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Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver. INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME ESCUELA SUPERIOR DE INGENERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD TICOMAN ANÁLISIS DE MANTENIBILIDAD DE LA TURBO-BOMBA TB.-5000 DE LA ESTACIÓN DE BOMBEO NO. 6 MALTRATA VERACRUZ T E S I S I N D I V I D U A L PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN AERONAUTICA P R E S E N T A EDER RAMIRO HERNANDEZ ACE MEXICO DF AGOSTO 2008
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Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME
ESCUELA SUPERIOR DE INGENERIA MECANICA
Y ELECTRICA
UNIDAD TICOMAN
ANÁLISIS DE MANTENIBILIDAD DE LA
TURBO-BOMBA TB.-5000 DE LA ESTACIÓN DE
BOMBEO NO. 6 MALTRATA VERACRUZ
T E S I S I N D I V I D U A L
PARA OBTENER EL TITULO DE
INGENIERO EN AERONAUTICA
P R E S E N T A
EDER RAMIRO HERNANDEZ ACE
MEXICO DF AGOSTO 2008
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
CONTENIDO
PAG
INTRODUCCION 4
ESTADO DEL ARTE 6
CAPITULO I GENERALIDADES DE LA TB-5000 9
Concepto Turbina de gas 10
Turbina de gas Heavy Duty 16
Turbina aeroderivada 17
Turbina de rango medio 18
Turbina de rango pequeño 19
Componentes de la turbina de gas 20
Compresor 20
Compresor axial 20
Compresor centrifugo 21
Cámara de combustión 22
Tubular 22
Can anular y anular 23
Turbina 24
Turbina axial 24
TB – 5000 25
Carcasa de admisión de aire 27
Carcasa del compresor 27
Carcasa central 27
Carcasa de la turbina 27
Conjunto de ducto de salida de la turbina 27
Elemento rotores 28
Cámara de combustión 28
Componentes 28
Controlador lógico programable (PLC) 29
CAPITULO II MANTENIBILIDAD 30
Funcionabilidad 31
2
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Perfil de funcionabilidad 31
Proceso de mantenimiento 34
Importancia de la disponibilidad 35
La mantenibilidad como determinante
de la disponibilidad 36
Mantenibilidad 36
Enfoque de la mantenibilidad basado
en el tiempo empleado 36
Medidas de mantenibilidad 38
Características de la mantenibilidad 41
Función de la mantenibilidad 41
El tiempo recuperación porcentual (TTRp) 42
Factores de horas de mano de obra
en el mantenimiento 44
Factores de frecuencia de mantenimiento 45
Factores de costo de mantenimiento 46
Otros factores relacionados
con el costo del mantenimiento 47
Disponibilidad 48
Confiabilidad 50
CAPITULO III ANALISIS DE LA MANTENIBILIDAD DE LA TB-62 51
CAPITULO IV EVALUACION DE LA MANTENIBILIDAD DE LA TB-62 60
CAPITULO V CONCLUCIONES 65
APENDICE 67
BIBLIOGRAFIA 73
GLOSARIO 75
3
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
INTRODUCCION
4
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Esta tesis se realiza en referencia a la turbo-bomba TB-5000 que esta operando en la estación de bombeo de Maltrata Ver., en el desarrollo de la misma se retomaran los conceptos de turbina de gas explicando los tipos que existen, los componentes que la integran y sus aplicaciones Se iniciara a la explicación de los conceptos de funcionabilidad, disponibilidad, confiabilidad y mantenibilidad principalmente para esto se tomaran todos estos conceptos ya que se unen entre si para hacer el estudio de mantenibilidad. Se continuara con el análisis de mantenibilidad de la TB-62 de la estación de bombeo de Maltrata Ver. Realizándolo según los conceptos obtenidos anteriormente y con los datos reales de la TB-62 proporcionados en los reportes de operación de la misma. También se realizara un análisis de los resultados obtenidos dando una interpretación de los mismos, aplicables a la situación en la que se encuentra la estación de bombeo, donde se obtendrán las conclusiones del trabajo realizado.
5
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
ESTADO DEL
ARTE
6
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
La estación de bombeo Nº 6 de Maltrata Veracruz, la cual cuenta con dos
turbo-bombas TB-5000 que transportan (o bombean) 180000 barriles por día,
las cuales trabajan a una velocidad promedio de 6360. RPM.
La TB-61 cuenta 19,745 hrs. de operación desde su ultima reparación mayor
(overhaul), operando continuamente durante 2 meses y pasa 2 meses inactiva
en donde entra a trabajar la TB-62 con 16,452 hrs. de operación en las mismas
condiciones que la TB-61. Cabe mencionar que el sistema de bombeo de gas
LPG nunca debe de parar por lo tanto se tiene siempre en operación una de las
dos turbo-bombas, durante su proceso de receso de dos meses, la mitad del
tiempo se somete a mantenimiento preventivo programado y el resto del tiempo
esta disponible para cualquier emergencia de fallo de la turbo-bomba que se
encuentra en operación y poder entrar a relevarla al instante para no detener el
sistema de transporte o bombeo de gas LPG.
Para realizar el mantenimiento de las turbo-bombas TB-61 y TB-62 se dividió
el conjunto de turbo-bomba en sistemas, también cabe mencionar que a las
Turbo-bombas se les da mantenimiento integral a los componentes mecánicos,
eléctricos, medición y SCADA dentro de los sistemas que les aplique como son
los siguientes:
• Sistema de aire.
• Sistema de lubricación de bomba.
• Sistema de sellos de la bomba.
• Sistema de proceso de bomba.
• Sistema de gas de arranque.
• Sistema de gas combustible.
• Sistema de lubricación de turbina.
Con esta división en sistemas de la turbina se le proporciona una orden de
trabajo a los mecánicos y eléctricos encargados indicándoles en que sistema
deben trabajar y con apoyo de una instrucción especifica la cual les explica
paso a paso el mantenimiento que se le debe proporcionar al sistema.
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Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Como se debe dar un mantenimiento preventivo a todos estos sistemas
durante el tiempo que permanece la maquina parada se le da 3 días laborables
para cada sistema traducido en 24 hrs. de trabajo pero como son 2 personas
da como resultado 48 hrs. /hombre de mantenimiento por especialidad de cada
sistema.
Durante el desarrollo de este mantenimiento también se lleva un control de
horas de operación de varios componentes que por sugerencia del fabricante
se deben de cambiar cada periodo de tiempo. Ayudando así a mantener la
confiabilidad de la estación.
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Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
CAPITULO I
GENERALIDADES DE LA TB-5000
9
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Concepto de turbina de gas.
La turbina de gas es una maquina térmica que produce una gran cantidad de
energía para su tamaño y peso. El uso de la turbina de gas ha ido aumentando
en los últimos 15 años en la industria petroquímica y en diversas áreas
alrededor del mundo. Su bajo peso, forma compacta y la opción de que puede
utilizar diversos combustibles lo hace una maquina térmica adecuada para su
aplicación en la industria en general. Hoy en día hay turbinas que trabajan con
gas natural, diesel, naftalina, metanol, crudo, gases de bajo poder calorífico,
combustibles vaporizados y varios más. Las turbinas de gas de uso industrial
pueden ser clasificadas en cuatro grupos de diseño.
1. Turbinas de gas industriales HEAVY-DUTY.
2. Turbinas de gas aeroderivadas.
3. Turbinas de gas de medio rango.
4. Turbinas de gas pequeñas.
En el pasado la turbina de gas era considerada como una maquina térmica
relativamente ineficaz cuando esta era comparada con otras fuentes de
energía. Debido a que su eficiencia era tan baja aproximadamente como del
15%. A pesar de su reducida eficiencia pero su forma compacta y su bajo peso
la hacen atractiva para diversas aplicaciones. El factor limitante para la mayoría
de las turbinas de gas ha sido la temperatura de entrada hacia el elemento
llamado turbina (temperatura de salida de la cámara de combustión). Con los
nuevos esquemas de enfriamiento por aire y las nuevas aleaciones
metalúrgicas han permitido alcanzar las altas temperaturas generadas en la
entrada de la turbina. Además con la regeneración de las mismas a permitido
bajar el rango de calor de 18,000 – 20,000 btu/Kwh. a alrededor de 12,000
btu/kwh. Aunque todavía se ve limitada la operación por problemas
metalúrgicos. Pero combinando el ciclo de la turbina de gas con el ciclo de la
turbina de vapor se puede bajar mas el rango de calor alrededor de 8000 Btu /
kWh.
10
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.1 Comparación de rango de calor de los 4 ciclos de trabajo de la
turbina de gas 1
La grafica anterior muestra una comparación del rango de calor en los cuatro
ciclos de trabajo de la turbina de gas, donde la temperatura de la turbina
aumenta, el rango de calor llega a ser más atractivo.
Algunos factores que se deben de considerar para decidir que tipo de turbina
de gas satisface las necesidades actuales con respecto al costo de la misma,
tiempo de planeación de la habilitación de las instalaciones para la turbina,
costos de mantenimiento y costos del combustible. En la tabla 1.1 Muestra el
costo de varios tipos de turbo maquinas. El costo del mantenimiento de la
turbina de gas es bajo. Su única desventaja son los altos rango de calor, la
combinación de ciclos es una alternativa muy atractiva.
