Mantenimiento Industrial (Recopilación - II Técnicas)

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL – II (Recopilación) 2010 ANTONIO ROS MORENO

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MANTENIMIENTO "Cuando todo va bien, nadie recuerda que existe" "Cuando algo va mal, dicen que no existe" "Cuando es para gastar, se dice que no es necesario" "Pero cuando realmente no existe, todos concuerdan en que debería existir" A.SUTE

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL (Recopilación)

PARTE I.Introducción. Consideraciones Fundamentales. Gestión del Mantenimiento. PARTE II.Técnicas Específicas de Mantenimiento. El Futuro del Mantenimiento. PARTE III.Ejecución del Mantenimiento. Ejemplo de un Plan de Mantenimiento.

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INDICE - II: 4.- TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE MANTENIMIENTO 4.1.- Análisis de Fiabilidad de Equipos 4.1.1.- Introducción 4.1.2.- Definiciones básicas 4.1.3.- Teoría de la fiabilidad 4.1.4.- Leyes Estadísticas 4.1.5.- Modos de fallo y modelos de indisponibilidad 4.1.6.- Fiabilidad de los Sistemas 4.1.7.- Sistemas Complejos. Método del Árbol de Fallos 4.1.8.- Mantenibilidad. Disponibilidad 4.2.- Alineación de Ejes 4.2.1.- Importancia de la alineación 4.2.2.- Concepto de alineación y tipos de desalineamiento 4.2.3.- Reglas y nivel 4.2.4.- Reloj comparador 4.2.5.- Sistema de rayo láser 4.2.6.- Corrección por condiciones de servicio 4.2.7.- Tolerancias de alineación 4.2.8.- Desalineación de correas 4.3.- Equilibrado de Rotores 4.3.1.- Importancia del equilibrado 4.3.2.- Causas de desequilibrio 4.3.3.- Tipos de desequilibrio y efectos 4.3.4.- Reducción del desequilibrio 4.3.5.- Valores permisibles del desequilibrio permanente en rotores 4.3.6.- Proceso general de Equilibrado 4.3.7.- Equilibrado Estático 4.3.8.- Máquinas de Equilibrado Estático 4.3.9.- Desequilibrio y Equilibrado Dinámico 4.3.10.- Máquinas de Equilibrado Dinámico 4.3.11.- Equilibrado “in situ” 4.4.- Diagnóstico de Fallos en Equipos 4.4.1.- Análisis de fallos en componentes mecánicos 4.4.2.- Análisis de averías en máquinas de procesos 4

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4.5.- Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección 4.5.1.- Mecanismos y modos de desgaste 4.5.2.- Técnicas de tratamiento superficial 4.5.3.- Selección de tratamientos 4.6.- Análisis de Averías 4.6.1.- Introducción 4.6.2.- Justificación 4.6.3.- Fallos y averías de los sistemas 4.6.4.- Métodos de análisis de averías 4.6.5.- Como llevar a cabo un análisis de averías 4.6.6.- Informe de análisis de averías 4.6.7.- Análisis de fallos y medidas preventivas 4.6.8.- Ejemplo de “Análisis de Averías” 4.6.9.- Herramientas para el análisis de averías 4.7.- Técnicas de Mantenimiento Predictivo 4.7.1.- Definición y principios básicos 4.7.2.- Parámetros para control de estado 4.7.3.- Establecimiento del mantenimiento predictivo 4.7.4.- Técnicas de mantenimiento predictivo 4.8.- Análisis de la degradación y contaminación del aceite 4.8.1.- Introducción 4.8.2.- Viscosidad 4.8.3.- Punto de inflamación 4.8.4.- Acidez/Basicidad 4.8.5.- Insolubles 4.8.6.- Detergencia/Dispersividad 4.8.7.- Contaminación del aceite 4.8.8.- Espectrometría 4.8.9.- Ferrografía 4.8.10.- Análisis de la mancha de aceite 4.8.11.- Normas ASTM 4.8.12.- Control de aceites en servicio 4.9.- Análisis de Vibraciones 4.9.1.- Conceptos fundamentales 4.9.2.- Instrumentos de medida de vibración 5

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4.9.3.- Establecimiento de un programa de medidas de vibraciones 4.9.4.- Diagnóstico de problemas por análisis de vibraciones 4.9.5.- Valores límites admisibles 4.9.6.- Monitorización de equipos 4.10.- Planificación de tareas 4.10.1.- Introducción 4.10.2.- Planificación de tiempos 4.10.3.- Planificación de cargas 4.10.2.- Planificación de costos 5.- EL FUTURO DEL MANTENIMIENTO 5.1.- Introducción 5.2.- Tendencias actuales 5.3.- Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador 5.3.1.- Implantación y beneficios del GMAO 5.3.2.- El mercado de GMAO 5.4.- Diagnóstico Mediante Sistemas Expertos 5.4.1.- Componentes de un S.E. 5.4.2.- Justificación del uso de un Sistema Experto

BIBLIOGRAFÍA.

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4. TÉCNICAS ESPECÍFICAS DE MANTENIMIENTO En las últimas décadas, como ya se ha indicado, las estrictas normas de calidad y la presión competitiva han obligado a las empresas a transformar sus departamentos de mantenimiento. Estos cambios suponen pasar de ser un departamento que realiza reparaciones y cambia piezas o máquinas completas, a una unidad con un alto valor en la productividad total de la empresa, mediante la aplicación de nuevas técnicas y prácticas. En la situación actual es imprescindible, tanto en las grandes como en las medianas empresas, la implantación de una estrategia de mantenimiento predictivo para aumentar la vida de sus componentes, mejorando así la disponibilidad de sus equipos y su confiabilidad, lo que repercute en la productividad de la planta. La gestión del mantenimiento ha evolucionado mucho a lo largo del tiempo. El mantenimiento industrial, día a día, está rompiendo con las barreras del pasado. Actualmente, muchas empresas aplican la frase: “el mantenimiento es inversión, no gasto”. El primer mantenimiento llevado a cabo por las empresas fue el llamado mantenimiento correctivo, también llamado mantenimiento de emergencia. Esta clase de mantenimiento consiste en solucionar los problemas de los equipos cuando fallan, reparando o sustituyendo las piezas o equipos estropeados. Estas técnicas quedaron obsoletas, ya que, si bien el programa de mantenimiento está centrado en solucionar el fallo cuando se produce, va a implicar altos costes por descenso de la productividad y mermas en la calidad. De esta situación surge el mantenimiento preventivo, que consiste en revisar de forma periódica los equipos y reemplazar ciertos componentes en función de estimaciones estadísticas, muchas veces proporcionadas por el fabricante. Con este mantenimiento se reduce el coste del mantenimiento no planeado y los fallos imprevistos, de forma que se incrementa la confiabilidad en los equipos pero su principal inconveniente es que presenta unos costes muy elevados, ya que genera gastos excesivos y muchas veces innecesarios. En la década de los noventa se observa una nueva tendencia en la industria, el llamado mantenimiento predictivo o mantenimiento basado en la condición de los equipos. Se basa en realizar mediciones periódicas de algunas variables físicas relevantes de cada equipo mediante los sensores adecuados y, con los datos obtenidos, se puede evaluar el estado de confiabilidad del equipo. Su objetivo es ofrecer información suficiente, precisa y oportuna para la toma de decisiones. Predecir significa “ver con anticipación”. Con el conocimiento de la condición de cada equipo podemos hacer “el mantenimiento adecuado en el momento 7

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adecuado” anticipándonos a los problemas. Por eso se dice que es un mantenimiento informado. En una organización estas tres estrategias de mantenimiento no son excluyentes, si no que cuando una empresa se plantea qué estrategia de mantenimiento seguir, normalmente la respuesta es una combinación de los tres tipos de mantenimiento anteriores. En este marco, es necesario exponer algunas de las más importantes técnicas aplicables en el mantenimiento industrial, imprescindibles para avanzar por el camino anticipativo y de mejora continua. Entre las técnicas más importantes podemos citar las siguientes: - Análisis de fiabilidad de equipos. - Alineación de ejes. - Equilibrado de rotores. - Mto. Correctivo: Diagnóstico de fallos en equipos. - Mto. Correctivo: Mecanismos de desgaste y técnicas de protección. - Análisis de averías. - Técnicas de mantenimiento predictivo. - Inspecciones visuales y lectura de indicadores. - Inspecciones boroscópicas. - Diagnóstico de averías por análisis de la degradación y contaminación del aceite. - Diagnóstico de averías por análisis de vibraciones. - Termografía infrarroja.

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4.1. Análisis de Fiabilidad de Equipos 4.1.1. Introducción Las empresas buscan asegurar y mejorar su competitividad por medio de los esfuerzos, acciones y decisiones orientadas a garantizar sistemas y equipos operando de manera eficiente y eficaz, riesgos reducidos, cero incidentes ambiéntales y costos óptimos. Así los propietarios, la comunidad, los empleados y los clientes se sienten en un entorno “Confiable”. Esto significa que para poder mostrar que se es competitivo y exitoso, es necesario usar mediciones de factores clave como son: la calidad, la productividad, la rentabilidad, la imagen, la seguridad y la integridad ambiental que en su conjunto expresan el desempeño. A estos factores las empresas han agregado otro muy importante como la “Fiabilidad”. Muchas personas asocian la fiabilidad y la disponibilidad de los equipos en forma directa y exclusiva con las actividades del mantenimiento, sin embargo, la verdadera causa raíz de los problemas de disponibilidad y confiabilidad, normalmente comienzan mucho antes de que el mantenimiento sea requerido. En estos momentos Fiabilidad es la palabra de moda, la pregunta es ¿Los responsables del mantenimiento conocen conscientemente las mejores prácticas y técnicas para buscar la “Optima Fiabilidad”?. La fiabilidad es concebida durante la etapa de diseño por el equipo o personal de ingeniería, donde aspectos claves como la fiabilidad intrínseca de cada componente y el mantenimiento deben ser considerados, posteriormente la fiabilidad de los equipos será condicionada por las mejores prácticas que se hayan incorporado durante la etapa de construcción, montaje e instalación y finalmente por la operación del equipo reflejado en buenas prácticas de trabajo para su buen funcionamiento. Existen empresas que han ido más allá de considerar la estadística y han revisado sus prácticas internas, efectuando comparaciones con las que son destacadas en dicho proceso. Estas organizaciones llegaron a la conclusión de que es imposible hablar de fiabilidad como una cifra única, por lo tanto es necesario usar diversas mediciones como indicadores fundamentales de entrada y salida de los procesos. El concepto más conocido para definir que es fiabilidad es: “La probabilidad de que un equipo o sistema opere sin fallos durante un tiempo (t) determinado, en unas condiciones ambientales dadas”. Más sencillamente, fiabilidad es la probabilidad de que un sistema o producto funcione.

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Para los sistemas y productos de un solo servicio, (como un misil o los motores de un cohete de combustible sólido), la definición se reduce a la probabilidad de funcionar en las condiciones previstas. La teoría de la fiabilidad es el conjunto de teorías y métodos matemáticos y estadísticos, procedimientos y prácticas operativas que, mediante el estudio de las leyes de ocurrencia de fallos, están dirigidos a resolver problemas de previsión, estimación y optimización de la probabilidad de supervivencia, duración de vida media y porcentaje de tiempo de buen funcionamiento de un sistema. En conclusión, la planificación de la fiabilidad exige la comprensión de las definiciones fundamentales. 1. Cuantificación de la fiabilidad en términos de probabilidad. 2. Clara definición de lo que es un buen funcionamiento. 3. Del ambiente en que el equipo ha de funcionar. 4. Del tiempo requerido de funcionamiento entre fallos. Si no es así, la probabilidad es un número carente de significado para los sistemas y productos destinados a funcionar a lo largo del tiempo. La necesidad de fiabilidad en las instalaciones es tan antigua como la humanidad, pero es innegable que la creciente importancia de los temas ambientales y de seguridad han conducido a la necesidad de cambiar nuestra perspectiva debido a: - Alta presión para disminuir los costos y poder competir - Mayor número de funciones operacionales realizadas por equipos y máquinas - Mayores dificultades para hacer intervenciones de mantenimiento, debido al aumento en utilización de los equipos. - Tendencias a usar componentes informáticos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos que tienen comportamientos diferentes de desgaste con relación a los componentes que fallan en función de la edad. - Legislaciones actuales cada vez más exigentes y poco tolerantes.

En la actualidad, la fiabilidad tiene sus orígenes en la aeronáutica (seguridad de funcionamiento). Un paso significativo se dio en Alemania cuando se trabajó con el misil V1. Von Braun consideraba erróneamente que en una cadena de componentes, 10

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cuyo buen funcionamiento era esencial para el correcto funcionamiento del conjunto, la probabilidad de fracaso dependía exclusivamente del funcionamiento del componente más débil. Erich Pieruschka (matemático del equipo) dio vida a la fórmula de la fiabilidad del sistema a partir de la fiabilidad de los componentes, que permite afirmar que la fiabilidad del conjunto es siempre inferior a la de sus componentes individuales. Posteriormente en el sector militar en EEUU, para garantizar el funcionamiento de sistemas electrónicos y finalmente en el industrial, para garantizar la calidad de los productos y eliminar riesgos de pérdidas valiosas, dieron el impulso definitivo para su paulatina implantación en otros campos.

4.1.2. Definiciones básicas Las definiciones necesarias y básicas para comenzar el estudio de fiabilidad son las siguientes (incluida la de fiabilidad ya definida con anterioridad): - Fallo: Es toda alteración o interrupción en el cumplimiento de la función requerida. - Fiabilidad (de un elemento): Es la probabilidad de que funcione sin fallos durante un tiempo (t) determinado, en unas condiciones ambientales dadas. - Mantenibilidad: Es la probabilidad de que, después del fallo, sea reparado en un tiempo dado. - Disponibilidad: Es la probabilidad de que esté en estado de funcionar (ni averiado ni en revisión) en un tiempo dado.

Si adoptamos, para simplificar, que el esquema de vida de una máquina consiste en una alternancia de "tiempos de buen funcionamiento" (TBF) y "tiempos de averías" (TA):

Figura 12

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en los que cada segmento tiene los siguientes significados: TBF: Tiempo entre fallos TA: Tiempo de parada TTR: Tiempo de reparación TO: Tiempo de operación n: Número de fallos en el periodo considerado

podemos definir los siguientes parámetros como medidas características de dichas probabilidades: a) El tiempo medio entre fallos (MTBF) como medida de la Fiabilidad:

𝑀𝑇𝐵𝐹 =

𝑛 0

𝑇𝐵𝐹𝑖 [𝑑í𝑎𝑠] 𝑛

y su inversa (λ) conocida como la tasa de fallos:

λ=

1 [Nº de fallos/Año] MTBF

b) El tiempo medio de reparación (MTTR) como medida de la Mantenibilidad:

𝑀𝑇𝑇𝑅 =

𝑛 0

𝑇𝑇𝑅𝑖 [𝑑í𝑎𝑠] 𝑛

y su inversa (μ) conocida como la tasa de reparación:

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μ=

1 [Nº de Repasraciones/Año] MTTR

c) La disponibilidad (D) es una medida derivada de las anteriores:

𝐷=

𝑛 1

𝑇𝐵𝐹𝑖 = 𝑇𝑂

𝑇𝐵𝐹𝑖 = 𝑇𝐵𝐹𝑖 + 𝑇𝐴𝑖

𝑇𝐵𝐹𝑖 /𝑛 𝑀𝑇𝐵𝐹 = 𝑇𝐵𝐹𝑖 /𝑛 + 𝑇𝐴𝑖 /𝑛 𝑀𝑇𝐵𝐹 + 𝑀𝑇𝑇𝑅

Es decir, la disponibilidad es función de la fiabilidad y de la mantenibilidad.

Otra medida de la fiabilidad es el factor de fiabilidad:

𝐹𝐹 =

𝐻𝑇 − 𝐻𝑀𝐶 𝐻𝑇

donde: HT: Horas totales del periodo HMC: Horas de Mantenimiento Correctivo (Averías) HMP: Horas de Mantenimiento Preventivo (programado)

Y otra medida de la disponibilidad es el factor de disponibilidad:

𝐹𝐷 =

𝐻𝑇 − 𝐻𝑀𝐶 − 𝐻𝑀𝑃 𝐻𝑇

donde se pone claramente de manifiesto que la disponibilidad es menor que la fiabilidad, puesto que al contabilizar el tiempo de buen funcionamiento, en la 13

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disponibilidad se prescinde de todo tipo de causas posibles (se incluye el tiempo de mantenimiento preventivo programado):

𝐷=

𝑇𝑂 − 𝑛0 𝑇𝐴𝑖 𝑇𝑂

Sin embargo en el cálculo de la fiabilidad, al contabilizar el tiempo de buen funcionamiento, no se incluye el tiempo de mantenimiento preventivo programado. El esquema siguiente es un resumen de los parámetros que caracterizan la vida de los equipos:

Figura 13

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4.1.3. Teoría de la fiabilidad Hemos definido antes la FIABILIDAD como la probabilidad de que un elemento, conjunto ó sistema funcione sin fallos, durante un tiempo dado, en unas condiciones ambientales dadas. Ello supone: a) Definir de forma inequívoca el criterio que determina si el elemento funciona ó no. b) Que se definan claramente las condiciones ambientales y de utilización y se mantengan constantes. c) Que se defina el intervalo t durante el cual se requiere que el elemento funcione.

-Para evaluar la fiabilidad se usan dos procedimientos: a) Usar datos históricos. Si se dispone de muchos datos históricos de aparatos iguales durante un largo período no se necesita elaboración estadística. Si son pocos aparatos y poco tiempo hay que estimar el grado de confianza. b) Usar la fiabilidad conocida de partes para calcular la fiabilidad del conjunto. Se usa para hacer evaluaciones de fiabilidad antes de conocer los resultados reales.

-Consideramos t "tiempo hasta que el elemento falla" como variable independiente (período al que se refiere la fiabilidad). .Función de distribución de probabilidad: f (t) .Probabilidad de que el elemento falle en instante t: f (t) dt

Figura 14

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.Probabilidad de que falle en el instante t ó antes (infiabilidad):

𝑡

𝐹(𝑡) =

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 0

donde F(t) es la función de distribución de probabilidad acumulada

∞𝑡

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 = 1 (𝑇𝑜𝑑𝑜 𝑒𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑎𝑐𝑎𝑏𝑎 𝑝𝑜𝑟 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟) 0

.Fiabilidad, R(t), Probabilidad de que funcione todavía en el instante t:

𝑅(𝑡) = 1 − 𝐹(𝑡)

𝑡

𝐑(𝑡) = 1 −

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 0

.Tasa de fallos, λ(t), es la función de distribución de Probabilidad (condicional) de un elemento que ha funcionado bien hasta el instante t, y falla en el tiempo comprendido entre t y t+dt. .Véase la diferencia entre f (t) y λ (t): -f (t) dt representa la fracción de población que falla entre t y t+dt, respecto una población sana en t=o (original). -λ (t)dt representa la fracción de población que falla entre t y t+dt, respecto una población sana en el momento t (es menos numerosa, ó como máximo igual a la población original). 16

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.f (t) dt es una probabilidad a priori, referida al instante inicial de funcionamiento. .λ (t)dt es una probabilidad a posteriori, condicionada a la información cierta de que el aparato ha funcionado bien hasta el momento t.

Relación entre fiabilidad R(t) y tasa de fallos 𝜆(t)

𝑓 𝑡 𝑑𝑡 = 𝑅 𝑡 × 𝜆 𝑡 𝑑𝑡 (𝑃𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑐𝑜𝑛𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑎𝑑𝑎)

Prob.de que falle en período t+dt = Prob.de que funcione todavía en t x Prob.de que falle en t+dt, estando bien en t. .Recordando que:

𝑓(𝑡) =

𝑑𝑅(𝑡) 𝑑𝐹(𝑡) =− 𝑑𝑡 𝑑𝑡

𝑑𝑅(𝑡) = −𝑓 𝑡 𝑑𝑡 = −𝑅 𝑡 𝜆 𝑡 𝑑𝑡

Separando variables:

𝑑𝑅(𝑡) = −𝜆 𝑡 𝑑𝑡 𝑅(𝑡)

e integrando entre 0 y t:

ln 𝑅(𝑡) − ln 𝑅(0) = −

𝑡 0

𝜆 𝑡 𝑑𝑡

→

𝑅(𝑡) = 𝑒 −

𝑡 0𝜆

𝑡 𝑑𝑡

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ya que ln R (0)= 0 porque R (0)= 1. La fórmula anterior que es la fiabilidad en función de la tasa de fallos, junto con las siguientes:

𝑓 𝑡 = 𝜆 𝑡 𝑅 𝑡 = 𝜆 𝑡 𝑒−

𝑡 0𝜆

𝑡 𝑑𝑡

(𝑑𝑖𝑠𝑡𝑟𝑖𝑏𝑢𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑏𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑜𝑠)

𝐹 𝑡 = 1 − 𝑅 𝑡 = 1 − 𝑒−

𝑡 0𝜆

𝑡 𝑑𝑡

(𝑖𝑛𝑓𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑒𝑛 𝑓𝑢𝑛𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑡𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑜𝑠)

constituyen tres relaciones, entre cuatro funciones [f (t), F (t), R (t), λ (t)], por lo que conociendo una cualquiera de ellas, se conocen las otras tres.

Análisis de la función tasa de fallos 𝜆(t) .Tiene la dimensión inversa de un tiempo, por lo que puede interpretarse como "Número de fallos en la unidad de tiempo". -Al representarla gráficamente para una población homogénea de componentes, a medida que crece su edad t:

Figura 15

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resulta ser la llamada curva de la bañera, en la que se distinguen claramente tres períodos: A: .Período de Mortalidad Infantil .Fallos de rodaje, ajuste o montaje .La tasa de fallos es decreciente .Propio de componentes de Tecnología Mecánica.

B: .Período de Fallos por azar (o aleatorios) .Tasa de fallos constante .Propio de materiales de Tecnología eléctrica/electrónica. C: .Período de Fallos por Desgaste ó Vejez .Tasa de fallos creciente .Propio de materiales de Tecnología mecánica ó electromecánica (desgaste progresivo).

En general, la curva λ(t) resulta de la superposición de la curva (a) asociada a los defectos iniciales tras la puesta en servicio y la curva (b) que marca los fenómenos de desgaste o deterioro de la función.

Figura 16

De manera que, dependiendo de la influencia de cada uno de los fenómenos mencionados, la tasa de fallo tendrá una forma distinta. Así en los equipos mecánicos predominan los fenómenos asociados al desgaste y su tasa de fallo crece con el tiempo:

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Figura 17

En los últimos años ha habido una polémica considerable acerca de la exactitud de la descripción proporcionada por la curva de la bañera. En vista de las pautas de obsolescencia y de los nuevos resultados de las investigaciones, existen razones para poner en duda el concepto. No obstante, como subraya la relación existente entre la fiabilidad de los dispositivos y la forma de la función de riesgo, la idea de la curva de la bañera proporciona un punto de partida excelente para la definición de los modelos de distribución de probabilidades. La estadística ha demostrado que, tras estudiar el comportamiento de los equipos en una planta industrial, el ciclo de vida de la mayoría de los equipos no se corresponde únicamente con la curva de bañera, sino que se diferencian 6 tipos de curvas:

Figura 18

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Curiosamente, la mayor parte de los equipos no se comportan siguiendo la curva A ó “curva de bañera”. Los equipos complejos se comportan siguiendo E, en el que la probabilidad de fallo es constante a lo largo de su vida, y el modelo F, en el que tras una etapa inicial con una mayor probabilidad de fallo infantil, la probabilidad de fallo se estabiliza y permanece constante. Eso hace que no sea identificable un momento en el que realizar una revisión sistemática del equipo, con la sustitución de determinadas piezas, ante la imposibilidad de determinar cuál es el momento ideal, pues la probabilidad de fallo permanece constante. Incluso, puede ser contraproducente si curva de probabilidad sigue el modelo F, pues estaríamos introduciendo mayor probabilidad de fallo infantil al sustituir determinadas piezas:

Figura 19

Por todo ello, en muchas plantas industriales es conveniente abandonar la idea de un mantenimiento sistemático para una buena parte de los equipos que la componen, y recurrir a las diversas técnicas de mantenimiento condicional o predictivo.

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4.1.4. Leyes Estadísticas Ahora vamos a ver la forma de estas funciones para cada uno de los tres aspectos de la función λ (t): constante, creciente y decreciente. a) λ = cte. Ley exponencial 𝑅(𝑡) = 𝑒 −𝜆𝑡 (exponencial negativa)

𝐹 𝑡 = 1 − 𝑒 −𝜆𝑡 𝑓(𝑡) = 𝜆𝑒 −𝜆𝑡 𝑀𝑇𝐵𝐹 =

1 𝜆

b) λ (t) es variable. Ley de Weibull. Ley con tres parámetros que permiten ajustar las tasas de fallos crecientes ó decrecientes.

𝑅(𝑡) =

𝑡−𝛾 𝛽 − 𝜂 𝑒

β: Parámetro de forma β > 0 η: Parámetro de escala η > 0 γ: Parámetro de posición -∞ < γ < +∞

Figura 21

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𝑡−𝛾 𝛽 − 𝜂 𝑒

𝐹 𝑡 =1− 𝛽 𝑓 𝑡 = 𝜂

𝜆(𝑡) =

Si

𝑡−𝛾 𝜂

𝛽 𝜂

𝛽 −1

𝑡−𝛾 𝜂

𝑡−𝛾 𝛽 − 𝜂 𝑒

𝛽 −1

β < 1. λ decrece. Período A β = 1. λ constante. Período B β > 1. λ crece. Período C

De forma simplificada:

𝑅(𝑡) = 𝑒 −(𝑡/𝑇)

𝛽

t: variable de duración 0 < t < ∞ T: duración característica, T > 0 β: parámetro de forma 𝐹 𝑡 = 1 − 𝑒 −(𝑡/𝑇) 𝛽 𝑡 𝑓(𝑡) = 𝑇 𝑇

𝛽 −1

𝛽 𝑡 𝜆(𝑡) = 𝑇 𝑇

𝛽 −1

𝛽

𝑒 −(𝑡/𝑇)

𝛽

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Si

β < 1. λ decrece. Fallos infantiles Β = 1. λ constante. Fallos aleatorios Β > 1. λ crece. Fallos por desgaste

Para un período de tiempo t, igual a la duración característica T:

𝛽

𝐹 𝑡 = 1 − 𝑒 −1 = 1 −

1 = 0,632 𝑒

La duración característica T es la duración hasta que han fallado el 63,2% de la población. -Representando la función de Weibull gráficamente con escala doble logarítmica en ordenadas y logarítmica en abscisas, R(t) adopta forma de recta de pendiente β. En dicho gráfico es posible determinar la fiabilidad R para cualquier duración t. Sin embargo, la aplicación de las técnicas estadísticas permiten una estimación más precisa. -El conocimiento de las leyes de evolución de λ(t) en función del tiempo puede ser útil para establecer la política de mantenimiento más adecuada para cada tipo de componente de los equipos. En componentes de tasa de fallo constante un cambio de pieza no aporta una mayor fiabilidad, es más, presentaría un valor de fiabilidad menor al principio de su puesta en servicio, por posibles defectos de fabricación. Sin embargo, en componentes con tasa de fallo creciente con el tiempo está perfectamente justificada la sustitución preventiva antes de que la tasa de fallos alcance un valor inadmisible.

4.1.5. Modos de fallo y modelos de indisponibilidad Los equipos pueden manifestar sus fallos en tres intervalos de tiempo: mientras están en espera, cuando se demanda su actuación o cuando están en operación o funcionamiento. Los parámetros que a continuación se definen serán utilizados para el cálculo de las indisponibilidades de los sucesos básicos mediante las expresiones matemáticas que procedan para cada modo de fallo.

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- Tasa de fallos (𝜆): Esta determinada por el número de fallos que ocurren en un equipo dividido por el tiempo transcurrido. - Tasa de fallos en operación (𝜆o): Esta determinada por el número de fallos que tiene un equipo cuando está en operación dividido por el tiempo de operación en el que ocurren los fallos. - Tasa de fallos en espera (𝜆s): Esta determinada por el número de fallos que tiene un equipo cuando está en espera dividido por el tiempo de espera en el que ocurren los fallos. - Indisponibilidad (F): Es el parámetro que en términos probabilísticos define la no disponibilidad de un equipo en un cierto instante de tiempo. - Indisponibilidad por demanda (Fd): Es el número de fallos que tiene un equipo en la demanda de actuación dividido por el número de demandas efectuadas. - Tiempo de operación (TO): Es el tiempo en que un equipo está en funcionamiento o en operación. - Tiempo entre pruebas (Tep): Es el intervalo de tiempo entre revisiones periódicas de un equipo. - Tiempo de prueba (Tp): Es el tiempo medio que dura la prueba o revisión de un equipo. - Tiempo de reparación (TTR): Es el tiempo medio de reparación de un equipo que se ha detectado fallado.

𝑡

La función indisponibilidad, definida por la ecuación 𝐹 𝑡 = 1 − 𝑒 − 0 𝜆 𝑡 𝑑𝑡 se particulariza para cada modo de fallo, adquiriendo expresiones matemáticas diferentes:

Fallo en espera Se produce en componentes que están en espera para entrar en operación y estando en este estado fallan. Ejemplos de este tipo de componentes son las válvulas de seguridad, las bombas de refrigeración, redundantes o no, pero que no estén refrigerando en ese periodo, los grupos electrógenos, las alarmas, etc. Los mecanismos por los que estos componentes fallan son dependientes del tiempo, por corrosión o suciedad, envejecimiento, etc. y la tasa de fallos se ajusta a una distribución exponencial 25

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𝜆(𝑡) = 𝜆𝑠

por lo que la indisponibilidad puntual adquiere la expresión:

𝐹 𝑡 = 1 − 𝑒 −𝜆 𝑠 𝑡

Estos componentes pueden ser probados periódicamente o no, siendo la indisponibilidad media distinta en cada caso. - Componentes en espera sometidos a pruebas periódicas: la indisponibilidad media en el intervalo entre pruebas Tep es:

𝐹 =1+

1 𝑒−𝜆 𝑠 𝑇𝑒𝑝 − 1 𝜆𝑠 𝑇𝑒𝑝

- Componentes en espera no sometidos a pruebas periódicas: la indisponibilidad media en el tiempo que le queda al componente es:

𝐹 =1+

𝑒 −𝜆 𝑠 𝑇𝑣𝑝 − 𝑒 −𝜆 𝑠 𝑇𝑣 𝜆𝑠 𝑇𝑣𝑝 − 𝑇𝑣

donde Tvp y Tv son el tiempo de vida previsto del componente y el tiempo que lleva en funcionamiento, respectivamente.

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Indisponibilidad por pruebas Asociada a componentes en espera que son probados o revisados periódicamente con un intervalo Tep y en los que las revisiones les hace estar indisponibles durante el tiempo de pruebas Tp.

𝐹=

𝑇𝑝 𝑇𝑒𝑝

Indisponibilidad por mantenimiento preventivo Asociada a componentes a los que se realiza mantenimiento preventivo con un ciclo de duración Tm, dejándolos indisponibles durante el tiempo de reparación TTR.

𝐹=

𝑇𝑇𝑅 𝑇𝑚

Fallo en demanda Se da en componentes que fallan cuando se les demanda un cambio de estado, por ejemplo cuando el componente está funcionando y se le demanda que pare o cuando el componente está en espera y se le demanda que entre en operación, fallando en el arranque. Se le asocia la distribución estadística binomial, ya que la demanda solo puede tomar dos valores, éxito o fracaso:

𝐹 = 𝐹𝑑 =

𝑥 𝑛

donde x y n son el número de fallos en demanda y el número de demandas efectuadas, respectivamente.

