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UNIVERSIDAD DE MAGALLANES ESCUELA TECNOLÓGICA
IMPLEMENTACIÓN DEL NUEVO SISTEMA DE MONITOREO PORTÁTIL A EQUIPOS ROTATORIOS
Roberto Dandy Ortega Muñoz 2010
El presente Proyecto de
Aplicación ha sido aprobado con la siguiente
calificación:
Roberto Dandy Ortega Muñoz.
Proyecto de Aplicación: Examen de proyecto de aplicación: Nota Final:
Sr. Jorge Reyes Miranda Director Escuela Tecnológica Universidad de Magallanes
4 de Marzo de 2010
UNIVERSIDAD DE MAGALLANES ESCUELA TECNOLÓGICA
IMPLEMENTACIÓN DEL NUEVO SISTEMA DE MONITOREO PORTÁTIL A EQUIPOS ROTATORIOS
Trabajo de titulación presentado en conformidad
a
los
requisitos
para
obtener el título Técnico Universitario en Mantención de Equipos Industriales
Profesor Guía: Erling Johnson
Roberto Dandy Ortega Muñoz 2010
RESUMEN
La implementación del nuevo sistema de monitoreo para equipos rotatorios de la Compañía Methanex Chile S.A obedece a una migración de un sistema obsoleto en tecnología y repuestos ( Prisma 2 de Bently Nevada) a un nuevo sistema Snapshot de System1, lo cual se debe redefinir la estrategia del programa de monitoreo y diagnóstico para los equipos rotatorios de las plantas de Methanex, con el propósito de disponer información para diagnosticar en forma efectiva la integridad o condición mecánica en que se encuentran funcionando los equipos y sus componentes, permitiendo predecir su condición futura y tomar acciones planificadas, para asegurar la disponibilidad, eficiencia y confiabilidad en la operación de las Plantas. El aumento de la competitividad a nivel mundial a puesto una gran presión sobre las industrias de procesos y de generación para optimizar su rendimiento y al mismo tiempo reducir sus costos de operación. El deseo de extender la disponibilidad de la maquinaria y la confiabilidad en un proceso que debe no tener interrupciones no programadas, extendiendo además el tiempo entre inspecciones y por ende disminuyendo los costos de mantenimiento. Las innovaciones tecnológicas que han impulsado a la industria, ha revolucionado el mercado, y los procesos que la mayoría de las compañías utiliza para llevar a cabo sus operaciones. Mientras que la tecnología de medición ha mejorado durante el mismo periodo de tiempo. Por esto el análisis vibratorio se ha constituido en uno de los elementos indispensables para el diagnóstico de la condición mecánica de la maquinaria industrial. La tecnología desarrollada en estos tiempos ayuda a identificar tempranamente problemas potenciales y así poder determinar cuando una maquina se puede mantener funcionando continuamente en forma segura, y tomar la decisión correcta cuando un mal funcionamiento puede ser de la seriedad suficientemente para garantizar una detención del equipo.
INDICE
Resumen
I
Índice
II
CAPITULOI: Introducción
1
Introducción
1
CAPITULO II: Selección de equipos a monitorear
2
2.1 Mantenimiento basado en la condición
2-3
2.2 Clasificación según su criticidad
3-4
CAPITULO III: Técnicas a utilizar para la vigilancia de las máquinas
5
3.1 Objetivos del mantenimiento basado en la condición
6
3.2 Selección de la tecnología adecuada
7-8
3.3 Condición de monitoreo y técnicas a utilizar
8-9
3.4 Técnica para monitorear los equipos en plantas con System1
CAPITULO IV: Definición de los puntos de monitoreo 4.1 Criterio para instalar sensores portátiles
9
10 10-12
CAPITULO V: Definir frecuencia de monitoreo y grupos de equipos
13
5.1 Frecuencia de monitoreo
13
5.2 Grupos de equipos
14
CAPITULO VI: Plataforma de software System1
15
6.1 Que es System1
15
6.2 System1 Enterprise 6.2.1 Construir un Enterprise en System1
16-17 17
CAPITULO VII: Configuración de rutas en System1
18
7.1 Configurar ruta System1
18-23
7.2 Agregar equipos a System1 configuración
24-32
7.3 Configuración de los valores de alarma
33-35
7.4 Representar como esquemas la configuración
36
CAPITULO VIII: Configurar ruta en Snapshot
37
8.1 Configurar ruta en Snapshot
37-38
8.2 Propiedades de la ruta
39-40
8.3 Datos recolectados
41-44
CAPITULO IX: Recolector portátil Snapshot
45
9.1 Introducción a Snapshot
45-47
9.2 Accesorios
47-49
9.3 Técnicas del recolector portátil Snapshot
50
9.3.1 Medidor de temperatura
51
9.3.2 Transferencia de datos
52
9.3.3 Capturando eventos específicos
53
9.4 Operando con recolector portátil Snapshot
54
9.4.1 Bajar y subir una ruta 9.5 Configuración de un punto fuera de ruta
54-60 61-63
CAPITULO X: Tipos de vibraciones mecánicas
64
10.1 Análisis espectral
64
10.2 Desbalance
65
10.3 Desalineamiento
66-67
10.4 Remolino de aceite / latigazo de aceite (oil whirl)
68
10.5 Holgura mecánica eje-agujero
69
10.6 Soltura estructural
70
10.7 Rotor o eje pandeado
70
10.8 Correas y poleas
71-72
10.9 Flujos de líquidos
73
10.10 Bombas con engranajes
74
10.11 Fallas en rodamientos
75-76
10.12 Fallas en engranajes
77-78
CAPITULO XI: Casos de fallas reales 11.1 Descripción del aero-enfriador
79 79
11.2 Falla de rodamiento Inferior E-305-20F
80-82
11.3 Falla de rodamiento Inferior E-405-21F
83
11.4 Correa suelta y pérdida de paso del Fin-Fan E-405-27F 11.5 Falla de turbina a vapor por desbalance 11.6 Problema de balance Motor Eléctrico PM-3002B
84-85 86-88 89-90
CAPITULO XII: Conclusiones
91
11 Conclusiones
91
Anexo Bibliografía.
92-95 96
CAPITULO I Introducción
INTRODUCCIÓN
El alcance de la implementación del sistema de monitoreo portátil para maquinarias rotatorias no crítica, es asegurar el funcionamiento continuo de las máquinas a las cuales se implementará una frecuencia de monitoreo, mediante este sistema se logrará un mantenimiento más eficaz pues se estará en forma constante observando la condición de la máquina, ayudando de esta manera al mantenimiento del tipo sintomático predictivo - preventivo. Los objetivos principales serán seleccionar los equipos a monitorear de acuerdo a su confiabilidad, disponibilidad y costo. Técnicas a utilizar para la vigilancia de las máquinas, dependerá del tipo de maquinaria, el modo de fallo que se desean controlar en cada máquina especifica y determinar que síntomas monitorear para detectarlas en la forma mas incipiente y segura posible. Definir los puntos de monitoreo (lugar donde se toma los datos físicamente), configurar dichos puntos con sus respectivos datos de cada equipo y sus elementos, para estudiar y análisis vibratorio. Definir los Grupos de equipos con sus respectivos puntos, asociados de tal forma que permiten un monitoreo ordenado en terreno. Establecer una frecuencia de monitoreo, registrar los datos recolectados para su análisis y generar las acciones necesarias para su corrección. El uso del recolector de datos (Snapshot), funcionamiento, cargar o subir una ruta, bajar una ruta, configurar rutas fueras de programas, conexión a sistemas en línea. El mantenimiento predictivo y el monitoreo de condición son las mas utilizadas por el Departamento de Mantenimiento, como una herramienta para una obtener una mayor productividad y competitividad. Las maquinarias se seleccionaran dependiendo de su criticidad, su costo, y sus requerimientos de seguridad y ambientales. La confiabilidad esperada y el impacto de su falla.
CAPITULO II Selección de equipos a monitorear
SELECCIÓN DE EQUIPOS A MONITOREAR
2.1 Mantenimiento basado en la condición El mantenimiento basado en la condición (CBM), o monitorización del estado, es una estrategia de mantenimiento consistente en medir una variedad de parámetros de las máquinas con carácter periódico, tales como vibración, temperatura, presión, caudal, etc., para determinar su condición. El objetivo es realizar un análisis de tendencia de los datos con el fin de identificar a tiempo las condiciones problemáticas y tomar las acciones necesarias para evitar averías que puedan provocar un tiempo de parada imprevisto y las correspondientes consecuencias. El mantenimiento basado en la condición no es una estrategia económica y deberán ser identificados aquellos equipos en el proceso de producción que afectan a cualquiera de las siguientes: ¾ Confiabilidad ¾ Disponibilidad ¾ Costo ¾ Seguridad En cualquier entorno, debemos considerar una condición de optimización de las estrategias de mantenimiento y conservación, de tal manera que los costos de la aplicación de las tecnologías y estrategias no sean superiores a los que se tratan de evitar. Fig. 2.1.