El diseño de cualquier turbina de gas debe de resolver los criterios esenciales
basados en la operación de la misma, los cuales son:
• Alta eficiencia.
• Alta confiabilidad de la maquina y alta disponibilidad.
• Facilidad de servicio.
• Facilidad de instalación.
11
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
• Conformidad con las normas aplicables a la conservación del medio
ambiente.
• Incorporación de sistemas auxiliares y de control, que aumente su grado
de confiabilidad.
• Flexibilidad de satisfacer las necesidades del servicio y del combustible.
Observando todos estos criterios permitirá al usuario entender mejor los
requisitos.
Los dos factores que mas afectan en gran medida a la eficiencia de las turbinas
son: los de temperatura y de presión. El efecto de la temperatura es muy
predominante – por cada 37.7°C de incremento de temperatura de entrada a la
turbina aumenta un 10 % de trabajo de salida, así también incrementa 1½% la
eficiencia. Al tener altas temperaturas en la entrada de la turbina estas mejoran
la eficiencia de la turbina de gas de ciclo, simple pasando a ser de ciclo
regenerativo. Otra forma de alcanzar las altas eficiencias es con las turbinas de
gas de ciclo combinado.
Figura 1.2 Mapa de performance de un ciclo simple 1
12
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.3 Mapa de performance de un ciclo regenerativo 1
La figura 1.2 y la figura 1.3 muestran un mapa del performance de una turbina
de gas de ciclo-simple y ciclo combinado respectivamente en función del
coeficiente de presión y temperatura en la entrada de la turbina. El efecto del
coeficiente de presión en el ciclo combinado es diferente que al experimentado
en el ciclo simple. El ciclo combinado puede incrementar la eficiencia del 15 al
20 % con la temperatura de funcionamiento. El optimo coeficiente de presión
para las turbinas de gas de ciclo combinado es alrededor de 7:1, comparado
con las de ciclo simple que es de 18:1 en las temperaturas mas altas en la
entrada de la turbina que es aproximadamente de 1093.33°C.
Para alcanzar un alto grado de confiabilidad el diseñador debe de tener
presentes varios factores. Una de las consideraciones mas importantes que se
toman en cuenta en el diseño, son los esfuerzos de la flecha eje y en los
alabes, el material a utilizar, los sistemas auxiliares que se le integraran y sus
sistemas de control. Las altas temperaturas que se requieren para obtener
optimas eficiencias afectan en gran medida la vida útil del alabe. Con el
correcto enfriamiento se alcanzan temperaturas alrededor de 537.77-676.66° C
en los alabes, así con la elección correcta del sistema de enfriamiento y el
espesor del alabe son elementos necesarios para asegurar la confiabilidad de
la turbina.
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Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Tabla 1.1 Análisis de varios tipos de turbinas de gas. 1
14
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Los servicios de mantenimiento son una parte importante en el diseño, ya que
con la buena aplicación del mismo aumenta la confiabilidad de la turbina y
reduce los costos. El mantenimiento puede ser logrado mediante los chequeos
apropiados tales como los monitoreos de la temperatura de salida, las
vibraciones en la flecha y flujo másico. También el diseñador debe de
incorporar puntos de inspección boroscopica para inspeccionar las partes
calientes del sistema. El fácil desmontaje de los elementos, el fácil balanceo de
los elementos mecánicos, la facilidad para desmontar las cámaras de
combustión sin necesidad de quitar o desmontar la sección caliente, son
algunas muchas maneras para facilitar el servicio de mantenimiento de la
turbina.
La facilidad de la instalación y de utilización en diversas áreas, es otra razón
para el uso de las turbinas de gas. La turbina de gas solo puede ser probada y
empaquetada en la fábrica. Se debe de planear correctamente que unidad se
va utilizar para realizar la menor cantidad de arranque y paros posibles ya que
si estos suceden con frecuencia se reduce la vida útil de la turbina de gas.
Las condiciones ambientales son críticas en el diseño de cualquier sistema. El
diseñador debe tener cuidado con el diseño del sistema, ya que el impacto
ambiental que este genere debe de encontrarse dentro de los limites que la ley
establece. El combustible es el elemento mas critico en el diseño ya que debe
de producir una baja cantidad de humo y de bióxido de nitrógeno en la salida
de los gases. El ruido es otro factor que debe ser controlado, el ruido
provocado puede ser reducido bajando las velocidades de entrada de aire en la
turbina y proporcionando los silenciadores adecuados. Tomando en cuenta un
estudio realizado por la NASA en los nuevos diseños de los alabes del
compresor se reduce considerablemente el ruido producido por la turbina de
gas.
Los sistemas auxiliares y de control deben de ser cuidadosamente diseñados,
puesto que a menudo son los responsables de los tiempos muertos en muchas
unidades. El sistema de lubricación es uno de los sistemas auxiliares mas
15
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
críticos, debe de estar diseñado con el sistema de reserva y estar fuera de falla
lo mas posible, el sistema de control debe de proporcionar los tiempos
correctos de aceleración para el arranque así también como el control de varias
válvulas para evitar el surge en la turbina durante el arranque. La operación la
velocidad es controlada por el flujo de combustible, se debe monitorear las
vibraciones, las temperaturas de operación y las presiones a las que está
sometida la turbina de gas.
La flexibilidad para el mantenimiento y la utilización de diversos combustibles,
son criterios que realzan a la turbina pero no son necesarios para todas las
aplicaciones; La escasez de la energía hace que estos criterios sean
importantes: la flexibilidad en el mantenimiento permite mantener a la turbina
de gas en buenas condiciones y así funcionar con eficiencias más altas. Esta
facilidad exige el diseño de una turbina de gas con dos ejes. La facilidad que
las turbinas de gas utilicen diversos combustibles, es de mayor demanda en los
países en donde varios combustibles escasean en diversas temporadas del
año.
Los criterios anteriores son unos de los muchos que deben de resolver los
diseñadores para diseñar la turbina de gas ideal en diversas aplicaciones.
Turbina de gas HEAVY-DUTY.
Esta turbina de gas fue diseñada poco después de la segunda guerra mundial
e introducida al mercado en los años 50s, su diseño fue basado en una turbina
de vapor, las restricciones de peso y dimensiones no son factores importantes
para el desarrollo de este tipo de unidades. El coeficiente de presión varía
desde 5:1 para unidades anteriores a 15:1 para las unidades de hoy en día, la
temperatura de entrada a la turbina ha aumentado hasta 1065.55° C en
algunas unidades.
16
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
La turbina industrial HEAVY-DUTY comúnmente utiliza compresor y turbina de
flujo axial, la mayoría de los diseños de las cámaras de combustión son de
forma anular.
Los usuarios de este tipo de turbinas son principalmente las empresas
eléctricas, donde a menudo son operadas a baja potencia de operación,
principalmente en países en vía de desarrollo.
Figura 1.4 esquemático de Heavy duty 1
Turbina de gas aeroderivada.
Este tipo de turbina de gas consiste principalmente en un generador de gases
aeroderivado (derivado de la aplicación aeronautica) y una turbina de potencia
libre. El generador de gases es similar al que utilizan las aeronaves su única
diferencia es que puede utilizar diferentes combustibles para su operación, la
turbina de potencia libre transforma la energía producida por el generador de
gases en energía mecánica.
17
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.5 esquemático de aeroderivada 1
Turbina de gas de medio rango.
Estas turbinas tienen un rango entre 5000 a 15000hp. Su diseño es similar al
de las turbinas de gas HEAVY-DUTY, la eficiencia de esta turbina es alcanzada
en el generador de gases, (es en donde se producen los gases calientes)
operando con máximas eficiencias mientras que la turbina de potencia opera
sobre una gran gama de velocidades. El compresor es usualmente axial de 10
a 16 etapas subsónicas las cuales producen un coeficiente de presión de
alrededor de 5:1 a 11:1 la mayoría utilizan cámaras de combustión can-anular o
anular.
La turbina del generador de gases es generalmente una turbina axial de 2-3
etapas con un enfriador en la primera etapa y en la carcasa. La turbina de
potencia es generalmente una o dos etapas de flujo axial. Este tipo de turbinas
de gas son utilizadas en las plataformas y ha ido aumentando su uso en
plantas petroquímicas. Las turbinas de gas del ciclo simple son de bajo
rendimiento, pero utilizando regeneradores para reutilizar los gases de escape
con esto las eficiencias pueden ir mejorando. En plantas de proceso utilizan los
gases de escape para generar vapor. Las turbinas que combinan los ciclos
(aire-vapor) son altamente eficientes y es la tendencia de las nuevas turbinas.
18
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.6 esquemático de turbina medio rango 3
Turbinas de gas de pequeño rango.
Muchas turbinas de gas de rango pequeño producen una potencia por debajo
de 5000 Hp su diseño es similar a las turbinas gas antes mencionadas; sin
embargo, hay muchos diseños que incorporan el compresor centrífugo o
combinaciones del compresor centrífugo y axial así como las turbinas de la
radial-axial. La turbina de pequeño rango consiste en un compresor centrifugo
de una sola etapa que produce un coeficiente de presión de alrededor de 4:1,
una sola cámara de combustión lateral en donde las temperaturas son
aproximadamente de 871.1° C y la turbina es de flujo radial.