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Fallo en operación Se da en componentes que fallan durante el tiempo de operación TO. La tasa de fallos se ajusta a la distribución exponencial:

𝜆(𝑡) = 𝜆𝑜

Por lo que la probabilidad de que un componente en operación falle antes de que finalice el tiempo de operación está determinada por:

𝐹 = 1 − 𝑒 −𝜆 𝑜 𝑇𝑂

Fallo humano Son fallos producidos en componentes debido a un error humano en su operación. Este modo de fallo se encuentra tratado de forma sucinta en las Notas Técnicas de Prevención 360 (Fiabilidad humana: conceptos básicos) y 377 (Fiabilidad humana: métodos) del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo

4.1.6. Fiabilidad de los Sistemas Tratamos ahora de establecer la relación que liga la fiabilidad de un sistema complejo con la de sus componentes individuales. La fiabilidad de un sistema no es otra que la probabilidad de ocurrencia del acontecimiento "NO HAY FALLOS", lo cual es, a su vez, resultado de una serie de acontecimientos más simples. Las partes componentes del sistema se pueden comportar, desde el punto de vista de la fiabilidad de forma independiente ó no. El funcionamiento, desde el punto de vista de la fiabilidad, de un sistema se representa mediante esquemas de bloques adecuadamente conectados, de forma que cada bloque representa un elemento ó subsistema.

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Estos esquemas no corresponden con los esquemas funcionales de la instalación (No hay correspondencia con el despiece físico), sino que representan la dependencia lógica del acontecimiento "fallo del sistema".

a) Sistemas en serie. El fallo de uno cualquiera de sus componentes determina el fallo del sistema completo

Figura 22

λ1

λ2

λ3

λn

𝑅 𝑡 = 𝑅1 𝑡 . 𝑅2 𝑡 … . 𝑅𝑛 (𝑡) = 𝑛1𝜋𝑅𝑖 (𝑡) = 𝑅(𝑡)

Si

λ= cte. entonces

1 𝑀𝑇𝐵𝐹𝑖 = 𝜆𝑖

1 𝑀𝑇𝐵𝐹 = 𝜆𝑠

𝑛

𝜆𝑠 =

𝜆𝑖 1

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b) Sistemas en paralelo. Basta que funcione un elemento para que funcione todo el sistema.

λ1

Se llaman también sistemas redundantes. En este caso se simplifican los cálculos usando la función infiabilidad 𝐹 𝑡 = 1 − 𝑅(𝑡)

λ2

λ3

λn

Figura 23

de manera que F(t)=F1(t) x F2(t) x...x Fn(t)

con lo que

1 − 𝑅 𝑡 = 1 − 𝑅1 𝑡 𝑥 1 − 𝑅2 𝑡 𝑥 … 𝑥 1 − 𝑅𝑛 𝑡 𝑅 𝑡 = 1 − 𝑛1𝜋(1 − 𝑅𝑖 𝑡 )

Cuantos más elementos hay en paralelo, mejor es la fiabilidad.

𝜆𝑠 = 𝑛1𝜋𝜆𝑖

30

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.1.7. Sistemas Complejos. Método del Árbol de Fallos Normalmente, en los equipos, los componentes forman un sistema complejo que en parte son subsistemas en serie y en parte subsistemas en paralelo. De los diversos métodos existentes para estudiar la fiabilidad de sistemas complejos el que mejor se adapta a un tratamiento informático es el MÉTODO DEL ÁRBOL DE FALLOS. Consiste en descomponer, escalonadamente, la ocurrencia de un suceso en un sistema lógico secuencial integrado por unidades (elementos) operativos independientes, hasta alcanzar los sucesos tomados como iniciales (primarios). Cada unidad queda identificada por su denominación y la función (operación-fallo) que se espera de ella.

Los estados en que pueden encontrarse las unidades son dos: Operativo-Fallo. A partir del suceso en estudio se responde a la pregunta: ¿ qué se necesita para funcionar? R(t) ¿ qué se necesita para que falle? λ(t)

Según lo que se busque. 31

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Para la representación gráfica de los árboles de fallos y con el fin de normalizar y universalizar la representación se han elegido ciertos símbolos que se representan en las siguientes tablas:

32

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Se comienza eligiendo el suceso final objeto del análisis. A partir de aquí se van determinando los sucesos previos inmediatos que, por combinación lógica, pueden ser su causa. El proceso se repite hasta alcanzar una serie de "sucesos básicos", denominados así porque no precisan de otros anteriores a ellos para ser explicados. También alguna rama puede terminar por alcanzar un "suceso no desarrollado" en otros, sea por falta de información o por la poca utilidad de analizar las causas que lo producen. Los nudos de las diferentes puertas y los "sucesos básicos o no desarrollados" deben estar claramente identificados. Estos "sucesos básicos o no desarrollados" que se encuentran en la parte inferior de las ramas del árbol se caracterizan por los siguientes aspectos: - Son independientes entre ellos. - Las probabilidades de que acontezcan pueden ser calculadas o estimadas.

Para ser eficaz, un análisis por árbol de fallos debe ser elaborado por personas profundamente conocedoras de la instalación o proceso a analizar y que a su vez conozcan el método y tengan experiencia en su aplicación; por lo que, si se precisa, se deberán constituir equipos de trabajo pluridisciplinarios (técnico de seguridad, ingeniero del proyecto, ingeniero de proceso, etc.) para proceder a la reflexión conjunta que el método propicia. Una vez desarrollado para cada suceso preestablecido, es posible determinar cualitativa y cuantitativamente la fiabilidad del sistema. El análisis cualitativo permite determinar los sucesos (fallos mínimos) que deban presentarse (condición necesaria y suficiente) para que ocurra el suceso principal. El análisis cuantitativo (mediante el álgebra de Boole) determina la fiabilidad del sistema si se conocen la de los distintos elementos o sucesos primarios.

La modelización del sistema mediante el árbol de fallos o errores y el análisis cualitativo y cuantitativo del mismo están tratados en la NTP-333 "Análisis probabilístico de riesgos: Metodología del Árbol del fallos y errores", a la que se remite al lector para su mejor comprensión.

33

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Ejemplo: Fallos de una linterna eléctrica de mano para que no funcione.

34

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Si Fi representa la tasa de fallo de cada evento: F0 = F1 . F2 F2 = F3 + F4

F0 = F1 . (F3 + F5 + F6) = F1 . F3 + F1 . F5 + F1 . F6

F4 = F5 + F6

Cuando es conocida la probabilidad de cada suceso primario, es posible calcular la del fallo principal. (Datos históricos/Datos de fabricantes). De esta forma se determina si es aceptable ó no el fallo principal, y nos ayuda a: - Determinar la fiabilidad de elementos, subsistemas y sistemas. -Analizar la fiabilidad de distintos diseños (análisis comparativo). -Identificar componentes críticos, que pueden ser causa de sucesos indeseables. - Analizar fallos críticos que previamente han sido identificados por un análisis AMFE. Como consecuencia de estos análisis podemos decir que el método del árbol de fallos se podría utilizar para: - Evidenciar la fiabilidad de un sistema - Comparar con la de otros sistemas - Proponer modificaciones en el diseño e incluso para establecer el plan de su mantenimiento preventivo (gamas y frecuencia). Para facilitar el análisis cuantitativo, la tasa de fallos de cada suceso se asigna, a falta de datos precisos, utilizando valores relativos arbitrarios como la tabla de probabilidades relativas de la Atomic Energy of Canada Ltd.: Muy probable

10-2

Probable

10-3

No probable

10-4

Improbable

10-5 35

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10-6

Muy improbable Extremadamente improbable

10-7

En las puertas Y la probabilidad es igual al producto de las probabilidades. Como están expresadas en forma de potencias de 10, sólo habrá que sumar exponentes: 10-3 x 10-4 = 10-7 En las puertas OR la probabilidad es igual a la suma de probabilidades. Por la misma razón (potencias de 10) se puede simplificar tomando la mayor y despreciando el resto: 10-4 + 10-3 + 10-6 ≈ 10-3

Análisis de un sistema de refrigeración En este apartado se presenta un caso práctico de la aplicación de los datos de fiabilidad de componentes. La aplicación de esta metodología puede ser tanto para el análisis de seguridad de las instalaciones, como para mejorar su mantenimiento preventivo. Se realiza el análisis de la disponibilidad del sistema de refrigeración de un reactor discontinuo ("batch"), representado, esquemáticamente en la figura 1. Este sistema, además de ser un ejemplo poco complejo y relativamente fácil de analizar, corresponde a una instalación muy extendida en la industria química de proceso y en particular en las PYMES del sector químico, por ejemplo en la industria de química fina.

36

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

La instalación de refrigeración está formada, básicamente por dos tramos iguales y cada tramo consta de: - 1 bomba centrífuga para impulsar el agua (B1/B2). - 2 válvulas de accionamiento manual para aislar la bomba (V11/V21 y V12/V22) - 1 válvula de retención para evitar que se produzca flujo inverso (VR1/VR2). - 1 válvula de control, gobernada por un controlador de temperatura del reactor.

Elaboración del árbol de fallos En el análisis de fiabilidad del sistema de refrigeración se ha empleado la metodología de árbol de fallos y errores humanos (véase NTP-333). El paso previo a la elaboración del árbol en sí, es la identificación del suceso no deseado cuya probabilidad se requiere obtener y los sucesos y circunstancias que deben concurrir para llegar al mismo. Esta etapa previa puede ser realizada por medio de: - Un análisis histórico de accidentes en instalaciones similares, aportando experiencias similares. - Un análisis sistemático, empleando metodologías como el análisis funcional de operabilidad (HAZOP) (véase NTP-238), el análisis modal de fallos y efectos (FMEA), etc. - La experiencia del personal de la planta y del analista.

En la figura 27 se presenta el árbol de fallos utilizado para analizar la indisponibilidad del sistema. En el presente caso la indisponibilidad estudiada es la falta de refrigeración en el reactor (suceso no deseado o Top event). Los sucesos intermedios que inciden directamente al TOP son: fallo en el tramo 1 y fallo en el tramo 2. Como se ha indicado anteriormente, los dos tramos son idénticos, por lo que, sólo se comenta uno, obviamente tal duplicidad aminora significativamente la indisponibilidad total. Los sucesos considerados para analizar el posible fallo en el tramo son: - Válvula manual V11 cerrada erróneamente u obstruida. - Válvula de retención VR1 falla en la apertura. - Válvula manual V12 cerrada erróneamente u obstruida. 37

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- Fallo en la válvula de control VC1. - Fallo en la bomba B1.

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MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Los sucesos considerados por los que la válvula de control dejará de operar correctamente son, básicamente: - Fallo del controlador de temperatura del reactor: .- Fallo de la señal de apertura SA. .- Actuación de señal de cierre SC. - Fallo a la demanda. - Fallo en operación. - Fallo del suministro eléctrico.

El segundo suceso y el tercero son modos de fallo de la válvula. Los sucesos considerados por los que la bomba dejará de operar correctamente o no estará disponible son, básicamente: - Indisponibilidad de la bomba por pruebas o por mantenimiento. - Fallo a la demanda. - Fallo en operación. - Fallo en espera. - Fallo del suministro eléctrico. - Fallo del controlador de temperatura del reactor: .- Fallo de la señal de apertura SA. .- Actuación de señal de cierre SC.

Los cuatro primeros sucesos son modos de fallo de la bomba. El fallo del suministro eléctrico no se ha desglosado en más sucesos básicos, recibiendo el nombre de suceso no desarrollado. A este recurso se recurre cuando no se tiene más información para desglosar un suceso intermedio, su desarrollo no aporta más información o sus consecuencias son despreciables. En este caso, no es objeto del análisis y no aporta más información.

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El suceso anterior y los sucesos básicos derivados de los fallos del controlador de temperatura del reactor, en la metodología de árbol de fallos, se pueden considerar como "fallos del modo común", ya que dichos fallos también son sucesos que puedan afectar a las válvulas de control.

Análisis cualitativo y cuantitativo del árbol de fallos El análisis cualitativo del árbol de fallos consiste en identificar las combinaciones mínimas de sucesos básicos que hacen que se produzca el suceso no deseado, también denominado en la terminología de árboles de fallos, conjunto mínimo de fallos (de la nomenclatura anglosajona, minimal cut set). Para la determinación de los mismos se aplica la lógica del álgebra de Boole, suponiendo que los sucesos básicos son independientes. Con el listado de los diferentes conjuntos mínimos de fallos, se tiene una clasificación de los caminos o combinaciones de sucesos que pueden producir el suceso no deseado. Pero si lo que se pretende es hacer una clasificación por importancia o magnitud (de más a menos importancia) deberíamos de asignar valores a cada suceso básico, realizando un análisis cuantitativo. La indisponibilidad de un conjunto mínimo de fallos viene dada por el producto de las indisponibilidades de los sucesos básicos. A su vez, la indisponibilidad total del suceso no deseado es la suma de las indisponibilidades de los conjuntos mínimos de fallos, como límite superior. La indisponibilidad de cada suceso básico se calcula con las expresiones matemáticas descritas en el apartado "Modos de fallo y modelos de indisponibilidad" y a partir de las tasas de fallos de los componentes y de una serie de tiempos de funcionamiento del sistema (TO, Tep, Tp, etc.). Las tasas de fallos pueden ser extraídas de bancos de datos de fiabilidad de reconocido prestigio internacional o de la experiencia de la planta basada en registros de fallos o averías, en concreto para el presente caso se han empleado los valores publicados por CCPs (Center for Chemical Process Safety) del AlChE (American Institute of Chemical Engineers) y los tiempos, determinados en las especificaciones de operación del sistema, se han establecido los siguientes: - Tiempo de operación: 1,25 h (tiempo durante el cual el sistema de refrigeración debe funcionar correctamente, para cada proceso batch) - Tiempo entre pruebas de las bombas: 2000 h. - Tiempo en pruebas o mantenimiento de las bombas: 5 h. 40

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Realizando el análisis cualitativo y cuantitativo del presente caso (tabla 13), siguiendo la metodología descrita en la NTP-333, se ha obtenido: - 84 conjuntos mínimo de fallos: .- 3 de orden 1. .- 81 de orden 2.

Indisponibilidad total del sistema: 8,2 10-4 procesos-1 (tabla 14), esto quiere decir que de 1220 batch (o veces que se realice la operación), probablemente en una de ellas se producirá una falta de refrigeración del reactor.

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Análisis de importancia En todo análisis de seguridad, es esencial identificar aquellos equipos y modos de fallos que tienen un mayor impacto en la seguridad del sistema analizado, es lo que constituye un "Análisis de importancia" del sistema. Este tipo de análisis permitirá centrar estudios posteriores en aquellos equipos o situaciones que han propiciado los sucesos básicos más importantes, a la vez que marca las pautas a seguir para adoptar las medidas preventivas más eficaces, que obviamente serán sobre aquellos equipos que muestren medidas de importancia más significativas.

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La importancia de los sucesos básicos puede calcularse a través de diferentes medidas existentes, que realizan el análisis desde diferentes puntos de vista. En este documento se han considerado tres de las medidas más utilizadas.

a. Medida de importancia RAW (Risk Achivement Worth): se define como el cociente entre la suma de las probabilidades de los conjuntos mínimos de fallo donde aparece el componente, asumiendo para éste una probabilidad de fallo de 1 (fallo seguro), y la probabilidad total del suceso no deseado. Proporciona la degradación del sistema en caso de ocurrir el suceso básico. La ordenación obtenida está basada en la disposición estructural de los sucesos básicos en el árbol de fallos, sin tener en cuenta explícitamente los valores reales de las indisponibilidades de los sucesos.

b. Medida de importancia RRW (Risk Reduction Worth): se define como el cociente entre la probabilidad total del suceso TOP y la suma de las probabilidades de todos los conjuntos mínimos, asumiendo para el componente una tasa de fallo nula. Esta medida proporciona los sucesos básicos que más contribuyen al riesgo. Identifica aquellos sucesos básicos que si fueran perfectamente fiables, con indisponibilidad nula, conducirían a una reducción más importante del riesgo del sistema.

c. Medida de importancia de Fussell-Vesely: se define este factor respecto de un componente, como el cociente entre la suma de las probabilidades de todos los conjuntos mínimos que contienen a este componente y la probabilidad total (o suma de la probabilidad de todos los conjuntos mínimos). En esta medida influye tanto la indisponibilidad del componente como su posición estructural en el árbol de fallos.

En el caso práctico del apartado anterior, los resultados obtenidos para las tres medidas de importancia se muestran en las tablas 15, 16 y 17 y se representan en los gráficos 3, 4 y 5, respectivamente. a. Medida RAW: esta medida revela la importancia de asegurar las señales eléctricas SA y SC de actuación de las válvulas de control (VC1 y VC 2) y de las bombas (B1 y B2), así como el suministro eléctrico. b. Medidas RRW y Fussell-Vesely: estas medidas proporcionan la misma ordenación de sucesos básicos y revelan la importancia de reducir la probabilidad de los modos de fallo de las bombas (B1 y B2) en demanda y en espera.

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Medidas de reducción de la indisponibilidad. Intervalo óptimo entre pruebas Las medidas existentes para aumentar la fiabilidad (o disminuir la indisponibilidad) de un sistema o reducir la probabilidad de fallo, pueden ser básicamente de dos tipos. En primer lugar, modificar la estructura del árbol de fallos: a través de cambios en la instalación, que fundamentalmente pueden consistir en la incorporación de redundancias en aquellos elementos o funciones que se hayan identificado como críticas o imprescindibles para la seguridad del sistema, como en el caso del suministro eléctrico y señales de actuación del ejemplo anterior, que proporcionan los valores superiores en la medida de importancia RAW. En segundo lugar, disminuir la indisponibilidad de los sucesos básicos: tal y como se ha visto en el punto "Modos de fallo y modelos de indisponibilidad", la indisponibilidad de cada suceso básico se ha calculado mediante unas expresiones matemáticas para cada modo de fallo, que tienen como variables las tasas de fallos intrínsecas de los componentes (𝜆s, 𝜆o) y las condiciones de operación y mantenimiento del sistema (Tep, Tp, TO, TTR). Por ello, la reducción de las indisponibilidades de los sucesos básicos puede ser lograda mediante la elección de componentes con tasas de fallos bajas y adoptando adecuadas estrategias de mantenimiento preventivo. En el caso práctico analizado, las medidas de importancia RRW y FussellVesely han revelado la importancia de reducir la indisponibilidad de las bombas instaladas, a las cuales se les realiza pruebas periódicas.

Intervalo óptimo entre pruebas La indisponibilidad de la bomba está determinada por:

𝐹 = 𝐹𝑒𝑠𝑝𝑒𝑟𝑎 + 𝐹𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎𝑠 + 𝐹𝑑𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 + 𝐹𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝐹 =1+

𝑇𝑝 1 𝑒−𝜆 𝑠 𝑇𝑒𝑝 − 1 + + 𝐹𝑑 + 1 − 𝑒 −𝜆 𝑜 𝑇𝑂 𝜆𝑠 𝑇𝑒𝑝 𝑇𝑒𝑝

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El intervalo óptimo entre pruebas se puede obtener derivando la función anterior respecto al tiempo entre pruebas e igualando la derivada a cero:

𝑇ó𝑝𝑡𝑖𝑚𝑜 ≈

2𝑇𝑝 𝜆𝑒

Que en el caso práctico realizado anteriormente proporciona un valor de 1.036 horas. Para verificar este resultado se ha calculado la indisponibilidad total del suceso no deseado para distintos tiempos entre pruebas de las bombas; los resultados se presentan en la tabla 18 y se representan en el gráfico 6, de donde se desprende que el mínimo valor de la indisponibilidad total se obtiene para un tiempo entre pruebas próximo a 1.000 horas, corroborándose el cálculo matemático del tiempo óptimo realizado anteriormente.

4.1.8. Mantenibilidad. Disponibilidad Se trata de conceptos paralelos a la fiabilidad en tanto en cuanto son funciones de distribución de probabilidad, de acuerdo con las definiciones dadas antes. -La mantenibilidad, probabilidad de ser reparado en un tiempo predeterminado, se refiere a la variabilidad de los tiempos de reparación, que es muy grande por los numerosos factores que pueden intervenir.

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La función de distribución de estos tiempos puede ser: -Distribución Normal: Tareas relativamente sencillas. -Distribución mantenimiento.

Logarítmico-Normal:

La

mayoría

de

los

casos

en

Función de distribución de probabilidad m (t), indica la distribución de los tiempos de mantenimiento.

- Mantenibilidad: 𝑀(𝑡) =

𝑡 0

- Tasa de reparación: 𝜇 𝑡 =

𝑚 𝑡 𝑑𝑡 𝑚 𝑡 1−𝑀 𝑡

Si µ = cte. entonces 𝜇 =

1 𝑀𝑇𝑇𝑅

- Tiempo medio de reparación: MTTR

-La disponibilidad, probabilidad de desarrollar la función requerida, se refiere a la probabilidad de que no haya tenido fallos en el tiempo t, y que caso que los tenga, que sea reparada en un tiempo menor al máximo permitido. Es función por tanto, de la fiabilidad y de la mantenibilidad. En el caso de que la tasa de fallos λ (t) y la tasa de reparación μ (t) sean constantes, es:

𝐷=

𝑀𝑇𝐵𝐹 𝑀𝑇𝐵𝐹 + 𝑀𝑇𝑇𝑅

La disponibilidad aumenta al aumentar la fiabilidad (disminuir la tasa de fallos λ) ó al disminuir el tiempo medio de reparación (aumentar la tasa de reparación μ).

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4.2. Alineación de Ejes 4.2.1. Importancia de la alineación Para conseguir un funcionamiento suave en dos máquinas acopladas es imprescindible que los ejes de las mismas estén dentro de unos límites admisibles en su alineación. Los límites son más estrechos cuanto mayor velocidad y/o potencia tengan las máquinas acopladas. Las consecuencias de un acoplamiento de ejes con desalineación superior a la admisible por el tipo de acoplamiento es un nivel anormalmente alto en las vibraciones, tanto radiales como axiales y un deterioro prematuro de los órganos de las máquinas, pudiendo incluso presentarse un fallo catastrófico si se arranca una máquina con un grado alto de desalineación. La figura resume los principales problemas causados por una alineación inadecuada:

El propósito de alineación de los ejes es impedir vibraciones excesivas y el fallo prematuro de piezas de la máquina. La desalineación es sin duda una de las causas principales de problemas en maquinaria. Estudios han demostrado que un 50 % de problemas en maquinaria son causa de desalineación y que un 90 % de las máquinas corren fuera de las tolerancias de alineación permitidos.

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Una máquina desalineada puede costar desde un 20 % a un 30 % de tiempo de paro no programado, partes de repuesto, inventarios y consumo de energía.

4.2.2. Concepto de alineación y tipos de desalineamiento La alineación de ejes es el proceso de ajuste de la posición relativa de dos máquinas acopladas (por ejemplo, un motor y una bomba) de manera que las líneas centrales de sus ejes formen una línea recta cuando la máquina está en marcha a temperatura de funcionamiento normal (Fig. 29)

Figura 29

El alineamiento es una técnica que busca la calidad en el montaje de las máquinas rotativas. Sus fines son: • Lograr un buen posicionamiento entre ejes. • La eliminación de esfuerzos no deseados. • La descarga de los órganos de apoyo de los equipos. • La duración del servicio. • Ahorro económico por disminución de roturas, deterioros y stocks de almacenamiento. • Mayor disponibilidad de servicio.

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La falta de alineamiento ocasiona excesivas fuerzas axial y radial en los cojinetes, lo cual conlleva: • Recalentamiento y desgaste prematuro de los cojinetes. • Sobrecargas en el motor. • Desgaste prematuro en las empaquetaduras o sellos mecánicos del eje. • Posibilidad de rotura del eje debido a fatiga. • Chirridos y ruidos extraños. • Vibraciones, las cuales son a su vez causa del desalineamiento, creando un círculo vicioso que termina por arruinar el equipo.

Deberá realizarse una verificación de la alineación si se notan uno o más de estos síntomas: • Vibración radial y axial excesiva. • Temperatura alta del aceite, cojinetes calientes. • Fuga de aceite excesiva en las juntas de los cojinetes. • Pernos de anclaje flojos. • Pernos de acoplamiento flojo o roto. • Acoplamiento caliente inmediatamente después de la parada.

• Con acoplamientos elásticos, polvo de goma o de plástico en el interior de la defensa del acoplamiento. Fallos frecuentes de cojinetes y/o acoplamientos.

Los posibles desalineamientos (desviaciones de la condición de alineamiento ideal) que se pueden presentar se representan en la figura 30 y son: • Radial o Paralelo (ejes desplazados paralelamente - Offset). • Angular (ejes angulados entre sí). • Combinación de los anteriores (Offset + Angular). 50

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Figura 30.- Tipos de desalineamiento

- La desalineación paralela ocurre cuando los ejes están desplazados (Offset) entre sí, siendo paralelos uno respecto del otro. - La desalineación angular se presenta si ambos ejes forman un cierto ángulo. - La desalineación combinada, suma de las dos anteriores, supone que los ejes se cruzan en el espacio, sin intersección. Es lo más habitual

Toda operación de alineamiento que se efectúe de forma racional debe seguir, al menos, los 4 pasos siguientes: • Medición de las magnitudes y dirección de las desviaciones (debidas a los desplazamientos paralelos y angulares de los ejes en los planos vertical y horizontal). • Cálculo de los desplazamientos de corrección. • Efectuar dicho desplazamiento. • Comprobar la alineación.

Para corregir los diferentes tipos de desalineación existen diferentes métodos entre los que se pueden destacar, de menor a mayor precisión, los siguientes: ○ Regla y nivel. ○ Reloj comparador. ○ Sistema de rayo láser. 51

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4.2.3. Regla y nivel Es un sistema de alineamiento rápido, utilizado en los casos en los que los requisitos de montaje no son exigentes, dado que es poco preciso. El proceso de alineamiento es como sigue: • Los ejes, con los platos calados, se aproximan hasta la medida que se especifique. • Con una regla de acero y un nivel, se sitúan en las generatrices laterales que podemos denominar Este y Oeste (o 3 y 9) y se irá corrigiendo hasta que los consideremos alineados. • Se comprueba el paralelismo de los platos midiendo en cuatro puntos a 90°. • Si en el plano Norte-Sur no tenemos el nivel a cero, quiere decir que el mecanismo está “CAÍDO” o “LEVANTADO”, por lo que habrá que colocar forros donde se necesite para que los dos platos queden paralelos.

4.2.4. Reloj comparador Antes de describir los métodos de alineación dedicaremos una pequeña atención al reloj comparador, instrumento con el que se realizan las medidas de desalineación. Se trata de un instrumento medidor que transmite el desplazamiento lineal del palpador a una aguja indicadora, a través de un sistema piñón-corredera. El reloj comparador consiste en una caja metálica atravesada por una varilla o palpador desplazable axialmente en algunos milímetros (10 mm. para comparadores centesimales y 1 mm. para comparadores milesimales). En su desplazamiento la varilla hace girar, por medio de varios engranajes, una aguja que señalará sobre una esfera dividida en 100 partes el espacio recorrido por el palpador, de tal forma que una vuelta completa de la aguja representa 1 mm. de desplazamiento del palpador y, por consiguiente, una división de la esfera corresponde a 0.01 mm. de desplazamiento del mismo. Una segunda aguja más pequeña indica milímetros enteros. Movimientos del palpador hacia el comparador serán positivos, girando la aguja en el sentido del reloj. Movimientos hacia el exterior serán negativos, desplazándose la aguja en sentido antihorario.

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El modo de usarlo para medir la desalineación radial (paralela) es haciéndolo solidario a uno de los ejes (Eje A) mediante un adaptador (base magnética), descansando el palpador en el diámetro exterior del otro eje (Eje B). Montado de esta forma se gira 360º el eje A, tomando lecturas cada 90º. Dichas lecturas nos darán la posición relativa del eje B respecto de la proyección del eje A en la sección de lectura. Para medir la desalineación axial (angular) se procede de igual manera pero descansando el palpador en la cara frontal del plato.

Figura 32

Las lecturas radiales del comparador, A (arriba) y B (abajo), marcan el doble de la distancia real entre ejes:

𝐴=𝑅+𝑑 𝑑=

𝐴−𝐵 2

𝐵 =𝑅−𝑑

e igual en sentido horizontal, donde se harán las lecturas D(derecha) e I(izquierda). Para comprobar la exactitud de las medidas efectuadas se tiene que verificar que

𝐴+𝐵 =𝐷+𝐼

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En efecto:

Figura 33

𝐴=𝑅+𝑉 𝐵 =𝑅−𝑉

D=R+H

𝐴+𝐵 =𝐷+𝐼

𝐼 =𝑅−𝐻

y como normalmente es A = o, será B = D + I Para evitar errores se identifican los puntos de lecturas como A, B, I, D situado el observador siempre en la máquina fija y mirando hacia la móvil. Efectuadas las lecturas y comprobada su exactitud, se procede a hacer la corrección de la desalineación. Para ello se intercalan láminas metálicas de diferentes espesores entre las bases de asiento (patas) y la bancada para la corrección vertical de la máquina móvil. Asimismo se efectúan los desplazamientos horizontales que sean necesarios en la máquina móvil para hacer la corrección horizontal. Las lecturas se apuntan en un formato apropiado antes y después de hacer la corrección. Esta información se utilizará, no solo para verificar la calidad de la operación y su ajuste a las tolerancias admisibles, sino como referencia para futuras intervenciones.

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Comprobaciones preliminares Antes de proceder a realizar una alineación se deben hacer las comprobaciones siguientes y corregir lo que sea preciso, dado la influencia que tienen en los resultados de la alineación: 1. Comprobar que las bancadas están en buen estado. No hay patas rotas o fisuradas. 55

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2. Comprobar que los asientos de las máquinas en las bancadas están limpios y libres de óxido. 3. Asegurar que los suplementos utilizados son de material inoxidable y se usa un paquete poco numeroso, pues puede ser fuente de vibraciones (elemento elástico). 4. Verificar que no existen patas "cojas". En ese caso someteríamos al equipo a tensiones y, finalmente, sería una fuente de vibraciones. La comprobación de "patas cojas" se realiza fijando un comparador a la bancada y el palpador en la pata a comprobar. Se afloja y la deflexión debe ser inferior a 0,05 m/m. 5. Comprobar que las tuberías que conectan con las máquinas no inducen tensiones a los equipos. Para ello se colocan dos comparadores en el acople, uno vertical y otro horizontal. Se aflojan las bridas y las indicaciones en uno u otro sentido deben ser inferiores a 0,075 m/m. 6. Comprobar la flecha del soporte del comparador utilizado. Para ello se coloca sobre un tubo suficientemente rígido para despreciar su flecha. Situar el palpador en parte superior a cero. Girar el tubo 180º y volver a leer. La lectura dividida por 2 es la flecha del soporte.

Figura 34

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Corregir las lecturas con la flecha del soporte: .- Lectura inferior: +2 veces la flecha .- Lectura derecha: + 1 vez la flecha .- Lectura izquierda: +1 vez la flecha

Corrección de la desalineación Siempre se empieza identificando una máquina como fija y otra como móvil, que es a la que se aplican los movimientos correctores. Se elige como máquina fija la más pesada, la de soportación más delicada o más compleja de mover. Así, en el caso de un grupo motor eléctrico- bomba, la bomba es la fija. En el caso de una turbina-bomba, la turbina es la fija. Cuando tenemos varias máquinas para acoplar entre sí, se decide en función de las lecturas iniciales efectuadas. En todos los casos se trata de determinar la magnitud y el sentido de los movimientos a efectuar y llevarlos a cabo sobre la máquina que se ha seleccionado como móvil. El cálculo tanto de la magnitud como del sentido de los movimientos correctores se hace por alguno de los métodos que veremos posteriormente. Una vez determinados, la corrección se efectúa moviendo la máquina móvil tanto en sentido horizontal como en vertical. Para el movimiento en sentido horizontal se dispone de unos tornillos de alineación a ambos lados de los apoyos de la máquina.