Fig. 2.1 Optimización del Mantenimiento
El criterios adoptado por MCL para aplicar mantenimientos a los equipos rotatorios, es denominado Mantenimiento Centrado En Confiabilidad, que es una combinación
mejorada
entre
los
mantenimientos
Preventivos
y
Sintomáticos
Predictivos.
2.2 Clasificación según su criticidad Se establecen dos agrupaciones para los equipos, las cuales se clasificaron de acuerdo a la criticidad en el proceso de productivo. ¾ Equipos críticos Serán aquellos cuya detención programada o abrupta, interrumpe el proceso de producción.
También serán considerados en éste grupo aquellos equipos mayores
cuyas intervenciones por mantenimiento representen altos costos.
¾ Equipos no críticos Serán aquellos cuya detención programada o abrupta, no interfiere en el proceso de producción por la disponibilidad de equipos adicionales.
Las rutas de monitoreo en las Plantas están clasificadas para los equipos no críticos y se han creado rutas manuales de monitoreo para cubrir aquellos casos de equipos críticos en que la instrumentación no esté configuradas para ser monitoreada en línea.
Los Equipos seleccionados para monitoreo de las variables mecánicas de las Plantas P1; P2; P3; P4 son: ¾ Bombas Centrifugas ¾ Bombas de Tornillo ¾ Bombas de Engranajes ¾ Compresores de Aire ¾ Ventiladores ( Fin – Fan) ¾ Cajas Reductoras ¾ Cajas de Rodamientos ¾ Motores Eléctricos ¾ Turbinas de Vapor ¾ Equipos Estáticos
TÉCNICAS A UTILIZAR PARA LA VIGILANCIA DE LAS MÁQUINAS
El mantenimiento predictivo y el monitoreo de condición son dos herramientas ampliamente utilizadas por los departamentos de mantenimiento en todo el mundo, como una herramienta poderosa para una mayor productividad y competitividad. La selección de la maquinaria para ser incluida en estos programas depende de un análisis de su criticidad, su costo, sus requerimientos de seguridad y ambientales, la confiabilidad esperada y el impacto de su falla. En industrias como la generación de energía y petroquímica, el análisis de vibración ha sido históricamente la técnica seleccionada para monitorear la condición de los grandes componentes críticos de equipos rotatorios. Inversamente, las compañías de transporte y maquinaria pesada, han confiado en el análisis de aceite para tomar efectivas decisiones de mantenimiento predictivo. En otras industrias como las de metales primarios, papeleras, manufactura, etc., podríamos encontrar la aplicación o combinación de diferentes técnicas predicativas incluyendo la termografía, análisis de corriente en motores, el ultrasonido y eventualmente pruebas no destructivas. El diseño adecuado de una estrategia de mantenimiento basado en condición (MBC) permitirá acceder a los beneficios y aprovechar al máximo las inversiones en tecnología y educación que se deben hacer.
CAPITULO III Técnicas a utilizar para la vigilancia de las máquinas
3.1 Objetivos del Mantenimiento Basado en la Con dición (MBC): El objetivo de un programa de monitoreo de condición, es conocer la condición de la maquinaria, de tal manera que se pueda determinar su operación de manera segura, eficiente y economía. Las técnicas de monitoreo están dirigidas a la medición de variables físicas que son indicadores de la condición de la máquina y mediante un análisis, efectuar la comparación con valores normales, para determinar si está en buen estado o en condiciones de deterioro. Esta estrategia asume que hay características medibles y observables que son indicadores de la condición de la maquinaria. Podemos clasificar los beneficios del MBC en: ¾ Detectar condiciones que pueden ser causa de falla – (Predictiva) ¾ Detectar problemas en la maquinaria – (Predictiva) ¾ Evitar fallos catastróficos – (Predictiva) ¾ Diagnóstico de la causa de la falla – (Predictiva) ¾ Pronóstico de utilidad – (Predictiva) El monitoreo de condición estudia la evolución de los parámetros seleccionados en función del tiempo y establece una tendencia que indica la existencia de un fallo, su gravedad y el tiempo en que el equipo puede fallar. La toma de decisiones a tiempo permite evitar que el fallo se presente (reactivo) o eliminar la posibilidad de un fallo catastrófico (predictivo). La ventaja de esta estrategia, es que puede ser efectuado mientras el equipo está funcionando. De esta manera, las acciones de mantenimiento o corrección de los parámetros de funcionamiento cuando las mediciones así lo indiquen, evitando acciones invasivas a la maquinaria.
3.2 Selección de la tecnología adecuada: La selección de la tecnología adecuada para cada maquinaria depende de varios factores como son: ¾ Tipo de maquinaria ¾ Modo de fallo a diagnosticar ¾ Capacidad de inversión Una de las mejores maneras de aplicar esta tecnología es mediante Mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM). Lo que realmente importa, es que el programa de monitoreo de condición esté dirigido a la causa de falla y que puedan identificarse los indicadores de su deterioro. Técnicas y tecnologías de monitoreo de condición, el monitoreo de condición es un concepto que ha sido utilizado desde hace mucho tiempo. Por lo general los operadores y mecánicos perciben señales de la maquinaria con sus propios sentidos. Ahora lo que se pretende es amplificar estas señales y aislarlas para incrementar su percepción mediante tecnología y medición. Las técnicas de monitoreo las podemos clasificar en: ¾ Inspecciones de la maquinaria ¾ Mediciones de desempeño de la maquinaria ¾ Monitoreo de las condiciones dinámicas de la maquinaria ¾ Monitoreo de los fluidos ¾ Monitoreo de las partículas de desgaste
Un análisis de nuestras causas de falla y veamos cuál técnica o tecnología tiene la capacidad de responder a la mayor cantidad de las 5 preguntas planteadas arriba. Ahora veamos cuáles de ellas tienen la capacidad de avisarnos antes que las otras y como estas tecnologías y técnicas se interrelacionan entre sí, Ver Fig. 3.2.1
Figura 3.2.1 Interrelación de técnicas y tecnologías.
3.3 La condición de monitoreo y las técnicas a utilizar ¾ Inspecciones visuales. ¾ Tes no destructivo NDT ¾ Colección de los datos de la vibración y análisis. ¾ Muestra y análisis de aceite ¾ Medición de temperatura y tendencias. ¾ Imagen termografía. ¾ Ultrasonido
Es crucial seleccionar estos métodos objetivos ya sea uno o combinación de ellos en lugar de métodos subjetivos. Por ejemplo usar un termómetro en lugar de sentir un componente por calor.
3.4 Técnica para monitorear los equipos en plantas con System1 ¾ Inspecciones visuales. ¾ Colección de los datos de la vibración y análisis. ¾ Medición de temperatura y tendencias. ¾ Parámetros de operaciones. ¾ Velocidad de rotación RPM. ¾ Referencia de fase (keyphasor).
La aplicación adoptada considera el permanente diagnóstico de la condición mecánica de los equipos rotatorios, un equipo multidisciplinario de Confiabilidad, formado por las áreas principales como: Operaciones,
Ingeniería,
áreas
operativas
de
Mantenimiento,
Vendor,
Fabricantes, etc., serán los protagonistas en el mecanismo de aplicación. Durante el análisis del diagnóstico se deben realizar recomendaciones proactivas/predictivas cada vez que se considere necesario, con el propósito de implementar planes de contingencia que ayuden a minimizar los riesgos y maximizar la disponibilidad de operación de los equipos.
CAPITULO IV Definición de los puntos de monitoreo
DEFINICIÓN DE LOS PUNTOS DE MONITOREO
La correcta definición o instalación de los sensores portátiles dependerá de lo que deseemos medir, así por ejemplo en los motores eléctricos debemos ubicar los sensores como se muestra en la Fig. 4.1.1 y Fig. 4.1.2 para detectar principalmente las zona de trabajo de los rodamientos, cabe destacar que la posición de los transductores o sensores debe colocarse siempre en la misma posición al igual que la medición de la temperatura, así podemos llevar una mejor tendencia.