La eficiencia de una turbina de gas de pequeño rango es generalmente mucho
más baja que las turbinas de gas antes mencionadas debido a la limitación de
la temperatura en la entrada de la turbina y de las bajas eficiencias en los
componentes. La temperatura de entrada en la turbina es limitada porque los
alabes no son enfriados. El compresor de flujo radial tiene rendimientos más
bajos que su contraparte axial. Esta turbina es robusta y su simplicidad en
diseño asegura muchas horas de operación sin problemas. Una manera de
mejorar las eficiencias totales del ciclo que son alrededor de 15-18% es
reutilizar el calor desperdiciado de la turbina. Se pueden obtener altas eficacias
térmicas (30-35%), puesto que casi todo el calor no transformado en energía
19
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
mecánica está disponible en el tubo de escape y la mayoría de esta energía se
puede reutilizar en trabajo útil.
Figura 1.6 Esquemático turbina pequeño rango 1
Componentes mayores de una turbina de gas.
Compresor.
El compresor es un elemento mecánico que presurizan un fluido de trabajo (en
este caso es aire).
Este tipo de compresor transmite la energía de compresión a través de un
movimiento rotativo al fluido de trabajo. Existen 2 tipos de compresores usados
en las turbinas de gas que son: compresores axiales y centrífugos. Algunas
turbinas de gas pequeñas emplean una combinación de compresor axial
seguida de una unidad centrífuga.
Compresor axial (de flujo axial)
El compresor axial su funcionamiento de compresión es acelerando el fluido de
trabajo y después al pasar por los alabes le genera un aumento de presión. El
fluido es acelerado por una fila de alabes rotores y los alabes estatores son los
que le provocan el aumento de presión al fluido de trabajo. El conjunto de un
rotor y un estator es denominado etapa del compresor. Un compresor
comúnmente esta compuesto por varias etapas. Con frecuencia se le agrega
una fila adicional de alabes en la entrada del compresor (alabes directrices)
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Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
para asegurarse de que el aire entre al rotor de la primera etapa con el ángulo
correcto. Además se le adiciona un difusor en la salida del compresor para
controlar la velocidad de entrada a las cámaras de combustión.
En compresor axial el fluido de trabajo pasa de una etapa a otra elevando poco
a poco la presión. Produciendo por etapa un bajo coeficiente de presión del
orden de 1.1:1 a 1.4:1, para obtener altas eficiencias se utilizan múltiples
etapas para alcanzar un coeficiente de presión mayor a 18:1.
Figura 1.7 Compresor axial 1
Compresor centrifugo. (Flujo mixto)
En el compresor centrífugo el fluido de trabajo entra en dirección axial y sale
en dirección radial al difusor. Esta combinación de rotor y difusor comprende a
una etapa. El fluido de trabajo al salir del compresor sale con un ángulo de 90°
con respecto a la entrada en donde el aire entra en una voluta o un colector, el
coeficiente depresión generado por etapa puede variar de 1.5:1 a 5:1, este tipo
de compresor es menos eficiente que el compresor axial pero es mas estable,
ya que teniendo una mayor estabilidad su rango de operación es mayor.
21
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.8 Compresor centrifugo 1
Cámaras de combustión.
Todas las cámaras de combustión tienen el mismo funcionamiento,
incrementan la temperatura del fluido de trabajo si embargo hay diferentes
formas de cámaras de combustión para la turbina de gas. Los diseños se
dividen en cuatro categorías:
• Tubular.
• Can-anular
• Anular
• Externa (experimental)
Tubular.
Este tipo de cámara de combustión se encuentra en las turbinas industriales
largas especialmente en los diseños europeos. Y en algunas turbinas de gas
pequeñas. Ofrecen un simple diseño, fácil mantenimiento, y larga vida a bajos
rangos de temperatura. El diseño de estas cámaras de combustión pueden ser
de flujo directo (straight-through) o del "flujo invertido".
22
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.9 Cámara tubular1
Can-anular y anular.
La cámara anular permite alcanzar temperaturas más altas para gases con un
bajo BTU. Puesto que la cantidad de aire de enfriamiento requerida es mucho
menor que en la cámara can-anulares debido a un área superficial mucho más
pequeña. La cantidad de aire de enfriamiento requerida se convierte en una
consideración importante en el uso de gases con bajo BTU, puesto que la
mayoría del aire se utiliza para el área superior en la zona primaria y poco se
deja para realizar el enfriamiento. El desarrollo del diseño can-anular requiere
experimentos con solamente una cámara, mientras que la cámara anular se
debe tratar como unidad y requiere mucho más flujo del compresor.
Las cámaras can-anulares pueden ser de flujo directo (straight-through) o de
flujo inverso. En aplicaciones aeronáuticas se utiliza el diseño de flujo directo y
aplicaciones industriales se utiliza la de flujo inverso. La cámara de combustión
anular su diseño siempre es de flujo directo (straight-through).
23
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.10 Cámara Anular 1
Turbinas
Existen dos tipos de turbinas usadas en las turbinas de gas. Estas consisten en
las de flujo axial y las de flujo radial. Las turbinas de flujo axial son las más
utilizadas.
Turbina de flujo axial.
La turbina de flujo axial al igual que en su contraparte el compresor de flujo
axial, el fluido de trabajo entra y sale en dirección axial. Hay dos tipos de
turbinas axiales:
1. de tipo impulsiva.- en este tipo de turbina pasa toda la entalpía, por lo
tanto tiene una velocidad muy alta el entrada del rotor
2. de tipo reactiva.- divide la gota de la entalpía en el inyector y el rotor.
24
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 1.11 turbina axial 1
Turbo bomba ROUSTON TB-5000
Con todo lo antes descrito fue diseñada la turbo-bomba Tb.-5000 la cual
tomando en consideración, la potencia efectiva que entrega en flecha,
podemos determinar que es una turbina de gas de rango medio que trabaja con
el ciclo simple que consta de un compresor axial de 12 etapas, 4 cámaras de
combustión can-anulares, turbina axial de 2 etapas, en el generador de gases y
una turbina de potencia de 2 etapas. La cual tiene la flexibilidad de poder
utilizar diversos combustibles, fácil mantenimiento y alta confiabilidad en la
operación hacen de esta turbo-bomba la más adecuada para la utilización en
las estaciones de bombeo de gas LP.
Se tomara como referencia a la estación Nº 6 de Maltrata Ver. LPG ducto
Cactus-Guadalajara perteneciente al sector Mendoza de PEMEX Gas y
Petroquímica Básica ubicada en el Km. 558+200 del LPG ducto cactus-
Guadalajara específicamente en la congregación “La Bota” en el municipio de
Maltrata en el estado de Veracruz, tiene como función primordial impulsar
mediante dos equipos dinámicos de bombeo (una en operación y una
disponible) una corriente de LPG (gas licuado del petróleo) en el orden de
160,000. A los 220,000 barriles por día (BPD)
25
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
El equipo dinámico que utiliza la estación de bombeo Nº 6 de maltrata es la
turbo-bomba ROUSTON TB-5000 la cual es una turbo maquina con larga vida
útil, diseñada específicamente para operación continua, con la máxima
confiabilidad y mantenimiento mínimo. Siendo esta turbina de rango medio con
flecha bipartida.
La turbo-bomba TB-5000 consiste en secciones principales:
a) La generadora de gas
b) Turbina de potencia libre (turbina motriz)
La generadora de gas esta compuesta por la carcasa de admisión de aire,
carcasa del compresor (estator y rotor), carcasa central carcasa de la turbina
del compresor, cámaras de combustión.
La sección de la turbina de potencia comprende el conjunto de la turbina de
potencia libre (estator y rotor) y el conjunto del colector de escape, la potencia
es transmitida desde el rotor de la Turbina de Potencia Libre a la caja de
engranes y bomba.
Figura 1.12 Turbo-Bomba TB-5000 4
26
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Carcasa de admisión de aire
El conjunto de la carcasa de la admisión de aire comprende una carcasa
externa aproximadamente de forma rectangular y una carcasa interna circular
que incorpora el alojamiento del rotor del compresor y también lleva los 26
alabes guía de la admisión de aire dispuestos radialmente, los cuales son
ángulos variables de acuerdo con las condiciones de la turbo-bomba, la
carcasa fue diseñada y se le dio forma apropiada para proporcionar un paso
suave e interrumpido al compresor.
Carcasa de Compresor
La carcasa del compresor es una pieza de fundición que comprende en dos
partes, compresor cuenta con 12 etapas y una etapa de alabes directrices.
Carcasa central (cámaras de combustión)
La carcasa central es una pieza de acero colado partido a lo largo de su línea
central horizontal, en la carcasa central se hallan posicionadas las
prolongaciones de los tubos de flama y cuatro cuadrantes que conducen los
gases calientes desde los tubos de llama y los dirigen adentro de la primera
etapa de la turbina, la cual se encuentra dentro de la carcasa de conducto
intermedio.
Carcasa de la turbina
Es de una pieza de acero fundido en donde se alojan los estatores de la turbina
de potencia libre la cual esta divida en dos secciones en donde cada una aloja
a una etapa de la misma
Conjunto de conducto de salida de la turbina.