Figura 35

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Apretando los de un lado y aflojando los del opuesto, se desplaza la máquina, controlando su magnitud con un reloj comparador que previamente se habrá ajustado a cero. Para el movimiento en sentido vertical se eliminan o añaden las láminas calibradas a modo de suplementos; al montar la máquina en su bancada interesa que siempre se haga sobre algún suplemento, pues al alinear podremos eliminarlos si fuera preciso bajar. En caso contrario habría que subir la máquina fija o mecanizar la bancada de la móvil, siendo ambas operaciones indeseables.

1.- Alineación mediante reloj radial y galgas (método Brown-Boveri). En primer lugar se busca corregir la desalineación angular con la ayuda de las galgas. El objetivo es que los dos platos del acoplamiento estén en el mismo plano. También se pretende, con las dieciséis medidas, compensar los errores de medida debidos a huelgo axial; sino con cuatro medidas bastaría. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Se mide con las galgas la distancia entre los platos del acoplamiento en las posiciones que hemos denominado “izquierda”, “derecha”, “arriba” y “abajo”. 2. Se mueven conjuntamente los dos árboles 90º, repitiendo las 4 medidas del paso anterior. Se opera igual para 180º y 270º. 3. Los valores así obtenidos se colocan en una tabla como la siguiente y se calculan los promedios.

Figura 36

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4. Se conseguirá el alineamiento si: Izquierda = Derecha = Arriba = Abajo.

Puede suceder que el plano del plato no sea perpendicular al eje, lo que puede generar otro tipo de error llamado “error de plano”. Este error se detecta una vez hecha la corrección al tomar de nuevo la serie de medidas indicadas en el punto 3. Si la media de las cuatro columnas coincide (confirmando que el desalineamiento angular se ha corregido), pero no coinciden los valores de las columnas para cada medida, hay error de plano.

En la práctica se corrigen primero los errores angulares en el plano vertical y luego en el horizontal. Es decir, primero corregimos verticalmente un ángulo α para que arriba = abajo, y después corregimos horizontalmente un ángulo β para que derecha = izquierda. (Figura 37).

Una vez corregida la desalineación angular se busca corregir la desalineación radial utilizando un reloj comparador. Primeramente se instala un montaje como el de la figura 38 que permita medir la posición relativa del eje B respecto al A:

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1. Los platos se giran conjuntamente y se lee el marcador en las posiciones izquierda, derecha, arriba y abajo. Las medidas indicarán una posición correcta de B respecto de A si se cumple: izquierda = derecha = arriba = abajo

2. Es conveniente repetir para medir la posición relativa del eje A respecto a B. En la figura 39 se indica lo que se mide cuando se utiliza un reloj comprador. Se tiene un árbol B desalineado hacia abajo una distancia H respecto del árbol A. La base del reloj está sobre el eje B; por tanto éste es el referente que se toma para la medida. La diferencia entre las medidas en ambas posiciones, es la diferencia de lectura del reloj. Así: (R-H) – (R+H) = -2H

Es decir, si en la posición 1 el reloj se pone a cero, en la posición 2 el reloj marcará –2H, lo que significa que se lee el doble de la desalineación existente entre ambos árboles.

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2-. Alineación mediante relojes radiales alternados (Método Indicador Inverso). Es el método más preciso y, por tanto, el que se debe aplicar cuando la distancia entre platos (Lo) es mayor que su diámetro (D). Asimismo es el indicado cuando algunas de las máquinas posee cojinetes antifricción, pues no se ve afectado por el posible desplazamiento axial de algún rotor.

Figura 40

- Se supone fija la máquina A y la que vamos a mover la B. - Se toman dos lecturas radiales, una desde A en B (RAB) y otra desde B en A (RBA). - Con ello se conoce la desviación del eje B respecto al A:

𝛼=

𝑅𝐴𝐵 + 𝑅𝐵𝐴 𝐿𝑂

- Correcciones en las patas de B (Plano Vertical):

𝑃1 = 𝑅𝐴𝐵 +

𝑅𝐴𝐵 + 𝑅𝐵𝐴 × 𝐿1 𝐿𝑂 61

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𝑃2 = 𝑅𝐴𝐵 +

𝑅𝐴𝐵 + 𝑅𝐵𝐴 × (𝐿1 + 𝐿2) 𝐿𝑂

Figura 41

De la misma forma se corrige en el Plano Horizontal. Una vez realizadas las correcciones, se repiten las lecturas para comprobar que están dentro de tolerancias (α ≤ 0,05º). - El error que se comete será inferior a 0,05º, si las lecturas de los comparadores, en valor absoluto, son inferiores a:

0,08 ×

𝐿𝑂(𝑚/𝑚) 100

Si no se hubiese conseguido, se repite la operación de corrección tomando como datos los obtenidos en la última lectura.

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La desalineación en este método se determina también gráficamente definiendo las posiciones relativas de las líneas de ejes. Los pasos a seguir son los siguientes: 1. Marcar sobre la superficie de uno de los semiacoplamientos un punto de referencia y otros 3 más a 90º, 180º y 270º, respectivamente. 2. Montar dos relojes comparadores, uno con su palpador apoyado en el exterior de un plato y su soporte asegurado en el eje de la otra máquina, ocupando la posición de 0º, y el otro colocado en la dirección contraria y en la posición de 180º (ver figura 42).

Figura 42.- Montaje para el alineamiento con dos relojes comparadores

3. Anotar las lecturas que se obtienen en ambos relojes comparadores en las posiciones de 0º, 90º, 180º y 270º en el lugar correspondiente de la ficha de trabajo. 4. Se procede a la determinación de la desalineación en el plano vertical (figura 43). Sobre el papel milimetrado, se traza el árbol EI de la máquina estacionaria en una posición arbitraria, situando respecto a él la posición de los platos PI y PII y de sus apoyos.

Figura 43.- Alineamiento en el plano vertical con relojes alternados 63

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5. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RII conocemos la distancia dII (posición relativa del eje EII respecto del eje EI en el plano de medida PI), de forma que podemos situar el punto II. 6. Con las lecturas en las posiciones 0º y 180º del reloj RI conocemos la distancia dI, (posición relativa del eje EI respecto del eje EII en el plano de medida PII), de forma que podemos situar el punto I. Uniendo los puntos I y II definimos la proyección sobre el plano vertical del eje EII. De esta forma obtenemos la posición relativa del eje EII respecto al EI. Si situamos ahora sobre EII sus apoyos podremos ver gráficamente las distancias CI y CII, que representan las correcciones en los apoyos de EII necesarias para un correcto alineamiento. 7. De forma análoga, pero considerando las lecturas de las posiciones 90º y 270º, se procede al alineado en el plano horizontal.

2-. Alineación mediante cara y borde (Método Radial-Axial). Es el método más preciso y, por tanto el que se debe emplear cuando la distancia entre platos (Lo) es menor que el diámetro del plato (D). Presenta características similares al caso de la alineación mediante reloj radial y galgas. - Se supone fija la máquina A y la que vamos a mover la B. - Se toman dos lecturas, una radial (R) y otra axial (Z), ambas desde A en B.

Figura 44

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- La lectura radial nos marca altura del eje B respecto al A. La lectura axial nos da el ángulo del eje B respecto del A. - Correcciones en las patas de B: - Plano Vertical

𝑃1 = 𝑅𝐴𝐵 +

𝑃2 = 𝑅𝐴𝐵 +

𝑍𝐴𝐵 × 𝐿1 𝐷

𝑍𝐴𝐵 × (𝐿1 + 𝐿2) 𝐷

- De la misma forma se corrige en el plano horizontal. Se completa la corrección haciendo una nueva lectura de comprobación. - La desalineación será inferior a 0,05º, si las lecturas efectuadas cumplen:

𝑅 < 0,08

𝐿𝑂(𝑚/𝑚) 100

𝑍 < 0,08

𝐷(𝑚/𝑚) 100

LO: Distancia entre platos D: Diámetro del plato donde realizamos la lectura axial.

Figura 45

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- Las lecturas se facilitan indicando R(A,B,D,I) y Z(A,B,D,I). Interesa, para facilitar la aplicación, poner a cero la lectura que identificamos como "Arriba" (A). Aunque éste sea el método más preciso cuando la distancia entre platos (LO) es menor que el diámetro del plato (D) , sin embargo si las máquinas tienen cojinetes de fricción es preferible usar el método inverso ya que no se ve afectado por los movimientos axiales de los rotores. La desalineación en este método también se puede determinar gráficamente, definiendo las posiciones relativas de las líneas de ejes.

4.2.5. Sistema de rayo láser Los métodos de alineación con el uso de láser suponen una mejora destacable de los métodos tradicionales. Un alineador de ejes láser realiza una alineación más rápida y precisa que los métodos tradicionales. Los alineadores de contacto utilizan transductores “comunicadores electrónicos de posición”, semejantes al reloj comparador. Estos elementos se utilizan cada día más y cada casa comercial tiene su modelo con sus debidas instrucciones de utilización.

Figura 46

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El equipo a utilizar, por ejemplo, puede ser el OPTALIGN, de Prüftechnik AG. Consta de una unidad Láser/Detector, que montada en el eje de la máquina estacionaria, emite un rayo láser, que es dirigido al prisma montado en el eje de la máquina que debe ser movida; donde es reflejado hacia el detector. Un computador recibe la información del detector y suministra todos los datos necesarios para un alineado preciso. El láser es de semiconductores Ga-Al-As, y emite luz en la zona del rojo visible (longitud de onda 670 nm). Su potencia es del orden de pocos mW. Ventajas: • Rapidez de montaje. • Elimina voladizos de los útiles (inducen errores). • Realiza todos los cálculos automáticamente hasta dar los valores de corrección. • Elimina errores de excentricidad. • Elimina errores de huelgo axial. • Elimina errores de lectura. • Valora directamente posiciones de eje.

Como inconvenientes cabe destacar: • No se puede medir cuando uno de los ejes no puede girar. • El láser puede ser desviado por corrientes térmicas o de vapor. • Sus componentes son sensibles a los ambientes con suciedad. • Requiere revisiones de la casa para garantizar los resultados. • Requiere una formación y una adaptación del operario.

El procedimiento para alinear con este equipo se sigue fácilmente a través de las Hojas de Protocolo como las que se adjuntan en la Ficha de Trabajo, y es el siguiente: 1. En primer lugar se procede al ajuste del emisor/detector y del prisma. Tanto el sistema transductor, que contiene al láser y al detector de posiciones, como el prisma, se deslizan y posicionan sobre las columnas de las fijaciones. El rayo láser visible facilita 67

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el ajuste inicial del prisma, incluso a grandes distancias, buscando su reflexión en el detector de posiciones. El detector emite las coordenadas de recepción del rayo láser al computador (tecla “M” de medida pulsada), solamente cuando el rayo reflejado por el prisma cae dentro de su campo interior linealizado (figura 47). Su resolución es de 1 μm.

2. Pulsando la tecla “DIM”, se introducen las medidas de la máquina. El equipo va pidiendo las medidas necesarias. 3. Medición. Se mide pulsando la tecla “M” en por lo menos tres posiciones a 90° de giro conjunto de los árboles. El inclinómetro indica la posición exacta. En caso de obstrucciones visuales existe una función especial de lectura con una rotación de sólo 90°. Cualquier desalineado de los ejes es causa de que el rayo reflejado se separe de su posición original en el centro del detector. Las lecturas efectuadas por el detector de estos movimientos del rayo láser entran en la computadora, que los emplea junto con las dimensiones de la máquina para calcular el desalineado de los ejes. 4. Resultados en el acoplamiento. Pulsar la tecla “acoplamiento” para que aparezca en pantalla el desalineado en el acoplamiento, con una precisión de 0,01 mm. Se indican en vistas horizontales y verticales el desplazamiento paralelo y la angularidad en el acoplamiento. Además sirve para comprobar si la alineación está dentro de las tolerancias. 5. Corrección de los apoyos. Si la alineación está fuera de las especificaciones, pulsar la tecla de “pie de máquina” para obtener los valores de corrección, que incluyen la compensación de las dilataciones térmicas si hay valores de desalineado intencional. 68

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4.2.6. Corrección por condiciones de servicio El objetivo de la alineación es que los ejes se encuentren dentro de las tolerancias de alineación, en condiciones de operación. Si se trata de un equipo cuyas condiciones en operación (sobre todo temperatura) varían poco respecto de las de paro no hay gran inconveniente en hacer una alineación "a cero" en frío. Sin embargo cuando se trata de equipos que experimentan dilataciones importantes en condiciones de operación por efecto de la temperatura (turbinas de vapor, compresores) es preciso dejar una desalineación previa en sentido contrario para compensar el efecto debido a las dilataciones. Las medidas de compensación se establecen por: • Recomendaciones del fabricante. • Por aproximaciones sucesivas mediante pruebas. • Por cálculo de dilataciones de equipos en función de las temperaturas. • Tomando medidas de dilatación mediante comparadores fijados a la bancada y los palpadores apoyados en las carcasas de cojinetes, si es posible. Efectuada la compensación, se deben corroborar los resultados obtenidos mediante medidas de vibraciones que es el mejor indicador de una buena alineación.

4.2.7. Tolerancias de alineación El objetivo de la alineación es que, en condiciones de operación, los ejes se encuentren dentro de los límites de tolerancia admisibles. Estos límites dependen fundamentalmente del tipo de acoplamiento y de la velocidad de rotación. El acoplamiento está diseñado para transmitir un par, absorbiendo las pequeñas desalineaciones sin que los esfuerzos generados por la misma puedan afectar a cierres y cojinetes. Cada fabricante define las tolerancias admisibles por sus acoplamientos concretos. Sin embargo es la experiencia quien dicta los verdaderos límites admisibles para una duración de vida adecuada de todos los órganos involucrados, sobre todo los más delicados como cierres y cojinetes. En cualquier caso, el criterio correcto es la vibración producida en operación, que debe estar dentro de los límites marcados.

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Los límites más generalmente aceptados son: - Acoplamiento de láminas: • Límite práctico 0,05º • Desalineación máxima 0,12º - Acoplamiento de dientes abombados: • Si la velocidad de rotación es menor que 3600 r.p.m., se aplican los mismos límites que en el caso anterior. • Si la velocidad es mayor que 3600 r.p.m., la velocidad de deslizamiento debe ser menor que 50 mm/s, siendo la velocidad de deslizamiento entre dientes:

𝑉𝑑 𝑚𝑚 𝑠 =

2𝑁 𝑟𝑝𝑚 . 𝐷 𝑚𝑚 𝑠𝑒𝑛 𝛼 60

N velocidad rotación (r.p.m.) D diámetro engranaje (mm) α Angulo de desalineación.

Como conclusión general se puede decir que la desalineación residual debe ser inferior a 0,05º, lo que equivale a 0,08 m/m por cada 100 m/m de separación entre extremos de ejes. De una forma práctica se suele admitir una alineación como satisfactoria si en la lectura final, no se superan los siguientes límites:

• lectura radial 0,03 mm. • lectura axial 0,015 mm.

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4.2.8. Desalineación de correas La desalineación de las poleas es una de las razones más comunes de las paradas inesperadas de la maquinaria de transmisión por correas. La desalineación de poleas puede incrementar el desgaste de éstas y de las correas, así como incrementar el ruido y la vibración, lo que puede provocar la parada inesperada de la máquina. Otro efecto secundario de una mayor vibración es el fallo prematuro de los rodamientos. Esto también puede causar la parada inesperada de la máquina.

Figura 48.- La medición de desalineaciones paralelas y angulares con una regla/viga o un trozo de cuerda

Métodos tradiciones para alinear las correas Estos métodos, los más utilizados, incluyen únicamente el uso de criterios visuales, o de criterios visuales en combinación con una regla/viga y/o un trozo de cuerda. La ventaja ofrecida por estos métodos tradicionales es el aparentemente poco tiempo requerido para el ajuste, aunque el uso de una regla/viga consume más tiempo que el uso de criterios visuales por sí solos. La principal desventaja es la falta de precisión. Algunos fabricantes de poleas recomiendan una desalineación angular horizontal máxima de 0,5° o incluso 0,25°, y eso es imposible de lograr utilizando solamente la vista humana.

Métodos de alineación de correas por láser Un alineador de poleas láser facilita la alineación de forma más rápida y precisa que los métodos tradicionales. Las herramientas de alineación de poleas disponibles en el mercado se pueden categorizar según su sistema de fijación a la polea y su sistema de alineación. En general existen dos grupos; uno alinea la cara lateral de la polea y el otro alinea las ranuras de la polea. 71

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La principal desventaja de las herramientas que sólo utilizan la cara lateral de la polea como referencia para alinear las poleas y las correas, es que sólo quedan alineadas entre sí las caras laterales de las poleas y no necesariamente las ranuras por las cuales pasan las correas. Con éste método varían los grados de precisión cuando las poleas son de distintos grosores, marcas o tipos. Las herramientas que alinean las ranuras de las poleas permiten la alineación donde más se necesita - en las ranuras de las poleas, incrementando la precisión considerablemente, independientemente del grosor, marca o tipo de polea. Una alineación de poleas y correas precisa le ayudará a: • Incrementar la vida de los rodamientos. • Incrementar el tiempo operativo, la eficiencia y la productividad de la maquinaria. • Reducir el desgaste de las poleas y las correas. • Reducir la fricción y por tanto, el consumo energético. • Reducir el ruido y la vibración • Reducir los costes derivados de la sustitución de componentes y las paradas de la máquina

Figura 49 72

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4.3. Equilibrado de Rotores 4.3.1. Importancia del equilibrado Si la masa de un elemento rotativo está regularmente distribuida alrededor del eje de rotación, el elemento está equilibrado y gira sin vibración. Si existe un exceso de masa a un lado del rotor, la fuerza centrífuga que genera no se ve compensada por la del lado opuesto más ligero, creando un desequilibrio que empuja al rotor en la dirección más pesada. Se dice entonces que el rotor está desequilibrado.

Figura 50

El desequilibrio de piezas rotativas genera unas fuerzas centrífugas que aumentan con el cuadrado de la velocidad de rotación y se manifiesta por una vibración y tensiones en el rotor y la estructura soporte. Las consecuencias pueden ser muy severas: - Desgaste excesivo en cojinetes, casquillos, ejes y engranajes. - Fatiga en soportes y estructura.

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- Disminución de eficiencia. - Transmisión de vibraciones al operador y otras máquinas.

Para minimizar el efecto de las fuerzas de excitación es necesario añadir masas puntuales de equilibrado que compensen el efecto de las fuerzas de inercia de desequilibrio, de manera que los ejes y apoyos no reciban fuerzas de excitación o, al menos, éstas sean mínimas. Por tanto el equilibrado tiene por objeto: - Incrementar la vida de cojinetes. - Minimizar las vibraciones y ruidos. - Minimizar las tensiones mecánicas. - Minimizar las pérdidas de energía. - Minimizar la fatiga del operador.

4.3.2. Causas de desequilibrio El exceso de masa en un lado del rotor (desequilibrio) puede ser por: - Tolerancias de fabricación en piezas fundidas, forjadas e incluso mecanizadas. - Heterogeneidades en materiales como poros, inclusiones, diferencias de densidad. - Falta de simetría en diseño, tales como chaveteros, etc. - Falta de simetría en uso tales como deformaciones, distorsiones y otros cambios dimensionales debido a tensiones, fuerzas aerodinámicas o temperatura.

Las piezas rotativas se deben diseñar para un equilibrado inherente. No obstante la comprobación del equilibrado es una operación complementaria en su fabricación ya que se pueden generar heterogeneidades, deformaciones en marcha, etc., que deben ser equilibradas.

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En cualquier caso siempre quedará un desequilibrio residual que será o no admisible en función del tipo de máquina y su velocidad de rotación. Ese desequilibrio admisible será función, por tanto, de la velocidad de rotación. El desequilibrio se mide en gramos x milímetros, aunque también es muy usada la unidad gramos x pulgada (ginch). Ejemplo de desequilibrio de 100 g.inch:

Figura 51

4.3.3. Tipos de desequilibrio y efectos La norma ISO 1925 describe cuatro tipos de desequilibrio, mutuamente exclusivos. Se describen a continuación con ejemplos colocando masas desequilibradoras sobre un rotor perfectamente equilibrado:

a) Desequilibrio Estático La condición de desequilibrio estático se da cuando el eje principal de inercia del rotor se encuentra desplazado paralelamente al eje del árbol. También llamado desequilibrio de fuerza. Se corrige colocando una masa correctora en lugar opuesto al desplazamiento del C.G., en un plano perpendicular al eje de giro y que corte al C.G.

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Figura 52.- Desequilibrio Estático

b) Desequilibrio de Par Un par desbalanceado se presenta cuando el eje principal de inercia del rotor y el eje del árbol interceptan en el centro de gravedad del rotor pero no son paralelos. También llamado desequilibrio de momento.

Figura 53.- Desequilibrio de Par

Dos masas de desequilibrio en distintos planos y a 180º una de otra. Para su corrección se precisa un equilibrado dinámico. No se pueden equilibrar con una sola 76

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masa en un solo plano. Se precisan al menos dos masas, cada una en un plano distinto y giradas 180º entre sí. En otras palabras, el par de desequilibrio necesita otro par para equilibrarlo. Los planos de equilibrado pueden ser cualesquiera, con tal que el valor del par equilibrador sea de la misma magnitud que el desequilibrio existente.

c) Desequilibrio Cuasi-Estático Existe cuando el eje principal de inercia intercepta el eje de giro pero en un punto distinto al centro de gravedad. Representa una combinación de desequilibrio estático y desequilibrio de par. Es un caso especial de desequilibrio dinámico.

Figura 54.- Desequilibrio Cuasi-Estático

d) Desequilibrio Dinámico Existe cuando el eje principal de inercia no es ni paralelo al eje de giro ni lo corta en ningún punto: dos masas en distintos planos y no diametralmente opuestas. Es el más común de los desequilibrios y necesita equilibrarse necesariamente en, al menos, dos planos perpendiculares al eje de giro.

Figura 55.- Desequilibrio Dinámico

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Un rotor desequilibrado, cuando gira en sus cojinetes, causará una vibración periódica y ejercerá una fuerza periódica sobre cojinetes y estructura soporte. La figura siguiente representa el movimiento de un rotor con desequilibrio estático y el mismo con un desequilibrio de par. En caso de desequilibrio dinámico el rotor se moverá de forma más compleja, resultado de la combinación de los movimientos ilustrados.

Figura 56

Los rotores se dividen en dos grupos. Un grupo está formado por rotores rígidos que no se desvían hasta que alcanzan la velocidad operativa. El otro grupo está formado por rotores flexibles que se “inclinan” cuando alcanzan la velocidad operativa. La primera desviación es un “efecto de comba”, lo que significa que el centro del rotor a una velocidad determinada se sale de su eje rotacional, provocando un gran desequilibrio “estático”. Si la estructura es rígida la fuerza ejercida es mayor que si la estructura es flexible (excepto en resonancia). En la práctica las estructuras no son ni puramente rígidas ni flexibles. El sistema formado por cojinetes y sus soportes constituyen un sistema elástico con amortiguamiento (resorte + amortiguación), que tiene su frecuencia propia de resonancia. Cuando el rotor gira a baja velocidad, debido a su naturaleza antes descrita (sistema elástico con amortiguamiento), el eje principal de inercia gira en fase con la 78

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deflexión generada en el sólido. Si se aumenta la velocidad de giro, aumenta la deflexión y al mismo tiempo se va produciendo un desfase entre ambos (deflexión retrasada respecto a la posición del eje principal de inercia). Cuando la velocidad de rotación es próxima a la de resonancia, el eje principal de inercia se mueve con un ángulo de fase de 90º respecto a la deflexión, debido al amortiguamiento. Si se sigue aumentando la velocidad de rotación, el ángulo de fase aumenta hasta 180º, a una velocidad doble de la de resonancia, permaneciendo constante tanto la amplitud como el ángulo de fase para velocidades superiores. Esta situación se ilustra en la figura siguiente (ángulo de fase y amplitud de vibración en función de la velocidad de rotación):

Figura 57

4.3.4. Reducción del desequilibrado El propósito del equilibrado, como se ha apuntado, consiste en alterar la distribución de masas de un rotor a fin de evitar la generación de fuerzas en los soportes como resultado del movimiento de rotación. Dicho propósito solo puede ser aproximado, ya que un cierto desequilibrio permanece siempre en el rotor. El equilibrado de rotores trata de conseguir la reducción del desequilibrio, en el menor tiempo posible, hasta los valores permisibles del desequilibrio permanente. La Relación de la Reducción del Desequilibrio (RRD) es:

𝑅𝑅𝐷 = 100

𝑈1 − 𝑈2 𝑈2 = 100 ∙ 1 − % 𝑈1 𝑈1

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donde U1 es el desequilibrio inicial y U2 es el desequilibrio permanente después del equilibrado. La reducción en el desequilibrio o RRD, se refiere siempre a un plano de equilibrado. A mayor eficiencia en el equilibrado, mayor RRD. En los casos favorables se pueden alcanzar valores superiores al 90%.

4.3.5. Valores permisibles del desequilibrio permanente en rotores El valor de desequilibrio de cada plano individual de equilibrado que se corresponde con el estado de equilibrio aceptable del rotor, se denomina “desequilibrio permanente admisible”. Generalmente a mayor masa del rotor, mayor desequilibrio permanente admisible. Por ello es interesante determinar la relación entre el desequilibrio permanente “Uperm” y la masa “m” del rotor. Esta relación es el desequilibrio específico admisible “eadm = Uperm/m” que se identifica, en el caso de desequilibrio estático, con el desplazamiento del cdg. La experiencia indica que, en general, en la construcción de máquinas, si otras circunstancias no lo exigen, se consideran admisibles vibraciones cuya aceleración no supere la décima parte de la gravedad, lo que supone descartar riesgos de fallo por fatiga. La aceleración de la máquina como conjunto, si se considera desplazamiento libre, podría ser:

𝑎=

𝐹 𝑚 𝜋 = 𝑒𝑝𝑒𝑟𝑚 𝑚 + 𝑚𝑎 𝑚 + 𝑚𝑎 30

2

∙ 𝑛2 ≤ 0,1𝑔

donde: a es la aceleración máxima de la máquina completa; m masa del rotor (kg.) ; ma masa del estator y n número de r.p.m. del rotor. El desequilibrio específico admisible, obtenido de la ecuación anterior es:

𝑒𝑎𝑑𝑚

108 𝑚 + 𝑚𝑎 ≈ 2 ∙ 𝜇𝑚 𝑛 𝑚 80

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El valor de eadm en función de la velocidad puede leerse directamente del nomograma de la figura 58, como un valor correspondiente a la relación entre la masa del rotor y el estator.

La evaluación estadística de casos de daño muestra, de acuerdo con las experiencias prácticas, que el desequilibrio específico admisible en rotores idénticos es inversamente proporcional a la velocidad. Por tanto, se puede escribir:

eadm · n = constante ó eadm· ω = constante

donde ω es la velocidad del cdg, generalmente en mm·s-1. La recomendación ISO 1940 “Calidad de equilibrado de cuerpos rígidos de rotación”, se fundamenta en el principio expuesto.

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Cualquier valor del producto eadm·ω puede calcularse. Por motivos de sencillez la norma específica una serie estándar de números con el factor de multiplicación 2,5. Los grados de calidad individual se designan por la letra G y el valor numérico del producto. Cada grado de calidad G consiste en un rango cuyos límites inferior y superior son respectivamente 0 y eadm. La figura 59 recoge los límites superiores de los desequilibrios específicos permitidos, en relación con la máxima velocidad de trabajo.

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El desequilibrio residual admisible para rotores rígidos está establecido por la norma ISO 1940 (Calidad de Equilibrado de Rotores Rígidos), para rotores flexibles se aplica la norma ISO 5343 (conjuntamente con ISO 1940 e ISO 5406) y para rotores acoplados entre sí, con velocidad crítica diferentes en cada caso, hay que aplicarles las normas a cada uno por separado.

4.3.6. Proceso general de Equilibrado Un rotor se debe equilibrar: - A una velocidad tan baja como sea posible para disminuir los requerimientos de potencia, los esfuerzos aerodinámicos, ruidos y daños al operador. - Debe ser lo suficientemente alta para que la máquina equilibradora tenga suficiente sensibilidad para alcanzar las tolerancias de equilibrado requeridas. Para ello la primera cuestión a resolver es si el rotor a equilibrar es rígido o flexible. Se considera un ROTOR RÍGIDO si puede ser equilibrado en dos planos (seleccionados arbitrariamente) y, después de la corrección, su desequilibrio no excede los límites de tolerancia a cualquier velocidad por encima de la velocidad de servicio. Un ROTOR FLEXIBLE no satisface la definición de rotor rígido debido a su deformación elástica. Por tanto, un rotor rígido se puede equilibrar a la velocidad estándar de la equilibradora, cualquiera que sea su velocidad de giro en servicio. En la mayoría de los casos se puede asumir que un rotor puede ser equilibrado satisfactoriamente a baja velocidad si su velocidad de servicio es menor que el 50% de su primera velocidad crítica. Existe un test para determinar, en otros casos, si un rotor es rígido, para los propósitos de su equilibrado: - Se añade una masa de prueba en la misma posición angular en dos planos próximos a los cojinetes. Se pone en marcha y se mide vibraciones en ambos cojinetes. - Se para el rotor y se mueven las masas hacia el centro del mismo o hacia donde se espera causar la mayor distorsión del rotor. En una nueva prueba de giro se vuelven a medir vibraciones en ambos cojinetes. - Si la primera lectura fue A y la segunda B, la relación

𝐵−𝐴 𝐴

no debe exceder de

0,2. En tal caso la experiencia muestra que el rotor se puede considerar rígido y, por tanto, puede ser equilibrado a baja velocidad. 83

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En caso contrario el rotor es flexible y debe ser equilibrado a su velocidad de giro en servicio o próximo a ella. El proceso completo de equilibrado consta de los siguientes pasos: 1.- Fijar la velocidad de equilibrado. Es función del tipo de rotor: • A baja velocidad si es rígido. • A la velocidad de giro del rotor en servicio si es flexible.

2.- Fijar el sentido de rotación de equilibrado. La dirección de giro no es importante excepto en caso de rotores con álabes. En ese caso la dirección debe ser: • Las turbinas en sentido contrario a su dirección de giro. • Los compresores en el mismo sentido que su dirección de giro. • Algunos ventiladores necesitan cerrar el impulsor para reducir los requerimientos de potencia a un nivel aceptable.

3.- Determinar el número de planos de equilibrado: • 1 o 2 para rotores rígidos, según el tipo de desequilibrio existente. • n+1 para rotores flexibles, siendo n la n-sima velocidad crítica por encima de la cual está la velocidad de rotación en servicio.

4.- Realizar la lectura del desequilibrio y de su fase, en cada uno de los planos elegidos.

5.- Llevar a cabo las correcciones correspondientes. Las correcciones se llevan a cabo tanto añadiendo como quitando masas. Se debe seleccionar el método que asegure corregir el desequilibrio inicial a menos de la tolerancia admitida en un solo paso.