4.1. Criterio para instalar sensores portátiles
CAJA REDUCTORA
NOMENCLATURA ONDE
Corona
ODE
VERTICAL AXIAL HORIZONTAL
NDE
LADO NO CONDUCTOR
DE
LADO CONDUCTOR
IDE
PIÑON LADO CONDUCTOR
INDE
PIÑON LADO NO CONDUCTOR
ONDE
CORONA LADO NO CONDUCTOR
ODE
CORONA LADO CONDUCTOR
IDE
INDE
Piñón
Cable de conexión
Recolector portátil (Snapshot)
MOTOR - BOMBA
NDE
DE
DE
NDE
Fig. 4.1.1. Criterio en equipos en posición horizontal
Nomenclatura Axial Horizontal 1 Paralelo al eje De línea descarga Horizontal 2 Perpendicular al eje De línea descarga
Fig. 4.1.2. Criterio en equipos en posición Vertical
CAPITULO V Definir frecuencia de monitoreo y grupos de equipos
DEFINIR FRECUENCIA DE MONITOREO Y GRUPOS DE EQUIPOS.
5.1 Frecuencia de monitoreo: Una vez que hemos seleccionado las técnicas y tecnologías para monitorear la causa de falla y sus efectos, es necesario determinar la frecuencia con la que aplicaremos este monitoreo, que garanticen su eficiencia. El criterio utilizado para determinar la frecuencia del monitoreo, está basado fundamentalmente en las experiencias desarrolladas en la planta los últimos 20 años y apoyada en gran parte por la información vigente de los asesores externos. Por otra parte la cantidad de equipos a monitorear con sus respectivos puntos versus las horas hombre es un factor determinante en definir la frecuencia de monitoreo. En la Fig.5.2.1 Se muestra una planilla donde están ordenados por plantas y áreas para una más expedita realización de la ruta.
5.2 Grupos de equipos. DEFINIR PLANTAS
PLANTA 1
PLANTA 2
PLANTA 3
PLANTA 4
DEFINIR AREAS O UNIDAD
AREA HORNO H1– H2 –H3
AREA LOOP L1 - L2 - L3
AREA SERVICIOS S1 – S2 – S3
AREA OFF SITE OF1–OF2-OF3
PLANTA 4 Unidad 1300/100/500 200/300/600/650/700/1200
DEFINIR MAQUINAS Y TRENES
TURBO COMPRESORES
MOTO BOMBAS
TURBO GENERADOR
AERO ENFRIADORES
DEFINIR LOS DATOS Y PUNTOS A TOMAR INGRESAR LOS DATOS DEL EQUIPO A CADA UNIDAD.
1) 2) 3) 4) 5) 6)
Vibración Temperatura Presión Flujo Velocidad Delta P
Fig. 5.2.1 Equipos ordenados por plantas y áreas.
CAPITULO VI Plataforma de software System1
PLATAFORMA DE SOFTWARE SYSTEM1
6.1 Que es System1
Es una plataforma de software unificado, abierto e integrado, para la administración de datos y el gerenciamiento de condición activos fijos y rotantes de toda la planta indiferente de la fuente de adición de datos. Este sistema requiere entrenamiento y mantención para muchas aplicaciones separadas y actualizaciones varias veces con diferentes requerimientos de hardware y software. System1 es la única plataforma de software que acepta datos desde una variedad de fuentes, es compatible con sistema operativo Microsoft Windows NT. Además utiliza una única plataforma de datos desde una interfase con muchos diferentes dispositivos, el DCS (sistema control digital), Snapshot, y todos los otros datos usan las mismas pantallas, bases de datos y componentes de System1.
Comunicación procesador
Tren master 2000
System1 maneja datos de vibraciones provenientes de diferentes tipos de instrumentación
Snapshot colector de datos
Fig. 6.1.1 Diagrama de comunicación entre varias fuentes
6.2 System1 Enterprise
Enterprise es literalmente una organización de una empresa (es como un árbol), por ejemplo una Intranet, un tren de máquinas, turbina – generador - excitratiz - caja de engranajes, etc. Los componentes de un Enterprise normalmente utilizado para combinar o agrupar ítems similares en forma conveniente para su monitoreo, ejemplo todos los puntos de inspección. También se utiliza para identificar equipos similares o de un mismo proceso, ejemplo; bombas centrifugas, motobombas de lubricación.
A continuación definiremos algunos componentes mas usados en Enterprise ¾ MÁQUINA: (Machinery) Usado para diferenciar los elementos o componentes principales de un tren, turbina, motor, compresor, bomba, acoplamiento, etc. ¾ ROTOR: se refiere al componente rotativo principal, usualmente el eje, al qué están asociados los demás componentes, todos los templates (plantillas) de maquinas incluyen al menos un rotor. ¾ RODAMIENTO: (Bearing) Un rotor tiene uno o mas soportes, descansos o cojinetes, ubicación mas común de sensores de vibración. ¾ PUNTO: (Point) todo punto de medición colecta un tipo de datos en particular, pudiendo ser entrada manual, recolectado por transductores o sensores, o transferido por otros dispositivos. Ejemplos:
Vibración
Temperatura
Presión
Inspección
¾ VARIABLE: Las variables describen los diferentes tipos de información disponible en un punto de medición. Algunos proporcionaran distintas variables, otros solo una.
Directo
Directo Máximo / Mínimo / Promedio ( Average)
1X , 2X
Primer Salto (Prime Spike)
Región rotor (Rotor Región)
6.2.1 Construir un Enterprise en System1
Construir un Enterprise en System1 es configurar la ruta en System1 lo que desarrollaremos en el capitulo VII. Agrandes rasgos estos son algunos pasos a seguir: ¾ Iniciar System1 Configuración. ¾ Conectarse a un Enterprise. ¾ Arrastrar y pegar componentes a la jerarquía del Enterprise ¾ Construir un tren de maquinas en Enterprise.
CAPITULO VII Configuración de rutas en System1
CONFIGURACIÓN DE RUTAS EN SYSTEM1
7.1 Configurar ruta System1
Para configurar un punto se debe trabajar en System1 configuración.
Abrir System1 configuración
Ingresar Nombre y Password
Fig. 7.1.1 Ventana de inicio System1
Conectar a System1
Fig.7.1.2 Conexión al servidor
Open Ir a Enterprise
Fig. 7.1.3 Ventana System1 Configuración
Llegamos a esta ventana Enterprise – System 1
Fig. 7.1.4 Conexión a System1
Clic en Botón derecho agregamos de acuerdo al flujo establecido anteriormente las Plantas a monitorear.
Fig. 7.1.5. Lista de diferentes componentes
Una vez realizado clic en Planta se abre la ventana propiedades de planta en User Name colocamos el nombre que identificaremos la planta Ejemplo: Planta1, Planta 3, etc.
Fig. 7.1.6 Identificación de las Plantas
Fig. 7.1.7 Muestra las cuatro plantas ingresadas
Una vez agregado las plantas hacemos clic botón derecho y agregamos las áreas correspondientes a cada planta.
Fig. 7.1.8 Agregar áreas a las plantas
De acuerdo al flujo grama agregamos las áreas a las plantas. Planta 1: H1 Horno – L1 Loop – S1 Servicio – OF1 off Site - ST Equipos estáticos Planta 2: H2 Horno – L2 Loop – S2 Servicio – OF2 off Site - ST Equipos estáticos Planta 3: H3 Horno – L3 Loop – S3 Servicio – OF3 off Site - ST Equipos estáticos Planta 4: Unidad 1300 – 0100 – E-03003 – 0500 – 0150 – 0200 – 0300 – 0600 – 0650 – 0700 - 1200
Fig. 7.1.9 Ventana donde muestras las áreas agregadas a las plantas
7.2 Agregar equipos a System1 configuración
Clic en botón derecho en área y agregamos los equipos definidos para el monitoreo, estos equipos están agrupados e identificados de acuerdo a su nombre (Tag) designado por Methanex, ejemplo 2002 J/JA Incluye los equipos 2002 J / 2002 JA, esto facilita la ruta de monitoreo.
Fig. 7.2.1 Ventana donde muestras los equipos agregados a las áreas
Seleccionar un equipo: hacer clic derecho y agregar una o varias maquinas, como se observa el la figura, Tenemos un gama amplia de equipos para seleccionar.
Fig. 7.2.2 Equipos para ser agregados a las áreas
En
la
figura 7.2.3 Vemos seleccionados algunos equipos con su nombre
correspondiente (Tag), Ejemplo Motor Eléctrico 2002 JM y Bomba Centrifuga 2002J.
