiento ............................................................................. 2

2.1. Operar la máquina hasta que falle ........................................................ 2

2.2. Mantenimiento Preventivo ................................................................... 2

2.3. Mantenimiento Predictivo ..................................................................... 3

3. Clasificación de la maquinaria ........................................................................... 4

4. Mantenimiento Predictivo ................................................................................. 6

4.1. Definición ........................................................................................... 6

4.2. Metas y beneficios .............................................................................. 6

5. Fallas en los equipos rotatorios ......................................................................... 7

5.1. Causas Principales de las fallas de las máquinas rotativas ....................... 7

5.2. Fallas en los rodamientos .................................................................... 7

5.3. Causas de fallas en rodamientos .......................................................... 8

Unidad II: TAREAS PREDICTIVAS

1. Tareas basadas en la Condición de los equipos ................................................ 11

2. Técnicas empleadas para tareas basadas en la condición .................................. 17

3. Tareas basadas en la Condición: algunos de los peligros ................................... 23

4. Curvas P-F Lineales y No Lineales ................................................................... 25

5. Como determinar el Intervalo P-F ................................................................... 28

6. Cuando una tarea basada en la condición debe ser valorada ............................. 30

7. Selección de Tareas Proactivas ....................................................................... 31

Unidad III: TÉCNIAS DE MONITOREO DE CONDICIÓN

1. Introducción .................................................................................................. 35

2. Categorías de las Técnicas de Monitoreo de Condición ...................................... 36

3. Algunas Técnias de Monitoreo de Condición ..................................................... 37

Unidad IV: ANÁLISIS VIBRACIONAL

1. Introducción .................................................................................................. 39

2. Nivel de Vibración Total ................................................................................. 40

2.1. ¿Cuáles son los niveles de vibración aceptables? .................................. 41

Análisis Espectral FFT (Fast Fourier Transformation) ......................................... 44

3. Transductores (Sensores) ............................................................................... 50

Monitoreo de Condición y de Análisis de Fallas TECSUP – PFR

3.1. Tipos de Medición de Vibraciones ....................................................... 50

3.2 Tipos de Transductores (Sensores) ..................................................... 51

Unidad V: ENSAYOS NO DESTRUCTIVOS POR ULTRASONIDO 1. Introducción .................................................................................................. 57 2. La Cadena de Detección ................................................................................. 58 3. Relaciones de Frecuencia y Longitud de Onda .................................................. 61 4. Comportamiento del Sonido en Materiales ........................................................ 64 5. Métodos de Ensayo ........................................................................................ 70

5.1. Método de Resonancia ....................................................................... 71

6. Palpadores .................................................................................................... 74 6.1. Palpadores de Incidencia Normal ........................................................ 74

6.2. Palpadores de Incidencia Angular ....................................................... 76

7. Calibración del Sistema ................................................................................... 79 7.1. Sensibilidad del Palpador .................................................................... 82

7.2. Poder de Resolución del Palpador ....................................................... 82

7.3. Verificación de un Transductor Angular ............................................... 85

Unidad VI: INTRODUCCIÓN Y ADMINISTRACIÓN 1. Introducción .................................................................................................. 87 2. Gestión y administración del análisis de fallas ................................................... 95 Unidad VII: PRINCIPIOS DE METALURGIA 1. Introducción ................................................................................................ 109 2. Objetivos ..................................................................................................... 109 3. Principios Básicos de Metalurgia .................................................................... 109 Unidad VIII: INSPECCIÓN VISUAL 1. Introducción ................................................................................................ 127 2. Objetivos ..................................................................................................... 127