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Normalmente se pueden conseguir reducciones de 10:1 quitando masas y de 20:1 y superiores añadiendo masas. La adición de masas consiste en añadir masa soldadas en superficies apropiadas, procurando no producir distorsiones en el rotor. La reducción de masas se puede conseguir: • Por taladro. Probablemente el método más efectivo. Hay que calcular la profundidad de taladro necesaria. • Por esmerilado e incluso corte, si la geometría del rotor lo permite. Es menos seguro y hay que hacer varias pruebas.

6.- Realizar una nueva medida del desequilibrio residual. Se trata de comprobar que el desequilibrio resultante, después de la corrección, está dentro de las tolerancias de equilibrado admisibles. En caso contrario habría que repetir los pasos 5 y 6, hasta conseguir un desequilibrio residual que se ajuste a la norma aplicada. A continuación, desarrollaremos más en profundidad el estudio sobre el equilibrado estático y posteriormente el dinámico.

4.3.7. Equilibrado Estático La configuración mostrada en la figura 60 se compone de una combinación de un disco y un eje, que descansa sobre rieles rígidos, de manera que el eje (que se supone perfectamente recto) pueda rodar sin fricción. Se fija un sistema de referencia xyz en el disco que se mueve con él.

Figura 60.- Equilibrado Estático 85

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Para determinar si el disco está estáticamente equilibrado: - Se hace rodar al disco suavemente impulsándolo con la mano. - Se deja rodar libremente al sistema eje-disco hasta que vuelve al reposo. - Se marca el punto más bajo de la periferia del disco. - Se repite la operación siete u ocho veces (dependiendo del nivel de confianza buscado en los resultados). - Si las marcas quedan dispersas al azar en lugares diferentes alrededor de la periferia de manera equiprobable, el disco se encuentra equilibrado estáticamente. - Si las marcas tienden a coincidir, el disco se encuentra estáticamente desequilibrado, lo que significa que el eje del árbol y el centro de masa del disco no coinciden. Esta situación de desequilibrio se puede visualizar de la siguiente manera: existe una pequeña masa de desequilibrio (magnitud del desequilibrio) que se encuentra desalineada en relación el eje del árbol (posición angular). Esta masa, cuando se deja rodar libremente al sistema, ejercerá un momento sobre el disco que desaparece sólo si la línea de acción de su peso pasa por el eje del disco. Esto se da cuando dicha masa hipotética está en el punto más bajo de la periferia del disco (o a 180°, pero ésta es una situación de equilibrio inestable, por lo que es muy poco probable que ocurra). La posición de las marcas respecto al sistema xy indica la ubicación angular del desequilibrio pero no su magnitud.

Si se descubre que existe desequilibrio estático, se puede corregir eliminando material mediante una perforación en las marcas señaladas, o bien agregando masa a la periferia a 180º de la marca.

Figura 61.- Equilibrado Estático (disco fino, en un plano)

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Como no se conoce la magnitud del desequilibrio, estas correcciones se deberían hacer por tanteos. Pero si se introduce una masa de ensayo m, se puede determinar la corrección a introducir en el sistema: - Sea A la marca realizada en los ensayos anteriores y A‟ el punto situado a 180º, AA‟ es la vertical que pasa por la marca realizada en dichos ensayos. - Colocando una masa m en la periferia del disco (de radio r) según una dirección perpendicular a AA‟, el rotor gira un ángulo ϕ, fácil de determinar experimentalmente. Este ángulo está relacionado con el balance de momentos debido a la masa del desequilibrio y a la masa de ensayo, es decir, está relacionado con la magnitud del desequilibrio. - Para equilibrar el sistema habrá que colocar en A‟ una masa m* = m/tanȹ

Por otra parte, si se montan un disco y un eje desequilibrados sobre cojinetes, y se hacen girar, aparecerá una fuerza centrífuga de inercia mrGω2 como se ve en la figura 62.

Figura 62.- Eje con disco desequilibrado

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Esta fuerza actúa sobre el eje y aparecen reacciones giratorias en los cojinetes. Se establece la siguiente notación: - m: masa total del sistema. - mu: masa no equilibrada. - k: rigidez del eje (magnitud de la fuerza necesaria para flexionar al eje una distancia unitaria cuando se aplica en O) - c: coeficiente de amortiguamiento viscoso.

Si se selecciona cualquier coordenada x normal al eje, se puede escribir la ecuación de movimiento y hallar el movimiento del punto O y el ángulo de fase:

𝑋=

𝑚𝑢 𝑟𝐺 𝜔2 𝑐𝑜𝑠 𝜔𝑡 − ф 𝑘 − 𝑚𝜔 2

ф = 𝑡𝑎𝑛−1

2

+ 𝑐2 𝜔2

𝑐𝜔 𝑘 − 𝑚𝜔 2

Si se designa a la excentricidad e = rG , se obtiene la relación de amplitudes de la vibración del conjunto de disco y eje girando:

𝑚𝑋 = 𝑚𝑢 𝑒

𝜔/𝜔𝑛 1 − 𝜔 2 /𝜔𝑛2

2

2

+ 2𝜉𝜔/𝜔𝑛

2

Volviendo a la figura 62, si se designa O como el centro del eje en el disco y G como el centro de masa del disco, y no se considera amortiguamiento, se puede llegar a conclusiones interesantes al representar gráficamente esta ecuación.

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Figura 63.- Amplitud del movimiento

En la figura también aparece la posición relativa de tres puntos, O, G y el eje de rotación en la intersección de las líneas de centro de los cojinetes, para distintas frecuencias de giro. Se ve que la amplitud del movimiento nunca vuelve a ser cero al aumentar la velocidad del eje, sino que alcanza un valor final de –rG. En este caso el disco se encuentra girando en torno a su propio centro de gravedad que entonces coincide con la línea central de los cojinetes. Los sistemas rotativos estáticamente desequilibrados generan vibraciones indeseables y reacciones giratorias en los cojinetes. Para resolver este problema, se puede reducir la excentricidad rG utilizando equipos de equilibrado estático aunque será imposible reducirla a cero.

4.3.8. Máquinas de Equilibrado Estático La máquina para equilibrar debe indicar, en primer lugar, si una pieza está equilibrada. En caso de no estarlo, la máquina debe medir el desequilibrio, indicando su magnitud y ubicación. Las máquinas para equilibrado estático se utilizan sólo para piezas cuyas dimensiones axiales son pequeñas (disco delgado), como por ejemplo: engranes, poleas, ruedas, levas, ventiladores, volantes e impulsores. Reciben también el nombre de máquinas de equilibrado en un solo plano. Si se deben montar varias ruedas sobre un eje que va a girar, las piezas deberán equilibrarse estáticamente de forma individual antes de montarlas. El equilibrado estático es en esencia un proceso de pesado en el que se aplica a la pieza una fuerza de gravedad o una fuerza centrífuga. En el conjunto 89

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disco-eje ya visto, la localización del desequilibrio se encuentra con la ayuda de la fuerza de gravedad. Otro método sería hacer girar al disco a una velocidad predeterminada, pudiéndose medir las reacciones en los cojinetes y luego utilizar sus magnitudes para indicar la magnitud del desequilibrio. Como la pieza está girando cuando se realizan las mediciones, se usa un estroboscopio para indicar la ubicación de la corrección requerida. Para grandes cantidades de piezas, se puede utilizar un sistema de péndulo como el de la figura 64, el que proporciona tanto la magnitud como la ubicación del desequilibrio y en el que no es necesario hacer girar la pieza. La dirección de la inclinación da la ubicación del desequilibrio y el ángulo θ indica la magnitud.

Figura 64.- Máquina de equilibrado estático

En la figura 65, se muestra un nivel universal como el que se suele montar sobre la plataforma de la máquina para equilibrar. Los números de la periferia son grados y las distancias radiales están calibradas en unidades proporcionales a onzaspulgadas. Una burbuja, que se muestra en el centro, se mueve con el desequilibrio e indica tanto la ubicación como la magnitud de la corrección que es necesario introducir.

Figura 65.- Nivel universal para plataforma de máquina de equilibrado estático

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4.3.9. Desequilibrio y Equilibrado Dinámico La figura 66 representa un rotor en el que se podría suponer que se colocan dos masas iguales m1 y m2 en los extremos opuestos del rotor, y a distancias iguales r1 y r2 del eje de rotación. Se puede ver que el rotor se encuentra estáticamente equilibrado.

Figura 66

Si el rotor se hace girar a una velocidad angular ω (rad/s), aparecerán actuando las fuerzas centrífugas m1r1ω2 y m2r2ω2, respectivamente, en m1 y m2 sobre los extremos del rotor. Estas fuerzas centrífugas producirán dos reacciones desiguales en los cojinetes, FA y FB, y todo el sistema de fuerzas girará con el rotor a la velocidad angular ω. Se ve que, el rotor puede estar estáticamente equilibrado y, al mismo tiempo, dinámicamente desequilibrado.

Figura 67

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En la figura 67, se presentan los dos casos de desequilibrio: - En la figura (a), se presenta un eje con desequilibrio estático. Cuando el rotor gira, las dos reacciones de los cojinetes están en el mismo plano y tienen la misma dirección. - En la figura (b), se ve un eje balanceado estática pero no dinámicamente. Cuando el rotor gira, el desequilibrio crea un par que tiene a voltear el rotor.

En el caso más general, la distribución de la masa a lo largo del eje de la pieza depende de la configuración de la misma, pero también habrá que tomar en consideración los errores que se hayan podido producir al mecanizar la pieza. También puede provocar otros errores o desequilibrios un calibrado inapropiado, la existencia de chavetas y el propio montaje. Por consiguiente, una pieza desequilibrada estará casi siempre desequilibrada tanto estática como dinámicamente. Para analizar cualquier sistema giratorio, se usan las ecuaciones de equilibrio. Para representar en forma gráfica estas ecuaciones se construye un polígono de fuerzas, tomando la fuerza centrífuga en la dirección radial y proporcionales al producto m·r (el factor de proporcionalidad es ω2). El vector mC * RC que requiere el polígono para cerrarse indica la magnitud y la dirección de la corrección.

Figura 68.- Sistema de tres masas girando en un plano. Polígono de fuerzas centrífugas

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Con respecto a la ecuación de momentos, se toma una suma de momentos de las fuerzas centrífugas con respecto a algún punto, incluyendo las correcciones, y se construye el polígono de momentos, tomando como dirección del vector la radial.

Figura 69.- Equilibrado dinámico en dos planos. Análisis gráfico del desequilibrio

El primer paso de la solución es formar una suma de los momentos de las fuerzas centrífugas en torno a algún punto, incluyendo las correcciones. Se decide tomar esta suma en torno a A en el plano izquierdo de corrección, para eliminar el momento de la masa izquierda de corrección.

𝑚1 ∙ 𝐼1 𝑅1 + 𝑚2 ∙ 𝐼2 𝑅2 + 𝑚3 ∙ 𝐼3 𝑅3 + 𝑚𝑅 ∙ 𝐼𝑅 𝑅𝑅 = 0

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El verdadero diagrama se obtiene haciendo girar la figura 69.c 90°, como consecuencia del producto vectorial IxR, y escalándolo con ω2. Si no se hace esto último, el vector de cierre mR IR RR del polígono empleado proporciona de forma directa, no sólo la magnitud sino la dirección de la corrección requerida para el plano elegido.

𝐹 = 𝑚1 ∙ 𝑅1 + 𝑚2 ∙ 𝑅2 + 𝑚3 ∙ 𝑅3 + 𝑚𝑅 ∙ 𝑅𝑅 + 𝑚𝐿 ∙ 𝑅𝐿 = 0

Puesto que, de la misma manera que RR, la magnitud de RL suele ser conocida, esta ecuación se resuelve para la corrección izquierda mLRL, construyendo el polígono de fuerzas de la figura 69.d. Las unidades en que se mide el desequilibrio por costumbre han sido la onzapulgada (oz·pulg), el gramo-centímetro (g·cm) y la unidad híbrida de gramo-pulgada (g·pulg). Si se sigue la práctica correcta en el uso de las unidades del SI, la unidad más apropiada de desequilibrio en este sistema es el miligramo-metro (mg·m) dado que en el SI se prefieren los prefijos en múltiplos de 1000; en consecuencia, no se recomienda el prefijo centi. Es más, por regla general no se debe emplear más de un prefijo en una unidad compuesta y, de preferencia, la primera cantidad nombrada debe tener prefijo. Por consiguiente, no se deben utilizar el gramo-centímetro ni el kilogramo-milímetro, aunque ambos tienen magnitudes aceptables. Anteriormente, se ha constatado el hecho de que basta el equilibrado estático para discos, ruedas, engranes y elementos rotativos semejantes, cuando se puede suponer que la masa está situada en un solo plano de rotación. En el caso de elementos de máquinas más largos, como rotores de turbinas o motores, la presencia de fuerzas centrífugas desequilibradas dan lugar a pares cuyo efecto es tender a que el rotor se voltee. El propósito del equilibrado dinámico es medir el par desequilibrado y agregar un nuevo par en la dirección opuesta y de la misma magnitud. Este nuevo par se introduce mediante la adición de masas en dos planos de corrección preseleccionados, o bien, la eliminación de masas (haciendo perforaciones) en dichos dos planos. En general, el rotor tendrá desequilibrio tanto estático como dinámico y, en consecuencia, las masas de corrección, su ubicación radial o ambas cosas no serán las mismas para los dos planos de corrección. Esto significa también que la separación angular de las masas de corrección en los dos planos rara vez será de 180º. Por consiguiente, para equilibrar dinámicamente un rotor, se debe medir la magnitud y ubicación angular de masa de corrección para cada uno de los dos planos de corrección.

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4.3.10. Máquinas de Equilibrado Dinámico Pueden señalarse tres métodos de uso general en la determinación de las correcciones para el equilibrado dinámico en dos planos que son: bastidor basculante, punto nodal y compensación mecánica, los cuales se describen en los apartados siguientes.

1.- Bastidor Basculante En la figura 70, se presenta un rotor a equilibrar montado sobre medios cojinetes o rodillos que están sujetos a una base soporte o bastidor basculante. El extremo derecho del rotor se conecta a un motor impulsor por medio de una articulación universal. Existe la posibilidad de hacer bascular el bastidor alrededor de cualquiera de los dos puntos (pivotes) que, a su vez, se ajustan para coincidir con los planos de corrección del elemento que se va a equilibrar.

Figura 70.- Equilibrado dinámico. Método del bastidor basculante

En el caso de la figura70, el pivote izquierdo se muestra en la posición liberada, y el bastidor y el rotor a equilibrar pueden bascular libremente en torno al pivote derecho. En cada extremo del bastidor, se sitúan resortes y amortiguadores, y el conjunto constituye un sistema de un solo grado de libertad. Los resortes y amortiguadores se pueden hacer ajustables de manera que se pueda hacer coincidir la frecuencia natural del sistema con la velocidad del motor impulsor. En la figura se 95

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muestran también los indicadores de amplitud de desplazamiento situados en cada extremo del bastidor. Cuando los pivotes están situados en los dos planos de corrección, se puede fijar cualquiera de ellos y tomar lecturas de la magnitud y ángulo de ubicación de la corrección. Las lecturas obtenidas en un plano serán totalmente independientes de las mediciones tomadas en el otro plano de corrección, porque un desequilibrio en el plano del pivote fijado no tendrá momento alguno en torno al mismo. En efecto, un desequilibrio con el pivote de la derecha fijo es un desequilibrio corregible en el plano izquierdo de corrección y produce una vibración cuya amplitud se mide mediante el indicador izquierdo de amplitud. Cuando se introduce (o se mide) esta corrección, se libera el pivote de la derecha, se fija el de la izquierda y se hace otro conjunto de mediciones para el plano de corrección de la derecha, empleando el indicador de amplitud de la derecha. La relación ente la magnitud del desequilibrio y la amplitud medida viene dada por:

𝑋=

𝑚𝑢 𝑟 𝜔/𝜔𝑛 𝑚

1 − 𝜔 2 /𝜔𝑛2

2

2

+ 2𝜉𝜔/𝜔𝑛

2

expresión en la que: - mur es el desequilibrio - m es la masa del conjunto formado el bastidor y el rotor - X es la amplitud del movimiento medida

Esta ecuación muestra que la amplitud del movimiento X es directamente proporcional al desequilibrio mur. Con respecto al amortiguamiento, en las máquinas balanceadoras, se introduce el amortiguamiento deliberadamente con el fin de filtrar ruidos y otras vibraciones que pudieran afectar a los resultados. Además el amortiguamiento ayuda a mantener la calibración contra efectos de la temperatura y otras condiciones del medio ambiente. La figura muestra que la máquina será más sensible cerca de la resonancia (ω = ωn), puesto que, para un desequilibrio dado, en esta región se registra la máxima amplitud.

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Figura 71.- Amplitud de vibración vs Desequilibrio

En el esquema de la máquina balanceadora no se incluye un generador de señales armónicas (senoidales) que se puede conectar al motor impulsor. Si la onda senoidal generada se compara, con la onda establecida por uno de los indicadores de amplitud se observa la diferencia de fase que determina la ubicación angular del desequilibrio y que se mide con un fasímetro. La expresión para el ángulo de fase es:

ф = 𝑡𝑎𝑛−1

2𝜉𝜔/𝜔𝑛 1 − 𝜔/𝜔𝑛

2

En el gráfico 71.b, el parámetro es el amortiguamiento ξ. Esta curva muestra que, en la resonancia, el desplazamiento va detrás del desequilibrio un ángulo φ = 90°. Si la parte superior del rotor está girando alejándose del operador, el desequilibrio será horizontal y quedará directamente frente al propio operador, cuando el desplazamiento sea máximo hacia abajo. En la figura 71.b se observa también como el desfase angular tiende a 180º conforme la velocidad del rotor ω aumenta por encima de la resonancia.

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2.- Punto Nodal La separación de los planos de equilibrado utilizando un punto de vibración cero o mínima recibe el nombre de método del punto nodal de equilibrado y se ilustra en la figura siguiente:

Figura 72.- Método del punto nodal

En la misma, el rotor que se va a balancear se muestra montado sobre cojinetes que están sujetos a un soporte que recibe el nombre de barra nodal. En principio, se supone que el elemento ya está equilibrado en el plano de corrección de la izquierda (plano A) y que todavía existe un desequilibrio en el plano derecho (plano B). Debido a este desequilibrio, se produce una vibración en todo el conjunto, haciendo que la barra nodal oscile en torno a algún punto O, ocupando alternativamente las posiciones CC y DD. En ese caso resulta fácil localizar el punto O, deslizando un reloj comparador (en la figura, indicador de carátula) a lo largo de la barra nodal y determinando el punto de movimiento cero o de movimiento mínimo, éste es el punto nulo o nodal. Este punto constituye el centro de oscilación para un centro de percusión situado en el plano de corrección de la derecha (plano B). Se ha supuesto como hipótesis de partida que no existe desequilibrio en el plano de corrección de la izquierda, sin embargo, si existiera algún desequilibrio, su magnitud la daría el reloj comparador ubicado en el punto nodal que se acaba de determinar. Por lo tanto, al situar el reloj comparador en este punto nodal, se medirá el desequilibrio en el plano de la izquierda sin interferencia alguna del que exista en el plano de la derecha. De manera semejante, se puede encontrar otro punto nodal que sólo mida el desequilibrio en el plano de corrección de la derecha sin interferencia alguna del que existe en el plano de la izquierda.

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3.- Compensación Mecánica Un rotor desequilibrado situado en una máquina de equilibrado desarrolla una vibración al girar. Se pueden introducir en la máquina de equilibrar contrafuerzas en cada plano de corrección que compensen exactamente las fuerzas que provocan la vibración. El resultado de introducir estas fuerzas será un rotor que funciona con suavidad. Al detenerse se miden la ubicación y magnitud de las contrafuerzas, para obtener la corrección exacta que se requiere. Este método recibe el nombre de compensación mecánica. Cuando se utiliza la compensación mecánica, no importa la velocidad del rotor durante el equilibrado debido a que el equipo estará calibrado para todas las velocidades. El equipo electrónico es simple, no requiere incluir amortiguamiento y la máquina es fácil de operar ya que el desequilibrio en ambos planos de equilibrado se mide simultáneamente, y la magnitud y ubicación se leen directamente. En la figura 73 (a), al observar un extremo del rotor, se ve uno de los planos de corrección con el desequilibrio que se va a corregir representado con ω· r

Figura 73.- Método de compensación mecánica: (a) la posición de los pesos compensadores aumenta la vibración, (b) sistema compensado

En la figura aparecen también dos pesos compensadores. Los tres pesos deben girar con la misma velocidad angular ω, pero se puede hacer variar la posición relativa

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entre ambos pesos compensadores, y en relación con el peso no equilibrado, por medio de dos controles: - El control de magnitud hace variar el ángulo α entre los pesos compensadores. Da una lectura directa cuando se compensa el desequilibrio del rotor. - El control de ubicación cambia el ángulo β (posición angular de los pesos compensadores en relación con el desequilibrio). Cuando se compensa (equilibra) el rotor en este plano, un indicador en el control señala el desfase angular exacto del desequilibrio.

Si, por ejemplo, la magnitud de la vibración se midiera eléctricamente y se presentara en un voltímetro, se aseguraría la compensación cuando la manipulación de los controles permitiera conseguir que la lectura en el voltímetro fuese cero.

4.3.11. Equilibrado “in situ” Se puede equilibrar una máquina “in situ”, equilibrando un solo plano cada vez. En tal caso, sin embargo, los efectos cruzados y la interferencia de los planos de corrección a menudo requieren que se equilibre cada extremo del rotor dos o tres veces para alcanzar resultados satisfactorios. Además, algunas máquinas pueden llegar a necesitar hasta una hora para alcanzar su velocidad de régimen, y esto introduce más demoras en el procedimiento de equilibrado. El equilibrado “in situ” es necesario para rotores muy grandes para los que las máquinas de equilibrado no resulten prácticas. Incluso, aun cuando los rotores de alta velocidad se equilibren en el taller durante su fabricación, con frecuencia resulta necesario volverlos a equilibrar “in situ” debido a ligeras deformaciones producidas por el transporte, por fluencia o por altas temperaturas de operación. Se han desarrollado métodos de equilibrado en dos planos “in situ” que se pueden expresar haciendo uso del álgebra compleja y se resuelven con una calculadora programable. En el análisis que sigue, se usarán letras en negrita para representar números complejos:

𝑹 = 𝑹, 𝜽 = 𝑹 ∙ 𝒆𝒋𝜽 = 𝒙 + 𝒋𝒚

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Figura 74.- Equilibrado “in situ” en dos planos. Notación y referencia xy

En la figura anterior, se supone que existen los desequilibrios desconocidos ML y MR en los planos de corrección izquierdo y derecho, respectivamente. Las magnitudes de estos desequilibrios son ML y MR y se localizan en los ángulos ΦR y ΦL a partir de la referencia de la rotación. Una vez que se hayan determinado estos desequilibrios, bastará con localizar sus negativos en los planos izquierdo y derecho para lograr el equilibrado. Los desequilibrios giratorios ML y MR producen perturbaciones en los cojinetes A y B. Los equipos comerciales para equilibrado “in situ” permiten medir las amplitudes y los desfasajes angulares de estas perturbaciones. Se usará la notación X = X/Φ, con los subíndices apropiados, para designar estas amplitudes. En el equilibrado “in situ”, se llevan a cabo tres ensayos (Método de las tres carreras): - PRIMER ENSAYO. Se miden las amplitudes XA = XA /φA y XB = XB /φB en los cojinetes A y B, debidas sólo a los desequilibrios originales ML = ML /φL y MR = MR /φR . - SEGUNDO ENSAYO. Se agrega la masa de ensayo mL = mL /θL al plano de corrección de la izquierda y se miden las amplitudes XAL = XAL /φAL y XBL = XBL /φBL en los cojinetes izquierdo y derecho (A y B), respectivamente. - TERCER ENSAYO. Se elimina la masa de ensayo mL = mL /θL y se añade la masa de ensayo mR = mR /θR en el plano de corrección del lado derecho,

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midiéndose nuevamente las amplitudes en los cojinetes: XAR = XAR /φAR y XBR = XBR /φBR .

(En las pruebas anteriores, el término “masa de ensayo” significa lo mismo que desequilibrio de ensayo, si se utiliza una distancia unitaria desde el eje de rotación)

Para desarrollar las ecuaciones para el desequilibrio se define primero el concepto de rigidez compleja. Se entiende como tal, a la amplitud que resultaría en cualquiera de los cojinetes debida a un desequilibrio unitario ubicado en la intersección de la marca de referencia giratoria (desfase nulo) y uno de los planos de corrección. Por tanto, es necesario encontrar las rigideces complejas (AL, BL) y (AR, BR) debidas a un desequilibrio unitario ubicado en la intersección de la marca de referencia giratoria de los planos L y R, respectivamente. Conocidas las rigideces, y de acuerdo con los tres ensayos descritos anteriormente, se podrían escribir las siguientes ecuaciones complejas:

𝑋𝐴𝐿 = 𝑋𝐴 + 𝐴𝐿 𝑚𝐿 𝑋𝐵𝐿 = 𝑋𝐵 + 𝐵𝐿 𝑚𝐿 𝑋𝐴𝑅 = 𝑋𝐴 + 𝐴𝑅 𝑚𝑅 𝑋𝐵𝑅 = 𝑋𝐵 + 𝐵𝑅 𝑚𝑅

Realizados los tres ensayos, las rigideces serán las únicas incógnitas en estas ecuaciones:

𝐴𝐿 = (𝑋𝐴𝐿 − 𝑋𝐴 )/𝑚𝐿 𝐵𝐿 = (𝑋𝐵𝐿 − 𝑋𝐵 )/𝑚𝐿 𝐴𝑅 = (𝑋𝐴𝑅 − 𝑋𝐴 )/𝑚𝑅 𝐵𝑅 = (𝑋𝐵𝑅 − 𝑋𝐵 )/𝑚𝑅

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Una vez determinadas las rigideces, y de acuerdo con la definición de rigidez compleja, del primer ensayo se tiene:

𝑋𝐴 = 𝐴𝐿 𝑀𝐿 + 𝐴𝑅 𝑀𝑅 𝑋𝐵 = 𝐵𝐿 𝑀𝐿 + 𝐵𝑅 𝑀𝑅

Y resolviendo simultáneamente este par de ecuaciones, pueden determinarse los desequilibrios incógnitas en ambos planos de equilibrado:

𝑀𝐿 =

𝑋𝐴 𝐵𝑅 − 𝑋𝐵 𝐴𝑅 𝐴𝐿 𝐵𝑅 − 𝐴𝑅 𝐵𝐿

𝑀𝑅 =

𝑋𝐵 𝐴𝐿 − 𝑋𝐴 𝐵𝐿 𝐴𝐿 𝐵𝑅 − 𝐴𝑅 𝐵𝐿

ecuaciones que resultan fáciles de programar en la forma polar compleja, o bien, en la forma rectangular compleja.

4.4. Diagnóstico de Fallos en Equipos No es posible gestionar adecuadamente un departamento de mantenimiento si no se establece un sistema que permita atender las necesidades de mantenimiento correctivo (la reparación de averías) de forma eficiente. De poco sirven nuestros esfuerzos para tratar de evitar averías si, cuando estas se producen, no somos capaces de proporcionar una respuesta adecuada. Debemos recordar, además, que un alto porcentaje de las horas-hombre dedicadas a mantenimiento se emplean en la solución de fallos en los equipos que no han sido detectados por mantenimiento, sino comunicados por el personal de producción. En la industria en general, este porcentaje varía mucho entre empresas: desde aquellas en las que el 100% del mantenimiento es correctivo, no existiendo ni tan siquiera un Plan de Lubricación, hasta aquellas, muy pocas, en las que todas las intervenciones son programadas.

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Gestionar con eficacia el mantenimiento correctivo significa: - Realizar intervenciones con rapidez, que permitan la puesta en marcha del equipo en el menor tiempo posible (MTTR, tiempo medio de reparación, bajo) - Realizar intervenciones fiables, y adoptar medidas para que no se vuelvan a producir estas en un periodo de tiempo suficientemente largo (MTBF, tiempo medio entre fallos, grande) - Consumir la menor cantidad posible de recursos (tanto mano de obra como materiales)

El tiempo necesario para la puesta a punto de un equipo tras una avería se distribuye de la siguiente manera: 1.- Tiempo de detección. 2.- Tiempo de comunicación. 3.- Tiempo de espera. 4.- Diagnóstico de la avería. 5.- Acopio de herramientas y medios técnicos necesarios. 6.- Acopio de repuestos y materiales. 7.- Reparación de la avería. 8.- Pruebas funcionales. 9.- Puesta en servicio. 10.- Redacción de informes.

Es fácil entender que en el tiempo total hasta la resolución del incidente o avería, el tiempo de reparación puede ser muy pequeño en comparación con el tiempo total. También es fácil entender que la Gestión de Mantenimiento influye decisivamente en este tiempo: al menos 7 de los 10 tiempos anteriores se ven afectados por la organización del departamento. En el tiempo necesario para la resolución de una avería hay una parte importante que se consume en su diagnostico, en identificar el problema y proponer una solución. En averías evidentes, este tiempo pasa desapercibido, es despreciable frente al tiempo 104

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total. Pero en muchas ocasiones el tiempo necesario para saber que ocurre puede ser significativo: - En caso de instalaciones nuevas, poco conocidas. - En caso de emplear personal distinto del habitual. - En caso de averías poco evidentes (averías que tienen que ver con la instrumentación, por ejemplo).

El personal, con el paso del tiempo, va aprendiendo de su propia experiencia, siendo una realidad que el diagnóstico de una avería suele hacerlo más rápidamente el personal que más tiempo lleva en la planta. Si la experiencia acumulada por el personal de mantenimiento se almacena en sus cabezas, nos exponemos a algunos peligros: - Rotación del personal. El personal cambia de empresas, de puestos, etc., y con él, puede marcharse la experiencia acumulada en la resolución de averías - Periodos de vacaciones y bajas. Si la experiencia se almacena exclusivamente en las mentes del personal, ante una baja, un descanso o unas vacaciones podemos quedarnos sin esa experiencia necesaria - Olvidos. La mente es un soporte frágil, y un operario puede no acordarse con exactitud de cómo resolvió un problema determinado - Incorporación de personal: el personal de nueva incorporación deberá formarse al lado de los operarios que más tiempo llevan en la planta. Esta práctica tan extendida no es a menudo la más recomendable. Un buen operario no tiene por qué ser un buen profesor. Si, por otro lado, debemos esperar a que a un operario le ocurran todas las averías posibles para tenerlo perfectamente operativo, transcurrirán años hasta llegar al máximo de su rendimiento.

Por todo ello, es conveniente recopilar la experiencia acumulada en las intervenciones correctivas en documentos que permitan su consulta si el mismo problema vuelve a surgir. Estos documentos, que pueden denominarse LISTAS DE AYUDA AL DIAGNÓSTICO, recogerían así los datos más importantes en la reparación de un problema. En estas listas de ayuda deben detallarse, al menos: - Los síntomas de la avería, en palabras sencillas. Debe estar indicado lo que observa el operario: la manifestación del fallo y las condiciones anómalas que se dan relacionadas con este. 105

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- Las causas que pueden motivar ese fallo. En el ejemplo anterior, indicaríamos bloqueo de rodamientos en la bomba, bloqueo de rodamientos en el motor, etc. - Las posibles soluciones al problema. En el ejemplo considerado, la solución sería: desacoplar motor y bomba, comprobar qué eje no gira libremente, desmontar y cambiar rodamientos, montar, acoplar y alinear.