Fig. 7.2.3 Equipos con sus nombres y Tag
Al hacer clic derecho en el equipo nos encontramos con esta ventana que nos da la posibilidad de colocar: ¾ Datos de Procesos ¾ Datos Mecánico ¾ Asociar a una Velocidad de referencia
Fig. 7.2.4 Datos en general, Equipos, Procesos, etc.
Clic derecho en el equipo el elemento a monitorear por ejemplo en el Motor Eléctrico y Bomba Centrifuga agregamos los Rodamientos. Podemos elegir diferentes tipos de Rodamientos de acuerdo al equipo.
Fig. 7.2.5. Agregar Rodamientos
Ejecutar clic en propiedades (Properties), podemos agregar: Datos de los rodamientos, Frecuencia de falla, Datos de trabajo (temperatura, tipo de carga).
Fig. 7.2.6 Datos de los Rodamientos
Clic derecho sobre el Rodamiento del equipo escogemos punto de vibración, en este caso escogimos medir velocidad, pero tenemos la alternativa de medir: ¾ Aceleración ¾ Velocidad ¾ Desplazamiento
Fig. 7.2.7 Selección de los puntos de medición
En esta ventana nos indica lo siguiente: ¾ Rodamiento del equipo 2002JM N.D.E (Lado Libre) del Motor eléctrico, al cual a mediremos vibración, temperatura (la temperatura fue escogida en puntos de procesos, (Process Point). La velocidad de entrada (Speed Input) la asociamos a la medición de vibración que esta relacionada con la velocidad de rotación. ¾ Vib. ME/ NDE Bearing, en donde ME= motor eléctrico, NDE= lado no conductor, Bearing = Rodamiento.
Fig.7.2.8 Tipo de medición en cada equipo
Clic derecho en Vib. ME/NDE – ir a Propiedades (Properties) nos despliega la siguiente ventana, cada viñeta representa: ¾ General : Se ingresa el nombre del punto ¾ Transductor: Se Ingresa el tipo de Transductor, unidad de medición, orientación y parámetros de escala. ¾ Waveforms: (Tipo de onda)
utiliza para elegir asíncrono y sincrónico para las
propiedades de forma de onda. ¾ Filter: estos filtros se utilizan para separar los componentes de frecuencia no deseada de los datos recogidos. ¾ Association: lo usamos para asociar algún punto o equipo. ¾ Custom Properties: custon propiedades ofrece la capacidad de describir las características las máquinas que no están incluidos en los parámetros de configuración normal para los componentes.
Fig. 7.2.9 Propiedades del punto de medición de vibraciones.
7.3 Configuración de los valores de alarma ¾ Alto, (high). ¾ Bajo, (Low). ¾ Dentro de banda, (In Band). ¾ Fuera de banda, (Out Band).
Fig. 7.3.1 Valores de alarma vibración
Rodamiento del equipo 2002JM N.D.E (Lado Libre) del Motor eléctrico, clic derecho en temperatura abrimos la ventana propiedades: ¾ General : Colocamos el nombre o Tag del punto a medir ¾ Variable: Configuramos las variables de medición, podemos colocar la fuente de entrada y unidades de medición, podemos entrar la temperatura en forma manual o por conexión.
Fig. 7.3.2 Propiedades del punto de medición de temperatura
Con formato: Numeración y viñetas
Configurar los valores de alarma: Con formato: Numeración y viñetas
¾ Máximo. ¾ Mínimo. ¾ Dentro de bandas. (In Band) ¾ Fuera de banda. (Out Band)
Fig. 7.3.3 Valores de alarma de temperatura
7.4 Representar en figuras o esquemas la configuración. En View – toolbars – templates Existe la posibilidad de representar esquemáticamente todo el sistema configurado, plantas, áreas, máquinas, puntos etc.
Fig. 7.4.1 Representación grafica Esquemas de la unidad P-101A.
CAPITULO VIII Configurar ruta en Snapshot
CONFIGURAR RUTA EN SNAPSHOT
8.1 Configurar ruta en Snapshot: La configuración de la ruta en Snapshot es la que ocuparemos para realizar el monitoreo en terreno. En el icono ruta (Route) podemos agregar todo lo que esta configurado en system1, lo que agregamos lo podremos ver en recolector portátil Snapshot.
Fig. 8.1.1 Ruta en sytem1
Clic derecho en Ruta (Route) agregar Ruta (Add Route)
Fig. 8.1.2 Agregar Ruta en System1
8.2 Propiedades de la Ruta (Properties of router): ¾ En la ventana General podemos colocar el nombre o equipo al cual realizaremos el monitoreo con el recolector portátil. ¾ Schedule es la fecha con la cual queremos que gatilla la partida de la ruta ( es opcional)
Fig. 8.2.1 Colocar nombre a la Ruta
Una vez puesto el nombre “se arrastra desde Enterprise a Add Router” Para finalizar “Salvar – Save Enterprise” La nueva ruta es transferida a la ventana Route “lado derecho”.
Fig. 8.2.2 Equipos agregados a la Ruta
8.3 Ver datos recolectados
Abrir System1 Display – Conectar Ingresar Nombre y Password
Fig. 8.3.1 Ventana de inicio a display
Seleccionar: ¾ Equipo para analizar ¾ Clic en + despliega la los componentes del equipo. ¾ Clic en lo que deseas analizar. Ejemplo, Espectro, Directa, Etc.
Fig. 8.3.2 Componentes a analizar
Otra forma de ver los datos tomados: •
Clic botón derecho en equipo
•
Ir a Plot
•
Escoger la variable o datos a analizar. Ejemplo; Espectro, Trend, etc.
Fig. 8.3.3 Resultados a través del Plot.
En System1 display Podemos ver diferentes tipos de pantallas de los datos tomados o recolectados para su estudio y análisis.
Fig. 8.3.4 Resultados mostrados por pantallas
CAPITULO IX Recolector portátil Snapshot
RECOLECTOR PORTÁTIL SNAPSHOT
9.1 Introducción a Snapshot
Es un Instrumento con 2 canales para la adquisición de datos de Vibración, temperatura, velocidad, potencia consumida por un motor, lecturas de calibración y medición, observación de operaciones y notas. Sistema operativo Windows CE, recolección de datos de puntos seleccionados, entrada de puntos no seleccionados, tendencias, espectros. Conectividad a través de citrix, Ruta de colección de datos definida por el usuario, Entrada de puntos “fuera de ruta” ,Jerarquía de la estructura de la planta
Especificaciones: ¾ Peso: 1,75 Kg. ¾ Pantalla LCD táctil ¾ Membrana del Teclado de Poli carbonato ¾ Duración de 8 Horas de Batería ¾ Dimensiones: Altura =250mm Ancho = 163mm Espesor = 60mm
Fig. 9.1.1 Características y Accesorios
Entradas: Son herméticas y de conexión rápida
•
Acelerómetro
•
Velocímetro
•
Proximitor
•
Keyphasor u otra referencia de fase
•
Temperatura (sonda IR)
•
Voltaje
Entradas de canal
Keyphaser
Extensión de puntos
Fig. 9.1.2 Diferentes entradas a Snapshot.
9.2 Accesorios
Batería: tiene una duración de 8 horas, la duración de esta es afectada por: ¾ Luz del panel ¾ Tarjeta PCMCIA instalada ¾ Poder de transductores
Utilice el modo Dormir (sleep) del Snapshot para conservar poder cuando la unidad no esta en uso. Posee un cargador de batería para conectarse a una red de 220 Volts, se necesita 2 horas para recargar la batería Nota: al sacar la batería no se pierde información
Transductores: Los transductores son de conexión rápida, se conecta por pernos de conexión rápida y son el método preferido para recolectar datos desde la máquina. Los traductores pueden ser montados de diferentas maneras: ¾ Montaje de pernos permanentes ¾ Base magnética ¾ Base de conexión rápida ¾ Extensión Handheld “ Stinger”
La mejor forma de asegurar consistencia, repetividad y datos confiables, es colocar exactamente el transductor en el punto de prueba en el mismo lugar y orientación cada vez que una muestra es tomada. Se enfatiza en recomendar el uso de conectores rápidos, superficies spot faced y transductores montados en pernos, si usa una base magnética, marque el área donde el imán debe ser puesto para asegurar la repetividad en los datos.
Acelerómetro
Trae un Kit. De 2 acelerómetros 330400 2 bases magnéticas, stinger
largos y
cortos, 2 cables para acelerómetros.
Fig. 9.2.1 Acelerómetros
Velomitor.
Trae un kit de 2 transductores velomitor 2 bases magnéticas, stinger largos y cortos, 2 cables Snapshot - Velomiter.