Unidad IX: PRINCIPIO DE DESGASTES

1. Introducción ................................................................................................ 149

2. Objetivos ..................................................................................................... 149

3. Principios Básicos de desgaste ...................................................................... 149

4. Desgaste por Abrasión .................................................................................. 154

5. Desgaste por Adhesión ................................................................................. 157

6. Desgaste por Erosión ................................................................................... 159

7. Desgaste por Cavitación ............................................................................... 161

8. Desgaste por Contacto Tensión Fatiga ........................................................... 164

9. Desgaste por Corrosión ................................................................................ 167


Unidad X: PRINCIPIOS DE FRACTURAS

1. Introducción ................................................................................................ 181

2. Objetivo ...................................................................................................... 181

3. Fracturas – Principios Básicos ....................................................................... 181

3.1. Fracturas Frágiles ........................................................................... 191

3.2. Fracturas Dúctiles ........................................................................... 195

3.3. Fracturas por Fatiga ........................................................................ 199

3.4. Fracturas por Fatiga de Flexión y Rotación ........................................ 202

Unidad XI: COJINETES DE MOTOR

1. Introducción ................................................................................................ 209

2. Cojinetes .................................................................................................... 209

2.1. Funciones ....................................................................................... 209

2.2. Estructura ...................................................................................... 214

2.3. Fabricación ..................................................................................... 214

2.4. Instalación ..................................................................................... 218

2.5. Operación ...................................................................................... 220

2.6. Desgaste Normal ............................................................................ 225

2.7. Desgaste Anormal ........................................................................... 228

2.8. Desgaste Anormal Común ................................................................ 232

2.9. Desgaste Adhesivo .......................................................................... 233

2.10. Desgaste Abrasivo .......................................................................... 237

2.11. Cavitación, Erosión .......................................................................... 240

2.12. Corrosión por frotamiento ................................................................ 243

Unidad XII: DESGATE Y FRACTURAS EN CIGUEÑALES

1. Introducción ................................................................................................ 247

2. Cigueñales .................................................................................................. 247

2.1. Funciones ....................................................................................... 247

3. Nomenclatura .............................................................................................. 248

4. Fabricación ................................................................................................. 250

5. Cargas ........................................................................................................ 254

6. Falla ........................................................................................................... 257

7. Fallas en el Cigüeñal .................................................................................... 263

8. Fracturas en el Cigüeñal ............................................................................... 267

9. Errores de Fabricación ................................................................................. 270

10. Cigueñales Reacondicionados o Remanufacturados ........................................ 274

Monitoreo de Condición y de Análisis de Fallas TECSUP – PFR

Unidad XIII: DESGASTES Y FRACTURAS EN VÁLVULAS DE MOTOR

1. Introducción ................................................................................................ 279

2. Válvulas de Motores ..................................................................................... 279

2.1. Funciones ....................................................................................... 279

2.2. Partes y Nomenclatura ..................................................................... 280

3. Fabricación .................................................................................................. 280

4. Cargas y Esfuerzos ....................................................................................... 287

5. Fallas .......................................................................................................... 289

6. Fallas – Alta Temperatura ............................................................................. 291

7. Fallas – Desalineamiento .............................................................................. 295

8. Fallas – Desajustes ....................................................................................... 298

9. Fallas- Mala Lubricación ................................................................................ 300

10. Fallas – Alto impacto .................................................................................... 300

11. Fallas – Corrosión ........................................................................................ 304

12. Fallas – Problemas de Fabricación ................................................................. 306

Unidad XIV: DESGASTES Y FRACTURAS EN PISTONES, ANILLOS, CAMISAS

1. Introducción ................................................................................................ 313

2. Pistones, Anillos y Camisas ........................................................................... 313

3. Pistones – Nomenclatura .............................................................................. 314

