Importancia de los programas de mantenimiento

predictivo aplicado a equipos rotativos

1. Introducción

En toda instalación donde existan activos, se es necesario efectuar un mantenimiento

de éstos a fin conservarlos en perfecto estado de servicio y garantizar la seguridad y

fiabilidad de la instalación.

Sin embargo, durante muchos años la gestión del mantenimiento industrial fue

considerada un dolor de cabeza, una función relegada a producción cuya finalidad era

corregir fallas en forma rápida y barata, especialmente cuando las empresas iniciaron a

producir continuamente.

No obstante, hoy en día las organizaciones manufactureras y de servicios se han visto

sometidas a una enorme presión para llegar a ser y mantenerse competitivas en un

mercado global, en donde poder cumplir con entregas oportunas de productos y servicios

de calidad se ha convertido en una premisa clave del éxito organizacional.

Este nuevo entorno ha obligado a los gerentes a optimizar todos los procesos que

intervienen en sus organizaciones, siendo la gestión del mantenimiento industrial un

proceso clave en el logro de las metas y objetivos de la empresa.

Una adecuada gestión del mantenimiento industrial conlleva una serie de actividades

orientadas a garantizar las óptimas condiciones operativas de los activos, a fin de que

puedan continuar realizándose sus funciones designadas

Su principal objetivo es lograr que la maquinaria opere sin problemas, específicamente

aquella considerada como crítica en el proceso productivo; pues, es bien conocido que las

averías catastróficas e inesperadas dan lugar a pérdidas en la producción y elevados

costos en reparaciones.

En el transcurso de los años, se han venido dando nombre a las estrategias

establecidas para la ejecución y planificación de las actividades de mantenimiento. Esto

sigue siendo un tema de debate, puesto que existen una gran cantidad de definiciones,

que pueden variar según sea el autor. Para el presente artículo se considerarán los

siguientes tipos y estrategias: mantenimiento correctivo, mantenimiento preventivo basado

en tiempo y basado en condición, mantenimiento predictivo y mantenimiento proactivo.

Aunque el mantenimiento preventivo es capaz de disminuir en un alto porcentaje la

ocurrencia de fallas imprevistas, no es capaz erradicarlas, pues, existen una gran cantidad

de factores que afectan negativamente el buen funcionamiento de la máquina durante su

periodo de uso entre overhaull.

Es por ello, que los programas de mantenimiento predictivo resulta ser una estrategia

fundamental en el proceso de optimización de la gestión de mantenimiento, pues el

predictivo logra detectar fallas en etapa incipiente estando la máquina en servicio sin

necesidad de desmontajes. Sin embargo, antes de hablar sobre el mantenimiento

predictivo, tratemos un poco sobre las estrategias arriba mencionadas.

2. Mantenimiento correctivo

Representa el conjunto de actividades orientadas a restablecer las condiciones

operativas y/o el adecuado funcionamiento de un equipo luego que se ha presentado una

falla.

Esta definitivamente no es una adecuada estrategia cuando las fallas imprevistas

representan paros en la producción, elevan los costos de mantenimiento y/o atentan

contra la seguridad del personal y las instalaciones.

Entre las principales desventajas de esta estrategia se mencionan:

Fallas imprevistas de maquinarias.

Perdida de producción por paros de planta no programados.

Generación excesiva de horas de sobre tiempo del personal de mantenimiento.

Incremento de los costos de reparación.

Prolongación de los tiempos de reparación.

Baja confiabilidad de los equipos y funcionamiento inseguro de la planta.

Veamos algunos casos donde se puedan explicar mejor estas desventajas:

Caso N° 1. Falla de motor eléctrico por inundación de aceite.

El caso N° 1 se refiere a un motor eléctrico que trabaja en posición vertical y acoplado

en su parte superior a una caja reductora inundada de aceite, que a su vez mueve el

ventilador de una torre de enfriamiento.

La falla se presenta cuando la estopera lado acople del motor eléctrico, cuya principal

función es la de impedir que el aceite contenido en la caja de engranaje tenga acceso al

interior del motor eléctrico falla, por lo que el rotor y estator del motor eléctrico se ven

bañados en aceite provocando un corto circuito y quema del motor, tal como se muestra

en las fotografías.