Fig. 9.2.2 Velocímetros.
Bases magnéticas
Los transductores ligados a bases magnéticas también pueden ser usados para la recolección de datos y proporciona una mayor seguridad en la toma, debido a su adhesión.
Fig. 9.2.3 Diferentes tipos de bases
9.3 Técnicas del recolector portátil Snapshot.
¾ Directo ¾ Entrehierro ( GAP) ¾ 1X, 2X amplitud y fase ¾ Envolvente Directa ¾ Medición de transductores ¾ Integración. ¾ Filtros pasa bajo, alto y banda, configurables (3Hz a 40KHz en pasos de 1 Hz)
Fig. 9.3. A Medición de Datos Estáticos
. Con formato: Numeración y viñetas
¾ Temperatura ¾ Velocidad (60 a 100.000 rpm) ¾ Voltaje proporcional (incluyendo dinámicos) ¾ Entrada manual de datos
lámpara estroboscopia
Indicador de Temperatura
Fig. 9.3. B Medición de velocidad y Temperatura
9.3.1 Medidor de Temperatura
Es un Pirómetro infrarrojo, mide en grados °F y °C puede entregar resultados como máximo, mínimo, y average, además se puede conectar directamente al canal de entrada del Snapshot Solo el canal B
Estroboscopio: Mide velocidad y se conecta a entrada Keyphasor
Sensor Óptico: Produce un pulso Keyphasor usando cinta reflectante y sensor óptico
¾ Formas de onda Directas y Filtradas ¾ Formas de onda Sincrónicas y Asincrónicas ¾ Forma de onda Envolvente ¾ Espectro Asincrónico ¾ Espectro Sincrónico ¾ Espectro de Envolvente ¾ Puntos fuera de Ruta
Fig. 9.3.1.1 Medición de Datos Dinámicos
9.3.2 Transferencia de Datos
Comunicación Ethernet, la comunicación es a través de un cable de red desde cualquier servidor.
Fig. 9.3.2.1 Comunicación con cable de red
El recolector portátil acepta dos entrada de canales al mismo tiempo y deben estar asociado en la configuración al Software, pueden ser dos accelerometer transducers,
pero
nunca
un
Acelerometer transducers y uno velocity transducers.
Fig. 9.3.2.2 Advertencia sobre entrada de canales
9.3.3 Captura eventos específicos: ¾ Inusual alineamiento del sistema. ¾ Condiciones de operación especial. ¾ Antes y después de un balanceo. ¾ Grabando eventos y otros.
Fig. 9.3.3.1 Conexión para capturar datos de otras fuentes
9.4 Operar con recolector portátil Snapshot
Con formato: Numeración y viñetas
9.4.1 Bajar y/o subir una ruta.
Con formato: Numeración y viñetas
Para bajar una ruta desde System1 al recolector portátil Snapshot o subir una ruta desde el recolector portátil Snapshot a System1, debe estar conectado el cable de red. El cual se conecta a un servidor llamado Citrix, se puede hacer desde cualquier punto de red.
Fig. 9.4.1.1 Conexión a cable de red
¾ Pasar una ruta y lo pueda leer Snapshot (recolector portátil) se debe hacer lo siguiente: ¾ Abrir System1 configuración ¾ Lado derecho aparece Routes. En la cual deben estar el o los equipos a monitorear.
• Aparecen los equipos bajados al recolector portátil. • Estos equipos son para monitorear en terreno.
Snapshot
System1
• Aparecen los datos de ruta (Route). • Estos equipos son para bajar al recolector Snapshot
Fig. 9.4.1.2 Pantalla recolector Snapshot
Con formato: Numeración y viñetas
¾ Encender el equipo, Aparece esta pantalla. (Display). ¾ Nos muestra todos una gama de iconos, para este caso seleccionar Colector de datos (data collector).
Fig. 9.4.1.3 Pantalla principal de aplicación
Con formato: Numeración y viñetas
Con formato: Numeración y viñetas
¾ Enter - Data Collector. ¾ Route Manager.
Enter
Desplazar
Fig. 9.4.1.4 Route Manager
¾ Enter - Transfer Manager (Transferencia del gerenciamiento).
Fig. 9.4.1.5 Transfer Manager
Con formato: Numeración y viñetas
Aparece la pantalla Transfer Manager Connect •
Clic en System1 (172.233.0.8)
Tranfer Manager Connect
Add connection
System1 (172.233.0.8)
Snapshot ID: 00e046001a85
Fig. 9.4.1.6 Transfer Manager Connect
Clic en System1 (172.233.0.8) aparece en pantalla Transfer Manager: Data Control manager. ¾ Snapshot (Pantalla lado izquierdo) están las rutas a realizar o realizadas.
Con formato: Numeración y viñetas
¾ En System1 (Pantalla lado derecho) están las rutas configuradas en System1 para transferir a Snapshot. Transfer Manager: Data Control manager Snapshot
System1
101 CA/CB S1 Área Servicio
101 CA/CB
Connected to 172.23.30.8
Fig. 9.4.1.7 Ruta a Transferir Con formato: Numeración y viñetas
¾ Marcar la ruta a transferir de System1 – Snapshot ( S1 Área Servicio) ¾ Marcada la ruta apretar Enter o
y la ruta se transferirá a Snapshot
¾ Para subir la ruta realizada Snapshot – System1 apretar Enter o
y la ruta
se transferirá a System1. Transfer Manager: Data Control manager Snapshot
System1
101 CA/CB
101 CA/CB S1 Area Servicio
Connected to 172.23.30.8
Fig. 9.4.1.8 Transferir Ruta a System1 9.5 Configuración de un punto fuera de ruta
Con formato: Numeración y viñetas
Los puntos fuera de rutas se utiliza cuando tenemos la necesidad de medir algún punto de un equipo y no esta configurado o bien no se bajo la ruta. ¾ Encender el recolector portátil (ON) se despliega la pantalla Application Manager. Enter en Icono Data Collector. ¾ Seleccionar el icono Análisis.
Enter
Desplazar
ON / Off
Fig. 9.5.1 Punto fuera de ruta
Con formato: Numeración y viñetas
Off Tour es el punto fuera de ruta el cual se medirá, podemos cambiar el nombre, en el icono configuración de parámetros, ejemplo 203J.
Retornar a la pantalla anterior. Nos lleva a una pantalla mostrando los tipos de medición. Configuramos los parámetros a medir de la maquina, ejemplo, punto, Agrega un nuevo punto a la ruta. Quita un punto de la ruta.
Fig. 9.5.2 Iconos de configuración de puntos fuera de ruta
Apretar Enter y comienza a tomar la lectura para la cual se configuro el punto, los valores de lectura se pueden ver directamente en pantalla, también se puede subir a System1 para analizarlo en el computador.
Enter
Fig. 9.5.3 Valores de lecturas
CAPITULO X Tipos de vibraciones mecánicas
TIPOS DE VIBRACIONES MECANICAS
Interés principal para el Mantenimiento deberá ser la identificación de las amplitudes predominantes de la Vibraciones detectadas en el elemento o máquina, la determinación de las causas de la vibración, y la corrección del problema que ellas representan. Las consecuencias de las Vibraciones Mecánicas son el aumento de los esfuerzos y las tensiones, pérdidas de energía, desgaste de materiales, y las más temidas: daños por fatiga de los materiales.
10.1 Análisis Espectral
Cuando se mide una máquina, se genera una información muy valiosa que es necesario analizar. El éxito de este análisis depende de la correcta interpretación que se le de a los espectros capturados con respecto a las condiciones de operación en que se encuentra la máquina. A continuación se muestra un esquema de cómo sería la captura de la información desde una máquina para luego ser analizada.
Fig. 10.1.1 Esquema de un análisis espectral 10.2 Desbalance
Desbalance Estático Producido generalmente por desgaste radial superficial no uniforme en rotores en los cuales su largo es despreciable en comparación con su diámetro. El espectro presenta vibración dominante con una frecuencia igual a 1 X RPM del rotor.
Fig. 10.2.1 Desbalance Estático Desbalance Dinámico El desbalance dinámico ocurre en rotores medianos y largos. Es debido principalmente a desgastes radiales y axiales simultáneos en la superficie del rotor. El espectro presenta vibración dominante y vaivén simultáneo a frecuencia igual a 1 X RPM del rotor Se recomienda para corregir la falla balancear el rotor en dos planos
Fig. 10.2.2 Desbalance Dinámico
10.3 Desalineamiento
Desalineación General
La mayoría de los casos de desalineación son una combinación de los tipos angular y paralelo. El diagnóstico presenta picos 2x más fuertes que los picos 1x y en la existencia de picos axiales 1x y 2x. Noten que altos niveles axiales 1x no están causados por desbalance en rotores sobresalientes.