3.1. Funciones ....................................................................................... 315

3.2. Fabricación y Estructura ................................................................... 318

4. Anillos de Pistón........................................................................................... 320

4.1. Nomenclatura ................................................................................. 320

4.2. Funciones ....................................................................................... 321


5. Camisas - Nomenclatura ............................................................................... 326

5.1. Funciones ....................................................................................... 326


6. Operación ................................................................................................... 331

7. Fallas Normales ........................................................................................... 333

8. Fallas Anormales .......................................................................................... 337

9. Desgaste por Adherencia .............................................................................. 341

10. Desgaste Abrasivo ........................................................................................ 345

11. Desgaste Erosivo ......................................................................................... 346

12. Desgaste Corrosivo ...................................................................................... 350

13. Fracturas ..................................................................................................... 353


Unidad XV: DESGASTES Y FRACTURAS EN BIELAS

1. Introducción ................................................................................................ 357

2. Bielas ......................................................................................................... 357

2.1. Nomenclatura ................................................................................. 357

2.2. Funciones ....................................................................................... 358

2.3. Cargas y Esfuerzos .......................................................................... 359

2.4. Fabricación ..................................................................................... 360

2.5. Indicios .......................................................................................... 361

3. Fallas .......................................................................................................... 363

3.1. Fuerza Externa ............................................................................... 364

3.2. Falla de Cojinetes............................................................................ 365

3.3. Errores de Reacondicionamiento ...................................................... 367

3.4. Pernos Flojos o Rotos ...................................................................... 369

TECSUP - PFR Monitoreo de Condición y Análisis de Fallas

1

UNIDAD I

MANTENIMIENTO PREDICTIVO

(Fuente: Bill Kruger Seminar-SKF)

1. INTRODUCCIÓN

En toda planta industrial, la inversión más grande esta constituida por los equipos, la mayoría de los cuales son rotatorios, y con ellos lo que se debe hacer es “aumentar” los ingresos y disminuir los “costos”, por lo tanto, debe haber un equilibrio entre tiempo y dinero. Todos los integrantes de la planta deben estar comprometidos con la protección de este capital, pero generalmente la responsabilidad recae sobre el Departamento de Mantenimiento.

Para que Mantenimiento realice su función de mantener las máquinas operativas se necesitan los siguientes elementos:

Mano de obra

Repuestos

Tiempo necesario, que en realidad, para la producción sería lo que se conoce como “tiempo muerto”.

Se puede observar que en función a la mano de obra y los repuestos que se dispongan (asimismo, equipos para el mantenimiento) la tarea de mantenimiento se realiza cada vez con mayor costo y por otro lado, mientras mayor sea el tiempo muerto se tendrán menos ingresos, es decir, se invierte en mantenimiento (aumentos costos), se disminuyen los tiempos muertos y si no se invierte, éstos aumentan.

El Mantenimiento realiza un balance entre los costos de mantenimiento y la disminución de los tiempos muertos. Es debido a este balance que nacen todas las filosofías de mantenimiento actuales.

Figura 1.

Mantenimiento

Limitar Costos Mantenimiento

Disminuir Tiempo Muerto

Monitoreo de Condición y Análisis de Fallas TECSUP - PFR

2

Figura 2.

Desde este punto de vista, el Mantenimiento Predictivo, es un tipo de mantenimiento que ayuda a disminuir el tiempo muerto; necesita de una inversión y un costo constante de mantenimiento pero que definitivamente rinde muy buenos beneficios.

2. FILOSOFÍAS DE MANTENIMIENTO Es el continuo esfuerzo para establecer el balance entre estos dos costos, se han desarrollado varias filosofías de mantenimiento: 2.1 OPERAR LA MÁQUINA HASTA QUE FALLE (Mantenimiento Correctivo)

En este tipo de mantenimiento las máquinas operan en forma continua, sin interrupción. Pero cuando las fallas ocurren, pueden ser muy severas y pueden causar daños a otros componentes, es decir se llega a los que se conoce como una falla catastrófica. Este tipo de mantenimiento por lo general requiere de mayor cantidad de mano de obra y lo más probable, es un pago excesivo por compra de repuestos, así como la pérdida de producción de la máquina. Esta forma de Mantenimiento es la más cara y según datos internacionales su costo aproximado es de $ 17-18/hp/año. Por ejemplo: al cambiar un rodaje roto en una máquina, hay que tener conciencia de que otros componentes han podido ser dañados (ejes, sellos, engranajes, etc.).

2.2 MANTENIMIENTO PREVENTIVO

Este tipo de mantenimiento reduce hasta en un 30% los costos de mantenimiento. Esta filosofía de mantenimiento está basada en el conocimiento de que las máquinas se desgastan con el tiempo, y con dicho

Cos

to m

áqui

na n

o op

erat

iva

(tie

mpo

mue

rto)

Costo de Mantenimiento

Se debe trabajar en esta parte de

la curva.


3

conocimiento se deben determinar los intervalos de tiempo para tareas de inspección y mantenimiento requerido en los equipos. Además, este tipo de mantenimiento tiene el problema fundamental que esta basado en el tiempo, con lo cual, una máquina puede fallar antes del servicio y tendríamos una falla catastrófica, o se puede cambiar un rodaje cuando ya se cumplió el tiempo, estando el rodaje aún en muy buenas condiciones. Esta forma de mantenimiento nos genera un costo de aproximadamente $ 11-12/hp/año. Por ejemplo: Lubricar un rodamiento cada determinado tiempo, pudiendo aún no necesitar grasa, o hace varios días, la grasa que tenía ha dejado de ser efectiva.