Como veremos en el apartado correspondiente, los fallos más importantes de una planta deben ser analizados, para tratar de buscar medidas preventivas que traten de evitarlos en el futuro. No obstante, y como decíamos al inicio de este apartado, un buen sistema de mantenimiento debe contemplar la resolución rápida de averías, y uno de los medios para lograrlo es poder diagnosticar rápidamente el fallo y aportar una solución. En los siguientes apartados, intentaremos análizar los fallos en componentes mecánicos y averías que se pueden producir en máquinas de procesos.

4.4.1. Análisis de fallos en componentes mecánicos Del conjunto de elementos mecánicos de las máquinas de procesos hemos seleccionado aquellos componentes más expuestos a averías y que suelen estar implicados en la mayoría de los fallos de los equipos: - Rodamientos - Cojinetes - Engranajes - Acoplamientos - Cierres mecánicos

1.- AVERÍAS EN RODAMIENTOS Los rodamientos se encuentran entre los componentes más importantes de las máquinas. En condiciones normales el fallo de un rodamiento sobreviene por fatiga del material, resultado de esfuerzos de cortadura que surgen cíclicamente debajo de la superficie que soporta la carga. Después de algún tiempo, estos esfuerzos causan grietas 106

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que se extienden hasta la superficie. Conforme los elementos rodantes alcanzan las grietas, provocan roturas del material (desconchado) y finalmente deja el rodamiento inservible. Sin embargo la mayor parte de los fallos en rodamientos tienen una causa raíz distinta que provoca el fallo prematuro. Es el caso de desgaste apreciable por presencia de partículas extrañas o lubricación insuficiente, vibraciones excesivas del equipo y acanalado por paso de corriente eléctrica. La mayor parte de los fallos prematuros son debidos a defectos de montaje: - golpes - sobrecargas - apriete excesivo - falta de limpieza - desalineación - ajuste inadecuado - errores de forma en alojamientos

Cada una de las diferentes causas de averías del rodamiento genera su propio y peculiar deterioro. Tal deterioro conocido como daño primario, da lugar después a daños secundarios que inducen a la avería-desconchado y roruras. También el deterioro inicial puede exigirnos prescindir del rodamiento, por ejemplo, debido a un juego interno excesivo, vibración, ruido y así sucesivamente. Un rodamiento averiado, ostenta frecuentemente una combinación de daño inicial y daño secundario. Los tipos de daños pueden clasificarse como siguen: Daño inicial o primario - Desgaste: Es causado principalmente por deslizamiento abrasivo, incluyendo las caras y pestañas de los rodillos, la superficie de la ventana de la jaula y la superficie de la rodadura. El desgaste debido a la contaminación por materias extrañas y la corrosión, no sólo ocurre en la superficie en deslizamiento, si no también en las superficies de los elementos rodantes. - Indentación: Es causado principalmente por deslizamiento abrasivo, incluyendo las caras y pestañas de los rodillos, la superficie de la ventana de 107

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la jaula y la superficie de la rodadura. El desgaste debido a la contaminación por materias extrañas y la corrosión, no sólo ocurre en la superficie en deslizamiento, si no también en las superficies de los elementos rodantes. - Adherencia: Es un tipo de avería donde partes de los rodamientos son fundidas y adheridas a otras; es causado por el calor anormal o por el estado áspero de las superficies y como resultado los rodamientos no pueden rotar libremente. - Fatiga superficial: Es un fenómeno en el que se porducen pequeños agujeros con una profundidad aproximada de 0.1 mm sobre la superficie de rodadura debido a la fatiga rodante. - Corrosión: Es un fenómeno de oxidación o disolución que ocurre en la superficie metálica y es causado por la acción química (reacción electroquímica, incluyendo combinaciones o cambios estructurales) de ácidos o bases. - Daño por corriente eléctrica: Es un fenómeno en el cual la superficie del rodamiento es parcialmente derretida por chispas generadas cuando una corriente eléctrica pasa por el rodamiento y atraviesa la delgada película de lubricante en el punto de contacto rodante.

Daño secundario - Desconchado (descascarillado): Es un fenómeno en el cual la superficie del rodamiento se torna escamosa y arrugada debido al desprendimiento del material, consecuencia del contacto repetitivo de un esfuerzo o carga sobre las superficies de rodadura de los aros y elementos rodantes durante la rotación. La presencia del desconche es una indicación de que está próximo el fin de la vida de servicio del rodamiento. - Roturas: Incluyen fracturas por deslizamiento, rajaduras y roturas.

La Tabla 19 resume los distintos modos de fallo y sus causas posibles.

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2.- AVERÍAS EN COJINETES ANTIFRICCIÓN Los esfuerzos a los que se ven sometidos los rodamientos al funcionar a altas velocidades, soportando cargas combinadas en forma cíclica, rozamientos, impactos, temperaturas, etc., hacen que se generen fallas por fatiga superficial de los elementos en contacto. Por tal motivo, a los efectos de establecer parámetros que permitan conocer el comportamiento que tendrá un rodamiento, su velocidad, duración y resistencia dentro de los límites impuestos por la tecnología aplicada, se han definido, basados sobre todo en resultados experimentales, distintos conceptos estadísticos que hay que tener en cuenta cuando se elija un cojinete de este tipo. Así, para establecer la resistencia del mismo se han definido los conceptos de cargas soportadas por el rodamiento, como la capacidad de carga estática, la capacidad de carga dinámica y la carga equivalente, en tanto que para determinar su duración se define el concepto de vida del rodamiento. Los modos de fallos típicos en este tipo de elementos son: - desgaste - corrosión - deformación - rotura/separación y las causas están relacionadas con los siguientes aspectos: - montaje - condiciones de trabajo - sellado - lubricación

La Tabla 20 indica los modos de fallos y sus causas para los cojinetes antifricción. Fíjese la alta concentración de modos de fallos que tienen como causa un mal montaje o un defecto de lubricación. 110

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3.- AVERÍAS EN ENGRANAJES En los engranajes se presentan fenómenos de rodadura y deslizamiento simultáneamente. Como consecuencia de ello, si la lubricación no es adecuada, se presentan fenómenos de desgaste muy severo que le hacen fallar en muy poco tiempo. Los modos de fallos en estos componentes son pues desgaste, deformación, corrosión y fractura o separación. Las causas están relacionadas con las condiciones de diseño, fabricación y operación así como con la efectividad de la lubricación. Los modos de fallo y sus causas, en el caso de transmisiones por engranajes, se presenta en la Tabla 21. En este caso los modos de fallos más frecuentes son los asociados al desgaste, casi todos relacionados con un defecto de lubricación.

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4.- AVERÍAS EN ACOPLES DENTADOS Aunque en los últimos años han aparecido acoplamientos no lubricados, la mayor parte de las turbomáquinas de procesos químicos y petroquímicos (compresores y turbinas) van equipados con este tipo de acoplamiento que permite una cierta desalineación. Sin embargo el 75% de los fallos son debidos a una lubricación inadecuada. Los modos de fallos básicamente son desgaste, deformación y rotura. Las causas están ligadas a problemas de diseño, montaje, condiciones de operación y lubricación inadecuada. Los modos de fallos y sus causas aparacen en la Tabla 22. En este caso se indica con un número el orden de prioridad de causas: 1 el caso más robable, 5 el menos probable. Una vez más se constata una alta concentración de fallos, fundamentalmente desgastes, cuya causa más probable está asociada a un fallo de lubricación.

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5.- AVERÍAS EN CIERRES MECÁNICOS El gasto en mantenimiento de bombas, en refinerías, plantas químicas y petroquímicas, puede representar el 15% del presupuesto total del mantenimiento ordinario. De ellos, la mayor parte del gasto y del número de fallos (34,5%) se presenta en el cierre mecánico. Si tenemos en cuenta el riesgo que, tanto desde el punto de vista de la seguridad como medio-ambiental, supone este tipo de fallos, se entiende la importancia que tiene el evitarlos. El análisis sistemático de cada avería y la toma de medidas para reducirlas debería ser una práctica habitual. La Tabla 23 representa una síntesis de modos de fallos y sus causas ordenadas de mayor a menor probabilidad. En este caso destaca la gran cantidad de fallos asociados a un problema de diseño como es la adecuada selección del cierre. Con mucha frecuencia no se tiene en cuenta, en la fase de ingeniería, todas las condiciones de servicio que condicionan la acertada selección del cierre, provocando una avería repetitiva con la que el personal de mantenimiento se acostumbra pronto a convivir. En estos casos es imprescindible realizar un análisis de las averías producidas para detectar la causa del fallo y cambiar el diseño seleccionado, cuando sea preciso.

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4.4.2. Análisis de averías en máquinas de procesos De forma genérica los síntomas que alertan de una posible avería son similares en los distintos tipos de máquinas de procesos:

El diagnóstico de averías no se debe limitar a los casos en que el equipo ha fallado, por el contrario, los mayores esfuerzos de deben dedicar al diagnóstico antes de que el fallo se presente. Es lo que hemos definido como mantenimiento predictivo. Recordemos que se fundamenta en que el 99% de los fallos de maquinaria son precedidos por algún síntoma de alarma antes de que el fallo total se presente. Dependiendo de la forma de la curva P-F (ver apartado 4.7), para el fallo en cuestión, tendremos mas o menos tiempo para analizar los síntomas y decidir el plan de acción.

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En cualquier caso debemos aplicar una metodología o procedimiento sistemático: 1. Señales o síntomas de observación directa: - Sobrecalentamiento - Vibración - Ruido - Alta temperatura en cojinetes - Fugas, humo, etc.

2. Síntomas de observación indirecta: - Cambios en algún parámetro - Presión - Temperatura - Caudal - Posición - Velocidad - Vibración - Cambios en las prestaciones - Relación de compresión - Relación de temperaturas - Demanda de potencia - Rendimientos

3. Listado de posibles causas o hipótesis.

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4. Analizar la relación entre síntomas y causas.

5. Aplicar, si es posible, el orden de probabilidad en la relación síntoma/causa para diagnosticar el fallo.

6. Indicar la solución o acción a tomar.

En las secciones siguientes se indican, en forma matricial para cada tipo de equipo, los síntomas, sus posibles causas y remedios.

1.- AVERÍAS EN BOMBAS CENTRÍFUGAS

Estadística de fallos típicos:

Causa de fallos Cierre Mecánico Cojinetes Vibraciones Fuga por empaquetadura/cierre Problemas en eje/acoplamiento Fallo líneas auxiliares Fijación Bajas prestaciones Otras causas

Distribución (%) 34,5 20,2 2,7 16,3 10,5 4,8 4,3 2,5 4,2 100,0

Solo los fallos en cierre mecánico y cojinetes representan más del 50% de las causas de fallo. En la tabla 24 se indican sintomas, sus causas y remedios.

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2.- AVERÍAS EN COMPRESORES CENTRÍFUGOS

Estadística de fallos típicos en turbocompresores de proceso:

Causa de fallos Rotor Instrumentación Cojinetes radiales Alabes/Impulsores Cojinetes axiales Cierres Diafragmas Otros

Distribución (%) 22 21 13 8 6 6 1 23 100

En la Tabla 25 se indican los síntomas, posibles causas y remedios.

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NOTA: LA MAQUINA MOTRIZ PUEDE TRASMITIR VIBRACIONES. PARA LOCALIZAR, RODAR MAQUINA MOTRIZ DESACOPLADA PARA DESCARTAR ESA POSIBILIDAD

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3.- AVERÍAS EN COMPRESORES ALTERNATIVOS

Estadística de fallos típicos:

Causa de fallos Válvulas Segmentos Cilindro Pistón Anillos de apoyo Cierres Sistemas lubricación Cruceta Cigüeñal Cojinetes Control

Distribución (%) 41 14 1 3 10 10 18 1 1 1 1 100

A destacar que solo los fallos en válvulas y segmentos representan el 55% de las causas de fallo. Asimismo el 73% de las averías están asociadas al sistema válvulas, segmento y lubricación. En la tabla 26 se indican sintomas y causas posibles priorizadas.

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4.- MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA ALTERNATIVOS

Estadística de fallos típicos:

Fallo inicial Cojinetes Pistón/Segmentos Cilindro, camisa, bloque Cigüeñal Válvulas Biela Colector Sistema lubricación Engranajes Arbol de levas Acoplamientos Rotor turbosobrealimentador Control, presión, temperatura Otros

Distribución (%) 24,4 19,4 16,7 6,1 5,6 4,4 4,4 2,2 2,2 1,7 1,7 1,1 1,1 9,0 100

En la Tabla 27 se indican síntomas y causas posibles.

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5.- AVERÍAS EN TURBINAS DE VAPOR

Estadística de fallos típicos:

Modo de fallo Erosión Fatiga y fluencia Cojinetes Fisuras por tensiones térmicas Fallos repentinos Fisuras incipientes Daños mecánicos superficiales Corrosión/erosión Flexión del eje Desgaste Abrasión

Distribución (%) 23,0 18,5 14,6 11,7 9,3 8,0 5,4 3,3 2,4 2,3 1,5 100

En la Tabla 28 se indican los síntomas y posibles causas y remedios. 132

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6.- AVERÍAS EN TURBINAS DE GAS La Tabla 29 es una guía de fallos, con indicación del orden de probabilidad (1 es la probabilidad mayor), de síntomas y causas posibles agrupadas para cada uno de sus componentes: compresor, cámaras de combustión y turbina propiamente dicha.

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4.5. Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección 4.5.1. Mecanismos y modos de desgaste Sorprende descubrir que aproximadamente el 70% de las causas de fallo en máquinas es debido a la degradación superficial de sus componentes, fenómeno habitualmente conocido como desgaste. Los mecanismos de daño en los materiales se deben principalmente a deformación plástica, formación y propagación de grietas, corrosión y/o desgaste. El desgaste es conocido desde que el ser humano comenzó a utilizar elementos naturales que le servían como utensilios domésticos. Este fenómeno al igual que la corrosión y la fatiga, es una de las formas más importantes de degradación de piezas, elementos mecánicos y equipos industriales. El desgaste puede ser definido como el daño superficial sufrido por los materiales después de determinadas condiciones de trabajo a los que son sometidos. Este fenómeno se manifiesta por lo general en las superficies de los materiales, llegando a afectar la sub-superficie. El resultado del desgaste, es la pérdida de material y la subsiguiente disminución de las dimensiones y por tanto la pérdida de tolerancias. 137

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El fenómeno de fricción y mecanismo de desgaste puede explicarse por la formación y posterior ruptura de uniones metálicas existentes entre dos superficies que están en contacto, ya que todas las superficies presentan algún grado de rugosidad. Así la fricción tiene una naturaleza molecular-mecánica que depende de las fuerzas de interacción molecular, de las propiedades mecánicas del material, de la deformación plástica y de la configuración geométrica de los elementos de contacto. Desde que el desgaste comenzó a ser un tópico importante y que necesitaba estudiado y entendido, comenzaron a aparecer en los libros de diseño y en la mente de los diseñadores, ideas sencillas de como prevenirlo o combatirlo, entre esas ideas se tienen: 1. Mantener baja la presión de contacto 2. Mantener baja la velocidad de deslizamiento 3. Mantener lisas las superficies de rodamientos 4. Usar materiales duros 5. Asegurar bajos coeficientes de fricción 6. Usar lubricantes

Una máquina no puede operarse en condiciones de fricción seca, pues aunque los acabados superficiales fuesen inmejorables, la degradación superficial sería tan rápida y severa que prácticamente no llegaría a funcionar. La introducción del lubricante reduce sustancialmente el coeficiente de fricción, mejorando la situación de degradación de las superficies que aparece en la fricción seca, pero no supone la desaparición total del desgaste. Se pueden distinguir los siguientes mecanismos de desgaste: - Adhesión - Abrasión - Erosión - Fatiga - Corrosión - Cavitación - Ludimiento o desgaste por vibración - Deslizamiento.

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Los mecanismos de desgaste son el origen del mismo. Las consecuencias o efectos que estos mecanismos producen sobre las superficies son los modos de desgaste: - Desgaste normal - Desgaste severo - Picadura (Pitting) - Gripado (Scuffing) - Rayado en distintos grados (Scoring, Gouging)

Mecanismos de desgaste Desgaste adhesivo La adhesión está asociada a toda formación y posterior rompimiento de enlaces adhesivos entre las interfaces, cuando dos superficies son colocadas en contacto íntimo. La adhesión conlleva además al soldado en frío de las superficies. Con respecto al desgaste adhesivo, el papel principal lo juega la interacción entre las superficies y su grado de limpieza, es decir, cuando el acercamiento entre los cuerpos es tal, que no se presenta ningún tipo de impurezas, capas de óxido o suciedades, se permite que el área de contacto sea aumentada, pudiéndose formar uniones adhesivas más resistentes. El desgaste adhesivo es ayudado por la presencia de altas presiones localizadas en las asperezas en contacto. Estas asperezas son deformadas plásticamente, permitiendo la formación de regiones soldadas localizadas. El desgaste adhesivo ocurre como resultado de la destrucción de los enlaces entre las superficies unidas, permitiendo que parte del material arrancado se transfiera a la superficie del otro. Así, la superficie que gana material aumenta su rugosidad con el agravante de que cuando el movimiento continua, se genera desgaste abrasivo contra la otra superficie. Piezas de maquinaria donde está normalmente involucrado el desgaste adhesivo, son: Sistemas, bielaseguidor, dados de extrusión-alambre, cola de milano-apoyo, engranajes, rodamientoapoyo y herramientas de corte, son elementos que pueden sufrir desgaste debido a adhesión. La unión entre las superficies en contacto son destruidas, en caso que la resistencia al corte de la interface sea menor que la resistencia de los dos materiales considerados. Puede suceder que la región adherida tenga mayor resistencia al corte que alguno de los dos materiales o incluso que los dos, por tanto se puede presentar desgarre en uno, o en los dos materiales, permitiendo que uno de ellos sea adherido a la otra superficie del otro o que los dos materiales pierdan la interface. 139

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La tendencia a formar regiones adheridas, depende de las propiedades físicas y químicas de los materiales en contacto, al igual que de los valores de carga aplicados y las propiedades de los materiales que están sobre las superficies, y finalmente de la rugosidad. Generalmente el contacto entre metales es no metálico debido a la presencia de capas absorbidas como óxidos. La adhesión en este caso se da por medio de enlaces débiles o fuerzas de Van der Waals. Sin embargo, la deformación elástica o plástica de las asperezas puede provocar rompimiento de estas capas, por lo que la unión de la interface se da por medio de enlaces covalentes y metálicos, siendo los enlaces iónicos insignificantes en los metales. Mientras la fuerza de adhesión dependa del área real de contacto, esta será influenciada por la resistencia de los materiales a la deformación plástica, por el tipo de estructura cristalina y por el número de sistemas de deslizamiento. El investigador Sikorski (1964) mostró que hay una fuerte tendencia a la adhesión de acuerdo al tipo de estructura cristalina que presenten los materiales. En la figura 75 es mostrada la dependencia del coeficiente de adhesión en función de la dureza y el tipo de estructura cristalina presente. Aquí el coeficiente de adhesión es definido como la relación entre la fuerza necesaria para quebrar las uniones adheridas y la carga normal con la cual las muestras fueron inicialmente comprimidas. De la figura es posible notar que a medida que aumenta la dureza, en general hay un decrecimiento del coeficiente de adhesión.

Desgaste abrasivo La Norma ASTM G40-92 define el desgaste abrasivo como la pérdida de masa resultante de la interacción entre partículas o asperezas duras que son forzadas contra una superficie y se mueven a lo largo de ella. La diferencia entre desgaste abrasivo y desgaste por deslizamiento es el “grado de desgaste” entre los cuerpos involucrados

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(mayor en el desgaste abrasivo), ya sea por la naturaleza, tipo de material, composición química, o por la configuración geométrica. Como se muestra en la figura 76, existen básicamente de los tipos de desgaste abrasivo, estos son: desgaste abrasivo a de los cuerpos o a tres cuerpos. En abrasión a de los cuerpos, el desgaste es causado por rugosidades duras pertenecientes a una de las superficies en contacto, mientras que la abrasión a tres cuerpos, el desgaste es provocado por partículas duras sueltas entre las superficies que se encuentran en movimiento relativo. Como ejemplo de desgaste abrasivo a dos cuerpos, se tiene un taladro penetrando una roca, mientras que a tres cuerpos se puede citar el desgaste sufrido por las mandíbulas de una trituradora al quebrar la roca, o por la presencia de partículas contaminantes en un aceite que sirve para lubricar de los superficies en contacto deslizante.

La figura 77 muestra la influencia del tamaño de partícula generada durante el desgaste o inherente al sistema en la definición del mecanismo de desgaste operante. El mecanismo de adhesión es verificado para tamaños de partículas menores de 10 µm, que corresponden a tamaños característicos de micro-constituyentes en materiales ferrosos (por ejemplo carburos en el acero AISI 52100) o partículas de desgaste que permanecen en el área de contacto, pero sin llegar a actuar como partículas abrasivas, pues el “nivel de actuación” de esas partículas para el sistema es aún bajo. Para tamaños mayores que 10 µm, la variación de la tasa de desgaste sigue características frecuentemente vistas en sistemas abrasivos.

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Desgaste erosivo y erosivo-corrosivo El desgaste erosivo es un fenómeno que afecta gran cantidad de elementos de máquinas en las industrias minera y alimenticia, así como: turbinas hidráulicas, implementos agrícolas, sistemas de bombeo y dragado en ríos y minas, al igual que piezas específicas usadas en las industrias petrolífera y petroquímica, entre otras muchas aplicaciones. Con este tipo de desgaste, no solo se tiene perdida de material y la consecuente falla de las piezas, sino que está asociado a perjuicios financieros en virtud del tiempo asociado a la reparación de equipos y substituciones de los componentes desgastados. El conocimiento de los mecanismos de remoción de material involucrados durante el desgaste erosivo, así como el reconocimiento y la caracterización de las diferentes variables involucradas, son líneas muy importantes de investigación en la ingeniería actual, así su estudio haya sido comenzado hace ya varias décadas. Varias teorías que intentan entender y relacionar los diferentes mecanismos que actúan durante la erosión, con las variables involucradas, han sido desarrolladas en modelos matemáticos. Estos modelos se basan en hipótesis, que a veces limitan el análisis, ya que son realizados para aplicaciones muy específicas, orientadas a la solución de problemas particulares en procesos industriales. Muchos de estos modelos, aunque basados en líneas de pensamiento coherentes, están siendo actualmente estudiados nuevamente para perfeccionarlos. Desde este punto de vista, se está intentando modelar una teoría general del fenómeno de desgaste erosivo, para lo cual se

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han utilizando los principios básicos de la mecánica y de la termodinámica, combinados con la ciencia e ingeniería de materiales. Un fenómeno que actúa de forma sinérgica con la erosión, es la corrosión, en general cuando el medio de trabajo es húmedo. La corrosión puede ser definida de acuerdo con literatura, como un fenómeno que deteriora un material (generalmente metálico), por acción química o electroquímica del medio ambiente, asociada o no a esfuerzos mecánicos. La acción combinada de estos procesos, corrosión y desgaste erosivo, resulta en la degradación acelerada de los materiales debido a su comportamiento sinérgico. El proceso de desgaste corrosivo en materiales que forman capas pasivas es acelerado cuando esta capa es débil, como en el caso de algunos aceros inoxidables austeníticos. Según [ZUM GAHR, 1978], el desgaste erosivo se presenta en la superficie de los cuerpos, resultado del impacto de partículas sólidas, líquidas o gaseosas que los impactan. Estas partículas pueden actuar solas o de manera combinada. La erosión afecta muchos materiales de ingeniería, especialmente elementos que componen maquinaria usada en la industria minera y en general toda pieza que sea impactada por cualquier tipo de partícula. Las partículas que causan el desgaste erosivo pueden estar en ambientes secos o húmedos pudiendo actuar en forma muy variadas tal como se muestra en la figura 78. Cuando el medio de trabajo es húmedo (por ejemplo, un medio con agua y partículas de arena), la erosión y la corrosión son fenómenos que actúan en forma sinérgica, provocando la degradación acelerada de los materiales.

Figura 78

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Figura 78. Diferentes formas de actuación de partículas erosivas en la formación de: (a) microcorte y micro-arado, (b) Agrietado superficial, (c) Desplazamiento de material al borde de los cráteres de impacto (d) grietas por fatiga superficial y sub-superficiales causadas por los múltiples impactos (e) Formación de pequeñas hojuelas debido a la extrusión y forjado en los impactos y (f) Formación de pequeñas hojuelas por procesos de extrusión inversos. [ZUM GAHR, 1978]. En otras definiciones clásicas de la erosión se afirma, que este es un fenómeno por medio del cual, material es removido de una superficie durante la acción continua de partículas duras o de fluidos que la alcanzan. Las partículas impactan las superficies a diferentes velocidades y ángulos de incidencia, donde el desgaste se da a través de diferentes mecanismos. En la figura 79 son presentados esquemas que muestran la forma como partículas erosivas actúan en una superficie en dependencia del ángulo de incidencia. Para erosión en ángulos cercanos a 90°, la energía de la partícula es consumida durante la deformación de la superficie y para ángulos menores, esa energía es utilizada en deformar y cortar el material de la superficie.

De acuerdo al medio donde actúan las partículas erosivas, la erosión puede ser dividida en: 1.- Erosión a seco. Cuando las partículas son arrastradas por aire u otro gas y son obligadas a impactar una superficie. Uno de los sistemas usados en ensayos de erosión a seco es presentado en la figura 80.

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2.- Erosión en medio Acuoso. Se presenta cuando partículas duras son arrastradas en un medio acuoso y son obligadas a impactar una superficie. Uno de los equipos utilizados en la realización de ensayos de erosión en medio acuoso es presentado en la figura 81.

Desgaste por fatiga de contacto Este tipo de desgaste ocurre cuando piezas son sometidas a elevados esfuerzos, los cuales provocan la aparición y propagación de grietas bajo la acción repetitiva de estos. En el caso de piezas sometidas a deslizamiento, las capas superficiales sufren intensas deformaciones como resultado de la acción simultánea de las tensiones de contacto y de la fuerza de fricción. Los esfuerzos a los que están sometidos los materiales particularmente en las capas superficiales, promueven en la mayoría de los casos, alteraciones en la estructura cristalina y en el tamaño de grano. Con las nuevas tecnologías se ha necesitado de materiales, que a través de modernos procesos de producción o de tratamiento térmico, presenten una combinación especial de microestructura y propiedades mecánicas, garantizando con esto, niveles de tolerancia, acabado superficial y desvíos de forma y posición cada vez mejores. Por otra parte las leyes son cada vez más rigurosas, controlando los niveles de ruido y contaminantes perjudiciales para el hombre y el medio ambiente que provienen de selecciones equivocadas de materiales o procesos de producción empíricos. El picado originado a partir de grietas, es una de las fallas por fatiga de contacto superficial típica de elementos de máquinas, los cuales trabajan bajo régimen de lubricación elastohidrodinámica y elevadas cargas superficiales. Este es el caso de cojinetes de rodamiento y ruedas dentadas en su punto de contacto. Aquí, el mecanismo principal de falla es la aparición y propagación de grietas después que las superficies 145

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han almacenado una determinada deformación plástica. Por esto, es importante el buen acabado superficial y la correcta selección y filtrado de los lubricantes. Según Gras e Inglebert (1998), la fatiga de contacto se debe al aparecimiento de transformaciones microestructurales o decohesiones localizadas que conducen al daño de las superficies.

Desgaste por corrosión Es caracterizado como la degradación de materiales en donde la corrosión y los mecanismos de desgaste se encuentran involucrados. La combinación de efectos de desgaste y corrosión puede resultar en una pérdida total de material mucho más grande que si se presentarán por adición o individualmente. La deformación plástica por altos esfuerzos de contacto causa endurecimiento por deformación y susceptibilidad al ataque químico. De igual forma la deformación plástica ocurrida en el mecanismo de desgaste por impacto puede hacer que las superficies sean más susceptibles a la corrosión. El modelo de desgaste corrosivo (figura 82), es explicado en dos etapas. 1.- Formación de una película de óxido en la superficie. Esta película de óxido puede operar como lubricante, en la mayoría de los materiales no es posible ya que dicha película es muy frágil. 2.- Al ser esta capa de óxido frágil queda expuesta a los fenómenos de deslizamiento del sistema, siendo esta removida.

Figura 82.- Desgaste corrosivo. Modelo representativo de la formación de la capa de óxido

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Desgaste por cavitación La cavitación es un problema frecuentemente encontrado en equipos hidráulicos, el cual genera gran dificultad para su mantenimiento. El problema de la cavitación surgió con el desarrollo de los barcos a vapor en el inicio del siglo pasado. Con la fabricación estos barcos, capaces de alcanzar mayores velocidades, algunos de ellos comenzaron a presentar un desgaste severo y localizado en sus hélices. Inicialmente se pensó que este desgaste se debía a la corrosión de los materiales de las hélices, siendo esta la responsable por el daño en dichos materiales, aprovechando su baja resistencia a la corrosión. Pero, al estudiarse el fenómeno más detalladamente, se descubrió que las hélices no sufrían desgaste cuando no estaban en funcionamiento y que este también ocurría en medios químicamente inertes. Así el desgaste solo podría ser debido a un fenómeno que ocurría durante el flujo de los fluidos frente a los materiales por los que pasaban. En 1915 en Inglaterra se estudió este fenómeno por primera vez y se llegó a la conclusión que el desgaste era provocado por repetidos .golpes hidráulicos. que alcanzaban la superficie de las hélices durante su funcionamiento. Pero los mecanismos por los cuales este desgaste ocurría no quedaron claros y el fenómeno permaneció sin explicación hasta 1917. En este año, un artículo de autoría de Lord Rayleigh fue publicado. En el artículo, Rayleigh proponía un mecanismo para explicar el fenómeno. Este investigador dedujo en su hipótesis, que durante el flujo de un fluido pueden ocurrir caídas de presión que pueden alcanzar valores del orden de la presión de vapor del líquido en la temperatura de trabajo, provocando la nucleación de pequeñas burbujas de vapor. Estas burbujas son llevadas por el flujo y al alcanzar regiones de mayores presiones sufren un colapso violento y caótico que genera altas presiones y velocidades en las regiones próximas al colapso. Estas altas presiones y velocidades que surgen del colapso, provocan el desgaste de superficies sólidas próximas. Como conclusión a esta teoría, hasta ahora la más aceptada, es que, el desgaste por cavitación se puede definir como aquel daño que ocurre en los materiales debido al crecimiento y colapso de pequeñas burbujas, que surgen debido a las variaciones de presión durante el flujo de un fluido. Aunque hasta la fecha se ha tenido un enorme avance desde la publicación del artículo de Lord Rayleigh, un entendimiento completo del fenómeno aún está lejos de ser alcanzado y aún es mucho lo que debe ser estudiado de este tópico. Los efectos que el desgaste por cavitación provocan, van desde la pérdida de eficiencia, hasta la inutilización completa del equipo. Hasta hoy no hay una manera de preverse el desgaste de un equipo sujeto a cavitación y las paradas para mantenimiento de un equipo aún son estipuladas con base en la experiencia de los operadores. Sin embargo hoy tenemos dos 147

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maneras de lidiar con el problema de la cavitación: uno es el desarrollo de materiales más resistentes y otro, es mejor el diseño de equipos hidráulicos evitando caídas de presión muy bruscas.