Consiste básicamente en una carcasa de plancha metálica construida
alrededor de un bastidor rígido. La estructura de soporte es en forma de dos
anillos y ocho tirantes soldados entre si para proporcionar una moldura rígida a
la caja de engranes, para evitar la radiación del calor a la carcasa externa del
conducto y el área circundante, el miembro de soporte de los cojinetes están
27
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
protegidos antitérmicamente con un recubrimiento. Para asegurar que las
barras de soporte se mantengan a una temperatura uniforme, son encerradas
en tubos de protección antitérmica, a través de las cuales se dirige un flujo de
aire de refrigeración tomado de la compresora.
Elementos rotores
El rotor de la turbina del compresor, consiste en dos discos, cada disco lleva
ochenta y cinco alabes. El conjunto del rotor de la turbina de potencia libre
también consiste de dos discos retenidos por un eje común, cada disco
contiene sesenta y cinco alabes.
Los discos de la turbina y otros componentes sometidos a alta temperatura son
refrigerados por aire tomado del compresor,
Cámaras de combustión
Se utilizan cuatro cámaras de combustión separadas. Estas son de flujo
inverso y se hallan equidistantemente espaciadas en la cara anterior de la
carcasa central e inclinada a un ángulo en relación a la línea central de la
turbina de gas.
Componentes
Los componentes de la TB-5000 están diseñados para una vida útil, de mas de
80.000 hrs. de operación, para un mantenimiento preventivo de overhaul se
recomienda efectuar inspecciones mayores con intervalos de 30,000 hrs.
La turbo-bomba TB-5000 esta dotada de un sistema de combustible dual de
manera que pueda consumir combustible líquido o gas, pero en el caso
especial de la turbo-bomba TB-5000 que se encuentra en la estación de
bombeo Nº 6 utiliza combustible gaseoso
28
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
La turbo-bomba TB- 5000 entrega una potencia de salida en flecha de 5,000
Hp en condiciones ISO, la velocidad de la flecha de salida para accionar
directamente la bomba es de 7,950 RPM, las velocidades normales con caja de
engranes es de 3,500 RPM.
Se cuenta con una caja de engranes vertical-desplazable integrada, con
velocidades de 10,000 a 19,000 rpm para accionar el sistema de lubricación.
Una de sus grandes utilidades es de qué se puede utilizar desde un 50 % a
105% de su velocidad nominal siendo una gran turbina para su utilización en
las estaciones de bombeo de gas LPG.
CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) El controlador lógico programable (PLC) es el Micronet de la marca Woodward
y es el dispositivo que se encarga de procesar todas las señales que recibe de
los instrumentos de campo para poder realizar el control requerido por la turbo-
bomba a través de una salida hacia la válvula de control de gas combustible de
la unidad (GS3).
29
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
CAPITULO II
MANTENIBILIDAD
30
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Antes de definir que es mantenabilidad debemos de comprender varios
conceptos como lo es la funcionalidad ya que es la característica mas
importante de cualquier sistema creado por el hombre y esta relacionada con
su capacidad inherente para desempeñar una función especifica.
No solo se espera de un sistema dado que realice una función especificada,
sino también que satisfaga unos requisitos específicos, especialmente unas
prestaciones establecidas por el usuario. La expresión prestación establecidas
por el usuario es una descripción común para los requisitos que el sistema
debe de satisfacer, mientras realiza una función especifica.
Es necesario especificar las condiciones de operación bajo las que se supone
debe de funcionar el sistema, por consiguiente para satisfacer las necesidades
se deben de reunir los siguientes aspectos de funcionabilidad, prestaciones y
condiciones operativas para obtener una imagen completa del sistema que
satisfaga la necesidad.
Funcionabilidad
El concepto de funcionabilidad como mecanismo de unión de estos tres
aspectos se define como la capacidad inherente de un elemento o sistema para
desempeñar una función requerida con prestaciones especificas, cuado se usa
según a su especificación.
Perfil de funcionabilidad.
El fallo del sistema puede ser definido como un suceso cuya realización
provoca, la perdida de capacidad para realizar las funciones requeridas o bien
la perdida de capacidad para satisfacer los requisitos especificados, un fallo
causara la transición de un sistema de su estado satisfactorio a un estado
insatisfactorio conocido como estado de fallo SOFA (state of failure).
31
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Todos los sistemas creados por el hombre pueden permanecer en uno de los
dos posibles estados:
• Estado de funcionamiento SOFU (state of functioning)
• Estado de fallo SOFA (state of failure).
Para ciertas creaciones humanas como los cohetes, satélites, baterías
resistencias, etc. Cuando hacen la transición a estado de fallo implica su baja
por lo tanto es imposible recuperar su capacidad de realizar una función. Por el
contrario también existen una multitud de sistemas cuya funcionabilidad puede
ser recuperada y son los llamados sistemas recuperables.
Para que un sistema recupere su capacidad de realizar una función es
necesario realizar unas tareas específicas conocidas también como tareas de
mantenimiento, una de las más comunes son limpieza, ajuste, lubricación,
pintura, calibración, etc. A menudo es necesario realizar más de una tarea para
recuperar la funcionabilidad de un sistema. Un sistema recuperable fluctúa
entre SOFU y SOFA durante su vida operativa hasta su baja.
Es importante para el usuario del sistema, tener al principio de su vida
operativa la información sobre la funcionabilidad, coste, seguridad y otras
características, también es importante tener información que defina el perfil de
funcionabilidad ya que simplemente el sistema es útil cuando realiza la función
exigida. Como ejemplo la turbo-bomba TB-5000 se encuentra en operación
manteniendo el transporte de gas LPG generando ganancia, esta afirmación
puede representarse gráficamente con la siguiente figura en donde el signo (+)
significa una fase de ganancia de dinero.
32
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 2.1 Contribuciones de un sistema en diferentes estados 2
Una de las mayores preocupaciones de los usuarios es la forma del perfil de
funcionabilidad, con un énfasis específico en la producción del tiempo durante
el que estará disponible el sistema para el cumplimiento de la funcionabilidad.
Los dos siguientes factores son los principales responsables de su forma
específica:
• Las características inherentes de un sistema como la fiabilidad,
mantenibilidad y soportabilidad, que determinan directamente la
frecuencia de presencia de fallos.
• La función logística cuyo objetivo es gestionar el suministro de los
recursos necesarios para la conclusión con éxito de todas las tareas
operativas y de mantenimiento para que el sistema permanezca el
menor tiempo en SOFA.
Por lo tanto la proporción de tiempo durante que el sistema es funcionable
depende de la buena interacción de los dos factores antes mencionados para
el éxito en la operación y en el mantenimiento del sistema.
33
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Proceso de mantenimiento.
Es el proceso durante el que se mantiene la capacidad del sistema para
realizar una función, es conocida como proceso de mantenimiento y se define
como el conjunto de tareas realizadas por el usuario para mantener la
funcionabilidad del sistema durante su utilización.
Los objetivos de las tareas de mantenimiento realizadas durante un proceso de
mantenimiento, es posible clasificarlos de este modo:
• Reducción de la tasa de cambio de condición, lo que conduce al
alargamiento de la vida útil del sistema.
• Garantía de fiabilidad y la seguridad exigidas, lo que reduce la
probabilidad de fallos.
• Provisión de la tasa optima de consumo de elementos, que contribuye al
costo-beneficio del proceso de operación.
• Recuperación de la funcionabilidad del sistema.
Es necesario tener la disponibilidad de algunos recursos para facilitar este
proceso. Los recursos más frecuentemente usados son: repuestos, material,
personal calificado, herramientas, equipo, manuales, instalaciones, software,
etc. Siendo su fin principal el facilitar el proceso de mantenimiento por lo tanto
se les designara con el nombre de recursos de mantenimiento (Maintenance
Resources MR).
Las tareas de mantenimiento adecuadas para cada sistema o equipo que
requieren conservar su funcionabilidad estas estipuladas por el fabricante en el
manual de mantenimiento.
34
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 2.2 especificación de apriete estipulado en el manual de
mantenimiento.3
La importancia de la disponibilidad.
La disponibilidad es una característica que resume cuantitativamente el perfil
de funcionabilidad de un elemento. Es una medida extremadamente importante
y útil en casos en los que el usuario tiene que tomar decisiones con respecto a
la adquisición de un elemento entre varias posibilidades. La disponibilidad es
una medida que suministra una imagen mas completa sobre el perfil de
funcionabilidad.
La mantenibilidad como determinante de disponibilidad.
Los usuarios afirman que necesitan la disponibilidad del equipo tanto como la
seguridad, porque no se puede tolerar tener un equipo fuera de servicio. Para
el diseño de los nuevos sistemas se debe de tomar en cuenta la mantenibilidad
como uno de los factores principales del logro de un alto nivel de disponibilidad
operativa, otra área a considerar en la mantenibilidad es la localización de
averías del sistema dentro del tiempo permitido. Normalmente este tiempo para
PGPB es de 2 meses antes de su entrada en operación. Se precisa de varios
sistemas de apoyo que ayudan a facilitar el diagnostico de todos los sistemas
de la unidad turbo-bomba TB-5000 con el fin de determinar su estado e
identificar el elemento que falla.
35
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Una de las creencias comunes es que la mantenibilidad es simplemente la
capacidad de llegar a un componente para remplazarlo pero en realidad la
mantenibilidad es una dimensión de la fabricación del sistema y una política de
gestión del mantenimiento del sistema así también se debe de tomar en cuenta
el entorno operativo y la importancia de la consecuencias de que las tareas de
mantenimiento no se lleven acabo satisfactoriamente.