Efectos de la Temperatura en la Alineación
La mejor alineación de cualquier máquina siempre ocurrirá solamente a una temperatura de operación y se espera que esta sea su temperatura de operación normal. Es imperativo que las mediciones de vibración para el diagnóstico de desalineación sean hechos con la máquina a su temperatura de operación normal.
Causas de Desalineación
La desalineación esta causada por las condiciones siguientes: ¾ Armado impreciso de los componentes, como motores, bombas etc. ¾ La posición relativa de los componentes se altera después del montaje. ¾ Distorsión debido a fuerzas en tuberías. ¾ Distorsión en soportes flexibles debido a torque. ¾ Expansión de la estructura de la maquina debido al alza de la temperatura. ¾ El frente del acoplamiento no está perpendicular al eje. ¾ "Pie Suave", esto es cuando una máquina se altera cuando los pernos de fijación son puestos bajo fuerzas de torque.
Desalineación Angular: Ocurre cuando el eje del motor y el eje conducido unidos en el acople, no son paralelos Caracterizado por altas vibraciones axiales. 1X RPM y 2X RPM son las más comunes, con desfase de 180 grados a través del acople. También se presenta 3X RPM. Estos síntomas también indican problemas en el acople.
Fig. 10.3.1 Desalineación Angular
Desalineación Paralela: Los ejes del motor y del rotor conducido están paralelos, pero no son colinéales. Se pueden detectar altas vibraciones radiales o tangenciales en los rodamientos en cada lado del acoplamiento a 2X RPM, predominante, y a 1X RPM, con desfase de 180 grados a través del acople. Cuando aumenta la severidad, genera picos en armónicos superiores 4X y 8X.
Fig. 10.3.2 Desalineación Paralela
10.4 Remolino de Aceite / Latigazo de Aceite (Oil Whirl)
Este tipo de vibración es una condición muy destructiva que ocurre solamente en maquinas equipadas con descansos lubricados a presión, y que funcionan a velocidades relativamente altas, el Oil whirl es una condición en la que ocurre una fuerte vibración entre 0. 38x 0. 48x, nunca aparece en exactamente 0. 5x, pero siempre está más bajo de la frecuencia de rotación. El problema de los torbellinos de aceite normalmente se atribuye a diseño incorrecto del descanso, desgaste excesivo y un aumento de la presión del lubricante o un cambio de la viscosidad del aceite. Las llamadas velocidades críticas son velocidades en las que se excita una frecuencia natural del eje. La mayoría de las máquinas con ejes largos tendrán varias velocidades críticas y la velocidad de operación estará por lo general arriba de la primera velocidad crítica.
Fig. 10.4.1 Remolino de aceite (Oil Whirl)
10.5 Holgura Mecánica Eje-Agujero
Fig. 10.5.1 Holgura Mecánica
Aflojamiento de manguitos, tolerancias de manufactura inadecuadas (con juego), y holgura entre el impulsor y su eje en bombas. Causa un “corte” en la forma de onda en el dominio del tiempo. La falla genera múltiples armónicos y sub-armónicos de 1X RPS, destacándose los armónicos fraccionarios 1/2 X, 1/3 X, 1.5 X, 2.5 X, Frecuentemente la fase es inestable y el nivel máximo tiende a una dirección notable realizando lecturas radiales espaciadas 30 grados entre si.
10.6 Soltura Estructural
Fig. 10.6.1 Soltura Estructural
Ablandamiento o desplazamiento del pié de la máquina, por holgura en los pernos de la base o por deterioro de los componentes de la sujeción El espectro presenta vibración a 1X RPM en la base de la máquina con desfase a 180 grados entre los elementos sujetados en el anclaje. Altamente direccional en la dirección de la sujeción.
10.7 ROTOR O EJE PANDEADO
Fig. 10.7.1 Rotor o eje pandeado Se produce por esfuerzos excesivos en el eje Genera Vibración AXIAL alta con diferencia de fase de 180 grados medida en los dos soportes del rotor. La vibración dominante es de 1X RPM si el pandeo está cercano al centro del eje, y es de 2X RPM si el pandeo está cerca del rodamiento.
10.8 Correas O Bandas
Excentricidad de Poleas: Fácilmente confundible con desbalance. Ocurre cuando el centro de rotación no coincide con el centro geométrico en una polea o engranaje La mayor vibración ocurre a 1 X RPM del elemento con excentricidad, en dirección de la línea que cruza por los centros de los dos rotores.
Fig. 10.8.1 Excentricidad de Poleas Desgaste de la Correa: Ocurre por sobrepaso de la vida útil de la banda, o por desgaste excesivo de la misma Las frecuencias de bandas siempre están por debajo de la frecuencia del motor o máquina conducida. Normalmente se encuentran cuatro picos y generalmente predomina el de 2x frecuencia de banda.
Fig. 10.8.2 Desgaste de Correas
Resonancia de Correas: Sucede si la frecuencia natural de la banda coincide o se aproxima a las RPM del motor o de la máquina conducida. El espectro muestra altas amplitudes de la frecuencia de resonancia y la frecuencia de excitación de banda, siendo la frecuencia de resonancia la predominante.
Fig. 10.8.3 Resonancia de Correas
Desalineación entre Poleas: Se dan tres tipos, desalineación paralela, desalineación angular y casi todas las desalineaciones que se observen en la práctica son una combinación de las 2 anteriores. Estas generan vibraciones anormales en sentido axial y radial excitación del pico representativo de la velocidad 1X RPM, especialmente en sentido axial.
Fig. 10.8.4 Desalineación de Poleas
10.9 Flujo De Líquidos
Frecuencia De Aspas: Frecuencia a la cual, cada aspa pasa por un punto de la carcaza. Producida por obstrucciones, cambios abruptos de direcciones o desgastes de juntas La BPF (frecuencia de paso de aspas) es excitada en sus primeros dos armónicos con bandas laterales. La BFP es igual al número de aspas por la frecuencia, algunas veces coincide con la frecuencia natural lo cual causa altas vibraciones.
Fig. 10.9.1 Frecuencia de Aspas
Cavitación: Es la entrada de aire o vaporización de un fluido dentro de la bomba. Ocurre cuando la presión de fluido es menor que la presión de vapor a esta temperatura. La cavitación causará erosión a las partes internas de la bomba, el espectro muestra una vibración a altas frecuencias del orden de 2000 Hz.
Fig. 10.9.2 Cavitación
10.10 Bombas Con Engranes
Bombas con engranes se usan para bombear aceite de lubricación, y casi siempre tienen un componente de vibración fuerte en la frecuencia del engranaje, que es el número de dientes en el engrane por las RPM. Este componente dependerá fuertemente de la presión de salida de la bomba. Si la frecuencia del engranaje se cambia de manera significativa, y hay una aparición de armónicos o de bandas laterales, en el espectro de vibración, este podría ser una indicación de un diente roto o dañado de otra manera.
Fig. 10.10.1 Espectro de bombas con engranes
10.11 Fallas En Rodamientos
Falla en pista interna: Grietas o picaduras del material en la pista interna, Se produce una serie de armónicos siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM la frecuencia de falla de la pista interna, en dirección radial. Además el contacto metal - metal entre los elementos rodantes y las pistas producen pulsos en el dominio del tiempo del orden de 1-10 Khz.
Fig. 10.11.1 Falla rodamiento pista interna Falla en pista externa: Grietas o picaduras del material en la pista externa, Se produce una serie de armónicos siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM la frecuencia de falla de la pista externa, en dirección radial. Además el contacto metal - metal entre los elementos rodantes y las pistas producen pulsos en el dominio del tiempo del orden de 1-10 Khz.
Fig. 10.11.2 Falla rodamiento pista externa
Falla En Elementos Rodantes: Se produce una serie de armónicos siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM la frecuencia de falla de los elementos rodantes, en dirección radial. Además el contacto metal - metal entre los elementos rodantes y las pistas producen pulsos en el dominio del tiempo del orden de 1-10 Khz.
Fig. 10.11.3 Falla en elemento rodante
Deterioro de jaula: Deformación de la jaula, caja o cubierta que mantiene en su posición a los elementos rodantes. Se produce una serie de armónicos de la frecuencia de la jaula siendo los picos predominantes 1X y 2X RPM de la frecuencia de falla en jaula, en dirección radial o axial.
