L OS PRINCIPIOS de la INVESTIGACIN de PROBLEMAS

ANLISIS de FALLAS y CONFIABILIDAD

PRESENTACINTenemos sumo agrado en presentar, para los asistentes a nuestros seminarios y cursos, este Manual de Anlisis de Fallas y Confiabilidad, en el cual hemos vertido una cantidad apreciable de nuestra experiencia en terreno en un variado tipo de faenas mineras y plantas industriales.

Los contenidos que aqu se exponen son el resultado de investigaciones y labores en terreno en las cuales hemos contado con el apoyo de muchos jvenes ingenieros de notable capacidad terica y otros profesionales cuyo principal acervo es una experiencia prctica de reconocida eficacia. Muchos de los datos que se exponen en este manual han sido recogidos por ellos y por tanto les reconocemos su aporte al acervo de nuestra empresa. Nos hemos enriquecido fuertemente y hemos capitalizado sobre la base de una continua relacin con clientes que nos han hecho el honor de solicitar nuestras asesoras: debemos destacar aqu a Codelco Norte, Quebrada Blanca, CMPC Pacfico, SQM, Corpesca, Arauco y Fepasa.

Deseamos destacar que la Ingeniera de Mantenimiento es una sola y que afortunadamente recibe de cuando en cuando el aporte de ideas renovadoras que apellidadas de modos novedosos contienen siempre los mismos parmetros que nosotros llevamos aos utilizando y que representamos en este manual.

Les convocamos a leer este manual que acompaa a nuestro Curso AFC, para as interiorizarse de los aspectos ms elocuentes de esta tecnologa terico-prctica que nosotros deseamos exponer a una vasta falange de ingenieros y tcnicos en nuestro pas. No estamos ciertamente dictando, en este manual, una norma irredargible sobre el anlisis sistemtico y utilitario de las fallas de los equipos, su prevencin, su prediccin y su solucin. Cada uno de nuestros cursos son de inmensa utilidad para nosotros mismos, pues del fecundo intercambio de experiencias deducimos y sistematizamos nuevos criterios, perfeccionamos otros y reafirmamos los ms.

Sin estudio no hay progreso y sin teora no hay accin pro-activa en el mundo de hoy. Progresar es tema de progresistas y los profesionales de la ingeniera debemos ser lderes del progreso.

MANUAL AFC

ANLISIS de FALLAS y CONFIABILIDAD

NDICE

Cap.

Contenidos

Pg.

1. SISTEMTICA ANALTICA INVESTIGATIVA

3

a. Pensamiento Analtico Enfrentando Fallas

4

b. Bsqueda de la Causa Raz: Secuencialidad

11

c. Sintomatologa y Confiabilidad Real

18

2. DEFECTOLOGA INDUSTRIAL y MINERA

25

a. Vibroanlisis Aplicado y Modos de Falla

26

b. Caso Emblemtico: Motores Elctricos

28

c. Corrosin Industrial: Fuente de Fallas

36

3. INGENIERA CLNICA y PRO-ACTIVIDAD

42

a. Codificacin y Estadstica de Fallas

43

b. Clnica de Fallas: Vulnerabilidad de Componentes

60

c. Lnea del Tiempo: Disponibilidad, TMEF, TMR

65

4. ANLISIS ANTICIPATIVO APLICADO

74

a. Falla Extractores Vahos Nave Electro-Depositacin

75

b. Anlisis Fallas Reductor Molino de Bolas

77

c. Bombas y Sistemas leo-Hidrulicos: Contaminacin

80

d. Ruido Espectral: Rodamientos Rpidos y Lentos

84

e. Engranes: Fisuraciones Endentado, Potencia y Torques

90

CAPTULO 1

SISTEMTICA ANALTICA INVESTIGATIVA

PENSAMIENTO ANALTICO ENFRENTANDO FALLAS

Las fallas de mquinas son el enemigo a vencer. Toda nuestra educacin, nuestra experiencia, nuestras habilidades y nuestra formacin se juegan a fondo en este desafo universal. Para ganar en esta guerra hay que recurrir a las armas ms eficaces de esta poca: Utilizar informacin y proponer un plan. Precipitarse con soluciones sobre la marcha o echando mano a drsticos remedios oportunsticos no es ms que rendirse ante los ms aejos paradigmas. Conocer-Pensar-Actuar debe ser la secuencia lgica de nuestras actividades hacia el Anlisis de Fallas. Y si a esto le sumamos participacin, obtendremos resultados perdurables y didcticos para los ms jvenes que nos observan. Esta dinmica analtica posee dos vertientes distintas, pero tiles y complementarias ambas.

ANLISIS

ex-ANTE

ex - POST

(antes de Fallar)

(despus de Fallar)

1. ANLISIS ANTICIPATIVO

La vertiente del anlisis ex-Ante tiene un gran valor y en gran medida se apoya tambin en los anlisis posteriores a las fallas que han sucedido antes. La concatenacin tpica del anlisis ex-Ante se inicia por la sintomatologa, o sea la captacin y el estudio de los sntomas, avanza a travs del cuidadoso escrutinio y evaluacin de coherencias de ellas, prosigue con el diagnstico de la condicin del equipo; contina con las conclusiones y recomendaciones y termina con el pronstico predictivo del tiempo de vida restante al equipo y el prudente plazo de intervencin.

Un tema que es especialmente clave en este tipo de anlisis es el profundo, versado y directo conocimiento de la mquina y sus componentes tanto por sus conductas como por sus caractersticas operativas y dinmicas. De este modo la cspide del conocimiento del equipo debe ser establecer con bi-univocidad la relacin que debe existir entre sus sntomas y sus defectos. Esa ser la raz de aciertos muy rentables y salvadores de tiempo productivo y extensores de la vida del equipo al evitar fallas.

Si se consigue alinear una relacin consistente entre el nivel del sntoma y la gravedad del problema en cada momento de la evolucin de este, se habra logrado un triunfo notable sobre la ignorancia y sobre el pesimismo, sobre la estolidez y la invalidez presente al enemigo. Analizar fallas apoyado por estas dimensiones del pensamiento es lo que necesitan las plantas industriales y mineras hoy.

2. ANLISIS AUTPSICO

El anlisis ex-Post, surge de la necesidad de aprovechar intensamente la desgraciada oportunidad de una falla producida. La condicin ms clara de su real utilidad es que no deber volver a suceder una falla como la anterior y para ello las caractersticas de sta deben ser estudiadas a fondo en lo que hemos llamado autopsia de la falla producida. Para que esta sea til y exitosa deber ser rpida y pronta e iniciarse dentro de la hora siguiente a la falla. Se recogen todos los documentos, fotos, filmaciones, mediciones, muestras y anlisis de ella.

Se realizan observaciones minuciosas y se genera documentacin escrita de lo observado. As quedar una verdadera memoria de la falla producida, que ser una foto iluminada de los procedimientos o mejoras que ayudarn a evitar que dicha falla u otra similar se repita en el futuro. La forma en que este anlisis ex-Post ayuda al anlisis anticipativo es notable ya que este ltimo requiere establecer la relacin sntoma-defecto en la forma ms cuantificada posible.

Toda persona que requiera investigar un problema debe echar mano a un mtodo, si no quiere errar sin rumbo en base slo a prueba y error. Ha habido notables pensadores que han contribuido decisivamente a la propuesta metodolgica. Ella, en general, ha estado bastante relacionada con la matemtica y la ciencia. De hecho, en la Grecia Clsica, Euclides sistematiz dicho anlisis a travs de las propuestas de: Planteamiento, Hiptesis, Desarrollo, Tesis, Solucin, Corolario, Axioma.

Tambin bastante ms tarde, Descartes, Leibnitz, Pappus, Bolzano y otros matemticos y fsicos han allegado sistemtica a la propuesta metodolgica. De all ha surgido: Induccin, Reduccin al Absurdo, Alternativa, Semejanza, Congruencia, Analoga, Contradiccin, Transitoriedad, Igualdad, Simplificacin.

Todos estos conceptos condimentan hoy nuestra capacidad para enfrentar la solucin a los problemas, de forma que nos oriente y nos ayude con economas de tiempo.

3. ESPECIFICAR el PROBLEMA

Actuando en una forma absolutamente detectivesca lo cual siempre me recuerda en el cine a investigadores acuciosos y sistemticos como Poirot, Holmes y Maigret. En verdad el investigador de fallas de mantenimiento debe gastar una porcin importante de su tiempo, en especificar con claridad el problema. El relato inicial: escueto, sinttico, sin adornos, ni inventos o creencias, ni ramificaciones innecesarias o redundantes, debe allanar la naturaleza de la falla ocurrida o por ocurrir. Ella incluye una descripcin completa y precisa del problema.

4. PREGUNTAS y RESPUESTAS

Las primeras consultas aclaratorias deben incluir: Un QU? O sea, en que consiste el problema, cules son sus caractersticas ms visibles, que llama la atencin.

Luego se consulta el DNDE?: en qu lugar, rea, sistema est localizado el problema. Incluso si el equipo es de gran tamao; como una mquina papelera, un motor diesel o un molino de mineral, incluye una micro-localizacin dentro de la arquitectura del equipo.

Un CUNDO? orienta a informarse sobre fecha y hora de la primera ocurrencia sntoma traumtico. Las fallas a veces se incuban en forma subrepticia, se desarrollan con lentitud y continuidad, pero de pronto un hecho diferencial, distinto y fuerte, desencadena un cambio tendencial fuerte y notable. Este momento debe ser narrado. Se puede enriquecer, entonces, una respuesta al Cundo, relatando las circunstancias y en que etapa del ciclo de Vida Fsica del Equipo ha sucedido.

La cuarta pregunta clave es CUNTO? De hecho esta cuestin dimensiona el problema y tambin contribuye a priorizar la dedicacin a la eventual solucin. Cunta temperatura, vibracin, deflexin, corrosin, desgaste, ruido? Son condimentos decisivos a una hora de implementar un aparataje de deteccin, anlisis y soluciones al problema. Tambin la cuantificacin debiera incluir tendencias.

5. CERCANDO el PROBLEMA

Iniciando los caminos del Anlisis conviene, entonces, pasar a la fase de definir dos reas que circundan al problema; la primera consiste en congregar todos los ingredientes de lo que el problema ES! Es mecnico, es intermitente, es grave, es creciente, es daino, es nuevo. Son ellas precisiones que ayudan a encasillar la falla y encuadrar los caminos de solucin.

Tambin ser preciso apuntar a reconocer el campo de las caractersticas de lo que el problema NO ES! No es elctrico, no es instrumental, no es normal, no es propio del equipo, no es congnito, no es operacional, no es por actuacin humana. Estas precisiones de negacin eliminan campos anexos a los de la solucin y contribuyen a cercar el campo real.

Otras de las precisiones analticas de necesaria pre-eminencia es saber como DEBIERA! Trabajar o Conducirse. Ello implica reconocer las especificaciones operativas y conductuales originales o certificadas del equipo. Sus fabricantes han diseado una mquina confiable y por tanto han definido dicha conjuncin de temas operativos y funcionales.