Mantenibilidad
La mantenibilidad es la característica inherente de un elemento, asociada a su
capacidad de ser recuperado para el servicio cuando se realiza la tarea de
mantenimiento necesaria según se especifica. Las características cualitativas
deben ser traducidas en medidas cuantitativas, se puede expresar en términos
de factores de frecuencia de mantenimiento, tiempo empleado en
mantenimiento y coste de mantenimiento. Estos términos pueden ser
presentados como características diferentes por lo tanto la mantenibilidad
puede definirse según una combinación de factores como una característica de
diseño e instalación expresada como:
1. La probabilidad de que un elemento sea conservado o recuperado en
una condición especifica a lo largo de un periodo dado del tiempo
empleado en el mantenimiento.
2. La probabilidad de que no se necesitara mantenimiento mas de N veces
en un periodo dado.
3. La probabilidad de que el costo de mantenimiento de un sistema no
supere la cantidad de dinero presupuestado.
Enfoque de la mantenibilidad basado en el tiempo empleado.
Para dar un significado físico de la mantenibilidad se va a establecer el enlace
entre una tarea especifica de mantenimiento y el tiempo empleado en su
realización así la mantenibilidad puede representarse gráficamente como
muestra la figura 2.2 donde “t” representa el tiempo necesario para la acertada
finalización de una tarea especifica de mantenimiento. A pesar del hecho de
que en la figura solo representa un intento ilustrativo de definir, la
36
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
mantenibilidad también sugiere que la capacidad de recuperar la
funcionabilidad mediante la realización de una tarea especifica de
mantenimiento, puede expresarse numéricamente por el área indicada. Esto
significa que la mantenibilidad es inversamente proporcional al área
considerada es decir el elemento con mantenibilidad mas deseable cubrirá una
área mas pequeña y viceversa.
Figura 2.3 el enfoque de la mantenibilidad basado en el tiempo empleado. 2
El orden de magnitud del tiempo empleado para que el sistema recupere la
funcionabilidad solo se puede tomar en una etapa muy al inicio del proceso de
diseño, por medio de decisiones relacionadas con la complejidad de la tara de
mantenimiento, accesibilidad de los elementos, seguridad de recuperación,
facilidad de prueba, localización física del elemento así como las relacionadas
con los recursos de apoyo del mantenimiento. (Instalaciones, repuestos,
herramientas, personal calificado, etc.).
De esta manera la mantenibilidad puede ser expresada cuantitativamente
mediante el tiempo (t) empleado en realizar la tarea de mantenimiento
especifica en el elemento que se considera con los recursos de apoyo
especificados. Pero surge la interrogante de que si “t” es constante, como
podemos observar mediante la experiencia el tiempo empleado para desarrollar
alguna tarea de mantenimiento por el personal calificado, aun, que este
37
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
familiarizado con el sistema sus tiempos pueden variar, esto tomando en
cuenta de que hay varios factores directos e indirectos que pueden intervenir
en el desarrollo del personal calificado los cuales son:
• Factores personales, que representan la influencia de la habilidad,
motivación, experiencia, actitud, capacidad física, etc.
• Factores condicionales, que representan la influencia del entorno
operativo y las consecuencias que ha producido el fallo.
• Entorno, que representa la influencia de factores como temperatura,
humedad, ruido, iluminación, etc.
Por lo tanto, la relación entro los factores influyentes y el parámetro “t” podrían
expresarse por la siguiente ecuación.
( )ambienteyscondicionepersonalesfactoresft ,= (2.1)
Analizando la ecuación anterior puede decirse que como resultado del elevado
numero de parámetros en cada grupo, por un lado y de su variabilidad por el
otro es imposible encontrar la regla que describiría de forma exacta esta
compleja relación entre los factores influyentes, por lo tanto el único camino
posible en el análisis de mantenibilidad es recurrir a la teoría de probabilidades,
que ofrece una herramienta para la descripción probabilística de la relación
definida por la expresión anterior.
Por lo tanto es imposible dar una respuesta determinista respecto al instante de
tiempo operativo en que se produce la transición del SOFA al SOFU, solo es
posible asignar una cierta probabilidad de que ocurra en un cierto instante de
tiempo de mantenimiento.
Medidas de mantenibilidad.
Es extremadamente importante tener información sobre las características que
definen el tiempo de mantenimiento. Por esto, el tiempo durante el que el
producto considerado esta disponible para su operación depende de las
38
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
características inherentes del diseño y relacionadas con la realización de las
funciones logísticas.
Las medidas de mantenibilidad están relacionadas con el tiempo que un
elemento pasa en SOFA. De aquí que la característica que define
cuantitativamente la relación entre ellas, debe basarse en el correspondiente
tiempo empleado.
Como ha sido claramente demostrado anteriormente, que la mantenibilidad es
un proceso que solo puede ser descrito en términos probabilísticas.
Así la recuperación de la funcionabilidad de un elemento de ingeniería y la
transición del sistema al estado de funcionamiento como el suceso elemental
que corresponde al resultado de la aplicación de los términos probabilísticas.
La función que asigna un valor numérico correspondiente ti a cada suceso
elemental bi del espacio muestral S, es una variable aleatoria que en este caso
lo llamaremos Tiempo de recuperación, (Time to Restore, TTR), como se
muestra en la fig. 2.4, la probabilidad de que la variable aleatoria TTR tome el
valor ti es
( tTTRPpi )== (2.2)
Con la anterior relación se establece la completa analogía entre el sistema de
probabilidad definido en la teoría de probabilidad y la capacidad de un sistema
de ser recuperado.
De esta manera se ha introducido el concepto de mantenibilidad y mostrar que
tiene una estrecha relación con la probabilidad. En otras palabras, que
utilizando el concepto de sistema de probabilidad la mantenibilidad del sistema
o de sus componentes como característica cualitativa, por lo tanto puede ser
traducido en medidas cuantitativas.
39
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 2.4 El concepto de sistema de probabilidad aplicado al concepto de
mantenibilidad. 2
40
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Características de mantenibilidad.
La mantenibilidad esta completamente definida por la variable aleatoria TTR y
su distribución de probabilidad, como se muestra en la figura 2.4. Las
características de mantenibilidad mas frecuentemente usadas son:
1. Función de mantenibilidad
2. Tiempo porcentual de recuperación
3. Tiempo medio de recuperación
4. Realización de la recuperación
Función de mantenibilidad.
En el concepto de mantenibilidad, la función de distribución de la variable
aleatoria TTR se llamara función de mantenibilidad y se representara por M (t).
Que indica la probabilidad de que la funcionabilidad del sistema sea
recuperada en el momento especificado de mantenimiento o antes del tiempo
empleado (t).
(2.3)
( )( )tTTRP
antesottiempoelenrecuperadasealidadfuncionabiPtM≤=
= )""(
∫=t
dttmtM0
)()(
Donde m (t) es la función de densidad de TTR.
En la tabla 2.1 se muestra la función de mantenibilidad de varias distribuciones
teóricas bien conocidas, donde am, bm, cm son los parámetros de escala, forma
y origen de la distribución de probabilidad y Ф es la función normal de Laplace.
41
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Tabla 2.1 Función de mantenibilidad para distribuciones teóricas conocidas. 2
La función de probabilidad existe desde -∞, como en la mantenibilidad no tiene
sentido el hablar de valores negativos lo cual significa tiempos negativos por lo
tanto cuando la función intersecte en t=0 puede considerarse despreciable.
El tiempo TTRp.
Es el tiempo empleado en el mantenimiento para que un sistema recupere su
funcionabilidad en un porcentaje dado.
Matemáticamente el tiempo TTRp puede representarse como:
( ) ( ) ( )∫ ==≤=→=t
p pdttmtTTRPtMqueelparatTTR0
(2.4)
En el estudio de la mantenibilidad el tiempo TTR90 es el más utilizado ya que
representa el tiempo de recuperación en el que se completaran el 90% de las
tareas de mantenimiento como se muestra en la figura 2.4.
42
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura 2.5 Tiempo TTRp a 90%. 2
La característica anterior también se conoce con el nombre de tiempo medio de
recuperación (MTTR). Siendo su expresión matemática.
( ) [∫∞
−==0
)(1 dttMMTTTRTTRE ] (2.5)
Representa el área bajo la función complementaria de la mantenibilidad, la
tabla 2.2 muestra el MTTR para distribuciones conocidas donde Γ es el símbolo
de la función gama.
Tabla 2.2 Tiempo medio de recuperación para distribuciones conocidas. 2
43
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
La función de mantenibilidad, definida por la ecuación (2.1), representa la
probabilidad de que la funcionabilidad del sistema sea recuperado en el
instante “t” o antes. Es importante conocer la probabilidad de que el sistema no
ha sido recuperado en un tiempo t1, que sea devuelto al estado SOFU antes
del tiempo t2 desde el punto de vista de la probabilidad. Este problema
representa un ejemplo de probabilidad condicional, porque la recuperación
puede ser obtenida en t2, o antes, no habiéndose producido en t1. Este tipo de
medida de la mantenibilidad lo llamaremos realización de la recuperación, RS
(t1, t2). Esta medida de la mantenibilidad está completamente definida por la
siguiente ecuación.