2.3 MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Esta filosofía se basa en el hecho de que cuando un equipo ha empezado a gastarse, sus condiciones de operación, tales como vibración, temperatura, condición del aceite, presión, etc. empezarán a cambiar; razón por la cual este tipo de mantenimiento propone un monitoreo frecuente de la condición del equipo (monitoreo de condición), precisamente para detectar el cambio, analizar la causa del cambio y dar la solución correcta “justo antes” de que se produzca la falla catastrófica. Este tipo de mantenimiento nos genera un costo menor que los anteriores, llegando a $ 7-8/hp/año. Por ejemplo: Monitorear la condición del rodamiento para detectar si existe un cambio de condición en su funcionamiento para de esta manera poder analizar y encontrar la causa del cambio y dar la solución adecuada y precisa. Asimismo, existe otro tipo de Mantenimiento que procura realizar bien un trabajo desde la primera vez que se efectúe, para evitar problemas posteriores, a lo cual se le llama trabajar según la filosofía de la precisión en el trabajo (Mantenimiento de Precisión); que según los ejemplos anteriores no solo equivaldría a monitorear un rodaje, sino desde el momento que se hace el cambio, el montaje debe ser preciso en cuanto al método de montaje, colocación de las tolerancias adecuadas, etc. y todo lo que involucre “un buen montaje” del rodamiento. Según esta filosofía de trabajo, que exige un poco más del personal de mantenimiento; lo cual también implica una mejor capacitación. Los costos de mantenimiento se pueden bajar hasta $ 4-5/hp/año.


4

Figura 3.

3. CLASIFICACIÓN DE LA MAQUINARIA

Podemos determinar los equipos que generalmente vamos a encontrar dentro de la planta según las condiciones y características que observamos en el cuadro 1. Al observar el cuadro, notamos que si bien es cierto las máquinas criticas son importantes, éstas no generan grandes gastos como las máquinas del resto de la planta, debido básicamente a la cantidad de equipos, y a que el costo de repuestos y mano de obra, no guarda ninguna relación con la potencia de las máquinas. Es decir, para lograr un ahorro significativo en mantenimiento debemos trabajar en los equipos del resto de la planta.

Correctivo Preventivo Predictivo Precisión

Costo Mantenimiento $/hp/año

$ 17-18

$ 11-12

$ 7 - 8

$ 4 - 5

Tipo de

Mantenimiento


5

Tipo

de Máquina

Potencia

de Máquina

Características

%

Existencia en una

Planta

Costo

Reparación $/hp/año

Crítica

300hp

Si las máquinas paran, se detiene el

proceso en general.

Usualmente no tienen reservas. Su parada produce pérdidas de

producción. Muchos de ellos son equipados con

sistemas de protección.

Se emplean las últimas técnicas de mantenimiento.

Se debe notificar al dueño de la compañía.

10 – 15 %

$ 11/hp/año

Semi-crítica

150 - 300 hp

La máquina parada puede causar pérdidas parciales de producción.

Se requiere alta prioridad en su mantenimiento con monitoreo por

personal de alta experiencia.

Se comunica a la gerencia de mantenimiento.

10 – 15 %

$ 22/hp/año

Resto de la

Planta

5 – 150 hp

Usualmente tienen reservas, y si no,

no son criticas para la operación de la

planta. Su monitoreo es mediante recolección

periódica de datos. Las decisiones las puede tomar el

mecánico de turno.