Esto incluye precisiones cuantitativas y tambin cuantificaciones de sus respuestas fsicas exteriores: Temperaturas; Niveles Vibracionales y de Ruido; Condicin del Lubricante, Flujos, Presiones, entre otras sealan, pisos o tramos referenciales de notable importancia comparativa. Para contrastar el referente original con la realidad actual, es indispensable recurrir a Bitcoras, Historias y Mediciones de Control de las variables conductuales.

Otra de las cuestiones ms singulares consiste en identificar si ha habido Problemas de Partida o Arranque. Los investigadores nos encontramos, a veces, con la versin de operadores o viejos mantenedores: Desde el comienzo dio este tipo de problemas! Ya al partir present ruidos e intermitencias! Y lo que es peor: Traa problemas de Fbrica! No debemos olvidar y debemos ensear a la gente de terreno, que existen garantas. Recordemos tambin que hay empresas con una oficina especializada en reclamos por garanta, con gran xito. De todos modos, si no se hizo nada o se hizo poco, es un dato muy bueno saber que hubo problemas de infancia en el equipo. Reconocer las caractersticas del problema de partida es muy esclarecedor a la hora de los anlisis iniciales de la falla de marras.

Un tercer tema de este nivel pre-analtico es conocer la Repetitividad del Problema. Ha sido slo esta vez? Se ha presentado en otras ocasiones?

A veces una curacin parcial, mediante un reapriete de pernos, un cambio de Lubricantes; cambio de Sellos o Filtro; cambio de Correas gastadas, puede atenuar la sintomatologa del problema por un tiempo. Pero vuelve a reincidir casi con el mismo patrn anterior. Ello implica que la falla no es sintomtica, sino radical. Hay que ir a un anlisis ms exhaustivo, Investigar la Causa Raz.

6. HACIA la SOLUCIN

Una de las metodologas ms eficaces consiste en proponer Causas Posibles o Sospechadas de la Falla. No importar cuan aventuradas sean, pero deben ser expuestas. Luego se tabularn y se sometern al rigor de un anlisis de posibilidades. Luego, esta tabla de verdad, contrastar los sntomas de las causas posibles con la sintomatologa real. La forma de allanar el camino hacia las Causas Ms Probables, requiere de esta sistemtica rigurosa.

Una Tabla de Verdad, construida con eficacia, debe contener:

a. La Definicin precisa del problema

Sus datos de condicin son suficientes o no?

Son redundantes o contradictorios?

Dibuje una figura esquemtica con una notacin adecuada.

b. Relacionar los datos con las fallas

Hay experiencias previas de igual tipo? Hay analogas?

Las hay de problemas similares?

Hay algn principio general de la Fsica que pueda ser adoptado?

c. Seleccionar las causas ms probables

Si se opera por descarte Cules se eliminan por inconsistentes?

Podemos quedarnos con slo un par de causas ms probables?

Compiten entre ellas o podran complementarse?

Cules son los riesgos asociados a la solucin basada en las causas selectas?

Resisten las causas ms probables una prueba final de verificacin y consecuencia?

Generaran ellas problemas secundarios potenciales?

d. Proceder con un Plan

Disee un Plan de accin que considere paso a paso un desarrollo lgico y armnico. Que avance siempre y disponga de un apoyo logstico adecuado, oportuno y cualitativo. Discuta el plan con expertos o consultores.

Una vez validado, divlguelo y explquelo a los ejecutores. Recoja de estos alguna sugerencia. Pero en lo esencial No modificar el Plan. De all en adelante el programa ejecutorial ser sagrado. Nadie debe introducir cambios sobre la marcha.

Iniciada la ejecucin planeada registre y controle los pasos secuenciales y sus resultados puntuales. Anote medidas, enriquezca croquis y planos con tolerancias, ajustes, aprietes, holguras, dimensiones.

Terminada la ejecucin correctiva el investigador debe presenciar la puesta en marcha y tomar datos sintomticos durante la primera media hora de funcionamiento. Luego volver cada dos das, durante la primera semana, a recoger datos de temperatura, vibracin, ruido, contaminacin del Lubricante.

e. Examinar Solucin y Resultados

Hacia el fin de la primera semana el investigador emitir un completo informe sobre el anlisis efectuado. En l discutir la solidez de la solucin planteada y sus variantes posibles. Tambin identificar con claridad la causa raz. Incluir las medidas preventivas que se deban incorporar al Plan Matriz para evitar la precipitacin repetitiva del mismo problema.

BSQUEDA de la CAUSA RAZ: SECUENCIALIDAD

Hablemos ahora de una falla producida recientemente. Hay de ellas muchos ejemplos, pero la clave es poder superar los avatares del momento para lograr la independencia y la lgica inductiva suficiente que nos permita, no slo encontrar la causa, sino tambin ahondar en su desencadenamiento fatal para aprender, capitalizando conocimientos y experiencias de futuro.

Debemos activar la Descripcin de la Falla ocurrida, superando los desconsuelos y lamentaciones y desterrando recriminaciones del momento. Para ello debemos escuchar, preguntar mucho ms que hablar y enjuiciar. Luego leer los informes del turno, las bitcoras de operaciones y los comentarios de la gente que estuvo all. La Descripcin debe identificar el lugar y las circunstancias en calidad de relato.

Acto seguido debemos entrar en un terreno de mayor precisin en la Recoleccin de Datos de la Falla. Aqu deben aparecer las presiones, temperatura, flujo, vibraciones, ruidos, hora exacta, amperaje consumido, niveles de aceite y todo cuanto responda a cuantificaciones precisas, que pueden ser muy importantes luego.

En tercera instancia debemos ir por una Inspeccin Visual y Sensorial en terreno, a observar el lugar de los hechos y sus contornos, haciendo un esfuerzo de simulacin del instante de la falla y de los momentos anteriores. As se recogern all en el exacto lugar de los hechos las impresiones caractersticas del problema, mediante una correcta y completa verificacin de las circunstancias, ya no de odas sino directamente con los actores principales del evento.Todo esto ser muy importante para Completar la Identificacin de la Falla. De ella podremos derivar un gran avance hacia las certidumbres y as prepararse para las siguientes etapas sin cargar con versiones contradictorias y des-acreditadas.

Una etapa indispensable para la seriedad del procedimiento es proceder a la Comprobacin de Datos. En ello estar las verdaderas medidas fsicas del componente fallado, su autenticidad, la trazabilidad de su origen, las tolerancias, juegos, y estndares de montaje que se requeran por la pauta y procedimiento vigente.

Ahora, con bastantes seguridades reales de terreno, podemos Proponer Causas Posibles de la falla. En esta operacin debemos admitir todas las propuestas y no desechar ninguna por anticipado, por ms aventuradas que parezcan a primera vista. Ya el proceso secuencial dar cuenta de ellas. Teniendo esta base de posibilidades se debe proceder a Contrastar Causas con Datos. Esto ser hecho con absoluta objetividad para que no haya dudas de la legitimidad de la contrastacin realizada.

Seguidamente queda clara la posibilidad de Descartar Causas que no resisten la contrastacin y al mismo tiempo Seleccionar Causas en Sospecha. De este modo de la batera de causas posibles slo quedan en pie aquellas que se sostienen solas por su fortaleza ante los datos recopilados.

Lo que corresponde ahora es proponer Teoras del Origen de la Falla. Qu significa esto? Significa que, teniendo en cuenta las causas sospechadas y estudiando algunas de ellas, habra que proponer una trazabilidad de la secuencia que gatill la falla y por ello de su origen.

En consecuencia de esto, y si la teora demuestra tener sustentabilidad, ha llegado el momento de Determinar la Causa Raz de ella. Esta est precisamente en el origen de la falla, sea porque la ocasion directamente o porque una omisin o descuido suscit un encadenamiento que cre las condiciones indirectas que iniciaron el problema.

En consecuencia de lo anterior y ante el equipo fallado y previniendo que la falla debe ser superada y procurar que no se repita por la misma causa, se procede a Desarrollar la Accin Correctiva. Esta debe ser ejecutada con precisin y curando o suprimiendo preventivamente aquello que determin su origen radical.

Una vez realizada la correccin o mejora se debe reponer el equipo al servicio y Probar la Efectividad de la Correccin, en distintas fases de desempeo, cargas, velocidades y potencias.

Finalmente y como corresponde a un proceso serio, constructivo y pro-activo debemos Documentar los Cambios Efectuados, para que la accin desarrollada merezca ser considerada un aporte real y duradero a la mquina en cuestin.

Si todo este proceso secuencial se lleva y se cumple con acuciosidad, en los casos relevantes y que lo ameriten, entonces se habr ganado un espacio de ingeniera nuevo y creativo. La Ingeniera de Mantencin est vestida de estos procedimientos y las empresas los deben querer, exigir y apreciar.

En las pginas anexas se ha incluido un par de casos tpicos de esta secuencialidad aplicada a equipos de distinta tecnologa y pertenecientes a procesos industriales dismiles.

SINTOMATOLOGA y CONFIABILIDAD REAL

Desarrollaremos aqu el tema de suyo importante de la relacin que existe entre la condicin fsico-mecnica de una mquina y su confiabilidad real. Y para ello echaremos mano a los conceptos ms eminentes de su constitucin y de sus propiedades originales y cmo son alteradas, con posterioridad por los hechos propios de su trabajo.

Cuando en una fbrica original se arma un equipo, digamos un Reductor de Velocidades de tres ejes y dos engranes; el profesional encargado responsable toma de los estantes las diferentes piezas principales que conformaran el conjunto reductor, a saber:

6 Rodamientos

3 Ejes

6 Sellos

2 Piones

2 Coronas

1 Caja y 1 Tapa

Es claro que varias de ellas proviene de fbricas especializadas diferentes, y por ello, arrastran confiabilidades diversas. Es seguro que piones y coronas las haya fabricado una sola maestranza y es posible que los rodamientos sean de una sola marca, aunque pueden ser de fbricas distintas. En suma, al armar, el encargado hace una integracin de componentes dismiles, de diversos: origen, fabricacin, especificaciones y tecnologas. Esta integracin ser mecnica.

En el proceso de armado nuestro personaje y su grupo se sujeta adecuadamente a las pautas, procedimientos, ajustes y tolerancias para la correcta ejecucin de taller. Dada la esencial disimilitud, ya explicada, de los componentes, lo ms seguro es que tengan asociada una funcin confiabilidad distinta y particular cada uno de ellos. Por lo tanto, las probabilidades de falla de los componentes se ordenan en una escalera ascendente, desde el componente mejor diseado y fabricado o sea el ms confiable, hasta el ms dbil en su concepcin, que culminar la escalera. A los valores inversos de estas se les ha llamado CBO: Confiabilidad Bsica Original.

Luego sobrevienen etapas menos finas: embalaje, transportes y montaje en el sitio final. Ya una vez instalado en la planta y al operar con continuidad o intermitencias, con alto, medio o bajo servicio, con normalidad, sobrecargas o partidas repetitivas, el equipo va presentando fuerzas internas que actan sobre los distintos componentes.