Figura 83.- representación esquemática del fenómeno de nucleación y colapso de microburbujas y la emisión de ondas de choque

El Fretting, desgaste por vibración o ludimiento El desgaste por fretting ocurre entre dos superficies en contacto (no necesariamente moviéndose tangencialmente), las cuales experimentan pequeñas oscilaciones cíclicas (del orden de 1 a 100 µm). Cuando algunas vibraciones aparecen en las superficies en contacto, ocurren pequeños deslizamientos en la dirección del movimiento relativo, esos pequeños deslizamientos son causa de desgaste por fretting. Desgaste por fretting es comúnmente observado en los cubos de las ruedas de vehículos, entre las esferas y su camino de rodadura en un rodamiento de bolas, en los puntos de contacto entre dos engranajes, entre otros ejemplos. El desgaste por fretting puede conducir a la pérdida de las uniones de contacto de los cuerpos, incrementando la vibración y acelerando la tasa de desgaste. También se ha observado que en general los debris (partículas de desgaste), son óxidos y como estos ocupan un mayor volumen que el material que los origina, pueden conducir a falla por Seizure (adhesión severa que conduce a soldado de las superficies), en partes diseñadas para trabajar con una determinada holgura. De esta forma la holgura será ampliada y los debris tendrán la posibilidad de abandonar la interface más fácilmente. Un fenómeno asociado al daño por fretting, es la aparición de grietas en la región afectada, lo que ocasiona reducción de la resistencia a fatiga del material, en caso que el componente experimente esfuerzos cíclicos. El desgaste por fretting es comúnmente estudiado en laboratorios, utilizando un sistema esfera-plano, donde son aplicadas tanto carga normal como carga tangencial. 148

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Como fue mostrado en el capítulo de la mecánica de contacto, cuando una esfera es presionada normalmente contra una superficie plana, se genera debajo de esta zona una distribución de presiones, obteniéndose una presión máxima en el centro y aproximadamente cero en el borde del contacto. Cuando además de aplicar una fuerza normal, se aplica una fuerza tangencial y esta a la vez tiene la posibilidad de ser aumentada, se generan deslizamientos que cambian la distribución de presión y llevan a un desgaste de la zona de contacto, la cual varía de acuerdo a la intensidad de la fuerza tangencial, tal como se muestra en la figura 84.

Figura 84

Figura 84. (a) Distribución del esfuerzo normal elástico, abajo de una esfera presionando un plano, (b) a (d) Vistas bidimensionales del área de contacto a medida que aumenta el valor de la fuerza tangencial cíclica (Hutchings, 1992). En la figura 84 las regiones rayadas representan áreas arriba de las cuales ocurre deslizamiento localizado entre las superficies. Por tanto, la zona de contacto puede ser dividida en dos regiones; un área central, donde no hay ningún movimiento tangencial relativo y una zona anular, en la cual ocurre micro-deslizamiento. Así, el daño por fretting ocurre en aquellas zonas de contacto donde ocurren esos pequeños deslizamientos. Ahora, cuando la fuerza tangencial cíclica es aumentada, se puede pasar de pequeñas zonas en el contacto afectadas por el micro-deslizamiento, hasta un deslizamiento total en toda el área de contacto. El daño por fretting ocurre más severamente en la región del área de contacto que sufre deslizamiento. Este desgaste en comúnmente cuantificado como la pérdida de masa o volumen que ocurre en la superficie afectada. Ensayos de laboratorio donde se ha estudiado el fretting variando el número de ciclos, han mostrado que hay un breve período inicial, donde el desgaste es acelerado, (como se muestra en la figura 84), 149

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seguido de una estabilización (curva B) o un decrecimiento (curva D) de la tasa de desgaste. Por otra parte, algunos materiales pueden experimentar incrementos en la tasa de desgaste (curvas A o C), o presentar un comportamiento lineal (curva B). En esta última condición, se ha encontrado que la tasa de desgaste es aproximadamente proporcional a la carga normal, siendo útil expresar esta relación como “tasa de desgaste específica”, la cual es llamada, coeficiente de desgaste dimensional (k). El coeficiente de desgaste dimensional es por tanto, el volumen removido, por unidad de distancia de deslizamiento, por unidad de carga normal. La distancia de deslizamiento está relacionada con la duración del ensayo, la frecuencia de vibración y la amplitud de desplazamiento cíclico. Por tanto k, da una medida de la severidad del desgaste y permite que resultados de ensayos a diferentes valores de carga normal y amplitudes sean comparados.

Desgaste por deslizamiento

Esencialmente, el desgaste por deslizamiento es aquel en el cual hay un movimiento relativo entre dos superficies en contacto con una carga aplicada, donde el daño de la superficie no ocurre por riscado debido a la penetración de las asperezas o por partículas externas. El desgaste por deslizamiento es uno de los tipos de desgaste que ocurre con más frecuencia en la industria y por esto es estudiado con gran interés por los investigadores. Una de las razones del gran esfuerzo dedicado al estudio del desgaste por deslizamiento es su complejidad, especialmente en lo que se refiere a los múltiples mecanismos involucrados. En el desgaste por deslizamiento están presentes mecanismos de adhesión, formación y crecimiento de grietas sub-superficiales por fatiga y formación de películas superficiales por procesos triboquímicos. También ocurre abrasión por microcorte, surcado o formación de proas. Un esquema mostrando un sistema que sufre este tipo de desgaste es presentado en la siguiente figura.

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Experimentos con diferentes tipos de metales mostraron, que el deslizamiento produce deformación plástica en la superficie y un gradiente de deformación bajo de la superficie desgastada. Variables relacionadas a las condiciones de contacto y otras relacionadas con la microestructura de los materiales deslizantes, influyen en la intensidad de la deformación plástica de las regiones debajo de esta. Durante el desgaste por deslizamiento pueden ocurrir transiciones en la tasa de desgaste influenciadas por la carga, velocidad y distancia de deslizamiento o condiciones ambientales tales como temperatura, humedad, entre otros. Con el aumento de la carga normal ocurre una transición de desgaste moderado para desgaste severo debido a la ruptura de la película de óxido formado durante el desgaste moderado. Arriba de esta transición, el desgaste aumenta linealmente con la carga hasta que ocurre una segunda transición, donde el desgaste cambia de severo para moderado. A causa de esta segunda transición se da la presencia de una nueva película de óxido que se forma para altas temperaturas de contacto y cuya estructura difiere de la estructura del óxido formado en el desgaste moderado. Muchas variables están involucradas en el comportamiento del desgaste por deslizamiento, tales como las variables relacionadas con la geometría del par deslizante y también las variables metalúrgicas, sin excluir las variables externas como las condiciones de carga y las del medio interfasial y circundante. Según Zum Gahr, cada variable tiene una naturaleza diferente en función de la etapa del proceso de deslizamiento. Variables como el trabajo ejercido, la masa de cada cuerpo, las propiedades del material y la temperatura de la interfase, pueden ser consideradas como variables de entrada del tribosistema. Por otro lado, estas pueden ser el resultado final del proceso, esto es, se pueden transformar en variables de salida del tribosistema. Deben ser considerados también efectos como las vibraciones, calor generado, atmósfera y cambios de las propiedades de los materiales. Como resultado final de la fricción y desgaste, hay generación de productos indeseables, como fragmentos de desgaste, ruido, calor y vibraciones.

Modos de desgaste Los efectos o modos de desgaste son muy variados: - Desgaste normal por rozamiento o desgaste de rodaje. Está siempre presente en las superficies en movimiento aún en presencia de lubricante. Produce, si es suficientemente suave, un efecto de pulido durante el rodaje, que no es perjudicial. - Desgaste severo cuando se superan los límites de carga y velocidad para los que componentes y lubricante fueron diseñados y seleccionado respectivamente. 151

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- Picadura, originada por mecanismos de fatiga o corrosión. - Gripado, soldadura momentánea ocasionada por un mecanismo de tipo adhesivo. - El Scoring y el Gouging son distintos grados de rayadura de las superficies ocasionados normalmente por desgaste de tipo abrasivo o adhesivo sin llegar al gripado.

4.5.2. Técnicas de tratamiento superficial Existe una variada gama de tratamientos superficiales para aumentar la dureza, reducir la fricción y el desgaste. Algunos son comúnmente aplicados por los fabricantes de las piezas originales: - Tratamientos Térmicos (Temple, Revenido) - Tratamientos termo-químicos (cementación, nitruración) - Recargues por soldadura de metal duro (estellita)

Otros son aplicados por decisión del usuario con objeto de aumentar la vida y reducir los cambios de piezas sujetas a un desgaste severo. En estos casos se impone hacer un análisis económico para justificar la decisión: por una parte se trata de procesos muy especiales y por tanto caros de aplicar, aunque por otra parte se consiguen mejoras sustanciales en el comportamiento de las piezas, si el tratamiento es el adecuado. No obstante ello los tratamientos avanzados no pueden competir en precio con los tratamientos tradicionales por lo que deben reservarse a los casos en que el costo de sustitución es muy elevado o la pieza es de alta responsabilidad y se pretende conseguir mejoras no alcanzables por medios tradicionales. En este apartado distinguiremos las siguientes técnicas: • Procesos convencionales de Recargue de Materiales: - Proceso Oxi-acetilénico - Soldadura eléctrica manual - Procesos TIG - Arco Sumergido - Soldadura con polvo

152

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

• Procedimientos especiales de aportación: - Thermo-spray - Plasma transferido - Plasma-spray - Cañón de detonación • y los Procesos Avanzados: - Implantación iónica - Recubrimientos PVD - Recubrimientos CVD

Describiremos los más novedosos, sus aplicaciones y limitaciones.

1. RECARGUE DE MATERIALES El recargue supone unir un metal sobre otro ya existente para alcanzar algunos de los siguientes objetivos: a) Para aportar el material desaparecido por desgaste de una pieza. En este caso puede recargarse con el mismo material original de la pieza. b) Para darle mejores propiedades mecánicas que el material base, cuando se desea aumentar la resistencia a la corrosión, abrasión y dureza.

En el recargue se denomina línea de anclaje a la que delimita la separación entre el material base y el material recargado. El grado de adherencia de esta línea de anclaje define la calidad del trabajo realizado. Para lograr una buena adherencia en la línea de anclaje es necesario lograr una cierta dilución entre el material aportado y el material base. La dilución alcanzada depende del procedimiento de recargue y varía desde valores máximos en la soldadura eléctrica hasta valores prácticamente nulos en el recargue por cañón de detonación. Otros aspectos importantes a considerar en el recargue son: - el espesor de la capa a recargar - la dilución, antes comentada - la distorsión provocada en la pieza

153

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

los cuales nos orientará sobre el procedimiento más adecuado en cada caso.

1.1 Proceso oxiacetilénico: Para el recargue se utilizan varillas de aleaciones de Estellite (base cobalto). No presenta dificultades de dilución con el metal base. Se aplica fundamentalmente para casquillos de bombas y piezas de válvulas.

1.2 Soldadura eléctrica manual: Se utilizan electrodos de diversas calidades. Debido a la penetración del arco eléctrico, se produce una fuerte dilución con el material base, por lo que tiene escasa aplicación (sólo para reparaciones in situ).

1.3 Proceso TIG: En la soldadura con arco en atmósfera de argón (TIG) se utilizan varillas, igual que para el proceso oxiacetilénico. Al hacerse en atmósfera inerte se consigue un buen anclaje y la dilución no es excesiva.

1.4 Arco sumergido: Es un procedimiento adecuado para recargue de grandes superficies y varias pasadas de cordones de soldadura; su costo es elevado. Es normal la aparición de poros sobre la superficie y la dilución con el material base es muy fuerte.

1.5 Soldadura con Polvo: Se aplican con pistola oxiacetilénica. Los polvos son especiales para baja temperatura. Se aplican en los moldes utilizados en la industria del cristal.

2. PROCEDIMIENTOS ESPECIALES DE APORTACIÓN 2.1 THERMO SPRAY Se aportan polvos que son fundidos y proyectados sobre la pieza, previamente calentada de manera uniforme. Para ello se utiliza una pistola que controla el caudal de oxígeno y acetileno, así como la presión. El polvo se encuentra en un depósito desde el 154

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

que se envía a la pistola automáticamente. El enfriamiento se hace con control de temperatura en horno eléctrico. Se utilizan aleaciones base cobalto y base níquel, para dar resistencia química y/o al desgaste. No se produce dilución entre el material base y el aportado. El espesor máximo de recargue no debe sobrepasar 2,4 mm, para evitar la formación de grietas. La distorsión que produce es pequeña pues aunque el calor es alto sin embargo es uniforme. Se aplica fundamentalmente en camisas de bombas, casquillos, aros de roce de rodetes y carcasas y, en general, en piezas de la industria petroquímica para aumentar la resistencia a la corrosión.

2.2 PLASMA TRANSFERIDO El recargue por plasma arco transferido (PTA) es una combinación de la soldadura eléctrica y oxiacetilénica donde se obtiene energía térmica a partir de energía eléctrica, con un alto rendimiento. En la figura 86 se pueden observar los elementos que intervienen: Un gas inerte pasa a través de su boquilla hasta la zona de ionización donde se ioniza al estar alimentado el electrodo por un generador de alta frecuencia, obteniéndose el gas en estado de plasma, mucho mejor conductor, lo que hace posible alcanzar puntualmente muy altas temperaturas. El material de recargue en polvo se inyecta por su boquilla en la zona del arco piloto fundiéndose sobre la superficie de la pieza y creando un baño de soldadura. Al mismo tiempo, durante el proceso de recargue se dispone de una capa gaseosa de protección que pasa a través de la zona externa al electrodo. Se consigue un recargue totalmente exento de porosidad, baja dilución con el material base (4% para la primera pasada), dureza y demás características constantes debido a la baja dilución y automatización del proceso. En definitiva un recargue de alta calidad que permite tratar grandes superficies, con espesores de material de 6 a 8 mm. y baja distorsión, debido al calor no excesivo. Se utilizan aleaciones base níquel, cobalto, inconel, hastelloy, etc.

Figura 86

155

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Se utiliza fundamentalmente para recargue de piezas en industrias químicas, petroquímica y nuclear.

2.3 PLASMA SPRAY En este caso el plasma se produce en la propia boquilla de proyección. El gas de ionización se inyecta por el lateral del electrodo, ionizándose al pasar por el electrodo, obteniéndose temperaturas entre 9.000 y 20.000 ºC con una velocidad de entre 400 y 820 m/s. El dosificador de polvo utiliza gas inerte a alta presión para enviar el polvo por su boquilla a la zona de máxima temperatura donde se funde instantáneamente y es proyectado a gran velocidad sobre la pieza a recargar. Esta se mantiene entre 100 y 150º durante el proceso, por lo que se obtiene un recargue en frío, de muy alta calidad. Se consiguen altas densidades y compactación debido a la velocidad de proyección, con lo cual la porosidad es muy baja (2%). Utilizando polvos muy finos es posible evitar el posterior rectificado en algunos casos. Se pueden proyectar materiales de muy alto punto de fusión como cerámicas (óxido de circonio, alúmina, bióxido de titanio, óxido de cromo), carburo de Tungsteno, carburo de titanio y de cromo. Se pueden dar espesores de hasta 0,5 mm. y la dilución es nula al hacerse a baja temperatura, al mismo tiempo que no se produce distorsión sobre la pieza. Adherencia: 40 Pa.

Figura 87

156

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

2.4 CAÑÓN DE DETONACIÓN El polvo entra en la cámara de combustión por su extremo inicial. Dentro de la cámara se forma una mezcla explosiva de acetileno, oxígeno y nitrógeno. La detonación se produce al saltar una chispa dentro de la cámara de combustión por la bujía. El polvo junto con la mezcla explosiva es lanzado a gran velocidad (1.400 m/s) y temperatura de llama muy fría (2800ºC), por el tubo del cañón al exterior, sobre la pieza que se mantiene a baja temperatura. La aportación resulta ser de gran calidad: muy baja porosidad (10-3 mbar) o incluso presión atmosférica. Requieren temperaturas altas (400-1000ºC) y se obtienen capas de 10 micras a 0,1 mm.

Figura 92

Un caso típico es el de la deposición de Ti, introduciendo en el reactor Cl4Ti y H2. La superficie a recubrir tiene que estar a una temperatura suficiente para que se produzca la reacción:

𝐶𝑙4 𝑇𝑖 + 2𝐻2 → 4𝐶𝑙𝐻 + 𝑇𝑖

El ClH producido debe ser extraído del reactor para que no se detenga la reacción. Se inducen procesos de reacción muy activos que sueldan el recubrimiento al sustrato, incrementándose su adherencia. Requieren un rectificado posterior. Se adaptan con gran perfección a las formas y aristas de la superficie a recubrir. Su principal 162

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

desventaja, además de la complejidad de los procesos, son las altas temperaturas necesarias. Se usa para recargue tanto de metales como cerámicas en los campos de la microelectrónica y herramientas. Actualmente se está aplicando más el plasma-CVD. A diferencia del CVD térmico, en el plasma-CVD se sustituyen las elevadas temperaturas por descargas eléctricas con el mismo fin de facilitar la reacción, rompiendo las moléculas de los gases.

4.5.3. Selección de tratamientos Como resumen de lo expuesto hasta aquí, vamos a tratar de recopilar las características, ventajas e inconvenientes de los distintos métodos. La decisión del tratamiento a aplicar debe contemplar todos los aspectos técnicos: temperatura de aplicación, necesidad de tratamientos previos o posteriores, cambios en dimensiones o en acabado superficial, en definitiva, las dificultades de aplicación y los riesgos de las mismas. También es importante el aspecto económico ya apuntado antes en la introducción. En este sentido, la rentabilidad económica debe contemplar aspectos que, en la práctica, se suelen olvidar: a) El gasto en herramientas, que suele ser un costo asumido por muchas empresas como inevitable. b) Los tratamientos avanzados suelen ser más costosos que los tradicionales, pero sus ventajas son también superiores. c) Es imprescindible establecer un seguimiento, tanto técnico como económico sistemáticos, que contemple todos los aspectos involucrados.

En la tabla 30 se presenta las características y propiedades de la estellita utilizada para recargues duros. En la tabla 31 se presenta un resumen de las características de los procedimientos de recargue estudiados. En la tabla 32 se presentan las ventajas, inconvenientes y aplicabilidad de los procedimientos avanzados.

163

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

TABLA 30: PROPIEDADES DE LA ESTELLITA

ALEACIONES DE ESTELITA GRADO 1 Composición Química: Carbono

Manganeso

Silicio

Cromo

Wolframio

Hierro

Cobalto

1,7-2,2 %

0,5 máx.

0,8-1,5 %

23-26 %

11-13 %

2 % máx.

Resto

Dureza: 50-56 Rc. Propiedades físicas: Resistencia a la CORROSIÓN

Resistencia a la ABRASIÓN

Resistencia al IMPACTO

Resistencia a la TEMPERATURA

Excelente

Muy buena

Media

Excelente

ALEACIONES DE ESTELITA GRADO 6 Composición Química: Carbono

Manganeso

Silicio

Cromo

Wolframio

Hierro

Cobalto

0,9-1,6 %

0,5 máx.

0,8-1,5 %

26-29 %

4-6 %

2 % máx.

Resto

Dureza: 40-49 Rc. Propiedades físicas: Resistencia a la CORROSIÓN

Resistencia a la ABRASIÓN

Resistencia al IMPACTO

Resistencia a la TEMPERATURA

Excelente

Buena

Muy buena

Excelente

164

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

TABLA 31: CARACTERÍSTICAS DE LOS PROCEDIMIENTOS DE RECARGUE

ESPESOR DEL RECARGUE (m/m)

DILUCIÓN

CALOR SOBRE LA PIEZA

DISTORCIÓN DE LA PIEZA

1,6-4,8

Hasta 5%

Alto y local

Alto

6,6

10-25%

Alto y local

Alto

1,6-4,8

Hasta 10%

Medio

Medio

ARCO SUMERGIDO

6,6

15-35%

Bajo

Bajo

SOLDADURA CON POLVO

1,6-4,8

Hasta 5%

Alto y local

Alto

THERMO-SPRAY

0,8-2,4

Ninguna

Alto uniforme

Bajo

PLASMA TRANSFERIDO

Hasta 8

Hasta 4%

Medio

Medio

PLASMA-SPRAY

Hasta 0,5

Ninguna

Muy bajo

Ninguna

CAÑÓN DE DETONACIÓN

Hasta 0,3

Ninguna

Muy bajo

Ninguna

PROCESO OXI-ACETILÉNICO ELÉCTRICA MANUAL PROCESO TIG

165

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

TABLA 32: PROPIEDADES DE LOS PROCEDIMIENTOS AVANZADOS IMPLANTACIÓN IÓNICA Temperatura de proceso baja (300ºC)

La temperatura del tratamiento puede afectar a aceros revenidos a baja temperatura

Temperatura del proceso alcanza 1000ºC. Puede causar deformaciones

Capa implantada no muy profunda (1.000 Hz).

𝑎=

𝑑2 𝑋 = −𝜔2 𝑥 𝑠𝑒𝑛 𝜔𝑡 = 𝜔2 𝑥 𝑠𝑒𝑛 (𝜔𝑡 + 𝜋) 𝑑𝑡 2

que se expresa en μ /s2 (micras por segundo al cuadrado ) ó en mils/s2 (milésima de pulgada por segundo al cuadrado). Cada una de estas tres magnitudes se pueden expresar como: (P) Valor Pico (P-P) Valor Pico a Pico = 2 P

RMS = Valor eficaz =

AVG = valor medio =

t

1 T 1 T

x 2 t dt = 0,707 P 0 t

xdt = 0,637 P 0

287

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

• Otros parámetros relacionados con la vibración: - Fuerza centrífuga: (De una masa m en rotación excéntrica) m: masa rotor Fcf = m r ω2

r : distancia del CDG al C.D. Rotación ω: velocidad angular

- Fase vibratoria: Concepto fundamental para el análisis de vibraciones. Es el adelanto o retraso (desfase) de una onda vibratoria respecto a otra de igual período. La figura 124 muestra un desfase de 180º en las ondas vibratorias generadas por dos discos, con el mismo período y frecuencia:

Figura 124.- Discos solidarios desfasados 180°

- Factor de amortiguación: Capacidad interna que tiene todo sistema mecánico para disipar la energía vibratoria. Factor a tener en cuenta pues afecta a los valores de amplitud de vibración y su transmisión a los sensores de los aparatos medidores.

288

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.9.2. Instrumentos de medida de vibración - Transductores: Es el elemento sensor que transforma la vibración mecánica en una señal eléctrica analógica para ser procesada, medida y analizada. • Transductor de desplazamiento: Corriente de fugas. Se usan para bajas frecuencias (< 10 Hz) en cojinetes de fricción de turbomaquinaria, para monitorizado en continuo. Permite establecer niveles de alarma que avisan cuando se alcanzan determinados valores inadmisibles, actuando incluso sobre la máquina parándola en caso de riesgo importante. Emiten una señal analógica proporcional a la amplitud del desplazamiento pero en realidad están midiendo la corriente de fugas generada por variación de la holgura entre sensor y eje. • Transductor de velocidad: Sísmico ( imán permanente en el centro de una bobina de cobre). Cuando la carcasa vibra, vibra igualmente el imán induciendo una tensión proporcional a la velocidad del movimiento (Ley de Faraday). Rango de medidas 10 a 1000 Hz. Dimensiones relativamente grandes. •Transductor de aceleración: Piezoeléctricos. Genera una tensión proporcional a la aceleración, por presión sobre un cristal piezoeléctrico. Puede captar con precisión señales entre 1 Hz y 15.000 Hz, por lo que son apropiados para tomar datos de vibración a alta frecuencia (>1000 Hz).

TRANSDUCTORES

Figura 125 Transductor de desplazamiento tipo “eddy probe”

289

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Figura 127.- Transductor piezoeléctrico

Figura 126.- Transductor sísmico de velocidad

Tanto uno como otros pueden ser instalados en instrumentos de medida de vibraciones que podemos clasificar del siguiente modo: a) Atendiendo a la capacidad de análisis del instrumento: • Vibrómetros de valor global • Analizadores de frecuencia b) Atendiendo a las características de uso: • Aparatos portátiles, para medidas puntuales en campo • Sistemas fijos, para monitorizado en continuo. - Los vibrómetros son instrumentos que reciben la señal eléctrica de un transductor y la procesan (filtrado, integración) para obtener el valor del nivel global de vibración. Son fáciles de manejar, de poco peso y costo asequible. - Analizadores de frecuencia, pueden convertir una muestra de señal en el dominio de tiempo en una señal espectral o dominio de la frecuencia. Esta es la representación más útil para el analista pues mientras la frecuencia (eje horizontal) identifica el tipo de problema, su amplitud (eje vertical) nos da la severidad del mismo. Conocido comúnmente como FFT (Fast Fourier Transformed) 290

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Figura 128.- Vibrómetros

Figura 129.- FFT 291

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4.9.3. Establecimiento vibraciones

de

un

programa

de

medidas

de

La medida del nivel vibratorio de una máquina persigue conseguir los datos necesarios para analizar, con tiempo suficiente, un problema cuando su estado es incipiente, de forma que nos permita tomar medidas correctoras antes de que el deterioro sea mayor y de peores consecuencias. El análisis de vibraciones consta de dos etapas bien diferenciadas. La primera es la adquisición de datos y la segunda es la interpretación de los mismos para hacer diagnósticos de fallos. La adquisición de datos supone dar la siguiente serie de pasos, en cada una de las máquinas a controlar: 1.- Determinar las características de diseño y funcionamiento de la máquina que están directamente relacionadas con la magnitud de las vibraciones como son: -velocidad de rotación -tipo de rodamientos y posición -datos de engranajes (número de dientes, velocidad) -posible presencia de cojinetes de fricción 2.- Seleccionar los parámetros de medición (desplazamiento, velocidad o aceleración) dependiendo de la frecuencia del elemento rotativo. Ello determina el transductor que es preciso utilizar, como hemos indicado antes. 3.- Determinar la posición y dirección de las medidas. Se tomará generalmente en rodamientos o puntos donde sea más probable que se transmitan las fuerzas vibratorias. En la figura se indican las tres direcciones del espacio en que se deben tomar medidas en un rodamiento.

Figura 130.- Sentido de toma de datos en un soporte

292

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.- Seleccionar el instrumento de medición y transductores. 5.- Determinar los datos requeridos, según el propósito de la medida. El propósito de la medida puede ser: -medidas de rutina, para vigilancia del estado y creación de una base de datos histórica para conocer el valor habitual en condiciones normales. -medidas antes y después de una reparación, para análisis y diagnóstico de problemas. y los datos obtenidos pueden ser: -magnitud total, para determinar el estado general -espectro amplitud-frecuencia, para diagnóstico de problemas 6.- Toma de datos. Es importante asegurar la calidad en la toma de datos pues de ello va a depender, en gran manera, los resultados del análisis efectuado. Para ello debe establecerse sin ambigüedades y de forma metódica: a) los lugares de la toma de datos, que serán siempre los mismos. El transductor debe mantenerse unido de forma firme para garantizar la exactitud de la medida. b) la secuencia y sentido de las medidas, para que las mismas sean comparables con medidas anteriores y con máquinas similares.

Figura 131.- Puntos de toma de datos en motor y bomba 293

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.9.4. Diagnóstico de problemas por análisis de vibraciones El paso siguiente, una vez que hemos obtenido los datos, es el diagnóstico que consiste en identificar la causa del problema que nos permitirá decidir la solución más apropiada y el momento oportuno de la reparación, para optimizar el coste. Generalmente la máxima vibración aparece en los puntos donde se localiza el problema, aunque muchas veces la vibración se transmite a otros puntos de la máquina aunque en ellos no se encuentre el problema y ello puede desorientar al analista. El análisis del espectro amplitud-frecuencia puede indicar el tipo de defecto existente, pero muy pocas veces aparecen problemas únicos y por tanto, espectros donde se refleje un defecto claramente. La experiencia y conocimientos de la máquina son fundamentales a la hora de identificar la causa que produce una vibración elevada. A continuación se estudian los problemas más comunes que se pueden identificar analizando el espectro de las máquinas rotativas: • desequilibrio de rotores • desalineación de ejes • holguras • fallos en rodamientos • defectos en engranajes pueden ser diagnosticados por el análisis de las vibraciones que generan.

-Desequilibrio dinámico de Rotores Problema muy común que se presenta cuando el centro de masa no coincide con el eje de rotación. Puede deberse a las siguientes causas: • Montaje deficiente de los elementos del rotor • Asimetrías en montaje de álabes, palas y hélices • Desgaste del rotor o sus partes • Desprendimiento de elementos del rotor • Especificaciones de equilibrado incorrectas o inexistentes Su espectro en frecuencia se caracteriza por los siguientes síntomas: • Picos de gran amplitud a 1 x rpm de giro en dirección radial • Escaso nivel de vibración a 1 x rpm de giro en dirección axial • Armónicos de la frecuencia de giro del rotor de baja amplitud • Forma de onda senoidal a 1 x rpm.

294

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Figura 132.- Espectro de velocidad de un problema de desequilibrio

Para conocer la cantidad de desequilibrio hay que encontrar la amplitud de la vibración en la frecuencia igual a 1 x rpm. La amplitud es proporcional a la cantidad de desequilibrio. Normalmente, la amplitud de vibración es mayor en sentido radial (horizontal y vertical) en las máquinas con ejes horizontales, aunque la forma de la gráfica sea igual en los tres sentidos. Como se ha dicho antes, para analizar datos de vibraciones son tan importantes la experiencia y el conocimiento de la máquina como los datos tomados en ella. Cuando aparece un pico en frecuencia igual a 1 x rpm el desequilibrio no es la única causa posible, pues la desalineación también puede producir picos a esta frecuencia. Al aparecer vibraciones en esta frecuencia existen otras causas posibles como los engranajes o poleas excéntricas, falta de alineamiento o eje torcido si hay alta vibración axial, bandas en mal estado (si coincide con sus rpm.), resonancia o problemas eléctricos; en estos casos además del pico a frecuencia de 1 x rpm. habrá vibraciones en otras frecuencias. En general, si existen armónicos de gran amplitud de la velocidad de giro del rotor, puede deducirse la existencia de otros defectos mecánicos adicionales.

-Desalineación Se presenta cuando las líneas centrales de dos ejes acoplados no son coincidentes (paralelismo), o bien cuando forman un cierto ángulo. Se distinguen, pues, los siguientes tipos de desalineación: - Desalineación radial u offset 295

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

- Desalineación angular - Desalineación compuesta (offset + angular) - Otras desalineaciones (rodamientos y poleas) Las características espectrales de la desalineación son: Grandes picos de amplitud a 1 x rpm y 2 x rpm de giro, dirección axial Grandes niveles de vibración a 1 x rpm y 2 x rpm de giro, en dirección radial Bajas amplitudes en los picos de armónicos 3 x rpm de giro y sucesivos Forma de onda temporal repetitiva y sin impactos.

La desalineación paralela produce fuertes componentes radiales a 1 x rpm y 2 x rpm de giro. La desalineación angular produce un fuerte pico a 1 x rpm en dirección axial. Casi nunca se dan los diferentes tipos de desalineación por separado.