Fig. 10.11.4 Falla de la jaula
10.12 Fallas En Engranajes
Estado Normal: Espectro característico de un engranaje en estado normal Espectro característico del engrane: El espectro mostrará armónicos 1 X y 2 X RPM del piñón conductor y de la rueda conducida. Adicionalmente, mostrará bandas laterales alrededor de la Frecuencia de Engrane GMF (Gear Mesh Frecuency).
Fig. 10.12.1 Espectro característico de un engranaje en estado normal
Desgaste En Diente: Ocurre por operación más allá del tiempo de vida del engranaje, contaminación de la grasa lubricante, elementos extraños circulando en la caja del engrane o montaje erróneo Su espectro se caracteriza por la aparición de bandas laterales alrededor de la frecuencia natural de vibración (FN) del engrane defectuoso. El espaciamiento de las bandas laterales es 1 XRPM del engrane defectuoso.
Fig. 10.12.2 Espectro de un engranaje con desgaste
Sobrecarga En Engrane
Fig. 10.12.3 Espectro de sobrecarga en engranaje
La excentricidad ocurre cuando el centro de simetría no coincide con el centro de rotación. El backlash se produce cuando, al terminar el contacto entre dos dientes, los dos siguientes no entran inmediatamente en contacto el espectro muestra aumento considerable de las bandas laterales alrededor del la GMF y Fn. El engranaje con problemas es indicado por el espaciado de las bandas laterales. Si el problema es blacklash, la GMF debe disminuir con el aumento de la carga Para corregir el problema, el engranaje debe ser reensamblado o reemplazado si se encuentran problemas de manufactura.
CAPITULO XI Casos de fallas reales
CASOS DE FALLAS REALES
11.1 Descripción del Aero-nfriador. Para el enfriamiento de condensado de las plantas se utilizan aero-enfriadores los cuales se monitorean las vibraciones del motor eléctrico y rodamientos del Fin-Fan, en total son 180 aero-enfriadores por Planta. El Fin-Fan tiene un rodamiento inferior de carga axial y un rodamiento superior de carga radial, al igual que el motor eléctrico, el movimiento se transmite mediante correa de una banda y poleas. El rodamiento inferior del fan es de rodillos a rótula auto-alineables y muy robustos. Las dos hileras de rodillos hacen que los rodamientos puedan absorber cargas elevadas. Fig. 11.1.1. Esquema del Aero-enfriador
Correa Motor Eléctrico
Rodamiento Inferior
Fig. 11.1.2 Rodamiento Inferior del Fan desarmado se aprecia las 2 corridas de polines con sus jaulas. 11.2 Falla de Rodamiento Inferior E-305-20F
Espectro tomado en Marzo 2007,
muestra
niveles
normales de vibraciones, solo se aprecia un Peak al
1x
1x que son las rpm del Fan. Se debe considerar que aunque los valores
• La zona entre 10 y 40 KCPM presenta levemente picos con una amplitudes promedio 0.2 mm/seg.
son bajos ya hay una falla
• También presenta zona de pasto (ruido)
insipiente del rodamiento (seguir monitoreando).
Fig. 11.2.1 Espectro de Rodamiento sin falla
Fig. 11.2.2 Espectro de Rodamiento con falla En Marzo 2008 los valores de vibraciones aumentaron debido al mayor daño del rodamiento inferior del FinFan. Se producen bandas laterales alrededor de la frecuencia del rodamiento. También se observa una serie de picos muy cortos al ritmo
de
los
polines
pasando por zona dañada.
Fig. 11.2.3 Daño en pista de cubeta inferior y pista interior
La frecuencia de falla del rodamiento se presenta a los 15KCPM
Fig. 11.2.4 Frecuencia de falla del rodamiento
Formas de Ondas Asincrónicas
Fig.11.2.5 La forma de onda asincrónica
no
se
presenta
limpia debido a que esta en el inicio de la falla. La forma de onda es periódica, típica de los rodamientos.
Fig.11.2.6 Los periodos son mas compactos, los impulsos por
la
falla
de
las
pistas
aumentan En esta etapa de la falla.
Fig.11.2.7 La tendencia de las vibraciones en valores absolutos va en aumento debido a la falla del elemento rodante.
11.3 Falla de rodamiento Inferior E-405-21F El rodamiento presenta una falla en la pista exterior. Comparado con la falla anterior cabe destacar que los niveles de amplitud son alrededor de 0.5 a 0.6 mm/seg. Estos impactos son
Tono de rodamiento
más bajos que la falla anterior, lo que indica
que
la
falla
de
estos
rodamientos dependen más de la frecuencia que de la amplitud para decidir el cambio. Fig. 11.3.1
Fig. 11.3.1
La Fig. 11.3.2 muestra la pista externa del rodamiento con el daño producido por los polines, estas grietas producen impactos que son los primeros estados de la falla del rodamiento el que producirá frecuencias de vibración no sincrónicas que se llaman "tonos de rodamientos", y sus armónicos. La Fig. 11.3.3 indica la forma de onda asincrónica indicando los impactos por cada periodo de tiempo.
Fig. 11.3.2 Pista externa con el daño
Fig. 11.3.3 Forma de onda asincrónica
11.4 Correa suelta y Pérdida de paso del Fin-Fan E-405-27F En el primer caso tenemos la correa que esta suelta debido a una tensión incorrecta como se ve en el espectro, la frecuencia natural de la banda coincide o se aproxima a las RPM del motor 1x o de la máquina conducida e indica altas amplitudes de la frecuencia de resonancia ( entra en resonancia). La frecuencia natural puede ser alterada cambiando la tensión de la correa o banda. Cuando hay desgaste por cumplimiento de la vida útil de la correa, o por desgaste excesivo de las poleas. Las frecuencias de bandas siempre están por debajo de la frecuencia del motor o máquina conducida y generarán vibración a la frecuencia fundamental de paso de correa y sus armónicos. Se puede corregir el problema siempre y cuando si la correa no presenta demasiado desgaste es tensionarla.
Fig. 11.4.1 Espectro la frecuencia natural de la Correa
Fig. 11.4.2 Correa con desgaste
Fig. 11.4.3 desgaste de Polea M. Eléctrico
En el segundo caso tenemos un severo desgaste de la correa Fig.11.4.2 Con lo que provoca la pérdida del paso de esta con las poleas causando altas vibraciones al 1x, también se pierde tensión de la correa produciendo resonancia, El excesivo desgaste de la polea del motor eléctrico Fig. 11.4.3 y desalineamiento son los factores causales de la falla. En este tipo de espectro normalmente se encuentran cuatro picos y generalmente predomina el de 2x frecuencia de banda con amplitudes inestables.
Fig. 11.4.4 Espectro de Correa y polea desgastada
11.5 Falla Turbina a vapor por desbalance
Fig. 11.5.1 Turbina a Vapor
Fig. 11.5.2 Rotor de Turbina 106UJT ¾
Servicio: Se utiliza para mover un ventilador que suministra aire a una caldera de vapor 106U.
¾
La turbina esta acoplada a una caja reductora y posteriormente a un Fan.
¾
La velocidad de operación en servicio 4570 RPM y Potencia 200 HP
¾
Historia: Al colocarse en servicio presenta ruido y altas vibraciones, se toma los datos vibraciones y temperaturas. Los espectros y análisis se indican en las siguientes láminas.
Valores de vibraciones debida al desbalance
Espectro tomado lado no conductor, en la posición vertical
manifiesta
un
desbalance dinámico, la frecuencia
de
vibración
predominante esta al 1x de las RPM de la pieza desbalanceada. La amplitud de la vibración es mayor en el sentido de medición radial, vertical, con algunos armónicos 1X.
Fig. 11.5.3 Espectro al 1x y sus múltiplos
El desbalance de este tipo de 1x RPM
rotor
(rotor
saliente)
presenta a menudo como resultado una gran amplitud de la vibración en sentido axial al 1x y al mismo tiempo en la dirección radial.
Fig. 11.5.3 Espectro Rotor Turbina al 1x típico de desbalance
Fig.11.5.3 Mecanismo de sobre velocidad
Fig. 11.5.4 Rodamiento axial Mecanismo Sobre velocidad
Rodamiento
Posición 2
Posición 1
Shim
Causa de la falla: Para balancear el rotor el mecanismo de sobre velocidad se instala en una posición fija (posición 1), Fig.11.5.3 Después de balanceado se desmosta (mecanismo de sobre velocidad) para poder instalar otras piezas, posteriormente se instala definitivamente en su posición final. Cuando se volvió a colocar este dispositivo de sobre velocidad se instaló una laina entre la cara de este y el rodamiento Fig. 11.5.4 Quedando en la posición 2, cambiando el centro de la masa lo que provoca que el rotor quede desbalanceado provocando vibraciones a la turbina. • Fig.11.5.5
Espectro
después de la reparación del rotor de la turbina a vapor.