Por all comenzar, entonces, a presentar problemas el equipo. Ahora, dado que las fuerzas internas afectan a todos los componentes y sus resultantes son comunes, la exteriorizacin de sus repuestas conductuales ser la vibracin que se recoge en sus cojinetes, que actan como enlace entre rotor y carcasa.

La vibracin en los cojinetes ser un vector proporcional a las fuerzas resultantes, pero al pasar estas a travs de los distintos componentes y al final por los propios cojinetes se ven sometidas a dos procesos fsicos eminentes.

PRIMERO: La amortiguacin diferencial de su amplitud global. Ello se debe a las propiedades elsticas de los componentes, que actan atenuando (o en ciertos casos amplificando) la magnitud de la fuerza original. Dicha amortiguacin propia determina que en unos cojinetes se recoja una vibracin mayor que en otras y que las mediciones recogidas en una direccin o sentido sean distintas de las adquisiciones en otras (Horizontal, Axial, Vertical) Un caso especial lo constituyen los ajustes, tolerancias, juegos y aprietes fuera de norma que causan una amplificacin irregular que corrompe la regularidad (lineal) de la relacin causa- efecto y magnifican los problemas.

SEGUNDO: Al pasar la fuerza por los distintos componentes se produce una singular excitacin de la respuesta de cada uno de ellos en la frecuencia que le es ms caracterstica o propia. Dado que la fuerza es un vector complejo de variado espectro, su respuesta vibracional tambin lo es. Por ello la manifestacin que se recoge, si se analiza con la instrumentacin adecuada, se logra descomponer en una exposicin de picos frecuenciales discretos o de banda angosta y concentraciones amorfas o de banda ancha. Cada una de estas manifestaciones frecuenciales, es un vector caracterstico de la condicin dinmica de los componentes del equipo y del modo o naturaleza de los problemas operativos mecnico-metalrgicos que les afectan. Es claro entonces, que el anlisis y diagnstico sintomtico posee una relacin causal muy profunda con las variables principales de la mantencin basada en la confiabilidad. Dada, entonces esta interaccin se le ha denominado Confiabilidad Dinmica al resultado final de ella.

En RESUMEN: Un equipo fallar diferencialmente, sobre la base de la probabilidad de falla dismil de sus componentes. Esta se manifiesta como la Propensin a Fallar, que es la misma escalera inversa de la confiabilidad que habamos citado anteriormente, pero alterada por la conducta real del componente en terreno y sus respuestas sintomticas recogidas desde la fuente.

El anlisis sintomatolgico identificar no slo la condicin dinmica cuantitativa de cada componente sino tambin el Origen, Localizacin y Naturaleza del problema que le afecta, su defectuosidad, sus tendencias y gravedad relativa. Para contribuir a la claridad del mtodo de la Generacin de Confiabilidad hemos desarrollado en un cuadro el caso del reductor de tres ejes.

Finalmente el Planificador deducir la oportunidad para una intervencin curativa o radical y los actores de la solucin del problema detectado, basndose en la criticidad del equipo, la importancia estratgica del componente, la mantenabilidad del conjunto y la capacidad de resolucin de la falla.

CAPTULO 2

DEFECTOLOGA INDUSTRIAL y MINERA

VIBROANLISIS APLICADO y MODOS de FALLA

La maquinaria industrial est sujeta a vibraciones que se originan en su propia naturaleza, en la ndole de los procesos en los cuales est involucrada y en el desarrollo de defectos internos sea mecnicos o elctricos. Actan atenuando o amplificando dichas vibraciones, ciertos particularismos propios del diseo y la hechura de las soportaciones de la maquinaria al sistema fijo de referencia y sus formas constructivas plenas de combinaciones de elasticidades y rigideces.

El inters de verificar, medir y analizar las vibraciones de la maquinaria industrial est basado en el principio fsico segn el cual la vibracin es un vector complejo resultante que se manifiesta esencialmente en los cojinetes respondiendo a las incitaciones de fuerzas que actan en la mquina. Por cuanto dichas fuerzas pueden alcanzar magnitudes destructivas para algunos componentes de la maquinaria, se ha encontrado conveniente introducir elementos de anlisis de las vibraciones, como fuente de informacin sobre dichas fuerzas. Esto es indispensable, por cuanto las propias fuerzas originales son difciles de medir, o a lo menos no es tan fcil como las vibraciones.

Nuestra experiencia en anlisis vibratorio ha sido predominantemente en maquinaria rotatoria propulsada por motores elctricos, leo-hidrulicos o turbinas. Sin embargo tambin, en estos ltimos 5 aos hemos realizado un vigoroso avance en motores de combustin interna con ciclos alternativos. De hecho esta ltima aplicacin ha tomado fuerza a raz del uso de herramientas ms poderosas de anlisis que hoy est en nuestro acervo.

La labor del analista de vibraciones asoma, entonces, como la de un investigador criminal, que debe identificar el causante de la trasgresin, la gravedad de ella y el lugar de los hechos. La tecnologa actual le da al analista informacin frecuencial exacta para identificar la fuerza agresora, le calcula la amplitud exacta para que calibre la gravedad de la falla y le informa la fase angular que le permite localizar el sitio de la anomala. Existe una amplia literatura acadmica sobre vibraciones mecnicas que recomendamos leer slo a aquellos ingenieros y tcnicos que estn interesados en la base terica de los ejemplos que aqu exponemos.

Sin duda que sumar en el Anlisis de Fallas y la bsqueda de la Confiabilidad, motivo de este manual, actividades de vibro-anlisis es tremendamente contributivo a hacer claridad sobre la relacin causa-efecto de los problemas que, en las mquinas, pugnan por transformarse en fallas. El desconocimiento de las potencialidades del anlisis de las vibraciones puede obscurecer los problemas y resultar en un avance muy lento y equivocado de la solucin de ellos y terminar en una sistemtica de prueba y error que es la ant-tesis de un proceder analtico.

CASO EMBLEMTICO: MOTORES ELCTRICOS

Hemos ido diseando esta solucin mediante mediciones y controles por ms de 8 aos en diversas empresas mineras e industriales. El mtodo ha causado sorpresa entre los ingenieros electricistas, dada la novedad que esto ha implicado, mas, con su colaboracin han contribuido a validarlo y justificarlo. La estadstica indica que desde que ATECMA comenz a utilizarla oficialmente se ha diagnosticado 496 motores. De ellos han sido cambiados 343 y su inspeccin en taller a estator abierto ha mostrado falta de aislamiento. Otros 153 siguen funcionando an o fallaron antes de ser intervenidos.

A. INTRODUCCIN a la SINTOMATOLOGA de MOTORES

Los motores elctricos de induccin son equipos de notable simplicidad mecnica. Por ello, y por su prolija y sapiente fabricacin y armado, no presentan muchos problemas dinmicos que se expresen como vibraciones o ruido espectral cuando se les ausculta con analizadores. Estamos, por ello, resumiendo aqu lo ms esencial de sus sntomas.

Lo ms comn es que, an en niveles bajos, presenten seales armnicas con su velocidad de giro, ya sea porque se han desequilibrado, desalineado o padecen de alguna soltura mecnica. Tambin sucede que reflejen en sus respuestas vibratorias excitaciones provenientes de su equipo accionado o de la propia transmisin. Es el caso de motores elctricos accionando chancadores, molinos, o agitadores de eje vertical. Tales equipos introducen en el espectro del motor elctrico seales propias de ellos, tales como frecuencias de giro y/o de engrane. Pero, an as, los espectros ofrecen seales muy distintivas y discretas, lo cual, no consigue confundir a un analista informado.

Un tanto ms complejo es el hecho que el propio motor haya desarrollado, por descuidos en su mantenimiento, problemas de roces metlicos por deficiencias de lubricacin o ajuste y roces no-metlicos por desajustes en el centrado, calce y contacto de sus sellos de grasa. En ltimo caso, tambin es posible que tales problemas primarios hayan evolucionado hasta el dao de los rodamientos.

En estos 3 casos las seales recogidas en el espectro dinmico son amorfas, inestables, caticas, aleatorias, de incerteza probabilstica y visiblemente de ancha banda, poca amplitud pero gran rea de energa disipada. Se sitan entre 40.000 y 60.000 CPM los roces de sellos; entre 60.000 y 120.000 CPM los defectos de lubricacin y de 120.000 a 300.000 CPM los defectos de rodadura de los rodamientos.

Para su correcta visualizacin hemos incluido, al final, un par de espectros tpicos de sntomas que normalmente se presentan en bajas y altas frecuencias.

B. SECUENCIALIDAD FCTICA

1. Los motores elctricos de induccin padecen de prdida de eficiencia de la aislacin y disminucin de la vida de sus bobinados de estator y rotor por calentamiento sostenido, fuertes enfriamientos, vibracin alta, envejecimiento, lesiones, suciedad, humedad, sobretensin, contaminacin con polvo ambiental, o por carboncillo, imperceptibles deterioros debido a sucesivas partidas y trancazos con rotor bloqueado por contra-torques exagerados. Este es un problema serio y que fatalmente acecha a todos los motores sin excepciones. Es por ello, que proponer un mtodo para detectar predictivamente la aparicin de sntomas de prdida de aislacin es beneficioso pues significara poder adelantarse a la falla y evitar un cortocircuito interno que generalmente daa muy destructivamente al motor.

2. Los hechos son: Se efectan controles vibracionales sobre los dos cojinetes de los motores elctricos midiendo en aceleracin radial del movimiento vibratorio y en un rango frecuencial alto (superior a 150*RPM) Luego se observa con detalle los espectros captados en dichas mediciones vibracionales en ambos cojinetes de los motores elctricos de induccin. En ciertas ocasiones los motores elctricos presentan excitadas las frecuencias de paso de las barras del rotor y/o su segundo armnico. Por ejemplo, si la cantidad de barras del motor es 48 y la velocidad de giro es 1.480 RPM. La Fpb = Frecuencia de paso de las barras es igual a 48*RPM = 48 x 1.480 = 71.040 CPM. Su segunda armnica es 48 x 2 x 1.480 = 142.080 CPM.

3. Adems, acompaan a dichas frecuencias algunas bandas laterales situadas exactamente a 6.000 CPM de diferencia cada una de ellas. 6.000 CPM es igual al nmero de pares de polos por la frecuencia sincrnica de giro del campo magntico. En el caso del ejemplo npp = 4; RPMcm = 1.500. A esta frecuencia se le ha llamado frecuencia de paso de los polos = Fpp.

4. Cundo estn presentes estas frecuencias en los espectros de motores elctricos? Casi siempre. Con la diferencia que en la gran mayora de los casos sus amplitudes son muy bajas: menores de 0,1 g de aceleracin vibratoria por lo cual calificamos de normal el estado electro-magntico del motor. Cul es la causa porque estas frecuencias se sobreexcitan y sus amplitudes sobrepasan los 0,5 g? Hemos deducido, de la prctica, la conclusin cuyas bases pasamos a explicar.