70 – 80 %

$ 49/hp/año

Tabla 1. Clasificación de Maquinaria


6

4. MANTENIMIENTO PREDICTIVO (MPd)

4.1 DEFINICIÓN

El MPd, también denominado Monitoreo de Condición, es el proceso para determinar la condición de una máquina mientras está en operación “a plena carga”, para detectar fallas, analizar, encontrar su causa, y corregir el problema, programando una reparación eficiente y eficaz de los componentes con problemas “antes de que falle”. El MPd, consta de tres etapas fundamentales: a) Detección.- Esta es la etapa de recolección de datos en los equipos, que

nos sirve para poder detectar problemas en algunos puntos de los equipos. Los datos tomados por lo general nos sirven para un análisis de la posible causa del problema.

b) Análisis.- Consiste en analizar el problema detectado en la primera fase. En este caso, hay que dirigirse a la máquina y tomar datos adicionales que nos ayuden a encontrar la causa del cambio de condición.

c) Corrección.- Eliminar el problema detectado y analizado, tomando acción adecuada y correcta.

4.2 METAS Y BENEFICIOS

Dentro de las metas que se propone el MPd, está el de ayudar al personal a eliminar la posibilidad de una falla catastrófica, evitando de esta manera que otros componentes puedan ser dañados. Se puede planificar la compra de repuestos, con lo cual el departamento de logística tendrá el tiempo suficiente para encontrar el repuesto que cumpla con las especificaciones requeridas y a un precio real. Se puede planificar las horas-hombre, con lo cual el personal va ha estar sobre aviso del día que hay que trabajar en el equipo y esté preparado para ello, evitando tener que trabajar intempestivamente lo cual tiene un costo social (familiar) y económico para la empresa. Asimismo, es posible planificar otros tipos de tareas que puedan hacerse a la máquina, aprovechando el tiempo que ésta va ha estar detenida. En cuanto a los beneficios que se pueden obtener con el MPd, es el hecho de que se va a maximizar la productividad, sin necesidad de incrementar equipo, mano de obra o tiempo adicional, y los intervalos entre paradas van a ser cada vez mayores. Asimismo, se van a minimizar las rutinas de “desmontar, inspeccionar y reparar en caso necesario” y además, debido a la planificación en horas-hombre, repuestos e identificación del problema, se van a reducir los tiempos de reparación. Todo esto nos va a llevar a una reducción de los tiempos muertos con lo cual se verá incrementada notablemente la disponibilidad de la máquina. Otro beneficio que se puede adicionar es el incremento de la vida útil de la máquina. Las reparaciones serán mejor planificadas, el producto tendrá mejor calidad debido a la precisión de la máquina y lógicamente los costos de mantenimiento van a disminuir.


7

Es decir, el MPd, nos advierte en forma temprana que algo malo está sucediendo en el equipo, antes de que podamos oírlo, verlo o sentirlo, y por lo general dicho problema se puede corregir con un costo equivalente de 1 a 10% de lo que hubiera costado reparar la falla.

5. FALLAS EN LOS EQUIPOS ROTATORIOS

5.1 CAUSAS PRINCIPALES DE LAS FALLAS DE LAS MÁQUINAS ROTATIVAS

Si se desea alargar la vida de las máquinas rotatorias, se debe monitorear el estado de los cojinetes, ya sean de rodadura (rodamientos) o de deslizamiento (bocinas), puesto que cualquier falla de la máquina se transmitirá hasta los puntos de apoyo que son los cojinetes. Técnicamente un rodamiento debería tener vida infinita, pero esto sólo funciona si la carga del rodamiento es pequeña y existe una película lubricante libre de contaminantes. Por lo tanto, se debe monitorear constantemente la efectividad del lubricante; debe conservarse el lubricante limpio, frío y seco, y que se encuentre en la proporción adecuada. Asimismo, se debe disminuir la carga dinámica del rodamiento, para lo cual, “no hay que disminuir su carga de trabajo”, sino que hay que eliminar todas las fuentes que causen una carga adicional, lo que se traducirá en mayor vibración. Si se puede disminuir la vibración, se puede lograr aumentar la vida de la máquina hasta ocho veces más.

Hay que tener presente que cuando se predice una falla de rodamiento, ya no se puede hacer nada por dicho elemento, y que el deterioro progresará en forma exponencial. Sólo hay que programar su cambio “justo antes de que falle”.