Foto N° 1. Motor eléctrico lado acople

Foto N° 2. Interior del motor eléctrico (Vista lado acople)

Falla de la estopera lado

acople del motor eléctrico

El color gris del rotor y estator es a consecuencia

del aceite quemado en su

interior

Muestra de corto circuito en las bobinas del

estator

Debido a esta falla imprevista, 1 de las 3 torres de enfriamiento operativas de la planta

tuvo que salir de funcionamiento mientras se acometía con el mantenimiento correctivo del

equipo, lo cual implicó de manera súbita todo lo siguiente:

Ubicar servicio de alquiler de grúa para desmontar el conjunto motor-caja-ventilador

de la parte superior de la torre de enfriamiento

Desarme del equipo para identificar la falla

Ubicación y compra de un nuevo motor eléctrico

Incremento de las horas hombres de mantenimiento y procura para acometer con

todas las actividades en mención

Disminución de un tercio de la capacidad de producción durante 21 días, tiempo

que transcurrió desde la falla del equipo hasta su montaje y puesta nuevamente en

marcha.

Caso N° 2. Falla de la bomba de lubricación de un compresor de pistón.

El caso N° 2 se refiere a la falla de la bomba de lubricación de un compresor de 8

pistones, utilizado en un Chiller.

Al momento de producirse la falla de la bomba de lubricación, los componentes

internos del compresor (tales como cigüeñal, cojinetes y aros de compresión) se ven

sometido a un desgaste súbito denominado desgaste adhesivo; en donde la ausencia de

lubricante propició una la elevada fricción durante el funcionamiento de estos

componentes, y por ende, una soldadura en frio de las superficies en contacto, tal como se

muestra en las fotografías.

Foto N° 3. Vista lado acople del cojinete de empuje del compresor

Foto N° 4. Vista del cojinete de empuje desmontado

Cojinete de empuje

Cigueñal

Viruta métalica producto del desgaste del

cojinete y cigueñal

Evidencias de la soldadura en

frio

Foto N° 5. Vista del cojinete radial del compresor lado opuesto al acople

El mantenimiento correctivo realizado al compresor ameritó el desarme total del equipo,

y reemplazo de componentes tales como: Cigüeñal, cojinetes de empuje y radial, cojinetes

de las bielas, aros de compresión, cilindros del compresor, pistones, sello mecánico y

bomba de lubricación. Solo en repuestos se gastaron más de 70.000 $; a lo que se le debe

sumar el costo de la mano de obra especializada por el servicio de reparación del

compresor.

No obstante, estos gastos pueden resultar insignificantes al compararlo con las

pérdidas económicas producto de la reducción de la producción durante 76 horas, tiempo

el cual el compresor estuvo fuera de servicio. Cabe destacar que la reparación fue

realizada de forma rápida debido a que la compañía contaba con todos los repuestos

requerido para la actividad, de lo contrario, la reparación se pudo haber prolongado un

tiempo indefinido por la ubicación de todos los componentes dañados.

Evidencias de la soldadura en frio entre el cigüeñal y el

cojinete radial

3. Mantenimiento preventivo basado en tiempo

Una forma de disminuir la ocurrencia de fallos imprevistos en la maquinaria (tales como

los mencionados anteriormente) es a través del mantenimiento preventivo basado en

tiempo, en donde se respetan las recomendaciones de los fabricantes con respecto a las

actividades de mantenimiento rutinario a realizar y la frecuencia en que se deben llevar a

cabo.

Cabe destacar que la experiencia de los usuarios y mantenedores de las maquinarias

también representan puntos de vistas muy importantes al momento del complementar el

establecimiento de las actividades de mantenimiento preventivo a realizar por cada una de

ellas; pudiendo acortar o alargar frecuencias establecidas inicialmente por los fabricantes,

o en su defecto, agregar otras actividades que los fabricante no tomaron en consideración.