5. En un motor con el rotor suficientemente centrado, desalineacin tolerable, y lubricacin suficiente, se genera la seal de excitacin de las frecuencias Fpb. Porqu sucede esto? Por Importante Debilitamiento de la Aislacin de sus Enrollados? El hecho concreto es que al pasar una barra frente a una zona de aislacin deteriorada recibe una fuerza de magnitud distinta y menor que la normal.

6. Esta diferencial genera un impulso transiente de regular intensidad pero de duracin cortsima (micro-segundos) Este impulso es como un agudo martillazo que excita la frecuencia natural de vibrar del rotor. Esta excitacin se amortigua con prontitud, dada la masa y las fuerzas conservativas del rotor. Pero luego pasa la prxima barra (con lapsos del orden de 1 ms) y vuelve a excitarse el rotor y as se repite 48 veces (caso del ejemplo) en cada giro. As el analizador espectral registra esta frecuencia de conteo de alto rango.

7. En este caso, las fuerzas radiales propias del centrado del rotor se desequilibran y se pierde la compensacin exacta entre la fuerza debilitada en el lado de la aislacin disminuida y la de sus antpodas que est entera. As esta fuerza diferencia creada acta fsicamente sobre el rotor tratando de sacarlo de su equilibrio en el centro magntico, alterando puntualmente el entrehierro y presionando radialmente para acercarlo al estator en el sentido del vector diferencial. As se causa una descompensacin del equilibrio de la FMM: Fuerza Magneto Motriz que acta sobre el rotor, que por ello cambia transitoriamente de magnitud en el sentido de dicho vector coincidiendo con un rea precisa del estator. Debemos recordar que la FMM gira a la velocidad sincrnica: RPMs.

8. Esto se evidencia al pasar cada barra frente a esa zona. Al reducirse puntualmente el entrehierro, las barras cortan ms lneas del campo magntico debido a su mayor densidad en las cercanas del estator. Vara, entonces instantneamente la fuerza sobre cada barra. Esto causa una vibracin diferencial de alta frecuencia en el rotor. Este fenmeno se repite cada vez que pasa una barra y por tanto se registra una frecuencia de conteo llamada Fpb.

C. FALLAS de AISLACIN en MOTORES de INDUCCIN

1. Qu es la aislacin elctrica en motores? Es la resistencia de aislamiento elctrico entre la armadura de los enrollados de cobre y la masa metlica (de acero o fierro fundido) o entre ellas mismas, sea en estator o rotor. Se mide en Mega Ohm. Y debe ser as de alta por cuanto debe oponer una gran resistencia al paso de la corriente elctrica por esa va imprevista, inadecuada y peligrosa. La eficiencia del motor supone que los enrollados deben conducir la totalidad de la corriente alimentada en los bornes desde la red de servicio.

2. Defectos en el circuito o fugas a masa disminuyen la eficiencia motriz y revelan un deterioro serio de la condicin del aislamiento elctrico que puede acelerarse hasta llegar a quemar la aislacin en la zona debilitada por la alta disipacin de calor que supone la circulacin de corriente por un camino de alta resistencia.

3. Producido este hecho se genera un cortocircuito que funde parte del devanado de cobre deteniendo bruscamente el motor, generando muchas veces actuacin de protecciones, salto de fusibles y cada del servicio con la consecuente discontinuidad imprevista del proceso productivo y muy posiblemente el dao a otras instalaciones sensibles. Es por esta razn que constructivamente los motores de induccin son sujetos de una acuciosa fabricacin en un taller de gran orden y limpieza, donde especialistas manejan trenes de armado de estator: polos y devanados y de rotor barras o bobinas.

4. En ello se atienen a normas internacionales, se utilizan cables de cobre electroltico de alta pureza y de fabricacin calificada y son sometidos a ensayes estrictos que comprueban la bondad y adecuacin del motor. Sin embargo todo lo dicho puede frustrarse, y de hecho lo hace, si las condiciones de trabajo as lo permiten. En especfico ha sucedido a veces con motores de rotor bobinado a raz de la contaminacin con polvo de carboncillo de los anillos rozantes; en motores jaula de ardilla en ambientes con polvo rico en cobre o sales en suspensin ambiental; en motores situados en plantas hmedas o con fuertes variaciones de temperatura da-noche que favorecen la condensacin de vahos. La idea subyacente en todo este esfuerzo investigativo, prctico y sistmico es evitar que estos desastres ocurran.

D. VARIACIONES de la FUERZA MAGNETO MOTRIZ (FMM)

1. Los devanados del estator del motor reciben alimentacin trfsica para generar un campo magntico giratorio que a su vez induce corrientes en los conductores cortocircuitados del rotor generndose as un torque motriz en el eje de la mquina. Como consecuencia fsica de las corrientes que circulan por los enrollados del estator se produce un flujo magntico en el entrehierro del motor que avanza senoidalmente a velocidad rotativa sncrona RPMs = 60*fr /npp (fr es la frecuencia de la red en Hz y npp es el nmero de pares de polos de la mquina) La fuerza que genera este flujo se denomina Fuerza Magneto Motriz: FMM que mueve el rotor.

2. La densidad del flujo magntico es mxima en la superficie del estator y disminuye progresivamente al alejarse: inversamente proporcional a la distancia. Por ello, constructivamente los motores se disean y fabrican con mnimo entrehierro (1 a 2 mm) y se arman con un control muy fino de la regularidad del entrehierro en todas las direcciones cardinales. De este modo al centrarse magnticamente el rotor no habr irregularidades en esta variable esencial. Es por ello que si quedara sometido a esfuerzos laterales. se somete al rotor a una alteracin de sus equilibrios dinmicos y de su estabilidad giratoria suscitando sobre l una serie de mini-impulsos de alta frecuencia. Todo esto a raz de las alteraciones que estos hechos mecnicos causan sobre la FMM.

3. Por supuesto que al hablar en estos trminos nos estamos refiriendo a desplazamientos de slo algunos micrones, del orden de 10 (m. Sin embargo esto ha sido suficiente para causar alteraciones en el espectro vibratorio del motor. Cul es la lgica de este proceso? Al pasar cada barra del rotor (o cada enrollado en caso de rotor bobinado) girando a la velocidad mecnica: RPMr frente al campo magntico que gira ms rpido: RPMs; va cortando lneas de fuerza. Este corte debiera ser uniforme y por ello su reaccin vibratoria debiera ser pareja y sin alteraciones armnicas. Ms al encontrar la barra una modificacin del entrehierro y por tanto de la densidad magntica, reacciona vibrando de modo singularmente distinto y agregando seales de aceleracin vibratoria de alta frecuencia. Estas corresponden a la frecuencia de repeticin del paso de las b barras frente a un defecto magntico. facilidad y curables en forma categrica.

4. Lo ms interesante de esta investigacin ha surgido de la prctica concreta de terreno y es que este mismo mecanismo opera cuando se presenta en alguna rea de la circunferencia del estator una anomala en la densidad del campo magntico a raz de una alteracin en el aislamiento elctrico. Lo importante es que el anlisis secuencial y ordenado ha permitido plantear las posibilidades y luego descartar problemas meramente mecnicos para ir avanzando en las evidencias de un problema ligado al electro-magnetismo presente en un motor elctrico. Detectados los primeros casos nosotros habamos considerado esta solucin slo como una hiptesis de trabajo, sin embargo luego se abalanzaron varios casos similares y tambin tuvimos la oportunidad de participar con los maestros de taller en desarmes de motores diagnosticados con baja aislacin. Un nmero considerable de casos ha confirmado la identidad de la relacin sntoma-defecto convirtindose en algo certero. Los casos ms alimentadores de certidumbre han sido los motores elctricos en los patios de estanques de las plantas de lixiviacin de cobre y en los extractores de vahos de las naves de ctodos. All la humedad corrosiva ambiente ha causado daos al esmalte aislante protector de los alambres de cobre.

5. Sigue, en algunos casos, la duda sobre cmo un mtodo de deteccin y anlisis bsicamente dinmico puede detectar defectos en algo tan esttico como un barniz. La explicacin es que del total del flujo magntico del motor, que se descompone en flujo de entrehierro y flujo de fuga; al iniciarse la falla de aislamiento, se incrementa el flujo de fuga en el punto preciso afectado por este defecto en desmedro del flujo de entrehierro. Este ltimo es el realmente til ya que es cortado por las barras para sostener el torque en el eje. Por ello al pasar cada barra frente a la zona afectada la FMM se ve disminuida all. Comparativamente la fuerza de equilibrio sita a 180 se manifiesta superior. Luego el rotor, cada vez que pasa una barra es golpeado radialmente en dicha direccin. As, aparece en el espectro vibratorio una seal como un pico a la frecuencia de paso de las barras, en aceleracin (proporcional a la (FMM) que al agravarse llega a valores cercanos o superiores a 1g.

CORROSIN INDUSTRIAL: FUENTE de FALLASEl acero, material principal en la fabricacin de estructuras, estanques y componentes de mquinas, es un producto artificial creado por el hombre, combinando esencialmente mineral de fierro con carbono. Esta es la razn por la cul, expuesto a la atmsfera, tiene la tendencia a oxidarse, o sea a combinarse con oxgeno, para retornar as a la forma natural de su estado en xidos de fierro.

1. ELECTROQUMICA de la CORROSIN

La corrosin proviene de la interaccin galvnica entre reas andicas y catdicas en una solucin acuosa. El metal en corrosin tiene una reaccin de oxidacin liberando electrones.

Fe Fe+2 + 2e-1

En el ctodo se produce una reaccin reductora equivalente. La fuerza que impulsa la corrosin proviene de la diferencia de potencial electro-qumico entre las reas andicas y catdicas. Los principales factores que influyen en la corrosividad del acero atacado por una solucin son: pH, concentracin de oxgeno en la solucin, temperatura, salinidad y velocidad del fluido.

pH (14 1)

O disuelto (%)

Temp C (10)

Salinidad % (0 ) Velocidad m/s (0,3)a.) La Influencia de la Acidez de la solucin en la corrosin es grande, se alza desde 0,1 mm/ao hasta ms de 1,3 mm/ao al pasar de pH= 10 a pH= 2. El HCl aumenta manifiestamente la tasa de la corrosin, y el CO2 acelera la reaccin. Tambin son letales el H2 SO4, cido actico y ctrico y sales como: cloruro de fierro, de cobre o amonio y el hipoclorito de sodio.

b) La cantidad de Oxgeno Disuelto influye proporcionalmente sobre la corrosin

c) La Temperatura de la Solucin influye acelerando la difusin del Oxgeno entre las capas de xido frrico. La tasa de corrosin en mm/ao se duplica cada 20 C de alza de la T desde 0,3 mm/ao a 22C

d) La presencia de Sales cidas incrementa la tasa de corrosin (Al tiempo que las sales alcalinas la disminuyen)

e) La Velocidad del Fluido aumenta las tasas de corrosin, en especial en presencia de NaCl. Velocidades bajas, del orden de 0, 1 a 0,2 m/s, pueden casi detener ciertos ataques como corrosin punteada (pitting) Pero ya a 0,3 m/s la tasa de corrosin sube a 1mm/ao. A velocidades entre 2 y 3 m/s el acero se pasiva a travs de una capa de xido protector y la tasa baja a 0,2 mm/ao para superficies lisas, pulidas y a 0,8 mm/ao para superficies rugosas. Para velocidades sobre 5 m/s la corrosin se incrementa mucho por combinacin de erosin-corrosin ante flujo turbulento hasta superar valores de 2 mm/ao, en especial en curvas y singularidades de tuberas.