11.6 Problema de balance Motor Eléctrico PM-3002B En la prueba del motor eléctrico (3000 RPM) en terreno presenta altas vibraciones en dirección radial 2.5 a 5 mm/seg.
La frecuencia de vibración
predominante se manifiesta a 1x de rpm, La amplitud de la vibración es mayor en el sentido de medición radial, tipo de desbalance dinámico, predominante en la dirección Vertical y con algunos armónicos al 1X.
Fig.10.6.1 Espectro Motor Eléctrico con falla
Origen de la falla: la causa se debió a que se balanceo sin media chaveta y según la norma IEC 34 – 14. En Talleres se volvió a girar nuevamente el motor, sin la media chaveta esta vez los valores de la vibración aumentan y quedan al límite de lo recomendado. Se recomienda usar la norma ISO 1940 G2, 5 para compensar el rotor, ya que eventualmente estaría en el umbral de la inestabilidad, Lo que hace riesgoso dejarlo en las condiciones actuales.
Se determina que para un requerimiento G2, 5 existe desbalance en ambos planos. Se procede a corregir por medio de aporte de masa en las aletas 14 grs. y 10 grs. En el plano 1 y 2 respectivamente. Luego de la corrección, la verificación del residual arroja valores muy por dentro del requerimiento G2, 5 para este equipo. Finalmente se realiza la prueba con y sin chaveta y en ambos casos se obtiene una mejora significativa del nivel de vibraciones, mencionando si, que siempre sin la media chaveta las magnitudes se incrementa.
PLANILLA DE MEDICIÓN DE VIBRACIONES Lectura Inicial (norma IEC 34-14) Punto
Con Chaveta
Lectura Final (Norma G2,5)
Sin Chaveta Peak RMS
Con Chaveta Peak RMS
Sin Chaveta Peak RMS
medición
Peak (medido)
RMS
1
1.120
0.79
2.430
1.72
0.756
0.53
1.490
1.05
2
2.020
1.43
6.710
4.74
0.593
0.42
1.540
1.09
3
0.660
0.47
4.970
3.51
0.797
0.56
2.030
1.44
4
2.060
1.46
3.690
2.61
0.194
0.14
1.610
1.14
5
1.020
0.72
0.593
0.42
0.193
0.14
0.871
0.62
6
1.090
0.77
6.070
4.29
0.882
0.62
2.460
1.74
(medido)
(medido)
Tabla de severidad Valor rms máximo de vibración Clase de
Rotación
Balanceo
RPM
80 a 132
132 a 225
225 a 400
N
600 a 1800 1800 a 3600
1.8
1.8
2.8
( norma ) R ( Reducido ) E ( Especial )
1.8
2.8
4.5
600 a 1800 1801 a 3600
0.71
1.12
1.8
1.12
1.8
2.8
600 a 1800 1801 a 3600
0.45
0.71
1.12
0.71
0.12
1.8
Fig.10.6.2 Planilla de medición de vibraciones
(medido)
CAPITULO XII Conclusiones
CONCLUCIONES 11.1 La integración de tecnologías, la tendencia del monitoreo de condiciones de los equipos rotatorios ha unificado a los departamentos de Mantenimiento a utilizar un conjunto de tecnologías orientadas a los principales modos de falla, la utilización de sistemas expertos pueden diagnosticar, generar alarmar y en ocasiones corregir automáticamente el comportamiento de la maquinaria para hacer más eficiente esta estrategia de operación y el mantenimiento. 11.2 Se reconocen que esta estrategia no es capaz de localizar todas las fallas de la maquinaria ya que depende de la cantidad de técnicas y tecnologías aplicadas y frecuencia de monitoreo. 11.3 System1, con su nueva tecnología actualmente ofrece una amplia variedad de aplicaciones, para monitorear variables, crear tendencias y guardar datos para el análisis de maquinas rotatorias. 11.4 La configuración en System1 depende de las necesidades a monitorear en cada equipo. Los factores de éxito para obtener un resultado del monitoreo y posteriormente un adecuado análisis dependerá: ¾ De la selección adecuada de las tecnologías, las cuales deben estar dirigidas a las causas de falla y sus síntomas. ¾ Determinación adecuada de la frecuencia de monitoreo. ¾ Habilidades y destrezas para interpretar los resultados y las tendencias, Métodos y programas de almacenamiento y análisis de la información. ¾ Establecimiento de límites y alarmas adecuados, lo cual fomentara a realizar un proceso de monitoreo de alta calidad, aumentando el tiempo medio entre falla, reducir fallos prematuros a equipos de planta y el costo del mantenimiento; aumentando la productividad, la seguridad personal y medioambiental.
ANEXO Terminología
ANEXOS.
Terminología
Diagnóstico Proceso para determinar con alta probabilidad de certeza, la condición mecánica de los equipos rotatorios utilizando los datos del monitoreo y experiencias de todas las áreas de la Organización.
Monitoreo Mediciones en los equipos en forma periódica de acuerdo a un programa preestablecido.
Monitoreo en línea Tienen sensores disponibles para monitorear las variables mecánicas de los equipos críticos y están configurados en el programa dedicado DM-2000 y la administración de la información es automática.
Puntos Lugar determinado en cada equipo para realizar sucesivos monitoreos en un mismo lugar.
Configuración Especificación del punto a monitorear configurado el Programa, vale decir las unidades de medición, el tipo de sensor (vibración, temperatura, presión, etc.), la frecuencia de monitoreo, las escalas máximas, las descripciones, etc.
Rutas Grupo de equipos con sus respectivos puntos, asociados de tal forma que permiten un monitoreo ordenado en terreno.
Colector Micro-computador destinado a colectar y acondicionar las señales de los sensores instalados en los equipos ó sensores portátiles, que luego transfiere al software dedicado en forma de rutas.
Snapshot Recolector portátil de toma instantánea. Banda Ancha Un nivel de vibración general ,que abarca un largo rango de frecuencias se llama una medición de banda ancha, opuesto a una medición de angosta, donde la energía se mide en bandas angostas de frecuencia. Espectro Sinónimo de dominio de la frecuencia. El espectro es el resultado de transformar la señal del dominio del tiempo en el domino de la frecuencia. Es la descomposición de una señal de tiempo en una colección de ondas senoidales. . Acelerómetro Es un transductor, cuya salida eléctrica es directamente proporcional a la aceleración en un rango ancho de frecuencias. La respuesta de alta frecuencia de un acelerómetro está limitada por su resonancia interna mecánica inevitable. La mayoría de los acelerómetros tiene una respuesta hasta un o dos hertzios.
Forma de onda Es la forma de una señal en el dominio de tiempo como se ve en la pantalla de un osciloscopio. Es una representación visual o gráfica del valor instantáneo de la señal, trazado contra el tiempo. La inspección de la forma de onda puede a veces proporcionar información acerca de la señal que el espectro de la señal no enseña. Filtro de paso alto Un filtro que deja pasar frecuencias arriba de una frecuencia específica, llamada la frecuencia límite. Los filtros de alto paso se usan en instrumentación para eliminar el ruido de baja frecuencia y para separar componentes alternantes de componentes CD en una señal.
Filtro de paso bajo Un filtro de paso bajo es un filtro que pasa componentes de señales a frecuencias más bajas que una frecuencia específica, llamada la frecuencia límite.
Filtro de paso de Banda Es un filtro que solamente deja pasar energía entre dos frecuencias que se llaman las frecuencias límites superior e inferior. Los filtros de paso de banda pueden ser fijos, con frecuencias límites constantes, y pueden ser variables, donde las frecuencias límites varían con el tiempo.
Onda Una onda es un disturbio que se propaga a través de un medio, y que resulta en un movimiento oscilatorio local del medio. Las ondas transmiten energía en el medio y viajan a velocidades características que dependen del medio.
Transductor Es un aparato que convierte un tipo de energía como vibración o sonido en un tipo diferente de energía. Generalmente una corriente eléctrica o un voltaje. Transductores son el corazón de los sistemas de monitoreo. Algunos tipos de transductores son mucho más confiables y más lineales que otros; un ejemplo es el acelerómetro piezo eléctrico que es el mejor tipo para medición de vibración.
BIBLIOGRAFIA ¾ Bently Nevada Corporation. ¾ www.bently.com ¾ Tutorial de vibraciones para mantenimiento mecánico (Internet).
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