Duffua (2004) define el mantenimiento preventivo como una serie de acciones que se

realizan de manera sistemática sobre un equipo o un sistema de equipos, con el fin de

mantenerlos en condiciones operativas satisfactorias, independientemente de que se

produzca o no una falla.

Para poder ilustrar esto en un ejemplo, analicemos las actividades de mantenimiento

preventivo de la siguiente bomba de agua:

1. Inspección visual (nivel y fugas de aceite, fugas del fluido que maneja,

parámetros operacionales, corrosión, entre otros) – 1 vez por día

2. Cambio de aceite de la caja de rodamientos – 2.000 Hrs de operación

3. Revisión del acople entre motor y la bomba – 4.000 Hrs de operación

4. Chequeo de alineación entre el motor y la bomba – 4.000 Hrs de operación

5. Mantenimiento General (overhaull) – 30.000 Hrs de operación

Figura N° 1. Plano de una bomba centrifuga

El Mantenimiento General corresponde al desarme de toda la máquina a fin de

inspeccionar y reemplazar de ser necesario los componentes internos objetos de desgates

y deterioro, tales como: rodamientos, flecha, impulsor, anillos de desgaste, sello mecánico,

estoperas, o-rings y empacaduras.

Fotos N° 8 a la 18. Mantenimiento General de una bomba centrifuga

Aunque el mantenimiento preventivo es capaz de disminuir en un alto porcentaje la

ocurrencia de fallas imprevistas, no es capaz erradicarlas, pues, existen una gran cantidad

de factores que afectan negativamente en el buen funcionamiento de la máquina durante

su periodo de uso entre overhaull.

Por ejemplo, para la bomba de nuestro ejemplo se le debe realiza un mantenimiento

general cada 30.000 Hrs de operación según recomendación del fabricante. Esto quiere

decir que la vida de los rodamientos debe superar este tiempo estipulado entre overhaull.

Sin embargo, existen una gran cantidad de factores (los cuales se enuncian en el siguiente

párrafo) que inciden directamente sobre el buen funcionamiento de estos componentes

acortándole la vida en un gran porcentaje, promoviendo así, una falla de la bomba antes

de las 30.000 Hrs de operación.

Entre los factores que pueden afectar la vida de los rodamientos podemos mencionar:

desgaste por partículas, mala lubricación, desalineación entre ejes, desbalance de masa,

fatiga, corrosión, mala instalación y sobre carga, entre otros.

Es por ello, que el mantenimiento predictivo resulta ser un complemento

importantísimo del mantenimiento preventivo, pues el predictivo logra detectar una gran

variedad de fallas estando la máquina en servicio sin necesidad de desmontajes.

4. Mantenimiento Predictivo

El mantenimiento predictivo consta de una serie de técnicas y nuevas tecnologías que

permiten evaluar la condición e integridad de las máquinas estando operativas sin

necesidad de pararlas, con el fin de poder predecir y detectar fallas en su etapa inicial.

El poder analizar la condición de la maquinaria en tiempo real trae consigo grandes

ventajas, entre las se pueden mencionar:

- Detección precoz e identificación de defectos sin necesidad de parar ni desmontar

la máquina.

- Seguimiento de la evolución del defecto en el transcurso del tiempo hasta que se

convierta en un peligro.

- Programación, con suficiente tiempo, del suministro de repuesto y la mano de la

obra para efectuar la reparación particular.

- Programación de la parada para corrección dentro de un tiempo muerto o parada

rutinaria del proceso productivo.

- Reducción del tiempo de reparación, ya que se tiene perfectamente identificado los

elementos desgastados, averiados o, en mal estado, posibles a fallar.

- Reducción de costos en incremento de la producción por disminución del número

de paradas y tiempos muertos.

- En gran mayoría de los casos se pueden alargar los tiempos entre mantenimiento

general u overhaul, ya que si la maquinaria se encuentra en perfectas condiciones,

no hace falta la ejecución de esta actividad sino hasta que se encuentre un defecto.

- Funcionamiento más seguro de la planta y toma de decisiones más propicias de los

ejecutivos de la organización.