2. CORROSIN LOCALIZADA

Las diversas formas de corrosin localizada son: Galvnica; Celdas Ocluidas de Oxgeno; Punteada; Bajo Tensin; Erosiva y Cavitacin.

a) Corrosin Galvnica

Dos metales distintos conectados metlicamente e inmersos en un electrolito, se transfieren electrones cerrando un circuito y creando una corriente elctrica entre ellos. La diferencia de potencial entre ambos metales, que controla la velocidad de la corrosin, est dada en la tabla adjunta.

b) Corrosin por Celdas Ocluidas

Se produce en las reas de interfaz agua-aire de los estanques en que vara fuertemente la concentracin de oxgeno entre una y otra rea de ellos por la variacin del nivel del lquido y el bao transitorio de reas superficiales expuestas. La presencia adicional de iones Cl- y H+ acelera el ataque.

c) Corrosin Punteada

Se produce en reas en las cuales queda humedad remanente en paredes o planchas de acero o fierro. Ante la ausencia de oxgeno los iones fierro se combinan con cloro naciente y generan cloruro de fierro, hidrxido y iones Fe y Cl. Esta combinacin produce perforaciones punteadas de gran profundidad y velocidad de desarrollo que en semanas deterioran planchas de acero carbono y de acero inoxidable en presencia de agua salina.

d) Corrosin bajo Tensin

Este fenmeno se produce en zonas afectadas por tensiones residuales: despus de soldar o perforar o en zonas con fuertes concentraciones de fatigas, en piezas maquinadas o dobladas. Ataques qumicos de soluciones salinas en dichas zonas proclives generan mltiples micro-grietas que se expanden. Forma parte, tambin de este problema, la fragilidad custica en estanques de acero de planchas soldadas.

e) Corrosin por Impacto Hidrulico

Una alta velocidad del fluido genera un impacto turbulento, acelerando la corrosin del acero, al decapar la pelcula oxidada protectiva. Este problema se produce en curvas y codos debilitando el espesor de los tubos.

f) Erosin-Corrosin

Cuando, en presencia de un ambiente corrosivo, el fluido desarrolla una labor erosiva, la combinacin es fatal, pues el fluido erosivo decapa la proteccin superficial. Luego se forma nuevamente por corrosin la capa oxidada, que despus es eliminada y as sucesivamente. Este proceso debilita las paredes de caeras y de chutes de mineral.

g) Corrosin por Cavitacin

En zonas de tuberas en que la presin positiva baja mucho se producen evaporaciones instantneas del lquido (agua) en la forma de burbujas nacientes, que luego colapsan al migrar a zonas de mayor presin. Este doble proceso afecta las paredes contiguas por cuanto las partculas condensadas del lquido alcanzan presiones de hasta 4.000 bar.

3. PREVENTIVA de la CORROSIN

La moderna tecnologa ha encontrado algunas eficaces prevenciones para los distintos tipos de corrosin.

a. Preventiva de la C. Galvnica

No utilizar pares galvnicos extremos sino cercanos en la serie. No conectar piezas menores de acero con otras grandes de metales ms nobles. Aislar ambos metales, en caso de que uno de ellos fuertemente catdico deba conectarse con acero. Agregar un tercer metal andico y de sacrificio respecto a los otros metales. Galvanizado es tambin un complemento eficaz. En casos muy severos se ha instalado potenciales elctricos compensando as el desequilibrio electro-qumico al neutralizar la corriente de electrones. Ha sido el caso de Puerto Ventanas.

b.) Preventiva de la C. por Celdas Ocluidas

Lo mejor es proteger las superficies en cuestin con recubrimientos resistentes e inertes: pinturas o revestimientos cermicos.

c.) Preventiva de la C. Punteada

No usar nunca acero dulce en casos de aguas salinas. No vaciar las calderas en tiempos prolongados. Calentar y evitar que en reductores haya condensacin de vahos al detenerse.

d) Preventiva de la C. Bajo Tensin

Especificar correctamente el material recipiente en funcin del lquido almacenado. Relevo de tensiones en casos de aceros maquinados o soldados.

e) Preventiva de la C. por Impacto Hidrulico

Mantener las velocidades del fluido bajo 2,4 m/s.

f) Preventiva de la Erosin-Corrosin

Tratar de mantenerse en los lmites del flujo laminar. Usar curvas de amplio radio. Reforzar los metales o recubrir con cermicos o corro-cermicos.

g) Preventiva de la C. por Cavitacin

Todo tiene que ver con el diseo. Finura en el acabado de bordes, aristas, esquinas, singularidades y en los cambios de direccin y dimetros. Trabajar en zonas de flujo laminar, evitar turbulencias y prdidas de carga.

CAPTULO 3

INGENIERA CLNICA y PRO-ACTIVIDAD

CODIFICACIN y ESTADSTICA de FALLAS

Este tema es algo que debe ser abordado con bastante prioridad por las empresas a la hora de querer iniciar un combate organizado y efectivo contra las fallas de equipos, sistemas e instalaciones. Atecma desarrolla el tema de Codificacin normalmente antes de iniciar cualquier intento de introducir manejo estadstico de las fallas. De otro modo sera perder tiempo, ilusionarse con resultados que no tienen consistencia y validez plena y errar en la secuencialidad de los pasos a seguir para obtener xitos.

1. CODIFICACIN INTELIGENTE de FALLAS

Primero definiremos la estructura del Cdigo de Fallas. Atecma es partidaria de un cdigo de 4 campos de longitud 8 Dgitos alfa-numricos cada uno. Explicaremos ac las razones de esta decisin.

Primer Campo: COMPONENTE

Proponemos que el primero de los campos se llame COMPONENTE y que este contenga el nombre estandarizado del componente afectado por la falla. O sea, sobre la cual se centraron las fuerzas disruptivas que causaron la anomala.

Esto estimula claramente el ordenamiento de la relacin equipo-componente del sistema de mantencin y calza con nuestra didctica y experiencia sobre el tema de anlisis de fallas.

Es obvio que habr que identificar en forma sencilla dichos componentes. Dado que el espacio es limitado (8 caracteres) y adems introducir un cdigo en lugar del nombre mismo sera engorroso y poco inteligente, proponemos usar slo el nombre y cortarlo si es muy largo. As lo hemos hecho en unos 15 proyectos anteriores y ha resultado bien.

Por ejemplo en el caso de una flota de transporte hemos trabajado que en Locomotoras se ubica 16 componentes mecnicos, 18 elctricos, 21 en freno, 3 en rodado, 3 en choque-traccin y 5 en varios.

Obviamente esto debe ser revisado en cada caso y posiblemente un poco ampliado pero ya es muy claro de que estaramos hablando. De este modo nos parece que iniciar la codificacin de fallas con el Componente tal como Atecma lo entiende puede ser suficiente. Sin embargo no nos negamos sino al contrario favoreceramos si se aceptara incluso una apertura mayor para una identificacin muy precisa del ncleo de la falla. Todo esto es debatible, por lo cual preferimos, en los primeros aos, sacrificar precisin exquisita por rapidez y resultados.

Segundo Campo: DEFECTO

Proponemos que el segundo de los campos, se denomine DEFECTO y que contenga el nombre estandarizado de ellos, con lo cual establecemos claramente su tipologa y cuadramos con la tcnica desarrollada en los temas de Anlisis de Falla (que ser una ingente tarea de un proyecto MCM)

Es as como los cuadros tpicos de las clnicas de fallas de AFC ordenan precisamente el DEFECTO inmediatamente despus del COMPONENTE cuya vulnerabilidad acusa. Las empresas debieran tener ya un cierto catastro de estos Defectos en una columna de sus recuentos estadsticos mensuales. Si no lo tienen habr que crearlos ahora.

Atecma ha usado mucho esta caracterizacin en varios proyectos y la sigue usando. Sin embargo, a pesar de tener cuadros ya probados y que propondremos, ellos deben ser ampliados con la naturaleza de los Defectos tpicos del equipamiento preciso de cada planta industrial o minera y de flotas de pesqueros o de transporte.

Sobre ello habr que juntarse con los expertos especficos en cada taller para batir esto en sesiones exhaustivas del GOD: Grupo Operativo de Datos.

Este campo de Defecto tampoco nos gustara adjudicarle un cdigo o un nmero y preferiramos el nombre o su abreviacin. Pero estamos conscientes que ello ser imposible en ciertos casos. Ser un tema de debate. En dichos casos habra que completar con un cdigo A-N de 8 caracteres.

Tercer Campo: CAUSA

Proponemos que el tercero de los campos, se llame CAUSA y que contenga el nombre estandarizado de ellos, con lo cual establecemos claramente la naturaleza del origen de la falla y as armonizamos tambin aqu con los mtodos de AFC.

Atecma ya ha utilizado esta denominacin, por lo cual tenemos tablas de Causas que propondremos y debern ser discutidas y ampliadas. Puede ser que los nombres de las Causas: desbalance, Desalineacin, Contaminacin, Soltura, Corrosin, superen en ciertos casos la longitud del campo lo cual obligar a cortarlos o abreviarlos.

Nuevamente en esto la experiencia de Atecma no bastar y deber ser suplementada por la de los ingenieros y tcnicos de cada empresa. Ya hemos ledo la informacin que anota la UIM para las causas y hay mucha riqueza all, que deber ser sistematizada.

Cuarto Campo: PREVENTIVA

Proponemos que el cuarto de los campos, se constituya por el nombre PREVENTIVA. Con esto damos un paso clave adelante en el combate a las fallas y nos sincronizamos con los mejores en el AFC del mundo desarrollado. Y con esto estaremos dando una mejor alternativa a ciertas propuestas anteriores que incluan aqu el concepto Accin.

Como este es un tema conceptual lo explicaremos mejor. Identificar, en un proceso de anlisis de fallas la mera accin correctiva no causa mayor impacto en el abatimiento de ellas, por cuanto saber que se hizo despus del desastre no crea avances en la prevencin de ellas.

Contrariamente dar a conocer lo que no se hizo preventivamente es insistir en la mentalidad general sobre los riesgos en que se incurre por no actuar preventivamente. Adems de ello da a conocer tcnicas preventivas que asociadas a la falla ya producida permite comparar en trminos de economa de empresa los grandes costos con los pequeos.

En el supuesto caso de una falla en un generador auxiliar la accin obviamente ser Cambiar lo que no ensea nada. La Preventiva en este caso sera: Vibroanlisis Peridico lo cual refuerza la penetracin interna de una tcnica de aplicacin deficitaria.