( ) ( 1221, tTTRtTTRPttRS >≤= ) (2.6)
Utilizando la ecuación que define a la mantenibilidad y aplicando los principios
de probabilidad condicional en la ecuación anterior para la realización de la
recuperación se obtiene.
( ) ( ) ( ) ( )( )1
121221 1
,tM
tMtMtTTRtTTRPttRS−−
=>≤= (2.7)
Esta ecuación define la realización de la recuperación. Esta medida de la
mantenibilidad proporciona una información muy útil para los ingenieros de
mantenimiento.
Factores de horas de mano de obra de mantenimiento.
También se deben de considerar las horas de mano de obra invertidas en las
tareas de mantenimiento, los tiempos pueden reducirse aplicando recursos
humanos adicionales sin embargo esto puede resultar una alternativa muy
costosa. En otras palabras la mantenibilidad esta relacionada con la facilidad y
la economía en la realización del mantenimiento.
44
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Por lo tanto se debe de obtener el equilibrio apropiado entre el tiempo
empleado, horas de trabajo y aptitud del personal para un costo de
mantenimiento menor, así se pueden usarse algunas medidas adicionales las
cuales son:
1. Horas de mano de obra de mantenimiento por hora operativa (MLH/OH).
2. Horas de mano de obra de mantenimiento por ciclo de operación del
sistema (MLH/ciclo)
3. Horas de mano de obra de mantenimiento por mes (MLH/mes)
4. Horas de mano de obra de mantenimiento por tarea de mantenimiento
(MLH/MT)
Cualquiera de estos factores puede especificarse en términos de valores
medios. Por ejemplo MLHc es la medida de horas de mano de obra de
mantenimiento correctivo, expresado como:
( )( )∑
∑=i
iic
MLHMLH
λλ
(2.8)
Donde λi es la tasa de fallos del i-esimo elemento (fallos/hora) y MLHi la media
de horas de mano de obra de mantenimiento necesarias para completar la
reparación del i-esimo elemento, de esta misma manera pueden ser calculados
los valores para la media de horas de mano de obra de los mantenimientos
preventivo y predictivo. Estos valores se emplean para determinar los requisitos
de apoyos específicos y su costo asociado
Factores de frecuencia de mantenimiento.
Los factores de confiabilidad, MTBF y λ, son la base para la determinación de
la frecuencia de mantenimiento correctivo. Además del aspecto de
mantenimiento correctivo del apoyo al sistema, la mantenibilidad también
maneja las características de diseño que minimizan los requisitos de
mantenimiento preventivo para el sistema. Muchas veces se añaden requisitos
de mantenimiento preventivo con el objetivo de mejorar la confiabilidad del
sistema.
45
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Sin embargo si no se tiene un buen control sobre el mantenimiento preventivo
puede ser muy costoso por lo tanto un objetivo de la mantenibilidad es
suministrar el equilibrio adecuado entre el mantenimiento correctivo y el
mantenimiento preventivo con el menor costo posible. Las medidas de
mantenibilidad mas utilizadas de este tipo son:
a. Tiempo medio entre acciones de mantenimiento (mean time between
maintenance, MTBM). Es el tiempo medio entre todas las acciones de
mantenimiento (preventivo y correctivo) y se calcula con la siguiente
ecuación
El MTBM es un factor importante en la determinación de la disponibilidad
operativa y efectiva del sistema.
b. Tiempo medio entre substituciones (Mean time between replacement
MTBR) un factor de MTBM, que hace referencia al tiempo medio entre
substitución de un elemento y es un parámetro importante para
determinar los requisitos de repuestos. En muchas ocasiones no es
necesario establecer el requisito de substitución de una pieza durante el
desarrollo de alguna acción de mantenimiento correctivo y preventivo, y
en otros casos, se exige la substitución de elementos lo que a su vez
precisa la disponibilidad de un repuesto y la existencia de un inventario.
El MTBR es un factor significativo, aplicable tanto en acciones de
mantenimiento correctivo como de mantenimiento preventivo que exijan
substitución de elementos, siendo un parámetro clave en la
determinación de requisitos de apoyo logístico.
Factores de costo de mantenimiento.
Es de particular interés el aspecto de economía en la realización de acciones
de mantenimiento. En otras palabras la mantenibilidad esta relacionada
directamente con las características de diseño del sistema que tendrán como
resultado final la realización del mantenimiento a un costo global mínimo.
46
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Al considerar el costo del mantenimiento se pueden tomar los siguientes
índices relacionados con el costo.
1. Costo por acción de mantenimiento ($/acción)
2. Costo de mantenimiento por hora de operación del sistema ($/H)
3. Costo de mantenimiento por mes ($/mes).
4. Costo de mantenimiento por misión o segmento de misión ($/misión)
5. El cociente entre el costo de mantenimiento y el costo total del ciclo de
vida
Otros factores relacionados con el mantenimiento.
Hay varios factores que están relacionados con las medidas de mantenimiento,
de las que dependen considerablemente. Se incluyen varios factores logísticos,
como:
1. Respuesta de aprovisionamiento o probabilidad de tener un tener
repuesto disponible cuando se necesite.
2. Efectividad de equipos de prueba y apoyo, fiabilidad y disponibilidad del
equipo de prueba.
3. Disponibilidad y uso de las instalaciones de mantenimiento.
4. Tiempos de transporte entre las instalaciones de mantenimiento.
5. Eficacia de la organización del mantenimiento y del personal.
Hay muchos factores logísticos que deben ser especificados, medidos y
controlados si se quiere cumplir la misión primordial. Por ejemplo es muy
cuestionable especificar un requisito de 30 minutos de tiempo medio de
mantenimiento correctivo si es muy baja la probabilidad de que se mande a
tiempo un repuesto desde el almacén hacia la estación de bombeo N°6 de
maltrata.
47
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Disponibilidad.
Es una medida en la cual nos indica que tan frecuentemente el sistema esta
OK y listo para operar. Esta es frecuentemente expresada por la siguiente
ecuación.
paradadetiemposerviciodetiemposerviciodetiempoA
+= (2.9)
El tiempo de servicio y de parada son dos condiciones extremas sin considerar
situaciones intermedias, el tiempo en servicio se refiere a la capacidad de
desempeñar la tarea para la que fue diseñado el sistema y el tiempo de parada
se refiere a cuando este no este en capacidad de desempeño de la tarea.
La disponibilidad esta determinada por el más pequeño de estos tres
principales factores:
1. Incremento en el tiempo de falla
2. Decremento de las paradas por Mtto. correctivo y preventivo
3. Costos
Para el cálculo de la disponibilidad frecuentemente se utiliza una de las
siguientes ecuaciones a consideración del ing. de mantenimiento.
• Disponibilidad inherente
MTTRMTBFMTBFAi
+= (2.10)
Esta ecuación excluye el mantenimiento preventivo y
correctivo, demoras en suministros, demoras administrativas
y errores operacionales.
• Disponibilidad lograda
MAMTMTBMMTBMAa
+= (2.11)
Esta ecuación excluye demoras en suministros, demoras
administrativas y errores operacionales.
48
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
• Disponibilidad operacional
MDTMTBMMTBMAo
+= (2.12)
Esta ecuación no excluye ningún punto mencionado
anteriormente.
En sencillas palabras la disponibilidad se describe en tiempos cuantitativos
como tiempos de transporte en el caso particular de PGPB, tiempo de factor de
corrida, falta de paradas, etc. Que incluyen un mínimo valor para la
disponibilidad, en el caso particular de PGPB cuenta con dos maquinas por lo
cual, una esta en operación y la otra debe estar disponible para iniciar la tarea
de transporte en caso de que surja alguna situación por lo cual la turbo-bomba
que esta funcionando entre en paro.
Tomando esto en cuenta, la disponibilidad ideal real, esta dentro del rango del
87 al 95 %, la perdida de la disponibilidad es un problema relacionado
principalmente con las fallas de los equipos (esto incluye fallas por operación,
errores humanos etc.).
Confiabilidad.
Se relaciona con la reducción en la frecuencia de las fallas en un intervalo de
tiempo dado en una medida para una operación libre de fallas y esta expresada
por la siguiente ecuación.
( ) ( )tMTBFttR λ−=−= expexp)( (2.13)
Para los modos de falla distribuidos por el MTBF es un índice básico de
confiabilidad, para un tiempo de corrida dado con el fin de lograr una alta
confiabilidad, se requiere un valor alto de MTBF.
Para PGPB la confiabilidad es una medida de operación sin fallos, grandes
periodos de ininterrupciones sin fallos son resultantes de una capacidad
productiva incrementada requiriendo pocas partes de repuestos y una menor
fuerza laboral para las actividades de mantenimiento.
49
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
En pocas palabras las descripciones de confiabilidad en términos cuantitativos
son el tiempo medio de falla, tiempo medio entre fallas y acciones de
mantenimiento, MTTR y tiempo de vida de la unidad, por lo tanto las acciones
de mantenimiento deben de ser realizadas rápidamente o bien planeadas para
minimizar paradas, esto permite optimizar las tareas de mantenimiento,
también reducir, las fallas lo cual nos ayuda a tener un mayor valor de
confiabilidad.
En resumen una alta confiabilidad y mantenibilidad son las tendencias de un
sistema altamente efectivo.