A continuación se expondrán las principales técnicas de mantenimiento predictivo

aplicada en equipos rotativos.

4.1. Inspección visual

En muchos casos, la inspección visual detectará problemas potenciales sin la

necesidad del uso de técnicas especializadas, como por ejempos: niveles bajos o altos de

aceite, fugas, partes externas degastadas o rotas, pernos faltantes o flojos y corrosión,

entre otras.

Por lo regular, debe diseñarse un formato en donde se enlistan todos los aspectos a

inspeccionar en el equipo, de acuerdo a las normas aplicables y experiencia del operador

y mantenedor.

4.2. Análisis de Vibraciones

Esta técnica tiene como principal objetivo asegurar el correcto funcionamiento de los

equipos rotativos a través de la vigilancia continua de sus niveles de vibración, siendo

estos últimos, los indicadores de su condición. A través de esta técnica se pueden

diagnosticar problemas en equipos rotativos tales como:

Desbalance de masa

Desalineación de ejes y poleas

Roce, holgura y/o desgaste de los componentes internos

Deterioro de los rodamientos y cojinetes de deslizamiento

Problemas en engranajes

Problemas en motores eléctricos

Problemas hidráulicos y aerodinámicos

Ejes doblados y rotores excéntricos

Resonancia estructural

Las mediciones de vibración periódicas en los equipos rotativos se adquieren a través

de un computador colector y analizador de vibraciones (ver foto N° 19), el cual se conecta

por medio de un sensor a los puntos de toma de datos previamente seleccionado. Los

resultados de estas mediciones son por lo general gráficos de niveles globales de

vibración, tiempo versus amplitud de vibración y frecuencia versus amplitud de vibración

los cuales permiten analizar la condición de la maquinaria.

Fotos N° 19. Equipos colectores-analizadores de datos de vibración.

Veamos un caso real, para comprender un poco mejor lo arriba mencionado:

Caso N° 3. Diagnóstico de desalineación en conjunto motor – bomba: La evaluación

realizada de un motor acoplado a una bomba centrifuga revela el incremento de los

niveles globales de vibración de la bomba lado acople.

Al mismo tiempo, en el análisis espectral se observa el incremento del pico a la frecuencia

de 2x la velocidad de operación del motor (2xRPM), indicativo de una desalineación del

conjunto motor – bomba.

4.3. Termografía Infrarroja

La termografía infrarroja es otra de las técnicas de mantenimiento predictivo con alto

crecimiento en la industria. Esta logra, a distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar

temperaturas de superficie con precisión, produciendo imágenes visuales a partir del

espectro infrarrojo (invisible para nuestros ojos) que emiten los objetos debido a su

condición térmica.

Las cámaras termográficas detectan la radiación infrarroja invisible que emiten los

objetos y lo transforma en una imagen dentro del espectro visible en la que la escala de

colores refleja las distintas intensidades.

Esta técnica permite evaluar:

Intercambiadores de calor

Trampas de vapor

Puntos calientes en recipientes, tanques y tuberías

Problemas de calentamiento en equipos rotativos

Problemas en válvulas en equipos reciprocantes

Taponamientos en tuberías de proceso con fluidos a alta temperatura.

Puntos calientes en conexiones eléctricas

Transformadores eléctricos en mal estado

4.4. Análisis de Aceite

Otra de las técnicas de mantenimiento predictivo muy usadas a nivel industrial es el

análisis de aceite usado, la cual consta de diversas pruebas individuales de laboratorio

con el objetivo de evaluar la condición del aceite que está en servicio y la condición de la

máquina lubricada.

A través de análisis de aceite se pueden evaluar:

Estado de salud del lubricante

Contaminantes presentes en el lubricante

Partículas de desgastes generadas de los componentes internos de la maquinaria.

Analicemos el siguiente caso a fin de comprender un poco mejor las ventajas de la

técnica.

Caso N° 4. Detección de partículas de desgaste a través del análisis de aceite

El siguiente reporte de análisis de aceite, efectuado al lubricante ISO 320 usado en una

caja de engranajes, se puede observar que el resultado de la prueba de viscosidad fue de

384,94 cSt @ 40 °C, muy por encima de la viscosidad nominal el lubricante.