Conclusiones

Del modo en que la hemos desarrollado, la Codificacin de Fallas quedara completa y aplicndola al ejemplo anterior sera:

1er Campo: COMPONENTE: Generador Auxiliar: GEN-AUXI

2 Campo: DEFECTO: Aislacin Quemada: AISL-QUE

3er Campo: CAUSA: Bobinado Defectuoso: BOBI-DEF

4 Campo: PREVENTIVA: Vibroanlisis Peridico: VIBR-ANP

Respecto al trabajo que involucra estas definiciones proponemos canalizarlas en el GOD y darse un plazo de tiempo ni inferior a un mes ni superior a dos. Para ello hemos aportado con unas tablas como ejemplo de las tareas a realizar. Ella incluye una de Componentes especialmente Mecnicos. Tambin se agrega una tabla de Defectos tpicos que hemos recogido en nuestros varios proyectos en industrias, minas, pesquera y transporte ferroviario. Finalmente se acompaa una propuesta de Causas y Preventivas coherentes ambas.

2. ESTADSTICAS de APOYO al ANLISIS de FALLAS

El trnsito desde la reactividad a la pro-actividad en el mantenimiento industrial debe apoyarse fuertemente en el anlisis de fallas. Sin embargo mucho de esto ser slo buenas intenciones si no mejoramos notablemente el manejo estadstico de las fallas.

El mantenimiento predictivo basado en la aplicacin de todas las tecnologas instrumentales ha abierto las puestas a un torrente informativo que, adecuadamente sistematizado y analizado, esclarece indisputablemente los orgenes de las fallas y penetra a fondo hacia la raz primera de ellas.

Si a esto sumamos una adecuada concentracin de datos estadsticos y su manejo intencionado se fertiliza sobremanera los estudios de mejoras y refuerza la ingeniera de mantencin favoreciendo la pro-actividad creativa y fecunda. Para ello, ya hemos dicho, la codificacin inteligente y eficaz de las fallas debe albergarse en el propio sistema de mantencin o el mdulo de mantencin de un ERP. Nosotros hemos trabajado muy bien con Mximo y tambin con DS. Y con ERP como SAP, Movex y JE Edwards.

Estamos presentando aqu un grupo de grficos elaborados desde los datos que surgen de las inspecciones, los anlisis y los diagnsticos de situaciones de conflicto al interior de los equipos productivos. Ellos nos presentan, en primer lugar la necesidad de la disciplina inspectorial y su rigor programado. Su utilidad es tan grande como lo es a un mdico visitar al paciente y conocer la evolucin de su estado por perodos fijos. La espontaneidad, la a-periodicidad no es conducente y no permite buenas y clara deducciones rtmicas.

La estadstica de casos debe abrir las puertas a la especificidad frente a los tipos de equipos. Una de las diferencias ms elocuentes entre la medicina y la ingeniera de mantencin es que pesa sobre esta ltima la tremenda multiplicidad de equipos. Y con variedad claves dentro de uno mismo. Decenas de motores diversos, chancadores de 10 tipos distintos, molinos de 6 clases, bombas de 25 tipos dismiles y as suma y sigue. Adems, la propia revolucin de las tcnicas contribuye a la dispersin, por cuanto discontina equipos dominados y los reemplaza por otros con singularidades distintas. As no da tregua a los analistas, estos mdicos del zoolgico fsico industrial.

Tambin ha sido importante sistematizar la actitud de los mantenedores frente a los diagnsticos y colegir la capacidad de los analistas para convencer. Y finalmente una clasificacin de las patologas maquinistas ms comunes estadsticamente ha sido necesaria para apoyar criterios de mejoramiento de piezas, partes, materiales, lubricantes, tcnicas de colocacin-extraccin y el herramental clave.

3. INGENIERA de MANTENCIN

Las plantas industriales, mineras cuya gestin posee atributos de proyectividad creciente, estn empleando los mtodos de la ingeniera de mantencin para superar las fallas repetitivas de los equipos e instalaciones. Ciertamente una falla que se repite, como es un rodamiento que se desgasta prematuramente, un sello que se rompe con cierta frecuencia o un eje que se fractura despus de un tiempo, son un desafo a la paciencia y a la calidad profesional de los mantenedores.

Sin duda todos desearamos solucionar el problema, pero muchas veces la falta de mtodo, de compenetracin en los orgenes de la falla y, a veces, de la capacidad suficiente de estudiar sus pormenores y caractersticas, nos aleja de la resolucin del enigma y nos condena a la repetitividad o a derrotar al equipo por deficiente o inapropiado.

El anlisis de fallas es una actividad principal de la ingeniera de mantencin, por cuanto inicia el ciclo de la ansiada solucin al problema. En este ltimo tiempo de ha desatado una tendencia loable hacia las actividades analticas de la mantencin y muy apoyadas por las tcnicas predictivas se ha podido crear un ambiente favorable a la introduccin mtodos de ingeniera en los anlisis de falla.

Que los ingenieros de planta elaboren proyectos de ampliacin o de estructuras y facilidades de tipo civil no es una novedad y ms bien corresponde a una tentacin cosista de esta profesin. Pero que se introduzcan en los vericuetos de los equipos para investigar el componente cuya debilidad, mal conformacin o insuficiente diseo genera problemas de falla reiterativa a los equipos, s es una novedad.

Muchas veces se prefiri dejar a los maestros y a los encargados de rea esta tarea y as se minusvalor la ganancia que se obtiene al crear las empatas adecuadas para formar un grupo cooperativo con fines de llegar al fondo de los problemas. El enorme mrito que tiene la ingeniera de mantencin para la gerencia de planta es que con inversiones pequeas del tipo: recalcular una polea, reposicionar una vlvula, modificar un rodillo, cambiar un aceite; se obtiene unos beneficios marginales grandes lo cual apunta hacia tasas de Beneficio / Costo muy altas.

Atecma ha desarrollado mtodos prcticos que, basados en experiencia, muchas veces de prueba-error; y otras de calidad analtica, le han permitido contar con un cuerpo slido de actividades en la bsqueda de la causa raz, de las reformas y de las modificaciones necesarias para solucionar el problema de las fallas en equipos de trascendencia productiva.

La Ingeniera de Mantencin en su marcha hacia el MCM: Mantenimiento Clase Mundial debe usar inteligentemente y decididamente el Anlisis de Fallas de modo tal de recabar buena y sana informacin que oriente selectivamente los esfuerzos y las inversiones.

En este empeo es preciso desarrollar una estructura gestionaria y motivacional que logre mejorar la utilizacin de los equipos productivos y sea capaz de condensar y direccionar la informacin generada. Para ello es importante aplicar una metodologa para el estudio de los principales elementos decisorios:

Probabilidad de Falla

Duracin de las Vidas Fsica y Econmica

Tasa de Tiempos Perdidos

Sntomas y Diagnstico

Dado que la Confiabilidad de un equipo es la probabilidad de no-falla en el desempeo de sus funciones durante el tiempo garantido y bajo condiciones operativas estndar, las fallas generalmente se originan en solicitaciones que sobrepasan su resistividad y ellas estn afectas a temas probabilsticos.

Para establecer un programa de mantencin asistida por Confiabilidad de equipos, es necesario conocer las caractersticas de la ocurrencia de fallas. Estas se pueden obtener de estudio estadstico, para luego trazar las curvas de confiabilidad, duracin de vida; tasa de fallas y tiempo medio entre fallas. Hemos definido Confiabilidad como la probabilidad de no-falla en el plazo de 1 ao.

En el estudio de estos temas es apropiado disponer la construccin y uso de indicadores de mantencin que sinteticen la informacin e iluminen las decisiones: Disponibilidad / Utilizacin medida en % del Tiempo Total; Confiabilidad medida como TMEF (horas); Mantenibilidad medida como TMR (horas)

A su vez es muy clave clasificar los equipos y actuar selectivamente para lo cual es necesario disponer de la siguiente informacin: Criticidad Objetiva y su Factorizacin; Histograma de Fallas; Tendencias en Tiempos Perdidos; Densidad de Fallas y Jerarquizacin Fallera.

Finalmente, es necesario actuar pro-activamente dinamizando el mtodo a travs de: Identificar las Fallas Crnicas; Determinar Patrones de Falla; Controlar la Vida til de componentes esenciales; Auscultar Sntomas de deterioro relacionados con el fin de la vida fsica y Desarrollar un Plan Estratgico de reemplazos para anticiparse al fin de la vida econmica.

CLNICA de FALLAS: VULNERABILIDAD de COMPONENTES

En verdad, es tal la importancia de las prdidas productivas generadas por los imprevistos de mantencin, que ellas alcanzan en nuestro pas a una cifra cercana al 10% del producto nacional. Ante esto, que no slo daa al pas y a sus empresas, sino que lesiona la moral y el crdito de la mantencin Cul ha sido la estrategia de la gran industria celulsica que obtiene tan altos resultados? La implantacin simultnea del mantenimiento predictivo a travs del vibro-anlisis y el AFC: Anlisis de Fallas para la Confiabilidad.

El anlisis de fallas es una necesidad eminente para la solucin de los problemas de los equipos y transformar el mantenimiento en una actividad pro-activa y no meramente reactiva ante los temas que plantea el funcionamiento de la maquinaria. Se construye una cadena lgica de ndole investigativa que se enriquece con rigores sistemticos y acude al conocimiento de expertos para luego ir definiendo el problema en un entrecruce terico-prctico de sntesis progresiva. 1. INTRODUCCIN al QUEHACER CLNICO

Una de las precisiones analticas de necesaria pre-eminencia es reconocer las especificaciones operativas y conductuales originales o certificadas del equipo. Sus fabricantes han diseado una mquina pretendidamente confiable y por tanto han definido como debiera trabajar. El conocimiento pleno y acabado de las caractersticas de diseo de la mquina es una obligacin para el ingeniero que se embarca en una adquisicin. Seguidamente se pasa a la etapa de propuestas para causas posibles de la falla. Ellas se tabulan para contrastarlas con los datos y realidades observadas para as descartar o validar. Cules son eliminadas por inconsistentes? Podemos quedarnos con slo un par de causas ms probables? Compiten entre ellas o podran complementarse? Cules son los riesgos asociados a la solucin basada en las causas selectas? Resisten, las causas ms probables, una prueba final de verificacin y consecuencia?

Este proceso debe ser anticipado lo ms posible para que no nos veamos abocados siempre a deducir sobre el desastre. Para ello hemos apelado al tema de la Confiabilidad. Ciertamente hay una relacin dialctica entre fallas y confiabilidad. Por ello nosotros hemos desarrollado la idea que anticiparse sobre la base de conocer las constantes sobre las cuales se asienta la confiabilidad bsica original de los componentes del equipo. Esto nos lleva a presentar uno de los temas importantes para los mantenedores: no descuidar su participacin a la hora de las opciones iniciales, o sea cuando se estudia una adquisicin.

Los factores que influirn en dicha confiabilidad bsica original sern: la jerarqua resistiva del componente, la tecnologa empleada en su fabricacin y la calidad ejecutorial de ella.