Un ejemplo del espectro de este problema se indica en la siguiente figura:

Figura 133.- Espectro de velocidad de un problema de mala alineación

296

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

-Holguras Pueden ser de dos tipos: Holguras estructurales Fijaciones a la base inexistentes o deterioradas Alojamientos agrietados o partidos Falta de apriete en sombreretes de cojinetes Soportes de cojinetes defectuosos. Holguras en elementos rotativos Álabes de rodete Palas de ventilador Rodamientos y cojinetes Acoplamientos A la hora del diagnóstico, ambos tipos de holguras tienen los mismos síntomas Gran número de armónicos de la velocidad de giro en el gráfico espectral Naturaleza direccional de la vibración (grandes diferencias en sentido V-H) En algunos casos, pueden aparecer entre dos picos síncronos, otros a 1/2 y 1/3 de armónico. Ocasionalmente aparecen subarmónicos Forma de onda errática, sin un patrón claro de repetición

Figura 134.- Desgaste cojinetes

297

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-Fallos en Rodamientos Son causas comunes de deterioro en rodamientos las siguientes: - daños producidos por inadecuado montaje - lubricación excesiva o inadecuada - mala selección del rodamiento - vibración excesiva - ajuste o tolerancia inadecuada Las características espectrales típicas son: - Existencia de picos armónicos no síncronos - Espectro con bandas laterales a frecuencia del eje de giro (1 x rpm) - Puede desarrollarse una banda ancha de energía en la base del espectro - La onda en el tiempo presenta impactos (medidos en G´S)

En la figura siguiente se puede obtener el espectro de un rodamiento de bolas defectuoso:

Figura 135.- Rodamiento defectuoso

Frecuencias fundamentales características del deterioro de un rodamiento: - BPFO Frecuencia de la pista exterior

298

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- BPFI

Frecuencia de la pista interior

- BSF

Frecuencia de bola

- FTF

Frecuencia fundamental de tren (jaula)

Fórmulas para el cálculo de estas frecuencias: FTF = (f/2) x (1-(Bd/Pd) x cosα)

BPFI = (Nb/2) x f x (1+(Bd/Pd) x cosα) BPFO = (Nb/2) x f x (1-(Bd/Pd) x cosα) BSF = (Pd/2Bd) x f x (1-(Bd/Pd)2 x (cosα)2)

Donde

Bd: Diámetro de la bola o rodillo Pd: Diámetro Primitivo Nb: Nº de bolas o rodillos α : Angulo de contacto f: Velocidad del eje en rev/s

Si no se conocen las dimensiones del rodamiento, usar las siguientes fórmulas aproximadas: BPFO = 0,4 x Nb x rpm BPFI = 0,6 x Nb x rpm Los valores FTF, BSF, BPFO y BPFI representan las frecuencias de fallo características. La existencia de picos en las frecuencias indicadas son señales de deterioro en los elementos correspondientes.

-Cojinetes Planos Si la frecuencia fundamental coincide con la de rotación del eje es indicio de una excentricidad o ajuste incorrecto del mismo.

299

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Si la frecuencia de vibración es alrededor del 50% de la de rotación, denota una autoexcitación causada por la película de aceite. En ese caso el eje no desliza uniformemente sobre la película de aceite sino que oscila sobre la superficie fluida. Es debido a variaciones de temperatura y viscosidad del aceite. Cuando la frecuencia de vibración es doble que la de rotación es síntoma de cojinete o acoplamiento incorrectamente ajustados.

-Fallos en engranajes La mayoría de los espectros de vibración en cajas de engranajes presentan un pico característico, independientemente de que los engranajes tengan o no algún defecto, debido a la gran cantidad de energía transmitida. Los picos de engrane (Gearmesh Frecuency) se producen a una frecuencia igual a la velocidad de giro multiplicada por el número de dientes:

GMF = N° de dientes x velocidad del engranaje

La amplitud de estos picos será mayor o menor dependiendo de la carga. Las bandas laterales de la frecuencia de engrane aparecen y crecen conforme la caja se deteriora. En la figura siguiente se representa el espectro típico de un engranaje defectuoso:

Figura 136.- Fallos en engranajes 300

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-Bombas Centrífugas y Ventiladores Por su propia constitución y forma de trabajo dan lugar a un par pulsante cuya frecuencia es el producto del número de álabes por la velocidad de giro del eje. Esta frecuencia se llama frecuencia de paso de álabe y está causada por el propio campo de presión que se forma en el interior de las máquinas.

-Problemas eléctricos La aparición de armónicos a 100 Hz (2 veces la frecuencia de red) son indicativos de fallo mecánico o eléctrico en el motor. La vibración es creada por fuerzas desiguales que pueden ser causadas por la forma interna de elemento. Es complicado reconocer gráficamente este problema, ya que no tiene características que indiquen de forma sencilla que esta es la causa de vibración. El espectro puede llevar a errores por ser similar a la del desequilibrio, solo que aquí al desconectar la corriente el problema desaparecerá. Se detectarán picos mayores a distancias iguales a cuatro veces la velocidad de giro si los polos son cuatro, distinguiendo la vibración separada una frecuencia coincidente con la velocidad de giro. En la figura se ve el espectro que da este tipo de problema.

Figura 137.- Problemas eléctricos

La tabla siguiente resume todo lo indicado hasta aquí y puede servir de guía para el diagnóstico: 301

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

302

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

4.9.5. Valores límites admisibles Existen varias normas tanto nacionales como internacionales. Las propias compañías establecen sus límites, en función de su experiencia, según tipo de máquina e instalación. La norma ISO 2372 tiene las siguientes características más relevantes: • Aplicables a equipos rotativos en el rango 600 - 12.000 rpm • Parámetros para su aplicación: Nivel global de vibración en velocidad, valor eficaz RMS, entre 10 y 1000 Hz. • Distingue varias clases de equipos: Clase I. Equipos pequeños hasta 15 KW Clase II. Equipos medios de 15-75 KW. o hasta 300 KW con cimentación especial. Clase III. Equipos grandes >75 KW con cimentación rígida o > 300 KW con cimentación especial. Clase IV. Turbomaquinaria (equipos con RPM > Velocidad crítica). Para conocer si un determinado nivel de vibraciones en una máquina concreta es admisible o no, se aplica la tabla siguiente:

303

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Otras normas sobre vibraciones en máquinas: ISO 2041 Vocabulario ISO 2372 Vibraciones de Máquinas con velocidades de operación de 10 a 200 rev./s ISO 2373 Vibraciones de Maquinaria eléctrica con eje entre 80 y 400 m/m ISO 2954 Vibraciones de Maquinaria Rotativa y Alternativas (Instrumentos) ISO 3945 Vibraciones en grandes máquinas con velocidad entre 10 y 200 rev/s. ANSI 52.17-1980 Técnicas de Medida de Vibraciones en Maquinaria.

4.9.6. Monitorización de equipos -El seguimiento del nivel de vibraciones y, por tanto, del estado de la maquinaria se puede hacer con instrumentos portátiles o en continuo. En el primer caso se toman lecturas periódicas a la maquinaria a controlar, siempre en los mismos puntos. Posteriormente se analizan los datos tomados. Existen instrumentos registradores que, previamente definida la ruta y los puntos de medida, pueden volcar las medidas efectuadas directamente en la memoria de programas que ayudan al diagnóstico o simplemente alertar cuando se superan los límites preestablecidos. Se evitan así errores de transcripción. -El monitorizado en continuo se emplea cuando el fallo en la máquina puede aparecer de manera repentina o bien cuando las consecuencias del fallo son inaceptables (turbogeneradores y turbo maquinaria en general, que son máquinas únicas, costosas y críticas para el proceso). -Para establecer un plan de monitorizado continuo hay que dar los siguientes pasos: 1) Seleccionar las máquinas a monitorizar 2) Seleccionar el tipo de monitorización requerida 3) Formar al técnico que dirija el programa y seleccione la instrumentación apropiada. 4) Determinar la condición normal, niveles de alarma y de disparo para cada máquina seleccionada. 304

MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

La mayor parte de plantas de proceso y fabricación emplean una variedad de complejos sistemas de procesos mecánicos continuos que deben ser incluidos en el programa de mantenimiento predictivo. En esta clasificación se pueden incluir: máquinas de papel, laminadoras, líneas de envasado, prensas de estampación, líneas de teñido y muchas más. Estos sistemas pueden estructurarse, monitorizarse y analizarse de la misma manera que una simple máquina (bomba, ventilador, etc.). La obtención de los datos iniciales requiere un esfuerzo mayor, pero se aplican los mismos principios. Cada sistema deberá ser evaluado para determinar el eje común que componga el conjunto de máquina total. Usando el dato del eje común se evalúa cada eje para determinar el propio movimiento mecánico y las fuerzas dinámicas que genera, la dirección de cada fuerza y los modos de fallo anticipados. Entonces, esta información puede ser utilizada para determinar la localización de los puntos de medición y las bandas estrechas requeridas para monitorizar las condiciones de funcionamiento de la máquina. La selección de las bandas estrechas dependerá de las dinámicas operativas de cada máquina. Deberán usarse los mismos métodos que los usados en máquinas simples. Se debe recordar el tratar cada eje como una unidad básica para el establecimiento de bandas estrechas.

4.10.

Planificación de tareas

4.10.1. Introducción La planificación es un problema siempre presente para el servicio de mantención. Una técnica muy útil es el PERT (Program Evaluation and Review Technique), desarrollada en Estados Unidos en los años 50 para el desarrollo del proyecto del submarino nuclear POLARIS. El método PERT es, sin duda, el más utilizado en la teoría de redes, hasta el punto de dar su nombre a toda la teoría de grafos. La técnica considera 3 partes: planificación de tiempos planificación de cargas planificación de costos

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4.10.2. Planificación de tiempos En primer lugar definimos la red PERT, que está constituida de los siguientes elementos: 1. Tareas Corresponde a la lista de acciones necesarias para completar una operación, realizadas en un cierto orden. Las tareas usualmente se designan con letras. 2. Tareas predecesoras Corresponde a las tareas a realizar antes 3. Etapas Corresponde al fin de una tarea y el comienzo de otra(s).

Figura 138.- Ejemplo de red Pert

Según figura 138, la etapa 2 se cumple al finalizar la tarea B y el comienzo de las tareas C y D.

Figura 139.- Ejemplo de red Pert

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Según figura 139, la tarea ficticia C, no toma tiempo, y une la etapa 3 a la etapa 4; la etapa 3 debe ser alcanzada antes de la etapa 4. La figura 140 representa la red Pert de la lista de tareas de tabla 48 Las tareas a realizar primero son aquellas que no tienen predecesoras, en este caso B y D (etapa 0); cuando son completadas, se encuentra que hay otras tareas que ya no tienen antecedentes y pueden ser comenzadas, y así hasta que todas las tareas han sido completadas.

Tabla 48.- Ejemplo Pert

Figura 140.- Ejemplo de red Pert

Ejemplo: Se tiene un proyecto donde, 1. la actividad C puede empezar inmediatamente después de que se hayan completado A y B, 2. La actividad E puede empezar inmediatamente después de haber completado solo B.

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La figura 141 muestra una representación incorrecta de la red pues la regla 2 es violada. E requeriría que A y B sean completadas para empezar. La forma correcta se muestra en figura 142.

Figura 141.- Red incorrecta

Figura 142.- Red correcta

4. Matriz de predecesoras El ejemplo anterior es deliberadamente sencillo. Para casos reales (desarrollados manualmente) se usa la matriz de tareas predecesoras.

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Se trata de una matriz cuadrada cuyas filas y columnas están tituladas con los identificadores de las tareas; si la tarea j debe ser completada antes de comenzar la tarea i, la celda (i, j) de la matriz toma un valor unitario. Para ilustrar el uso, tómense los datos de tabla 49. La matriz se muestra en la tabla 51. Gracias a ella se facilita el dibujo de la red Pert (figura 143).

Tabla 49.- Lista de tareas

Tabla 50.- Tabla Captación

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Tabla 51.- Matriz de anterioridad

Figura 143.- Red Pert

5. Camino crítico Es el camino de mayor duración a través de la red y que impone la restricción más severa: cualquier demora en las tareas incluidas en el camino critico demorará el termino del proyecto. En el ejemplo de la figura 143, el camino crítico es H → F → I → B, con un tiempo de 13 días; este es el tiempo mínimo para completar el proyecto. Conociendo el camino crítico podemos saber cuándo es lo más pronto y lo más tarde que una etapa debe comenzar para terminar el proyecto en tiempo mínimo. Obviamente, para las etapas envueltas en el camino crítico estos dos instantes son iguales. La diferencia entre ambos tiempos es la holgura para realizar el trabajo una vez que la etapa está lista para empezar.

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4.10.3. Planificación de cargas El método Pert permite determinar también la mano de obra necesaria para cada etapa; ello la convierte en una herramienta invaluable en la planificación de la mantención. El uso del método Pert ayuda a decidir el orden en que las tareas deben ser realizadas. Tómese el ejemplo de tabla 52. La carta Gantt se muestra en gráfico 7 y las cargas vs el tiempo en figura 145. En el instante 3, la carga es máxima y se requiere de 6 personas, dado que en t = 3 se ejecutan las tareas E (crítica),F (sin holgura) y C (con holgura), conviene realizar C en t = 1 o t = 2 y con ello reducir el personal necesario para el proyecto a 5 personas.

Tabla 52.- Lista de tareas

Figura 144.- Diagrama Pert

Gráfico 7.- Carta Gantt

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Figura 145.- Distribución de cargas en el tiempo

1. Aspectos probabilísticos Una preocupación principal de todo jefe de proyecto es respetar el programa. Sin embargo, siempre existen imponderables que implican que la duración de las tareas sea aleatoria. Dado que el número de variables que pueden afectar a un proyecto es usualmente grande, es razonable asumir distribuciones normales para la duración de las tareas. Requerimos entonces de estimación para la duración media T y la desviación standard σ. Para simplificar el análisis, para cada tarea podemos estimar: 1. un tiempo optimista To 2. un tiempo realista Tr 3. un tiempo pesimista Tp y gracias a una regla propuesta por Bata se puede estimar que:

𝑇=

𝑇𝑜 + 4𝑇𝑟 + 𝑇𝑝 6

𝜎=

𝑇𝑝 − 𝑇𝑜 6

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Las tareas que determinan el tiempo para completar el proyecto son aquellas que están en la ruta crítica. Si los parámetros para dichas tareas se denotan Ti , σi entonces, para el proyecto:

𝑇=

𝑇𝑖

𝜎2 =

𝜎𝑖2

Conociendo estos valores y consultando la tabla de la distribución normal se puede estimar la probabilidad de que el proyecto no demore más de cierto tiempo, con una cierta probabilidad. En la red Pert de figura 146, se han anotado los tiempos optimistas, realistas y pesimistas para cada tarea. Se desea calcular el tiempo esperado y la desviación standard. Según el cálculo de la tabla 53, la ruta crítica es B-C-E con duración esperada y varianza:

𝑇 = 4,33 + 4,50 + 3,00 = 11,83 𝜎 2 = 1,00 + 0,694 + 0,444 = 2,138 𝜎 = 1,462

La probabilidad de que el proyecto termine en 13 días se calcula:

𝑍=

13 − 11,83 = 0,800 1,462

Consultado la tabla de distribución normal, la probabilidad es 0,788.

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Tabla 53.- Tiempos esperados

Figura 146.- Red Pert

Según lo anterior, no es apropiado establecer fechas de terminación concretas de un proyecto. Deben proponerse diferentes fechas c/u con una cierta probabilidad de cumplimiento. Desde el punto de vista administrativo es mucho mejor reconocer la falta de certeza de las fechas de terminación que forzar el problema a una cierta duración especifica.

4.10.4. Planificación de costos Este método también se conoce como CPM (Critical Path Method).Es usual que al reducir el tiempo para completar un proyecto existan beneficios (por ejemplo, mayor producción), cuyo valor puede ser estimado.

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Para decidir qué acciones tomar, es necesario estudiar la relación entre reducir la duración del proyecto y los beneficios que ello pueda ocasionar. Para reducir el tiempo hay dos extremos: • programa crash: reducir el tiempo al mínimo posible, lo que incrementa los costos de intervención • programa normal: estimar costos con duraciones nominales para las tareas, a un costo normal. El gradiente de costos de cada tarea puede ser aproximado por:

𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑟𝑎𝑠𝑕 − 𝑐𝑜𝑠𝑡𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑛𝑜𝑟𝑚𝑎𝑙 − 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑚í𝑛𝑖𝑚𝑜

Las medidas a realizar es reducir el tiempo de las tareas ubicadas en la ruta crítica, entre estas, empezar con aquellas que tienen el menor gradiente de costos (las menos sensibles al tiempo). Sin embargo, es posible que la ruta crítica cambie sus tareas componentes y es necesario hacer un reanálisis. Podríamos evaluar entonces la probabilidad de que cierta actividad caiga en la ruta crítica. Todas las posibilidades pueden ser evaluadas como un problema de optimización de programación lineal. En la tabla 54 se muestran tiempos y costos normales y limites para el proyecto mostrado en figura 147. Calcule costo y duración normal, y la forma más económica de reducir el tiempo en un día.

Tabla 54.- Análisis de costos

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Figura 147.- Red Pert

Según los datos, el tiempo normal es de 7 días y el costo de 330. Para reducir el proyecto a 6 días se puede acortar alternativamente las tareas A o E. Acortar la tarea A en un día cuesta

80 − 40 = 20 2 y 130 − 80 = 25 2

para la tarea E. Por lo tanto es más barato acortar la tarea A.

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5. EL FUTURO DEL MANTENIMIENTO 5.1. Introducción En la última década, las estrictas normas de calidad certificada que se deben cumplir, así como la intensa presión competitiva entre industrias del mismo rubro para mantenerse en el mercado nacional e internacional, ha estado forzando a los responsables del mantenimiento en las plantas industriales a implementar los cambios que se requieren para pasar de ser un departamento que realiza reparaciones y cambia piezas y/o máquinas completas, a una unidad de alto nivel que contribuye de gran manera en asegurar los niveles de producción. Es por tanto necesario hacer notar que la actividad de “mantener”, si es llevada a cabo de la mejor manera, puede generar un mejor producto lo que significa producción de mejor calidad, en mayor cantidad y con costos más bajos. El desarrollo del software de gestión del mantenimiento (CMMS – Computerized Maintenance Management System) surge para dar respuesta a la necesidad de una gestión eficaz en la Ingeniería del Mantenimiento, de acuerdo al actual contexto industrial, continuamente dirigido hacia una mejora continua de la productividad, optimización de los procesos, control del trabajo y reducción de costes. Es indudable que el aumento de la vida operativa de la máquina a través de una estrategia de mantenimiento predictiva – proactiva, disminuye los costos de mantenimiento e incrementa la productividad de la Planta. Sin embargo, se ha podido notar a través de experiencias de varias empresas, que no se han logrado los resultados esperados principalmente por falta de personas bien capacitadas en el tema. La ingeniería ha avanzado en todas sus ramas incluyendo los instrumentos y técnicas que se han desarrollado y que de alguna manera sustentan la credibilidad de los programas de mantenimiento predictivo implementados en la industria. Para que estos programas sean efectivos, es necesario poder determinar en cualquier instante la condición mecánica real de las máquinas bajo estudio, lo cuál se logra analizando las diferentes señales que ellas emiten al exterior. Modernos sistemas computacionales se han desarrollado para monitorear continuamente, registrar y procesar información proveniente tanto de los síntomas de vibración como de temperatura, presión, ruido entre otros.

5.2. Tendencias actuales Circunstancias diversas como crisis y éxitos de tipo administrativo, financiero, económico y comercial han obligado a muchas empresas a reflexionar y reaccionar sobre sus diferentes áreas para hacerlas más efectivas. La tendencia resultante consiste en subdividir la gestión de la compañía hasta el punto de crear un ambiente empresarial 317

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en cada una de las áreas: por tanto cada responsable de área se convierte en el gerente de esa parte, garantizando la rentabilidad de su gestión y un manejo eficiente de recursos. Esto ha generado fuertes choques en las organizaciones, hasta el punto de preguntarse si la función mantenimiento es justificable dentro de la empresa. En la búsqueda de costes óptimos ha sido necesario replantear la función del Mantenimiento orientándolo a hacerlo más efectivo y así al tiempo que su influencia en los costes totales se minimice. Si durante una primera etapa de industrialización predominan en las empresas los criterios orientados hacia la producción, en un siguiente paso la prioridad es de otros aspectos tales como operación fácil, baja emisión de ruido, economía durante todo el período de funcionamiento, seguridad de los trabajadores y mantenimiento adecuado. Las razones para estos cambios son las exigentes condiciones de la competencia, que no admiten ningún desperdicio de recursos tales como materias primas, tiempo, personal, repuestos, etc., la mayor complejidad de las instalaciones, así como también el grado creciente de interrelación de unidades productivas lo que ha aumentado considerablemente los costes de paros de producción y reparaciones. En consecuencia, los tiempos de detención breves y un bajo ratio de averías son factores que desempeñan un papel decisivo en el éxito económico Las nuevas tendencias en materia de mantenimiento, son entre otras: • No hacer en vez de hacer En ocasiones se producen intervenciones innecesarias que sólo se realizan “por rutina” y no aportan nada al equipo, suponiendo un aumento de los costes. El Mantenimiento Preventivo debe aumentar la disponibilidad de los equipos y suponer un gran avance en planificación del trabajo, pero puede resultar dañino para los equipos si se realizan excesivas intervenciones (por ejemplo de arme y desarme). • Prevención de fallos en vez de mantenimiento preventivo Mantenimiento predictivo basándose en termografías, indicadores de presión, caudal, tensión, etc. Estudio de los históricos de equipos. Como resultado de una actuación de mantenimiento preventivo ¿qué feedback se produce? ¿se van adaptando los mantenimientos en función de la experiencia y el conocimiento de los equipos? • Centralización de planificación y programación Coordinación de los equipos de producción y mantenimiento, aprovechar paradas del proceso para realizar las intervenciones, planes de “agenda común” que faciliten la información compartida.

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• Aplicación de indicadores de resultado Mantenimiento orientado a resultados, soportado por un seguimiento constante y valoración de indicadores. • Mantenimiento como gestión Responsabilidad compartida: el mantenimiento no es sólo una función, se inicia en la selección de los equipos, sigue en la instalación, se respalda con una correcta operación, con apoyo de compras e inventarios y con la definición de políticas de reposición de equipo. • Análisis de Puntos débiles Análisis de fallos como el principal respaldo de la mejora continua. Dado un equipo concreto ¿qué tipo de averías son las más frecuentes? ¿cada cuánto tiempo se producen?. • Rápida atención a emergencias Equipos entrenados y dispuestos a actuar en el menor tiempo posible, rediseño de las instalaciones para disminución de movimientos, sistemas de comunicaciones (telefonía móvil, terminales PDA), software CMMS con posibilidad de trabajar online. • Alta carga de datos para procesar Bases de datos para instalaciones, equipos, mano de obra, averías. Históricos de equipo. Integración con planos, manuales, sistemas CAD. • Mantenimiento basado en condición en vez de fechas La consigna es evitar los mantenimientos preventivos basados en tiempo y sustituirlos por actuaciones en base a condiciones.

Ejemplo: En vez de Revisión mensual del compresor (independientemente de horas o exigencia de uso), se realiza Revisión cada ‘x’ litros de aire comprimido, o Revisión cuando el caudal a través del filtro disminuya a menos de ‘y’ litros / minuto.

• Responsabilidad en la gestión del almacén e inventarios Gestión de materiales: codificar, describir y estimar repuestos a consumir.

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• Procedimientos estandarizados: La normalización posibilita un mayor control y favorece el desarrollo de conocimiento compartido. Documentación estandarizada (catálogos, planos, manuales como soporte para el mantenimiento). • Sistema de Información apropiado: El uso efectivo de sistemas CMMS para la administración de mantenimiento y logística. Tiene como misión administrar bien los recursos. • Mantenimiento de primera línea por el operario De acuerdo con el método de Mantenimiento Productivo Total, son los propios operarios los que realizan las operaciones de mantenimiento más sencillas (cambios de formato, cambios de lote, rearmes, etc.) • Equipos intercambiables y modulables: Para mejorar los tiempos de respuesta con cambios rápidos de ensambles ó partes para su posterior reparación. Las líneas de producción tienden a estar compuestas por muchas máquinas sencillas y multifuncionales en vez de pocas máquinas, complejas y especializadas.

5.3. Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador La cantidad de informaciones cotidianas disponibles en un servicio de mantenimiento implica medios de recogida, almacenamiento y tratamiento que solo lo permite el útil informático. Un CMMS es un programa informático que permite la gestión de las operaciones de mantenimiento de una organización. Este software utiliza una base de datos fácilmente accesible por los trabajadores de mantenimiento de manera que puedan realizar sus trabajos con mayor eficiencia y ser utilizada por los gestores para tomar decisiones en base a los datos registrados. La información puede ser consultada a su vez por terceras partes, en relación con asuntos de calidad, finanzas, seguridad, etc. Los Programas CMMS permiten disponer de gran cantidad de información, que debe estar adecuadamente organizada y ser fácil de extraer. Es posible disponer de un historial de cada equipo (máquina o instalación), en cuanto a características técnicas, revisiones, sustituciones, fechas de las últimas incidencias o averías, personal, horas y materiales utilizados en la solución de los problemas, etc. Al mismo tiempo, permiten programar en función de los parámetros que se analicen, las revisiones preventivas y/o 320

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predictivas, generando los listados correspondientes para la tarea de los técnicos, según los plazos programados. Los Programas CMMS suelen estar compuestos de varias secciones o módulos interconectados, que permiten ejecutar y llevar un control exhaustivo de las tareas habituales en los Departamentos de Mantenimiento. Entre los diferentes proveedores y sistemas existentes en el mercado, es habitual encontrar programas que presentan algunas de estas funcionalidades: • Ordenes de trabajo (OT’s): Actuación de mantenimiento que ha sido programada, asignada a un personal concreto, con unos costes asociados y con material reservado para su realización. Se podría completar con información adicional sobre causas y efectos de los problemas, tiempos de avería, mediciones o recomendaciones. • Mantenimiento preventivo (MP): Planificación y Seguimiento de trabajos preventivos, incluyendo instrucciones o listas de tareas, material requerido, etc. Habitualmente los CMMS realizan una planificación automática en base a tiempos fijos o mediciones, y “avisan” cuando la operación de mantenimiento es necesaria. • Gestión de equipos: Registro de información en torno al equipamiento e instalaciones, incluyendo datos como especificaciones, garantía, proveedores, contratas, fechas de compra, tiempo de vida esperado, registro de incidencias, averías, etc. • Control del inventario: Gestión de los repuestos, herramientas y otros materiales almacenados, permitiendo la reserva de material para trabajos concretos y aportando datos de la ubicación concreta en los almacenes. El CMMS puede asimismo informar sobre cuándo deben pedirse los materiales y en qué cantidad, y realizar un seguimiento de las recepciones de material. Las aplicaciones CMMS pueden generar sofisticados informes de estado y documentación sobre detalles y sumarios de las actividades de mantenimiento. Existen también programas CMMS capacitados para actuar en la web, trabajando desde un servidor de la compañía proveedora o en un servidor propio de la compañía usuaria. La instalación y utilización de un programa de gestión de mantenimiento debe repercutir en una mejora de la planificación y de la ejecución de los trabajos, aumentando la eficiencia global, puesto que gracias a su utilización el mantenimiento se basa en datos precisos, conociendo en tiempo real la carga de trabajo y la disponibilidad de equipos y personas. Las siglas CMMS encuentran su equivalente en español como GMAO (Gestión del Mantenimiento Asistido por Ordenador) Así mismo, en la gran mayoría de los países latinoamericanos, se usan las siglas GMAC (Gestión de Mantenimiento asistida por Computadora). Existen programas CMMS de propósito genérico, y otros cuyo enfoque se centra en una sector industrial concreto. 321

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5.3.1. Implantación y beneficios del GMAO Un programa de mantenimiento asistido por ordenador (GMAO) ofrece un servicio orientado hacia la gestión de las actividades directas del mantenimiento, es decir, permite programar y seguir bajo los tres aspectos, técnico, presupuestario y organizacional, todas las actividades de un servicio de mantenimiento y los objetos de esta actividad a través de terminales distribuidos en oficinas técnicas, talleres, almacenes y oficinas de aprovisionamiento. Deberá tener una concepción modular que permita una implantación progresiva, aunque en cualquier caso hay que contar con un esfuerzo importante para la "documentación completa de las nomenclaturas" antes de poder ser utilizados. Un programa GMAO puede implicar una "eficaz modificación de las funciones del mantenimiento". Lo ideal es que, en un primer momento, no modifique demasiado los procedimientos, pero ayude a precisarlos. La tendencia actual es su desarrollo en lenguajes de 4ª generación (entornos gráficos), sobre bases de datos relacionadas. Podemos indicar que aporta las siguientes principales ventajas: - Exige que se ponga orden en el servicio de mantenimiento. - Mejora la eficacia. - Reduce los costos de mantenimiento. - Es una condición previa necesaria para mejorar la disponibilidad de los equipos.

Las cifras medias conocidas de rentabilidad son: - Reducción de un 6% en los costos de mantenimiento (mano de obra, propia, ajena, materiales, repuestos). - Mejora de un 15% de la eficacia industrial (productividad, carga pendiente, urgencias, horas extras, tiempos perdidos, eficacia de las acciones por decisiones tomadas en base a una información veraz y actual, mejor aprovechamiento de los recursos, etc.). - Tiempo de retorno de la inversión de dos años.

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En cuanto a los gastos de su implantación, indicar que no es sólo el costo del programa. La inversión total de implantación de un programa GMAO suele ser: - Costo del Software, 25% - Costo del Hardware, 25% - Tiempo dedicado a la documentación e integración, 35% - Formación de usuarios, 15%

5.3.2. El mercado de GMAO Como en toda la industria del software, la experiencia de los proveedores de soluciones GMAO se reduce a algo más de dos décadas en el caso de los más veteranos. Entre los diferentes productos que ofrecen estos proveedores hay una primera diferenciación: programas “puramente” de gestión de mantenimiento, y aplicaciones integradas dentro de sistemas ERP. Los sistemas ERP (Enterprise Resource Planning o Planificación de Recursos Empresariales) son sistemas de información gerenciales que integran y gestionan muchos de los aspectos asociados con las operaciones de producción y distribución de una compañía. Cuando un GMAO es una parte de uno de esos sistemas, la integración con el resto de las aplicaciones de administración (distribución, planificación, finanzas, recursos humanos) facilita un control total de las operaciones. En contrapartida, la implementación de estos paquetes ERP resulta costosa y ardua si se compara con la instalación de una aplicación “sencilla” de GMAO. Los 5 primeros CMMS más implantados a escala mundial son: 1. SAP (integrado en un sistema ERP) 2. MAXIMO 3. MP2, 4. Ellipse (integrado en un sistema ERP) 5. PMC Las compañías desarrolladoras de estos sistemas están presentes en multitud de países y actúan con una clara vocación global. Por otro lado, el tipo de empresas usuarias del software de estos proveedores son de tamaño medio-grande, en la mayoría de los casos multinacionales que eligen un GMAO concreto y lo aplican en todas sus plantas de todo el mundo, facilitando así la compatibilidad y convergencia de sus negocios. 323

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Existen Sistemas de Gestión de Mantenimiento para sistemas operativos MacOs y UNIX, pero la inmensa mayoría se han desarrollado sobre la plataforma Windows. En los últimos tiempos han empezado a aparecer sistemas basados en código abierto, aplicaciones on line y programas abstraídos del sistema operativo (lenguaje interpretado) A continuación se ven algunos de los sistemas más implantados a escala mundial y otros ejemplos del ámbito español, con una breve descripción de sus funcionalidades y desarrolladores.