50
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
CAPITULO III
ANALISIS DE MANTENIBILIDAD DE LA TB-5000 (TB-62)
51
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Para realizar el análisis de la mantenibilidad de la TB-5000 nos basaremos en
la turbo-bomba TB-62 de la estación de re-bombeo N°6 de Maltrata Ver.
Tomando los datos de la misma de los reportes de operación de la estación,
de donde obtenemos la siguiente tabla.
mes Año turbo
bomba Operación
Hrs. Disponible
Hrs. Mtto Hrs.
Rep Hrs.
Paros Hrs.
TB-61 737 8 0 octubre 2004 TB-62 0 745 0 TB-61 446 266 0 8 noviembre 2004 TB-62 267 305 29 119 119 TB-61 26 711 0 7 diciembre 2004 TB-62 718 20 0 6 6 TB-61 667 77 0 enero 2005 TB-62 77 667 0 TB-61 672 0 0 febrero 2005 TB-62 0 627 45 TB-61 102 626 16 marzo 2005 TB-62 642 90 12 TB-61 0 631 88 abril 2005 TB-62 719 0 0 TB-61 591 147 0 6 mayo 2005 TB-62 158 586 0 TB-61 720 0 0 junio 2005 TB-62 0 642 78 TB-61 107 637 0 julio 2005 TB-62 628 116 0 TB-61 85 584 75 agosto 2005 TB-62 622 114 8 TB-61 590 130 0 septiembre 2005 TB-62 127 593 0 TB-61 743 2 0 octubre 2005 TB-62 2 609 60 74 74 TB-61 182 525 10 3 noviembre 2005 TB-62 538 182 0 TB-61 0 701 43 diciembre 2005 TB-62 744 0 0 TB-61 520 224 0 enero 2006 TB-62 224 484 36 TB-61 672 0 0 febrero 2006 TB-62 0 581 91 TB-61 79 633 32 marzo 2006 TB-62 665 74 0 5 6 TB-61 0 664 56 abril 2006 TB-62 719 1 0 TB-61 645 99 0 mayo 2006 TB-62 99 631 14 TB-61 720 0 0 junio 2006 TB-62 0 633 87
52
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
TB-61 105 589 50
julio 2006 TB-62 639 105 0
Tabla 3.1 datos operacionales de las TB-61 y TB-62
En esta tabla que se obtuvo de los reportes de operación de la estación ya se
encuentran englobadas las horas de mantenimiento, operación, disponibilidad,
reparación y paro de la TB-61 y TB- 62 en un periodo de tiempo desde octubre
del 2004 hasta julio 2006 siendo esto una toma de campo muestra arbitraria.
Se tomaron los datos referentes a la TB-62 para realizar este calculo ya que es
la turbo-bomba que presento mas situaciones de fallas y paros
De esta misma tabla obtenemos la siguiente tabla de acciones de
mantenimiento Donde los datos se encuentran en orden ascendente. Los
valores numéricos de M’ (t) se determinaran de acuerdo con la expresión para
el rango mediano.
( )4.03.01'
+−
=n
tM (3.1)
t M(it) 1 3 0.067 2 8 0.163 3 12 0.260 4 14 0.356 5 21 0.452 6 36 0.548 7 45 0.644 8 60 0.740 9 87 0.837
10 91 0.933 Tabla 3.2 datos empíricos t
Con esta tabla que nos muestra los datos empíricos de t y los correspondientes
M’ (t) se utilizara para determinar las características de mantenibilidad (los
parámetros de forma a y b) a partir de la distribución de weibull.
53
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
En donde nos arroja un resultado de.
a = 45
b = 2.8
Una vez obtenido los parámetros de forma es posible determinar todas las
medidas de mantenibilidad para las operaciones de mantenimiento de la TB-62
utilizando la siguiente ecuación.
( )⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−−=
B
AttM exp1
Obteniendo la siguiente tabla.
t
Hrs. M(it) M(t)
1 3 0.067 0.0005091362 8 0.163 0.0079055953 12 0.260 0.0243983114 14 0.356 0.0373190715 21 0.452 0.1116272176 36 0.548 0.4145458757 45 0.644 0.6321205598 60 0.740 0.8933109839 87 0.837 0.998224583
10 91 0.933 0.999240802Tabla 3.3 datos de mantenibilidad
54
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Representada por el siguiente grafico.
FUNCION DE MANTENIABILIDAD
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tiempo (hrs)
M(t) Serie1
Grafico 3.1 resultado de mantenibilidad (M (t) vs. T).
Ya teniendo los valores de la mantenibilidad de la turbo-bomba se realice el
calculo del porcentaje de tiempo de recuperación del sistema, para este calculo
se propone calcular al 10% y al 90% de su recuperación cuanto tiempo les
llevara al personal realizar el mantenimiento para llegar a este porcentaje de
recuperación. Para esto utilizaremos la siguiente formula.
( )([ )] BtMAt1
1ln −−= (3.2)
Así que para el 10% queda de la siguiente forma.
( )[ ]
hrsTTR
hrst
tMparatTTR
20
14.209.0ln45
1.0)(
10
8.21
10
≈∴
=−=
==
55
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
De la misma forma se obtiene para el 90%.
( )[ ]
hrsTTR
hrst
tMparatTTR
61
61.601.0ln45
9.0)(
90
8.21
90
≈∴
=−=
==
Obteniendo.
TTR10 = 20 hrs.
TTR90 = 61 hrs.
Los siguientes valores podemos integrarlos a la grafica de mantenibilidad
obteniendo el siguiente grafico.
TTR
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tiempo (hrs)
M(t)
M(t)TTR 10%TTR 90%
Grafico 3.2 Tiempo de recuperación.
56
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Ya obtenido el TTR podemos obtener el MTTR utilizando la siguiente ecuación.
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+Γ×=
BAMTTR 11
Dado que se encuentra la función Г por lo tanto utilizando la tabla A1 ubicada
en el apéndice obtenemos lo siguiente.
hrsMTTRhrsAMTTR
B
4007.40903.0
8905.011
==×=
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+Γ
Obteniendo.
MTTR = 40 hrs.
Lo cual podemos integrarlo en la grafica anterior obteniendo la siguiente
grafica.
MTTR
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tiempo (hrs)
M(t)
M(t)TTR 10%TTR 90%MTTR
Grafico 3.3 tiempo medio de recuperación.
57
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Ya obtenidos estos valores de mantenibilidad podemos pasar a calcular la
confiabilidad y la disponibilidad de la TB-62 únicamente se necesita encontrar
ahora los valores de MTBM, MTD y MTBF los cuales se obtendrán de los datos
proporcionados dentro del reporte de operación de la turbo-bomba (tabla 3.1).
Obteniendo los siguientes valores.
MTBM = 390 hrs
MTBF = 4992 hrs
MDT = 41 hrs.
λ = 0.0002
Con estos valores obtenemos la disponibilidad de la turbina con la ecuación
2.12 ya que es la que no omite ningún factor que afecte su operación.
( )
( )
%90
904.041390
390
=∴
=+
=
+=
D
D
D
A
A
MDTMTBMMTBMA
Para obtener la confiabilidad tenemos dos caminos, uno es aplicando la
mantenibilidad y determinando que mantenibilidad + no mantenibilidad = 1
entonces utilizando la tabla obtenida de manteniblidad podemos obtener la
confiabilidad en relación a la mantenibilidad teniendo como resultado lo
siguiente.
58
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
t (Hrs.) 1-M(t) o R(t) 1 3 0.999 2 8 0.992 3 12 0.976 4 14 0.963 5 21 0.888 6 36 0.585 7 45 0.368 8 60 0.107 9 87 0.002 10 91 0.001
Tabla 3.4 confiabilidad de fallo
Dado el valor en esta tabla de confiabilidad R (t) siendo mejor expresada como
confiabilidad de falla. Pero también podemos obtener la confiabilidad mediante
un periodo de tiempo de servicio tal, utilizando la ecuación 2.13.
( )TTRoMTBF
TTR λ−=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
= exp)(exp)(
Dado que nos interesa saber que tan confiable es el sistema durante su
operación se utilizara el tiempo promedio de operación de la TB-62 que es de 2
meses continuos expresado en horas seria 1460 hrs. aprox. Por lo tanto.
T = 1460 hrs.
Así que.
%75)(
746.049921460exp)(
=∴
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
TR
TR
Se obtiene una confiabilidad de no fallo del 75 %
59
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
CAPITULO IV
EVALUACION DE LA MANTENIABILIDAD DE
LA TB-62
(ANALISIS DE RESULTADOS)
60
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Los resultados obtenidos con el análisis anterior se analizan para ver como
afectan o que nos indican sobre las operaciones de la TB-5000 en específico la
TB-62.
Los valores de a y b son los parámetros de forma, los cuales integran la
ecuación de mantenibilidad en donde obtenemos la grafica 3.1 de
mantenibilidad.
FUNCION DE MANTENIABILIDAD
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
tiempo (hrs)
M(t) Serie1
En donde se observa que los tiempos de mantenimiento y el valor de la
mantenibilidad hay que tomar en cuenta que este valor se debe multiplicar por
100 para dar el valor porcentual. Así mismo nos indica qué tiempo es el que se
debe emplear en el mantenimiento para obtener un 100% de mantenibilidad.
61
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
En la siguiente grafica se observa los puntos de TTR10, TTR90 y MTTR los
cuales se pueden utilizar para planear las operaciones de mantenimiento de la
estación 6.