Por otra parte, también se observa un elevado contenido de hierro (Fe) en

concentración de 513 ppm. Todo esto es indicativo del desgaste de uno o varios

componentes internos de la caja de engranaje, posiblemente de uno o varios de sus

engranajes.

Esto permite tomar acciones correctivas a tiempos, incluso antes de que se pueda

generar vibración en la maquinaria.

5. Mantenimiento Proactivo

El mantenimiento proactivo está basado en la mejora continua de los equipos, tomando

en cuenta los problemas más frecuentes de la maquinaria a través de procedimientos de

análisis de fallas, y tomar las acciones pertinentes para evitar que estas ocurran.

Los procedimientos de análisis de fallas constan de unos pasos sistemáticos que

ayudan a localizar las causas, orígenes o raíces de los fallos que se estén estudiando, las

cuáles al ser corregidas evitarán la ocurrencia futura de los mismos.

Se utilizan una gran variedad de técnicas tales como:

• Análisis causa-efecto

• Árbol de fallo

• Diagrama espina de pescado

• Otros

6. Conclusiones

Aunque el mantenimiento preventivo es capaz de disminuir en un alto porcentaje la

ocurrencia de fallas imprevistas, esta estrategia no es capaz erradicarlas por completo,

puesto que existen una gran cantidad de factores que afectan negativamente el buen

funcionamiento de la máquina durante su periodo de uso.

Es por ello, que los programas de mantenimiento predictivo resulta ser una estrategia

fundamental en el proceso de optimización de la gestión de mantenimiento, pues el

predictivo logra detectar fallas en etapa incipiente estando la máquina en servicio sin

necesidad de desmontajes previos.

Lo ideal sería efectuar un AMEF de cada uno de los equipos a incluir en el programa

de mantenimiento predictivo a fin de poder seleccionar las técnicas predictivas más

propicia para la detección de cada una de las fallas posibles a ocurrir.

Fecha: 02 / 04 / 20

Autor: Abraham J. Gassán Primera (agassan@cdimca.com)

Ingeniero Mecánico egresado de la Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José de Sucre” (UNEXPO), Vice-rectorado Barquisimeto - Edo. Lara, Venezuela.

Diplomado en Mantenimiento Industrial de la Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín (URBE), Maracaibo - Edo. Zulia, Venezuela.

Magíster Scientiarum en Gerencia de Empresas, Mención: Gerencia de Operaciones egresado de La Universidad del Zulia (LUZ), Maracaibo - Edo. Zulia, Venezuela.

Vibration Analyst: Category III; Vibration Institute.

Machinery Oil Analyst: Level III; International Council for Machinery Lubrication.

Thermographer, Level I; Infrared Training Center –Europe & Asia (ITC).

Especialista en:

Asesoría para implementación y optimización de programas de mantenimiento preventivo y

predictivo en plantas de manufactura en general, atendiendo a los sectores petroleros y

petroquímicos, a las industrias cementeras, a todo el sector alimenticio, a las empresas

transformadoras del plástico, y cualquier organización que contemple en su operación el uso de

máquinas rotativas y/o estáticas

Diseño de programas de mantenimiento predictivo en equipos rotativos basados en: Análisis de

vibraciones, termografìa infrarroja, análisis de aceite y ultrasonido

Diseño de programas se inspección API en equipos estáticos plantas petroleras y petroquímicas

Reparación de cajas de engranajes, cajas cicloidales, bombas, compresores, sopladores, válvulas

rotativas, extrusoras, molinos, agitadores, entre otros

Alineación de ejes de equipos rotativos con reloj comparador y tecnología láser

Balanceo dinámico de rotores en sitio

Diseño y puesta en marcha de programas de lubricación de maquinarias en plantas de manufactura

y flota de vehículos livianos y pesados

Análisis de vibraciones en equipos rotativos

Inspecciones termográficas a tableros eléctricos, transformadores y equipos rotativos

Análisis de aceites nuevos y usados

Instalación de maquinarias