• SAP Desarrollado por: SAP AG País: Alemania Web: www.sap.com Se estima que SAP PM es el software GMAO más utilizado del mundo. Su punto fuerte es la capacidad de integración total con el resto del paquete SAP, con el cual pueden controlarse todas las operaciones de una compañía (finanzas, logística, planificación, contabilidad...) - SAP es el primer proveedor de software empresarial en el mundo, con enfoque al sector de software de planificación de recursos empresariales. Abarca todo tipo de sectores y empresas de cualquier tamaño. Entre las aplicaciones que ofrece está la de PM, especialidad de Mantenimiento. - El módulo PM se encarga del mantenimiento complejo de los sistemas de control de plantas. Incluye soporte para disponer de representaciones gráficas de las plantas de producción y se puede conectar con sistemas de información geográfica (GIS), y contener diagramas detallados. Capacidad de gestión de problemas operativos y de mantenimiento, de los equipos, de los costes y de las solicitudes de pedidos de compras. - Su completo sistema de información permite identificar rápidamente los puntos débiles y planificar el mantenimiento preventivo. Los submódulos o componentes del sistema PM son los siguientes: • PM-EQM Equipos y objetos técnicos. • PM-PRM Mantenimiento preventivo. • PM-PRO Proyectos de mantenimiento.

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• PM-IS Sistema de información de PM. • PM-SM Gestión de servicios, encargado del control y gestión de servicios a los clientes que constituye un módulo propio. Entre sus funciones se encuentran la administración de la base instalada, gestión de peticiones de servicio, acuerdos y garantías, e incluso facturación periódica.

• MAXIMO Desarrollado por: MRO Software / IBM Tivoli Software País: EEUU Web: www.ibm.com/tivoli Maximo es una aplicación de propósito genérico (se adapta a cualquier sector industrial) enfocada en la gestión de los activos críticos de una compañía. Abarca mayores funcionalidades que las de un simple GMAO, incluyendo la gestión de activos tecnológicos (IT, hardware y software) y la posibilidad de integrar todos los factores que intervienen en el proceso industrial. Por ejemplo, permite realizar todo el ciclo de compra (creación de solicitudes, petición de ofertas a distintos proveedores, emisión de la orden de compra, verificación de la recepción y facturación) a través de Internet. Maximo es considerado el estándar mundial en Software de Gestión Estratégica de Activos y Servicios con clientes en 103 países y siendo utilizado en aproximadamente 10.000 instalaciones de sectores tan variados como energía, defensa, automoción, aguas, papel, fabricación, alimentación..., tanto en el sector privado como en el público. Se considera que es el Enterprise Asset Management (EAM) más vendido (300.000 usuarios finales).

• Desarrollado por MRO Software Compañía fundada en 1968, con base en Massachussets (EEUU). Cuenta con 900 empleados. En 2006 fue adquirida por IBM y en 2007 se incorporó en IBM Tivoli Software • Distribuidor en España: Allegro Systems. Cuenta con más de 60 empleados y 300 implantaciones de Maximo activas realizadas en España y Portugal funcionando en compañías de diversos tamaños y sectores.

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• Comunidad de usuarios Cuanta incluso con dos foros no oficiales de interacción: una página web (con mucha información compartida y actualizada sobre aplicaciones, problemas y dudas) y un grupo de Yahoo! con varias centenas de intervenciones mensuales. web: http://www.maximo-users.net/ group: http://tech.groups.yahoo.com/group/MAXIMO/ • Disponible en 9 idiomas primarios: Alemán, Español, Francés, Holandés, Inglés, Japonés, Chino simplificado, Portugués y Sueco. También esta traducido por las delegaciones locales a otros idiomas: Croata, Checo, Danés, Esloveno, Finlandés, Hebreo, Húngaro, Italiano, Rumano, Ruso, Polaco y Turco. • Tecnología Funciona con las bases de datos estándares Oracle, SQL Server e IBM DB2, y en sus últimas versiones utiliza la arquitectura Java J2EE . Cada estación de trabajo requiere la instalación de Windows y de Internet Explorer. El administrador requiere además en entorno Java.

• MP2 Desarrollado por: Infor (anteriormente Datastream) País: Estados Unidos Web: www.datastream.net MP2 ocupa el puesto nº 3 entre las aplicaciones CMMS más implantadas a escala mundial - Infor: Puesto 10º entre las mayores compañías de software del mundo. Presente en más de 100 países. - MP2 es un GMAO distribuido e implementado a escala internacional, pero con especial desarrollo en el continente americano. - Paquete basado en Windows. Disponible en inglés, francés, alemán, español y holandés. Compatibilidad con Microsoft Project. - MP2 es un sistema integrado de gestión que comprende: • Organización y seguimiento del inventario 326

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• Gestión de costes por equipo • Históricos de datos en equipos • Planificación de las tareas de mantenimiento preventivo • Localización de recursos • Solicitud y compra de repuestos • Estudio de fallos en equipos y necesidades de mantenimiento - Adaptación en cuanto a facilidades, tamaño y actualizaciones. La posibilidad de incorporar nuevas funcionalidades con el paquete instalado es uno de los puntos fuertes de MP2. - Diseñado para industrias de tamaño medio y superior.

• ELLIPSE Desarrollado por: MINCOM País: Australia Web: www.mincom.com Mincom Ellipse es una solución ERP que integra la administración de mantenimiento, materiales, administración financiera, y de recursos humanos. La aplicación de administración de mantenimiento está considerada como el cuarto GMAO más utilizado a nivel mundial. La particularidad de este software reside en que está estrechamente integrado con las otras funciones de administración del mismo paquete. - Capacidad de modelar y ejecutar la estrategia de mantenimiento, incluyendo Mantenimiento Centrado en Confiabilidad (RCM), basada en la condición, y estrategias de mantenimiento preventivo. - Asignación y archivo de equipos únicos y números de planta - Trabajos estándares para proveer plantillas de tareas recurrentes. - Programas de tiempo de mantenimiento (preventivos), incluyendo detenciones de equipos mayores.

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- Mantenimiento fuera de programa para reparar las siguientes averías de equipos. - Estadísticas de archivos de operación y producción para asistir a la automatización de los programas de tiempo de mantenimiento. - Monitoreo de las condiciones configurables de los equipos y componentes reparados para estimar tiempo de vida y proveer alertas con anticipación al fallo. - Análisis de la historia del equipo y costes. - Planificación de recursos y programación, para asegurar que los recursos apropiados y conjuntos de habilidades se encuentran disponibles para desarrollar las tareas. - Sistema de Soporte de Mantenimiento Estratégico (herramientas de análisis RMC). - Administración de Trabajos incluyendo solicitudes de trabajo, unidades compatibles, estimaciones, paquetes de trabajo y administración de trabajo. - Identificación y fuentes de recursos requeridos para trabajos – personas, equipos, y materiales. - Ayuda para las fuerzas móviles de trabajo incluyendo despacho de trabajo.

• PMC Desarrollado por: DPSI País: Estados Unidos Web: www.dpsi.com PMC es un sistema claramente enfocado en la facilidad de uso. Trabaja sobre plataforma Windows y sistema de base de datos Access. - Módulos de Orden de Trabajo, Planificación del mantenimiento, Gestión del inventario, Histórico de equipos. - Configurable por los usuarios de acuerdo a sus necesidades. - Compatible para OSHA, EPA, ISO 9000, QS 9000. - Infomes y gráficos configurables. 328

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- Módulo de código de barras. - Aplicación web para trabajo on-line. - Capacidad de enlazar e integrar archivos, gráficos, informes... - Disponible en Inglés y Español.

• ITHEC Productos: MicroMaint, MiniMaint, MaxiMaint, Prestamaint Desarrollado por: Ithec International País: Francia Web: www.ithec.com - “La gama de programas de gestión de mantenimiento (GMAO) se adapta a cualquier sector de actividad: mantenimiento industrial, mantenimiento edificios, servicios de mantenimiento, mantenimiento hospitales, mantenimiento hoteles, mantenimiento barcos, mantenimiento de flotas de vehículos, etc.” - Micromaint SQL: orientado a empresas que necesitan una herramienta de GMAO sencilla y económica para poder informatizar de manera rápida el departamento de mantenimiento Funcionalidades básicas de la GMAO (Activos detallados, estructuras en árbol, mantenimiento correctivo, mantenimiento preventivo, mejoras, almacén, análisis, etc.) - Minimaint SQL: Aplicación definida en función de las necesidades de los clientes, proporcionando todo lo que puede ofrecer una GMAO pero de manera muy operacional. - Integración sencilla y rápida, con un plazo de puesta en marcha de unos 3 meses. - MaxiMaint SQL: Concebido para una mayor exigencia, añadiendo funciones muy avanzadas. Existe en versiones específicas según la actividad (servicios externos, ayuntamientos, etc.) y permite cumplir con todas las exigencias que pueda tener un jefe de mantenimiento y un jefe de proyecto (planificación avanzada, etc.). - PrestaMaint: Mantenimiento multi-sitios. Integra una multitud de funciones propias a la actividad del mantenimiento. Concebido y organizado para ser plataforma de intercambios.

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• Lantek Avalon Desarrollado por: Lantek Facility Management País: España Web: fm.lantekbs.com - Lantek Facility Management pertenece al grupo Lantek, fundado en el año 1986 y con sede central en el Parque Tecnológico de Álava, en Vitoria-Gasteiz (Álava). - “Lantek Avalon es la solución de Gestión Integral de mantenimiento de sistemas de producción (conjunto de dispositivos, instalaciones y equipos) que cubre de forma completa las necesidades de profesionales implicados en la gestión de mantenimiento industrial.” Entre sus funcionalidades incluye: • Gestión de trabajos • Planificación de trabajos • Gestión de Costes • Solicitudes de reparación • Gestión de repuestos • Utilidades • Posibilidad de integración con Lantek FM Center (Solución de Gestión Integral de inmuebles, instalaciones y mantenimiento)

• Master Tools 4.0 Desarrollado por: Software, Maquinaria y Mantenimiento S.L. País: España Web: www.smmsl.com - Software, Maquinaria y Mantenimiento S.L. es una empresa madrileña de desarrollo de software nacida en el año 1988 y dedicada exclusivamente a la programación de herramientas para el mantenimiento. - Master Tools 4.0 se define como un programa de mantenimiento preventivo dirigido a empresas que dispongan entre sus activos de múltiple maquinaria y/o instalaciones, posibilitando un correcto control y mantenimiento de dichos activos. 330

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Entre sus funcionalidades incluye: • Idiomas: Castellano y Catalán. • Gráficos de estructura jerárquica. • Periodicidad de las intervenciones. • Personal. • Equipos. • Reparaciones. • Operaciones de Preventivo. • Normas de higiene y seguridad en el trabajo. • Repuestos. • Cálculo automático del diario de intervenciones de preventivo. • Emisión automática de órdenes de trabajo. • Control de Partes de mano de obra. • Acopios de almacén con actualización automática. • Avisos de Correctivo. • Código de barras. • Carga de órdenes de trabajo a un terminal portátil por equipos. • Conexión con sondas de máquinas. • Emisión automática de OT‟s de alarmas. • Almacén, familias, proveedores, pedidos. • Planning anual y mensual de intervenciones. • Gráficos de cargas de trabajo. • Gráficos de Instalaciones, Máquinas, Piezas.

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• Listados de Costes por máquina, Instalación, Centro de Coste. • Ficha de cada máquina. • Listados de Costes de Correctivo y Preventivo entre fechas. • Listado de Materiales empleados entre fechas

• ABISMO Desarrollado por: Works Gestión del Mantenimiento S.A. País: España Web: www.wgm.es - “Abismo no requiere conocimientos de informática, y permite la integración de todas las áreas: gestión de activos, gestión de almacenes, gestión de compras. Dispone de todos los informes de gestión necesarios, tanto técnicos como económicos para facilitar la toma de decisión. Es adaptable a cualquier tamaño de organización. La implantación de Abismo va a permitir adecuar la actividad de Mantenimiento al cumplimiento de las normativas ISO 9001 e ISO 9002 para cubrir las exigencias de aseguramiento de los medios productivos de acuerdo con los Procedimientos de Calidad establecidos.” - Recopila y organiza toda la información aportada por el conjunto del departamento de mantenimiento para que el Centro de Estudios y Planificación del Mantenimiento. (CEPM), tenga los históricos técnicos y económicos necesarios para tomar las decisiones correctas en cada momento. - Aplicación cliente / servidor desarrollada bajo entorno Microsoft Windows sobre base de datos, con protocolos de comunicación TCP/IP.

• GIM (Gestión Integral del Mantenimiento) Desarrollado por: tcman País: España Web: www.tcman.com - Utilizado por más de 1.000 empresas en 4 continentes. - GIM es una herramienta para la gestión informatizada del mantenimiento, que integra en su totalidad las actividades de los departamentos de organización de activos. 332

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- Entre sus funcionalidades incluye: • Mantenimiento planificado y no planificado • Gestión de incidencias • Gestión de múltiples almacenes • Gestión de recursos humanos • Sistema de información geográfica GIS • Business Intelligence (B.I.) • GIM web – gestión del mantenimiento desde la red • Plataforma PDA y telefonía móvil • Códigos de barras

5.4. Diagnóstico Mediante Sistemas Expertos Cuando los programas de ayuda al mantenimiento son capaces de diagnosticar fallos se habla de MAO (Mantenimiento Asistido por Ordenador). Entre ellos también existen categorías: • Sistemas integrados en autómatas programables. Necesitan una programación particular. • Tarjetas de diagnóstico o de adquisición datos. Comparan en tiempo real los ciclos de las máquinas a un estado de buen funcionamiento inicial o teórico. • Generadores de sistemas expertos, que permiten buscar la causa inicial (raíz) del fallo, si se ha documentado correctamente. Los sistemas expertos (S.E.) representan un campo dentro de la llamada Inteligencia artificial que más se ha desarrollado en la actualidad en el área de diagnósticos en mantenimiento, después de una probada eficacia en el campo de la medicina. Los S.E. son programas informáticos que incorporan en forma operativa, el conocimiento de una persona experimentada, de forma que sea capaz tanto de responder como de explicar y justificar sus respuestas. Los expertos son personas que realizan bien las tareas porque tienen gran cantidad de conocimiento específico de su dominio,

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compilado y almacenado en su memoria a largo plazo. Se necesita al menos 10 años para adquirir tal información, la cual está formada por: -conocimientos básicos y teóricos generales -conocimientos heurísticos (hechos, experiencias) Es casi imposible que se obtengan todos a partir de la experiencia solamente. La diferencia de un S.E. con respecto a los programas informáticos convencionales radica en que los S.E., además de manejar datos y conocimientos sobre un área específica, contiene separados el conocimiento expresado en forma de reglas y hechos, de los procedimientos a seguir en la solución de un determinado problema. Finalmente los S.E. pueden justificar sus resultados mediante la explicación del proceso inductivo utilizado. Los S.E. son programas más de razonamiento que de cálculo, manipulan hechos simbólicos más que datos numéricos. El primer S.E. de diagnóstico fue el MYCIN (1976) para diagnóstico médico (Universidad de Stanford). Después se han desarrollado una gran cantidad de S.E. de diagnóstico en diversas áreas (química, geología, robótica, diagnóstico, etc.).

5.4.1. Componentes de un S.E. La figura 148 es una representación esquemática de los principales componentes de un S.E.: Ingeniero del conocimiento

EXPERTO HUMANO

Sensores

ADQUISICIÓN

BASE DE CONOCIMIENTOS

BASE DE HECHOS

MOTOR DE INFERENCIAS

INTERFACE

USUARIOS

Figura 148.- Componentes de un sistema experto

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-Base de Conocimiento y Base de Hechos. Es el lugar dentro del S.E. que contiene las reglas y procedimientos del dominio de aplicación, que son necesarios para la solución del problema. El conocimiento se almacena para su posterior tratamiento simbólico. Se entiende por tratamiento simbólico a los cálculos no numéricos realizados con símbolos, con el fin de determinar sus relaciones. El Módulo de reglas, que se encuentra en la Base de Conocimientos, contiene los conocimientos operativos que señalan la manera de utilizar los datos en la resolución de un problema, simulando el razonamiento o forma de actuar del experto. La Base de Hechos se estructura en forma de base de datos. Ejemplo: Hecho 1: un aceite diluido reduce la presión de lubricación. Regla 1: SI el aceite está diluido. ENTONCES la presión del aceite se reducirá. -Motor de Inferencia. Es la unidad lógica que controla el proceso de llegar a conclusiones partiendo de los datos del problema y la base de conocimientos. Para ello sigue un método que simula el procedimiento que utilizan los expertos en la resolución de problemas. Su módulo de control señala cuál debe ser el orden en la aplicación de las reglas. -Interfase de Usuarios. Componente que establece la comunicación entre el S.E. y el usuario. -Adquisición del Conocimiento. Es el proceso de extracción, análisis e interpretación posterior del conocimiento, que el experto humano usa cuando resuelve un problema particular y la transformación de este conocimiento en una representación apropiada en el ordenador. -Mecanismo de aprendizaje. Es el proceso mediante el cual el S.E. se perfecciona a partir de su propia experiencia. Los S.E. pueden estar desarrollados en lenguajes clásicos de programación (BASIC,FORTRAN, COBOL), en lenguajes de inteligencia artificial I.A. (LISP, PROLOG), en lenguajes orientados a objetos (SMALLTALK) y conchas o shells, que

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son entornos más sofisticados en los cuales solo hay que introducir los conocimientos, utilizando sus propios módulos de representación del conocimiento.

5.4.2. Justificación del uso de un Sistema Experto A la hora de plantearse el uso de un S.E. hay que determinar si el problema es adecuado para resolverlo mediante S.E. Para ello se tienen en cuenta tres condiciones: - Plausibilidad (que sea posible) - Justificación - Adecuación - Plausibilidad - Existencia de expertos en el área del problema. - Los conocimientos del experto no solo son teóricos sino que además aporta experiencia en su aplicación. - Los expertos deben poder explicar los métodos que usan para resolver los problemas. - Disponer de casos de pruebas que permitan comprobar los casos desarrollados. - La tarea no debe ser ni demasiado fácil ni demasiado difícil. Lo más difícil es expresar el conocimiento en la estructura adecuada para el S.E. - Justificación - Ventajas que ofrece su utilización. - Rentabilidad económica. - Adecuación - Problemas que no se presten a una solución algorítmica. - Problema suficientemente acotado para que sea manejable y suficientemente amplio para que tenga interés práctico. - Problemas con ciertas cualidades intrínsecas como: Conocimiento subjetivo, cambiante, dependiente de los juicios particulares de las personas, etc.

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BIBLIOGRAFÍA. 1.- Abello Linde, S. A., Proyección Térmica, 2004, pp. 1 - 20. 2.- Amendola, L. Aplicación de la Confiabilidad en la Gestión de Proyectos en Paradas de Plantas Químicas, Papers VI Internacional Congreso on Project Engineering, AEIPRO, ISBN84-600-9800-1, pp. 154, Barcelona, España, Octubre 2002. 3.- Amendola, L. Metodología de Dirección y Gestión de Proyectos de Paradas de Plantas de Proceso. IV Congreso de Project Managemet Institute, Sao Pablo, Brasil, Octubre de 2003. 4.- Ana María Rodríguez, Lecciones Aprendidas en un Proyecto de Parada de Planta, Published in PM World Today - April 2007 (Vol. IX, Issue IV). 5,- Análisis PM Kunio Shirose y Otros Productivity Press. Madrid (1997) 6.- Balancing problems with API 610 7th Edition, Douglas G. Stadelbauer, 7.- C. Kaner, J. Falk, H.Q. Nquyen, Testing Computer software (2nd Ed), International Thomson Computer Press, 1993. 8.- Cálculo de Elementos de Máquinas Vallance-Doughtie Alsina 9.- Carreira, J; Costa, D. Dependability Validation, Evaluation and Testing of Safety-Critical Aerospace Systems. DASIA‟99. May 1999. 10.- Caubet, J.J.: "Teoría y Práctica Industrial del rozamiento". España, 1971. 11.- Curso de Gestión de Mantenimiento. S.G. Garrido (2003), CTCC. 12.- Diagnóstico de motores diesel mediante el análisis del aceite usado. Bernardo Tormos. 13.- Díaz, J. Técnicas de Mantenimiento Industrial. EPSA-UC 14.- Diseño de elementos de Máquina, Faires. 15.- Diseño de elementos de Máquinas Aguirre Esponda Trillas 16.- Diseño de Máquinas Hall-Holowenco-Lau McGraw-Hill 17.- Diseño en Ingeniería Mecánica J. Shigley McGraw-Hill 18.- Documentación sobre tribología del curso de Experto univ. en Mantenimiento Predictivo y técnicas de diagnóstico. 337

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19.- Edward Dainhith, Paul Glatt, Pruftechnik AG.Reduce Cost with laser alignment, Hidrocarbon Processing, Agosto 1996 20- Elementos de Máquinas Dr. Ing. O. Fratschner Gustavo Gili 21.- Fundamentals of Mechanical Design M. Phelan McGraw-Hill 22.- Gestión del mantenimiento Industrial de A Nelly y H Harris 23.- Guía de EPRI “TR-1009745” System, Component and Program Health Reporting Utility Best Practices 24.- Guía de EPRI “TR-107668” Guideline for System Monitoring by System Engineers 25.- Herman, H. y Sampath, S., Thermal Spray Coating, 1996. 26.- Hermanek, Frank J., Thermal Spraying, 2004. 27.- Improving Machinery Reliability. Heinz P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1988) 28.- Ingeniería de Mantenimiento. Técnicas y Métodos de aplicación en la fase Operativa de los equipos Crespo Márquez, Moreu de León y Sánchez Herguedas Ediciones AENOR. Madrid (2004) 29.- INPO: “AP-913 R-1” Equipment Reliability Process Description 30.- Introducción al mantenimiento industrial. Braun, W. (1998), México. 31.- J. D. Musa “Software Reliability Engineering”. Second Edition. 2004 32.- J. Pukite “Modeling for Reliability Analysis”. Wiley-IEEE PRess, 1998 33.- Lipson, C.: "Importancia del desgaste en el Diseño". New Jersey, USA, 1970. 34.- M.A. Friedman, P.Y. Tran y P.L. Goddard, “Reliability of Software Intensive Systems”, Noves Data Corporation, ISBN: 0-8155-1361-5, 1995. 35.- Machinery Component Maintenance and Repair. H. P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1985) 36.- Machinery Failure Analysis Troubleshooting. H. P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1986)

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37.- Maintenance Engineering Handbook. Lindley R. Higgins McGraw-Hill (1995) 38.- Major Process Equipment Maintenance and Repair. H.P. Bloch. Gulf Publishing Co. Houston (1985) 39.- Mantenimiento de Motores de Combustión Interna Alternativos. Vicente Macián Muñoz. Universidad Politécnica Valencia (1993) 40.- Mantenimiento de Motores Diesel V. Macian Universidad Politécnica de Valencia (2002) 41.- Manual de Mantenimiento Industrial Morrow C.E.C.S.A. 42.- Manual del Constructor de Máquinas H. Dubbel Labor 43.- Manual del Ingeniero Hütte II A Academia Hütte Gustavo Gili 44.- Manual Del Ingeniero Industrial. Karlins, David (1990). Editorial Mc GrawHill, México. 45.- Manual del Ingeniero Mecánico de Marks Baumeister y Marks Uteha 46.- Manual SKF de mantenimiento de rodamientos. SKF. Suecia (1992) 47.- Mitchell, John, Introduction to Machinery Analysis and Monitoring 48.- Munson, J; Khoshgoftaar, T. Handbook of Software Reliability Engineering”. Wiley. 1996. 49.- Ortúzar M., R.: "Estudio teórico de las técnicas de medición de desgaste en piezas de un motor diesel con trazadores radiactivos". A.P.N., 1988. 50.- Pawlowski, Lech, The Science and Engineering of Thermal Spray Coatings, 1995. 51.- Pietrowski, John. Shaft Alignment.Handbook 52.- Práctica de la Lubricación. R. Benito Vidal (Editor-Autor). Barcelona (1991) 53.- Proyecto de Elementos de Máquinas M. F. Spotts Reverté 54.- R. S. Presuman, “Ingeniería del Software: Un enfoque práctico”. 5ª Edición. Mc Graw Hill.

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55.- Ramón F. Mateo G.: Diferentes Tipos de Vibraciones Mecánicas 56.- Sawyer's Turbomachinery Maintenance Handbook (3 vol.) J.W. Sawyer Turbomachinery International Publications. Norwalk (Connecticut, USA) (1980) 57.- Shell Global solutions. Programa de Optimización de Refinerías. 2002. 58.- Streeter, John: "Introducción a la Terología y sus aplicaciones". Chile, 1987. 59.- Técnicas del Mantenimiento y Diagnóstico de Máquinas Eléctricas Rotativas. Manés Fernández Cabanas y Otros Marcombo. Barcelona (1998) 60.- Tecnología del Mantenimiento Industrial. Félix Cesáreo Gómez de León Universidad de Murcia (1998) 61.- Teoría y Práctica de la Lubricación Dudley D. Fuller Interciencias 62.- Vilana A., José R., Recubrimiento de Superficies por Proyección Térmica, Revista Habitat, 2002. 63.- Xu, M., J.Zatelazo y R.D. Marangoni, Reducing Power Loss through Shaft Alignment” P/PM Technology, Octubre 1993.

1.- www.mantenimientoplanificado.com 2.- www.renovetec.com

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ANTONIO ROS MORENO

CURRICULUM VITAE

Nombre: Fecha de nacimiento: Dirección:

Antonio Ros Moreno 05 de mayo de 1961 C/ Cartagena (Murcia) Telf.: E-mail: [email protected]

TITULACIÓN: 

Ingeniero Técnico de Minas; Especialidad en Mineralurgia y Metalurgia.



Técnico Superior en Prevención de Riesgos Laborales (Seguridad).



Estudios de Administración y Dirección de Empresas.

EXPERIENCIA PROFESIONAL: 

Actual: Búsqueda de trabajo, desarrollo de Patente de Invención Núm. 201231557 otorgada por la Oficina Española de Patentes y Marcas, redacción y publicación de manuales técnicos, asesoramiento y promoción de proyectos.



2003–2010 (Cierre Empresa): Jefe de Producción Hidrometalúrgica y Control de Procesos en Española del Zinc, S.A.



1987–2003: Jefe de Producción y Mantenimiento Hidrometalúrgico en Española del Zinc, S.A.



1984–1987: Jefe de Turno de Lixiviación en Española del Zinc, S.A.

ACTIVIDADES: Jefe de Producción Hidrometalúrgica y Control de Procesos en empresa metalúrgica-química con un equipo humano de unas 300 personas (180 bajo mi responsabilidad directa), incluyendo las siguientes funciones: - Gestión de los recursos asignados a fabricación según las directrices marcadas, asegurando la optimización de las materias primas, de los recursos humanos, de los equipos y, así, de los niveles de calidad requeridos. - Planificación integral de todas las operaciones productivas en coordinación con otros departamentos afectados, implementación, seguimiento y control de los procedimientos de fabricación y las productividades asociadas. - Participación en el diseño e implementación de la Mejora Continua. - Implementación de la política de personal (selección, formación, etc.) de acuerdo a las directrices de la Dirección de Operaciones.

EXPERIENCIA EN PROCESOS PRODUCTIVOS: Los principales procesos industriales en los que he trabajado en su planificación, gestión y control son: (1).- Calcinación de mineral en Horno de Fluidificación (260 t/día). (2).Producción de vapor en Caldera de 42 bar. (12 t/h). (3).- Producción de ácido sulfúrico (254,4 t/día). (4).- Tratamiento de aguas residuales (1.000 m3/día). (5).- Lixiviación y purificación de calcinas (1.500 m3/día). (6).- Extracción con solventes orgánicos de metales (20.000 t/año). (7).- Electrolisis de sulfatos (50.000 t/año). (8).- Fusión en Hornos de inducción y moldeo de aleaciones (50.000 t/año). Destacando el conocimiento de la dinámica y cálculo de los principales parámetros de los distintos procesos: (a).- Operaciones físicas unitarias (sedimentación, flotación, filtración, centrifugación, evaporación, adsorción, aireación, etc.). (b).Procesos químicos unitarios (neutralización, precipitación, coagulación y floculación, oxidación-reducción, procesos electroquímicos, extracción con disolventes, intercambio iónico, desinfección, etc.). (c).- Procesos biológicos unitarios (tratamientos aerobios, anaerobios y anóxicos). (d).- Incineración de residuos y su problemática medioambiental. (e).- Vertido y almacenamiento controlado de residuos (especialmente como jarofix). (f).- Auditorias de residuos (propósito y ventajas, alcance, elementos esenciales, metodología y gestión). EXPERIENCIA EN MANTENIMIENTO Y PROGRAMACIÓN DE PARADAS: (1).- Planificación y coordinación de las labores de mantenimiento mecánico, eléctrico e instrumentación (tanto preventivo, predictivo, correctivo como legal), dirigiendo y coordinando el equipo de profesionales a mi cargo, responsabilizándome también de la gestión del almacén y de los servicios generales de la planta. (2).- Implementación del Plan de Mantenimiento basado en RCM y TPM. (3).- Implantación GMAO y conocimiento de SAP (integrado sistema ERP). (4).- Auditorías Técnicas y de Gestión de Mantenimiento. (5).- Organización, planificación y optimización de paradas mensuales, cuatrimestrales y anuales. Matizando la utilización de las siguientes técnicas específicas de mantenimiento: (a).- Análisis de Fiabilidad de Equipos. (b).- Alineación de Ejes. (c).- Equilibrado de Rotores. (d).- Diagnóstico de Fallos en Equipos. (e).- Mecanismos de Desgaste y Técnicas de Protección. (f).- Análisis de Averías. (g).- Técnicas de Mantenimiento Predictivo. (h).- Análisis de la degradación y contaminación del aceite. (i).- Análisis de Vibraciones. (j).- Planificación de tareas.

ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS: Dirección de Obras: - Instalaciones de extracción con disolventes y lavado de la jarosita. - Caldera auxiliar de proceso. - Instalaciones de Filtros Banda. - Depuradora de aguas residuales. - Instalaciones de tratamiento de cementos de cobre. - Depósitos de tratamiento de fangos residuales y tanques de mezcla para ácido. Calidad y Seguridad: - Colaboración en la implantación de las Normas de Calidad 9002/94 y 9001/2000. - Participación en desarrollo e implantación Plan de Prevención de Riesgos Laborales. - Realización de Auditorías Internas de Calidad. - Investigación de accidentes. I+D+i: - Investigación y desarrollo del proceso “Excinox” para tratamiento de materias secundarías de zinc por extracción (Patente de Invención Núm. 201231557). Participación en investigación y desarrollo del proceso “Recox” para tratamiento de óxidos de zinc. - Investigación, desarrollo e implantación nuevo tratamiento del cemento de cobre. - Participación en investigación, desarrollo y puesta en marcha del proceso “Excinres”. - Investigación de métodos múltiples en la cementación y diversos tipos de reactivos. - Investigación del proceso “LAF” para obtención de plomo y jarosita. - Pruebas de filtración y depuración de líquidos residuales. - Investigación y desarrollo procesos de tratamiento de Ulexita boliviana. Docente: - Profesor en Cursos de Operador de Planta Química y Mantenimiento en Instalaciones Industriales. - Publicación de varios artículos con certificado ISSN (http://www.mailxmail.com/autor-antonio-ros-moreno-2). Otras actividades: - Desarrollo de programas para el Control de Procesos. Participación redacción Estudio de Impacto Territorial (Modificación nº 130 PGC). FORMACCIÓN ADICIONAL: - Inglés a nivel de traducción. - Conocimientos de Ofimática. - Curso de Mantenimiento. - Logística Aplicada. - Cursos ISO 9000/2000, Auditorías Internas de Calidad, Plan de emergencia Interior y Riesgos Laborales en Minería. - Cursos de Ingeniería Medio Ambiental e Hidrometalurgia. - Curso de Operación de Calderas.

Atte. Antonio Ros Moreno