MTTR
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tiempo (hrs)
M(t)
M(t)TTR 10%TTR 90%MTTR
Ya con todos estos datos y obtenidos los valores de MTBF, MBTM y MDT se
expresa que la TB-62 tiene una disponibilidad de.
Ao = 90 %
Y una confiabilidad de 75 %
Tomando todos estos datos de referencia se observa que no es necesario
realizar modificaciones al plan de mantenimiento actual de la estación ya que
se tiene asignado 18 días de mantenimiento cada 4 meses o en su caso cada
vez que sale de operación según el programa de mantenimiento anual (figura
A1), esto interpretado en horas de trabajo son 144 Hrs. de mantenimiento.
Regresando a la grafica 3.1 nos damos cuenta que el mantenimiento esta
sobrado con oportunidad de ser reducido, pero en caso particular de PGPB no
hay un gran beneficio en reducir el tiempo ya que el personal se encuentra
disponible con el mismo salario. Por lo tanto una reducción de tiempo no se ve
beneficiada un costo beneficio aparente por gasto de mano de obra
62
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Al encontrar que la disponibilidad de la TB-62 es del 90 % es un muy buen
valor referenciado a la teoría, una buena disponibilidad oscila entre el 87 y 95
% por lo tanto como nuestra disponibilidad esta dentro de este rango, es
buena, este valor nos indica que hay una gran relación entre las acciones de
mantenimiento y las paradas suscitadas, cabe mencionar que se podría
mejorar sustancialmente la disponibilidad del sistema si el tiempo de duración
de las paradas no fuera tan alto. Pero hay que mencionar que las paradas
muchas veces son por errores humanos o por cuestiones administrativas como
problemas en el refaccionamiento, el cual presenta varios problemas ya que
como es una empresa paraestatal se tiene que acatar una serie de
reglamentos y procesos para la adquisición de refaccionamiento.
Pero tenemos un punto que analizar mas afondo es el de la confiabilidad del
sistema ya que en este se obtuvo un valor de 75%, lo cual es relativamente
bajo. Cabe mencionar los valores y datos que se tomaron en este análisis en
donde encontramos el valor de MTBF que es un valor relativamente alto, pero
el problema aquí es como anteriormente se situó en la disponibilidad, siendo el
refaccionamiento, ya que hay momentos en que la TB-62 tiene que trabajar con
piezas viejas, debido que el refaccionamiento no a sido entregado
oportunamente o adquirido. Este análisis de confiabilidad fue realizado
estadísticamente pero si lo hacemos probabilisticamente nos da una alta
confiabilidad dependiendo de el tiempo como lo muestra la tabla 3.4
t
(Hrs.) 1-M(t) o R(t) 1 3 0.999 2 8 0.992 3 12 0.976 4 14 0.963 5 21 0.888 6 36 0.585 7 45 0.368 8 60 0.107 9 87 0.002 10 91 0.001
63
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Esta tabla nos indica la confiabilidad de falla del sistema, como se puede
observar nos indica que con una tarea de mantenimiento de 91 hrs. tenemos
una confiabilidad del 99 % o una confiabilidad de que falle de un 0.1 %, así
que de esta manera el sistema es muy confiable, lo cual según los cálculos
probabilisticos y la teoría tenemos un sistema altamente efectivo, ya que el
valor de mantenibilidad y confiabilidad son altos, son datos creíbles y
sustentables pero estaríamos hablando de una utopía perfecta o ideal de
PGPB por lo cual no aplica ya que esta expresión probabilística no toma
encuenta los retrasos por suministro, fallos por operación o errores humano,
por lo tanto se opto también por realizar el análisis estadístico, en donde
englobamos estos factores que no son tomados encuenta dándonos un valor
del 75 % de confiabilidad, ya que como lo podemos observar en la tabla 3.1 en
donde tenemos varios paros y fallas, las cuales la mayoría de ellos son por
cuestiones de error humano y uno de los paros que se tiene registrado, cuenta
con un valor alto por cuestión de falta de refaccionamiento en el momento que
se requirió. Ya que como se menciono antes no se esta hablando de una
empresa privada sino de una empresa paraestatal gigantesca la que cual esta
sometida al reglamento federal de adquisiciones y obras publicas, el cual no
permite que el refaccionamiento sea en el momento que se necesita o en dado
caso de que se planee, el proceso es de aproximadamente 7 meses, y dada la
situación de que sea una emergencia, antes de adquirir se debe de buscar una
pieza de repuesto sin importar si es refaccionamiento de uso, por el momento
en que llega la pieza o refacción nueva, hay piezas que entran por adquisición
directa (SRM) pero son muy pocas y además el proceso es un poco lento ya
que la pieza llegaría en un periodo de 1 a 2 semanas, todo esto se llaga a
presentar si la pieza deseada no se encuentra en almacén.
Por lo cual los tiempo de parada y mantenimiento correctivo llegan a ser muy
largos y consecutivos afectando directamente a la disponibilidad y mas aun a la
confiabilidad de la TB-62 (TB-5000)
64
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
CONCLUSIONES
65
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
• El plan de mantenimiento implementado en la estación de bombeo N°6
de maltrata Veracruz de PGPB es el adecuado para la TB-5000 ya que
esta excedido de tiempo y puede permitir para algún análisis o prueba
extemporáneo sin ver afectada su disponibilidad.
• No se puede reducir los tiempo de mantenimiento ya que se cuenta con
personal de planta encargado de realizar la tarea por lo tanto si se
reduce no hay un beneficio directo para la empresa.
• La disponibilidad de la TB-62 se encuentra dentro de los parámetros de
OK por lo tanto no requiere una observación mas profunda.
• La confiabilidad de fallo de las tareas de mantenimiento están OK por lo
tanto se avala la primera conclusión.
• Aun que la confiabilidad y la disponibilidad de la Tb.-62 están bien se
tiene un problema con el refaccionamiento el cual esta afectando al valor
estadístico de la confiabilidad y reduciendo la disponibilidad del sistema.
• Analizar mas afondo el proceso de adquisición de refaccionamiento de la
TB-62, ya que como es una empresa paraestatal no se puede hacer
mucho en esta situación.
• Hacer un programa de refaccionamiento a largo plazo para poder reducir
el tiempo de espera de las refacciones, aunque este punto queda a
discusión ya que es una empresa paraestatal.
• Lo antes mencionado y con los datos obtenidos son una perfecta utopía
de lo que PGPB podrá ser, pero se tiene el problemas de los
reglamentos y leyes a las que es sometida la empresa por situaciones
de ser una empresa paraestatal.
66
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
APENDICE
67
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Tabla A.1 Tabla para obtener el valor de Γ para la función de Wiebull. 7
68
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura A.1 Plan de mantenimiento anual de la estación de bombeo Nº 6 de
Maltrata Veracruz.6
69
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura A.2 Reporte de estación (reporte de operaciones). 6
70
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
Figura A.3 Reporte de disponibilidad de la estación 6
71
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
72
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
BIBLIOGRAFIA
73
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
1. Gas Turbine Engineering Handbook.
Meherwan P. Boyce
Gulf Publishing
1987 segunda reimpresión
2. Mantenibilidad
Jezdimir Knezevic
ISDEFE
1999 primera edición
3. Manual de mantenimiento de la turbina de gas TB-5000
Rouston Gas Turbine PEMEX Gas y Petroquímica Básica
4. Disponibilidad, Confiabilidad, Mantenibilidad, y Capacidad.
H. Paul Barringer.
Barringer & Asso
PDF document
5. Optimización de las estrategias del mantenimiento.
José bernardo duran
Woodhause partenerchip limited
6. Documentación diversa relacionada con el mantenimiento de la Estación de bombeo Nº 6 de Maltrata ver.
7. Fiabilidad de la distribución de Weibull.
Ing. José Mª Tamborero del Pino PDF document.
74
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
GLOSARIO
75
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
A Disponibilidad.
Aa Disponibilidad lograda.
Ai Disponibilidad inherente.
Ao Disponibilidad operacional.
BPD Barriles por Día
Condiciones iso. Condiciones de diseño Standard a nivel medio Del mar.
LPG Gas Licuado del Petróleo
MAMT Tiempo medio de acciones de mantenimiento
correctivo y preventivo.
MDT Tiempo medio de parada.
MLH Mano de obra (mano de obra del trabajador de
mantenimiento).
MT Tarea de mantenimiento.
MTBF Tiempo medio entre Fallos.
MTBM Tiempo medio entre acciones de mantenimiento.
MTBR Tiempo medio entre reemplazo de piezas.
MTTR Tiempo medio de recuperación.
OH Hora operativa.
PGPB PEMEX Gas y Petroquímica Básica.
RPM Revoluciones por minuto.
SCADA Sistema de Control y Adquisición de Datos.
SOFA Estado de Fallo.
SOFU Estado de funcionamiento.
T Tiempo para análisis estadístico en Hrs.
t Tiempo para análisis probabilística en Hrs.
TB Turbo Bomba.
TTR Tiempo de recuperación.
TTRp Tiempo de recuperación porcentual.
λ Tasa de fallo (fe de errata de fallos).
76
Análisis de Mantenibilidad de la Turbo-Bomba TB-5000 de
la Estación de Bombeo No.6 Maltrata Ver.
77