En pginas anexas se observa un ejemplo de la relacin entre la generacin de confiabilidad y la propensin a fallar o vulnerabilidad de los componentes. En este se aprecia que encima de la confiabilidad bsica se sobreponen las realidades del funcionamiento operativo del equipo que a travs de las mediciones monitoreadas como sntomas conductuales le otorgan la dimensin ortogonal de su condicin dinmica. La combinacin de estos dos factores nos lleva a la determinacin de los puntos ms vulnerables de la mquina y sobre los cuales habr que aplicar ingeniera de mantenimiento para mejorar sus confiabilidades dinmicas.

El mantenimiento predictivo basado en la aplicacin de todas las tecnologas instrumentales ha abierto las puestas a un torrente informativo que, adecuadamente sistematizado y analizado, esclarece indisputablemente los orgenes de las fallas y penetra a fondo hacia la raz primera de ellas. Adems los datos estadsticos y su manejo intencionado fertiliza sobremanera los estudios de mejoras y refuerza la ingeniera de mantencin favoreciendo la pro-actividad creativa y fecunda. Los modelos de concentracin de datos de inspecciones, anlisis y diagnsticos de situaciones de conflicto al interior de los equipos productivos dan origen a unos grficos que jerarquizan los equipos por su vulnerabilidad.

Ellos nos enfatizan, en primer lugar, la necesidad de la disciplina inspectorial y su rigor programado. Su utilidad es tan grande como lo es a un mdico visitar al paciente y conocer la evolucin de su estado por perodos fijos. La espontaneidad, la a-periodicidad no es conducente y no permite buenas y claras deducciones rtmicas.

La estadstica de casos debe abrir las puertas a la especificidad frente a los tipos de equipos. Decenas de motores diversos, bombas de muchos tipos dismiles son los actores. Adems, la propia revolucin de las tcnicas contribuye a la dispersin, por cuanto discontina equipos dominados y los reemplaza por otros con singularidades distintas. As no da tregua a los analistas, estos mdicos del zoolgico fsico industrial.

Y finalmente una clasificacin de las patologas maquinaristas ms comunes estadsticamente ha sido necesaria para apoyar criterios de mejoramiento de piezas, partes, materiales, lubricantes, tcnicas de colocacin-extraccin y el herramental clave. Esto se ha hecho a travs de la aplicacin de la metodologa de la clnica de modos de falla que contribuye a identificar los puntos de mayor vulnerabilidad en los equipos y las mejores prcticas para su curacin. Para explicar como se desarrolla el trabajo en las planillas clnicas, hemos adjuntado aqu una de ellas.

Mas, como hay conceptos y relaciones importantes de entender con claridad estamos presentando adems ilustraciones de este proceder con fines claros y honestos de propagacin metodolgica.

2. PROCEDIMIENTO de la CLNICA de FALLAS

1 Se identifican los Componentes ms Vulnerables del equipo a analizar. Ellos deberan surgir como resultado del examen del cuadro de Propensin a Fallar del Taller II. Sin embargo, para este Taller III, esto no ser obligatorio y se podr trabajar con otro equipo.

Complementariamente, sera muy til y pertinente contar en cada caso con un plano o croquis oficial con despiece de equipo. Tambin ser de gran aplicacin disponer de un flow-sheet o esquema de flujo del proceso en el entorno del equipo analizado. Puede ser en medios magnticos y as exponerlo en teln o en papel para adherirlo al papelgrafo.

2 En esta fase se expone los Sntomas que se manifiestan desde el componente, cuando este tiene problemas. Entendemos como sntomas sus emisiones al exterior, ya sea Sensoriales: Temperatura, Vibracin, Ruido, Fugas, Contaminacin, Humo, Olor, Deformaciones; o de Captacin Instrumentada y Analtica: Espectrografa Vibracional, Sonometra Analtica, Termografa Infrarroja, leo-Espectrometra, Fluoroscopia Tensional.

3A continuacin se especifican los Defectos que se expresan a travs de los sntomas ya detallados. La relacin Sntoma-Defecto es un tema de la mayor importancia pues sobre ella descansa la capacidad de las personas involucradas de avizorar la interioridad de los problemas, sin detener y abrir el equipo. Estamos incluyendo un cuadro que singulariza varios defectos tpicos, que crean problemas en el equipo. De ellos se puede escoger alguno o tambin complementar la lista.

4. Corresponde ahora proponer la Causa-Raz que genera los defectos ya enunciados. Lgicamente es esta la parte ms difcil de colegir pues requiere un conocimiento muy atinado y experto del proceso desencadenante de la falla.

Cuando hablamos de causa-raz aludimos al mecanismo primario que origina el problema defectuoso. Esta causa trata generalmente de deficiencias en las inspecciones y en las limpiezas; operacin descuidada y fuera de la norma; o errores flagrantes de montajes y armados. Algunas veces tambin se trata de fatiga de los materiales base. En cuanto a todo esto recomendamos observar el cuadro adjunto que propone algunas causas-raz tpicas de plantas industriales.

5. En esta etapa se procede a describir los Efectos que el problema del componente, si se agrava hasta fallar, causara en el equipo, el rea o la planta. Para ello es imprescindible un buen conocimiento de la interrelacin, el rol y la criticidad del equipo en el proceso. Ciertamente esto es de gran importancia pues valora los perjuicios globales que una falla tendra y as potencia su importancia. Aqu resulta de suma utilidad contar con el flow-sheet del rea.

6. La idea de solicitar aqu que se hagan explcitas las mantenciones, inspecciones o acciones operativas de tipo Preventivo, es adelantarse a una falla actuando antes del agravamiento de un problema. La actitud de aportar medidas preventivas es resolver la causa-raz antes que desencadene una falla franca y daina. En el cuadro que se adjunta se propone una serie de preventivas ligadas cada una a una cierta causa-raz.

7. Finalmente y apelando a los Bench-Mark se estipula, desde un conocimiento globalizado, las Mejores Prcticas predictivas y pro-activas, tal como lo haran aquellos que practican MCM= Mantenimiento Clase Mundial, en los pases avanzados.

3. CONCLUSIONES de la PRCTICA

Necesitamos agregar que este mtodo no tiene casi nada de especial, novedoso o genial, es slo la misma sistemtica que muchas veces hemos usado nosotros mismos en cada oportunidad en que nos hemos sentido atenazados por las presiones de Operaciones, Gerencia y mirando a nuestra gente que espera una solucin racional y pensada.

El nico mrito nuestro al proponer esta sistemtica es haberlo empleado con mucha gente y empinndonos por sobre lo que ensean los libros o escritos extranjeros es haber adicionado las sintomatologas como fortaleza de los que saben de la relacin sntoma-defecto y adems haber reconocido la utilidad de tener como horizonte las prcticas de los mejores del mundo al estilo del MCM.

Y ahora lo mejor es sentarse a la mesa del GOD: Grupo Operativo de Datos a debatir y profundizar cada falla de importancia para generar hbitos analticos en la gente. Grandes beneficiarios de esto son la gente, las mquinas, la empresa y obviamente el pas.

LNEA del TIEMPO: DISPONIBILIDAD,

CONFIABILIDAD, MANTENABILIDAD

No es ms que un cuco las complicaciones matemticas que se presentan en algunos escenarios y textos sobre las funciones confiabilidad y mantenabilidad. Aqu recuerdo cuando en el proyecto 210 en DCN me plant en una pizarra y les expliqu a los planificadores la forma de clculo de estos indicadores de los cuales tanto se habla y tan poco se hace. No tardaron ni una semana en empezar a procesar los datos y a sacar los dos ndices sistemticamente hasta hoy para los molinos SAG y de Bolas del Concentrador.

Esto he querido declararlo as porque se ha repetido en Fepasa para su flota de locomotoras y en Corpesca para su flota pesquera. La nica salvedad es que debe ser rigurosamente aplicado slo a equipos iguales o sea de la misma clase. Otra cosa sera engaar y engaarse.

O sea, en el caso de mineras debe aplicarse slo a molinos de bolas y calcular los valores, particulares para ellos; o a chancadores terciarios; o a bombas de patio de estanques. En el caso de plantas de celulosa se debe registrar valores temporales y luego calcular los indicadores slo para bombas centrfugas de pulpa; o de licor; o a bombas leo-hidrulicas de pistones. En las pesqueras se debe aplicar en solitario a los motores diesel; o a los generadores, o a bombas O-H.

Se calcularn, entonces, Disponibilidad, Confiabilidad y Mantenabilidad con las siguientes expresiones:

D= Tiempo Disponible para Operaciones: Tiempo Total = TDO / TT (%)

C= Tiempo Medio entre Fallas = TMEF = TDO / Nmero de Fallas = TDO / n (horas)

M= Tiempo Medio de Reparacin = TMR = Tiempo de Falla: n = TF / n (horas)

La gran ventaja que tiene hacer los registros de falla en buena y pulcra forma y efectuar los clculos en consecuencia es que podr hacerse comparaciones sencillas con otras plantas y bastar una llamada telefnica o un mail para tener la impresin si estamos bien o nos falta para alcanzar a los mejores. Tambin se puede acceder a las bases de datos de consultores que han reunido cifras validadas para estos indicadores sobre la base de sus estudios y recopilaciones profesionales de prestigio y fidelidad. Estamos agregando a este texto unas lminas con valores de estos indicadores para algunos clientes muy seeros. Y una versin grfica de los parmetros de la Lnea del Tiempo.

CAPTULO 4

ANLISIS

ANTICIPATIVO APLICADO

SITUACIN FALLA EXTRACTORES VAHOS

NAVE ELECTRO-DEPOSITACIN

En varias ocasiones pudimos verificar la excesiva vibracin que se presentaba en los extractores de vahos de eje vertical de la nave. Se poda observar incrustaciones salinas que se depositaban all por establecerse las condiciones de temperatura adecuadas para este cambio de estado de los vahos. Incluso se pudieron observar grietas, que fueron fotografiadas por nosotros, en los ductos verticales. Una vez lavados los rotores y ductos la vibracin se reduca en algunos casos y en otros no. Tambin se observ que al soldar las grietas se reduca considerablemente la vibracin. Este se otorg al hecho que la soldadura rigidizaba los ductos imponiendo una impedancia mecnica mayor y as una respuesta vibracional menor. Detallamos la secuencia de hechos:

1) Despus de un contacto directo, en Octubre 1998 se recibi un fax del proveedor francs, en el cual informan de los resultados de un estudio estructural basado en Anlisis por Elementos Finitos. El estudio concluy que los extractores poseen sus Frecuencias Naturales en la zona 370 a 684 CPM que justamente coincide con la velocidad de giro del rotor: 581 a 585 RPM. Resulta claro, entonces, que los extractores trabajan en una zona frecuencial que posee un factor de amplificacin alto, en casos superior a 10, lo cual significa que a pesar de su buen equilibrio inicial, al incrustarse, en forma no necesariamente uniforme, el equipo alcanzaba vibraciones superiores a 20 mm/s siendo lo normal 1,5 mm/s, y lo aceptable por norma ISO: 4 mm/s.