5.2 FALLAS EN LOS RODAMIENTOS

La gran mayoría de rodamientos fallan antes de alcanzar su vida esperada, y esto se debe básicamente a las siguientes razones:

a) Lubricación insuficiente.- Cerca del 36% de las fallas prematuras son

causados por especificaciones y aplicaciones incorrectas de los lubricantes. Cualquier rodamiento privado de una correcta lubricación fallará inevitablemente antes de su vida nominal de servicio. Es decir, la lubricación debe ser la correcta (no poco y no mucho), y con el lubricante adecuado.

b) Reemplazado demasiado pronto.- Cerca del 34% de los rodamientos se reemplazan demasiado pronto, ya sea por fatiga de los mismos debido a un mal programa de mantenimiento que nos va a llevar a una falla repentina, o debido al programa mismo de mantenimiento, que obliga a cambiar un rodamiento que todavía puede encontrarse en buen estado.


8

c) Rodamientos maltratados.- Cerca del 16% de los rodamientos fallan debido a que han sido maltratados, debido básicamente a un montaje deficiente, o por un manejo inadecuado de los mismos, tanto en su almacenamiento como en su transporte.

d) Contaminación.- Cercar del 14% de rodamientos se contaminan con elementos del medio ambiente o del proceso mismo, debido a que no están protegidos adecuadamente mediante sellos adecuados.

Figura 4. Fallas en los Rodamientos

5.3. CAUSAS DE FALLAS EN RODAMIENTOS

Los rodamientos fallan básicamente debido a dos problemas: Problemas Mecánicos Problemas de Lubricación, ver fig. 5.

5.3.1. PROBLEMAS MECÁNICOS

Los problemas mecánicos en un rodamiento se generarán por las cargas adicionales que actúan sobre los mismos, los cuales son: Cargas estáticas Cargas dinámicas, ver fig. 5

A

36%

34%

16%

14%

B C D

A = Mala lubricación.

B = Reemplazo demasiado pronto.

C = Maltratados.

D = Se contaminan.


9

Las cargas estáticas serán generadas debido a un almacenamiento, transporte y montaje inadecuado, las cuales hacen que el rodaje se encuentre con carga adicional antes de trabajar, solamente por el hecho de haber sido mal manipulados.

Por otro lado, las cargas dinámicas aparecen cuando el equipo está trabajando y básicamente se deben a problemas del equipo, tales como desbalance, desalineamiento, resonancia, etc., los cuales generan un exceso de vibración que va a ser absorbida por el rodamiento, con lo cual su vida nominal se puede reducir hasta ocho veces. Debido al exceso de carga, se genera calor a gran velocidad, se desgastan los sellos y se promueve la ruptura de la película de lubricante, lo cual, si llega a suceder, causará el contacto metal – metal, se creará mayor calor adicional y se promoverá la falla catastrófica.

5.3.2. PROBLEMAS DE LUBRICACIÓN

Los problemas de lubricación son generados por: Fuentes externas Fuentes internas, ver fig. 5 Los contaminantes externos básicamente son la suciedad, que ingresa del sistema, la cual funciona como un material abrasivo que desgasta los componentes giratorios. Asimismo, el agua, es otro elemento contaminante que es muy perjudicial en el lubricante, puesto que causa corrosión, disminuye las características del lubricante, principalmente su capacidad de carga, tienden a concentrar ácidos y emulsiona el aceite impidiendo el flujo. También, promueve la contaminación externa, el mal empleo de filtros, el mal almacenamiento del lubricante, mal mantenimiento de los tanques y la mezcla de lubricantes, que en algunos casos pueden tener aditivos que no sean compatibles, así como el proceso de fabricación mismo que puede tener elementos (sólidos, líquidos o gaseosos) y que pueden ingresar y contaminar el lubricante. Dentro de los contaminantes internos, básicamente se tienen las partículas de desgaste, que serán las partículas abrasivas y los problemas de condensación de agua en el lubricante. Todas estas fuentes, tanto externas como internas, promoverán la ruptura de la película lubricante, el contacto metal – metal y la falla catastrófica.


10

Mecánica

Cojinetes

Partículas

metálicas

Lubricación

Desgaste

Sellos

Suciedad,

agua, etc.

Ruptura película

lubricante

Falla Catastrófica

Externa Interna

Sellos

Filtros

Estáticas

Dinámicas Exceso

Carga

Calor

Figura 5. Causas de Falla en los Cojinetes

Texto1 (1)

Documents

Transcript of Texto1 (1)