2) Atecma ha estudiado el informe y ha encontrado notables coincidencias con nuestras aseveraciones, enriquecidas ahora por este estudio. Nos parece imprescindible, por tanto emprender las modificaciones propuestas, basadas en agregar elementos metlicos que incrementen la rigidez del conjunto, lo cual desplaza las Fn hacia la derecha y las aleja de las RPM del extractor. El proveedor propone adicionar variadores de frecuencia a los extractores. Dada la gran cantidad de estos: 72, nos pareci carsima la solucin a un grave error del proveedor. Hemos ha lidiado con problemas de estructuras en riesgo de flexibilizacin y propone manejar localmente el modelamiento de la solucin estructural replanteando el tema de la rigidizacin.

3) A su vez el tema de la Corrosin bajo Tensin, que fue minusvalorado, hubiera precisado utilizar inox AISI 904L que ha solucionado este problema en las plantas papeleras y celulsicas del sur. Pero hoy ya es tarde y se debe vivir bajo ese riesgo, reduciendo la salinidad del agua y las presencias de cloro en los vahos. Como es sabido el cloro ataca las concentraciones de carburos de cromo en los inoxidables austenticos de la serie 300.

ANLISIS FALLA REDUCTOR MOLINO BOLAS

Desde Octubre 2001 se vino apreciando en el reductor del accionamiento del Molino 2 de la planta Alhu de mineral de oro una situacin comprometida por vibraciones en alza en la zona de evaluacin mecnica de los componentes internos. En Enero 2002 la situacin sobrepas los niveles de tolerancia y nos impeli a urgir a la empresa a programar la intervencin del equipo. El reductor es marca Falk y ha estado en operacin por 12 aos.

El anlisis de las seales entregadas por el reductor indica que, en la zona de bajas frecuencias, predomina el tren de pulsos originado en la inestabilidad del eje intermedio.

Las seales captadas en la zona de frecuencias medias (hasta 100 kCPM) denuncian una fuerte presencia del engrane de entrada (Feer) La causa en sospecha de este problema se ha atribuido a contactos irregulares en dicho engrane, lo cual, de acuerdo a la experiencia de Atecma genera varios armnicos.

Es propio de los molinos de mineral que la vibracin generada por la fuerza del engrane del pin del contraeje, aparezcan en todo el accionamiento. Pero aqu adems son moduladas por defectos internos del reductor. Adems, a medida que se avanza (en el reductor) hacia la zona de torques mayores se incrementa la severidad de las vibraciones. Hay claras muestras de juegos excedidos por desgastes o defecto de pelcula de aceite. Hay fuertes e intolerables seales de contactos inter-dentarios flojos. La causa probable de este problema seran desgastes metlicos por rupturas de la pelcula de aceite que no es capaz de amortiguar las nuevas fuerzas que han aparecido.

De entre las abundantes seales que se pueden apreciar en el espectro adjunto se destaca que la velocidad rotativa del eje intermedio se hace presente modulando todos los picos espectrales de los engranes. Ello indica que el eje tiene cierta inestabilidad posicional pues parece estar oscilando en torno a su lnea de centros. Esto produce un tren de pulsos sobre las frecuencias de engrane. La causa concreta es: Los rodamientos cnicos de fijacin terminal de dicho eje estn con juegos excedidos, por otra parte se detectan solturas entre eje y cubeta interior y franca deflexin del rbol del eje.

Estos motivos llevaron a una intervencin inspectiva del reductor en Febrero 2002 y asistidos por Falk se visualiz la necesidad de disponer la programacin del reemplazo de los rodamientos por desgastes excesivos y del eje por acinturamiento. Para salvar la situacin se cambi el aceite por otro de mayor viscosidad, lo cual disminuy la vibracin. En Marzo 2002 se procedi a los cambios programados y a los ajustes calibrados. El reductor trabaja ahora con niveles vibracionales normales y el ahorro invisible por la no-falla catastrfica ha sido considerable. La Causa Raz de la falla es la fatiga de material de los rodamientos por trabajo prolongado y excedido en potencia.

BOMBAS y SISTEMAS LEO-HIDRULICOS: CONTAMINACIN

Los sistemas leo-hidrulicos ha alcanzado una fuerte importancia en las plantas mineras para el accionamiento de los alimentadores de mineral chancado (feeder), en las plantas de celulosa para mltiples accionamientos de rastrillos, prensas rotantes, embaladoras, en los pesqueros de alta mar en muchos accionamientos de huinches de levante de carga y en toda la maquinaria minera en el accionamiento de los mecanismos de traccin y levante.

La gran ventaja que determina su uso por los diseadores y proyectistas de mquinas y de sistemas consiste en su notable capacidad para generar tereques altos y muy altos en condiciones de partida desde cero y de bajas y muy bajas RPM en equipos rotativos. Adems de ello su uso para elevar presin en sistemas con pistones de levante es exclusivo. Los sistemas poseen, en general un estanque, filtros, instrumentos, un par de bombas que generalmente son de pistones (y ms escasamente de engranajes), un conjunto de caeras de carga y retorno y, cuando se precisa, un motor rotativo. El equipo ms afecto a fallas son las bombas por ser ellas las generadoras de potencia hidrulica.

Nos referiremos aqu a situaciones de falla que ocurren en uno de los usos ms singulares y crticos de las bombas O-H. Este se refiere al accionamiento del rastrillo de fondo del digestor continuo de la planta de Celulosa Arauco que es el mayor productor de celulosa del mundo.

Este conjunto es de criticidad altsima, pues una falla en l determina la detencin casi inmediata de la produccin que no se repone hasta solucionar la falla. Por lo dicho, el anlisis anticipativo de sus problemas de bombas debe ser hecho con gran acuciosidad, prestancia, experiencia y sapiencia en el delicado y exclusivo tema de la investigacin sintomatolgica. As se ha hecho. El sistema consta de lo siguiente:

1. Motor Hidrulico, Marathon, modelo MA-566 de 16 pistones;

2. Caja de Engranajes Kamyr (34 x 153 dientes; Ratio = 4,5);

3. Moto-Bombas leo-Hidrulicas Denison P-24 CH de 9 pistones (son 2); y

4. Caeras del Sistema Hidrulico (son 4).

El anlisis de ambos conjuntos motor-bomba O-H incluy motor elctrico de RPM= 1.493, bomba P-24, bombita de carga y caeras hidrulicas. Para la bomba P-24 se tiene una frecuencia de paso de pistones Fpp = 13.437 CPM = 9*1.493. Del vibroanlisis se concluye que ambos motores elctricos estn en perfectas condiciones.

En cuanto a las bombas O-H modelo P-24, emiten fuertes seales vibracionales y de ruido que se detectan al examinar los espectros frecuenciales en el rango de frecuencias altas. Estas bombas convierten las fuerzas lineales en rotantes a travs de un mecanismo de plato inclinado rotativo, manufacturado de acero lapeado, en contacto lubricado y con las 9 zapatitas terminales de bronce de otros sendos pistoncitos.

De la calidad de dicho contacto depende mucho de la estabilidad de la bomba. Tambin es clave la pureza y calidad del aceite que cumple el triple rol de agente transmisor de potencia, lubricador de contactos rozantes y enfriador de la energa calrica disipada.

Nuestra experiencia y nuestras elaboraciones tericas sobre la hidrulica de fluidos y sobre la dinmica de los componentes determina una primera sospecha hacia las irregularidades en el contacto del plato inclinado con las zapatitas pivoteantes de los pistoncitos.

Especficamente la P24 N 2 (norte) muestra una manifiesta presencia excitada de los armnicos de Fpp que se otorga a un contacto irregular basado en una serie de pequeos saltitos al pasar la zona del plato inclinado por las cabezas pivoteadas de los pistoncitos. La P24 N 1 (sur) muestra seales vibracionales y de ruido magnificadas de la Fpp, provenientes de un fuerte roce entre plato y zapatas. La situacin no es buena y se ha recomendado el cambio de la bomba norte en el plazo de 15 das y de la bomba sur en el plazo de 1 mes.

La causa raz de estos problemas ha sido una contaminacin del aceite hidrulico con partculas de polvo silcico. Estas han ingresado por intersticios o por aperturas descuidadas del estanque, recargas poco pulcras, filtros insuficientes y otros. La zona es de fuertes vientos y hay una gran cercana a playas marinas lo cual acecha por el volar de areniscas o limos muy finos que sobrepasan por sus tamaos de 1 a 3 micrones la capacidad de los filtros para retenerlos.

Estas partculas introducidas en la zona de contactos plato-pistoncitos generan rayaduras y aflojan material metlico, esta mezcla sigue su actividad destructiva profundizando las rayaduras y extendindolas. Se ha encontrado que hay una relacin lineal entre la profundidad del surco metlico y la amplitud de las seales frecuenciales.

Por lo tanto tambin se ha deducido un lmite mximo para la gravedad del surco y por ello de la amplitud de la seal. Ella es 10 micrones para el surco y 3G para la seal. Despus de esto la falla ser catastrfica al frenarse la arista de avance de un pistoncito en el surco produciendo un volcamiento de rotor y su absoluta destruccin.

Se acompaan documentos de este ejemplo de anlisis anticipativo.

RUIDO ESPECTRAL:

RODAMIENTOS RPIDOS y LENTOS

Durante largsimo tiempo se haba sostenido que era imposible diagnosticar rodamientos muy lentos puesto que la forma tradicional de diagnosticar problemas de defectuosidad en las superficies de rodadura era detectar vibraciones en el cojinete corroborado por ruidos agudos, alzas de temperatura en la caja porta-rodamiento y finalmente observar los espectros vibracionales de acuerdo a lo establecido para estos casos.

La lentitud del rodamiento en algunos casos ha tranquilizado a los usuarios no slo por la ausencia de sntomas exteriorizados evidentes, sino tambin por que se les supondra casi eternos dada su baja disipacin de energa cintica.

Sin embargo dos temas son acuciantes: uno es que fallan y el otro es que son en general muy grandes, caros y de una mantenabilidad difcil pues su extraccin y colocacin debe ser hecha por expertos de nivel mundial. De este modo y despus de varias fallas catastrficas las gerencias no han querido consolarse con explicaciones ad-hoc al problema sino solicitar una investigacin positiva y propositiva sobre el tema.

De all surgi el descubrimientos del Mtodo EED: Energa Espectral Deformativa que presentaremos a continuacin como un ejemplo importante y trascendente de los anlisis anticipativos.

1. RODAMIENTOS de PRENSAS de BLANQUEO de PULPA

Al observar los espectros de las mediciones realizadas a los Polines Prensa de Blanqueo se han confirmado algunas claves del diagnstico y consecuentemente de la conducta dinmica de los rodamientos terminales.

En primer lugar se puede afirmar en forma categrica que la rodadura de los rodamientos est sin defectos. No se manifiestan fisuras, ni descascarilleos, ni picaduras, ni crteres. Sus componentes rotativos estn en buena condicin: canastillo, polines, anillo interno y externo. En segundo lugar las seales en baja frecuencia en las que se manifiestan las anomalas mecnicas tales como solturas, desalineaciones, desbalanceos son muy bajas y no slo revelan la ausencia de este tipo de problemas sino que son influidas por las bajas RPM y por ello son poco indicativas. Otro aserto del descarte sistemtico de causas sospechadas cl