programa de mantenimiento predictivo por análisis de vibraciones

Transcripción

programa de mantenimiento predictivo por análisis de vibraciones
UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA
“JOSÉ SIMEÓN CAÑAS”
PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO POR
ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN EQUIPOS CRÍTICOS DE
LA INDUSTRIA AZUCARERA
TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA
FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
PARA OPTAR AL GRADO DE
INGENIERO MECÁNICO
POR
MELVIN ENRIQUE CASTELLANOS TORRES
MAX FRANCISCO SÁNCHEZ MIRANDA
MAYO 2005
SAN SALVADOR, EL SALVADOR, C.A.
RECTOR
JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J.
SECRETARIO GENERAL
RENÉ ALBERTO ZELAYA
DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA
CELINA PÉREZ RIVERA
COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA
MARIO CHÁVEZ
DIRECTORES DEL TRABAJO
RODRIGO GUERRA Y GUERRA
WERNER RAMÍREZ
LECTOR
MARIO CHÁVEZ
AGRADECIMIENTOS
Queremos agradecer a SETISA por brindarnos su ayuda y su experiencia de trabajo, agradecemos
al Ingeniero Rodrigo Guerra y Guerra por otorgarnos su confianza y al Ingeniero Werner Ramírez
por compartir sus conocimientos en el tema. Agradecemos a Salvador Flores Claros por su aporte
fundamental en la realización de este documento y agradecemos a todos nuestros profesores que
nos ofrecieron su confianza y ayuda a lo largo de toda nuestra carrera universitaria.
DEDICATORIA
Esta tesis va dedicada con mucho cariño, para todos aquellos que hicieron posible el culminar esta
etapa de mi vida. Primeramente, le doy gracias a Dios, por darme fortaleza en los momentos
críticos de mis estudios. A mi mamá la Virgen María, por ese ejemplo de fidelidad ante la
adversidad. Gracias a mis padres Oscar y Mirna, cuyo amor, oraciones y apoyo incondicional me
ayudaron a cumplir esta meta. A mis hermanos: Patricia, José, Oscar y Mónica, por la confianza y
apoyo que me brindaron durante mi carrera. A mis sobrinitas: Nicole y Daniela, por el amor más
puro que ellas me brindan. A mi abuelita, tíos y primos, por su ayuda y apoyo. A mis amigos…..,
son muchos pero a todos les agradezco su apoyo.
Melvin Enrique Castellanos Torres
DEDICATORIA
Ante todo quiero darle las gracias a Dios por darme la fuerza necesaria para salir adelante con mis
estudios y mantenerme con buena salud. Quiero darles las gracias a mis padres Ismael y Lilian por
apoyarme en todos los sentidos, gracias por su amor, su paciencia, su entrega y sus regaños.
Gracias papá por todos tus consejos, tu ejemplo ha sido mi inspiración. Gracias a mi hermano Isma
por todo su apoyo y cariño. Esta tesis va dedicada a mi abuelito Chimino, mi abuelita Menche y a
Mamá-Alicita. Los amo mucho.
Max Francisco Sánchez Miranda
SUMARIO
El presente documento es una guía específica para la implementación de un Plan de
Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones en los Ingenios Azucareros. Se presenta el
marco teórico necesario para que el lector pueda comprender con facilidad los elementos que
intervienen en la planeación, ejecución y evaluación de un programa de Mantenimiento Predictivo.
El trabajo esta fundamentado en la experiencia de trabajo que posee la empresa SETISA en el
Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones de las máquinas de los ingenios azucareros.
RESUMEN EJECUTIVO
PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO POR ANÁLISIS DE
VIBRACIONES EN EQUIPOS CRÍTICOS DE LA INDUSTRIA
AZUCARERA
LA INDUSTRIA AZUCARERA
La agroindustria azucarera es uno de los sectores más importantes del sector agropecuario y de la
economía salvadoreña. Actualmente en el país existe La Asociación Azucarera de El Salvador, la
cual vela por el estricto cumplimiento de los tratados y convenios nacionales e internacionales
sobre el azúcar, mieles y derivados. Su objetivo primordial es promover y fortalecer la Agroindustria
del Azúcar y sus derivados, fomentando la armonía, eficiencia y productividad de sus asociados,
contribuyendo así al desarrollo económico y social de El Salvador. Otro rubro derivado del la
producción de azúcar, es la generación de energía eléctrica, a partir de bagazo de caña, permite
que los ingenios sean capaces de suplir su demanda de energía para la producción de azúcar.
La rutina o ciclo de operación de un ingenio azucarero se repite a lo largo del año, este se puede
dividir en las siguientes etapas: periodo de zafra, cierre de zafra, periodo de mantenimiento y
pruebas a equipos.
PROCESO DE PRODUCCIÓN
La obtención de azúcar a partir de la caña puede ser dividida en las siguientes operaciones que
siguen el orden correspondiente: recepción y preparación de la materia prima, picado, molienda,
calentamiento y clarificación, filtración, evaporación, tachos y cristalización, centrifugación, secado
y enfriamiento y empacado.
La caña de azúcar constituye el tipo de biomasa con mayor importancia y potencial como
combustible ya que es una fuente no contaminante y de bajo costo. Es por eso que los ingenios
utilizan ciclos Rankine para suplir su propia demanda y para ayudar a la demanda nacional de
electricidad.
i
TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES
Una máquina ideal no produciría vibraciones, ya que toda la energía se emplearía en el trabajo a
realizar. Unos de los fenómenos más comunes que producen vibraciones en una máquina rotativa
en los ingenios azucareros son: el desbalance dinámico, el desalineamiento, la flojedad y las fallas
en las chumaceras. Para poder resolver y corregir todos los problemas que ocasionan las
vibraciones mecánicas, se han diseñado diferentes técnicas de análisis de vibraciones que
estudian el comportamiento de las vibraciones. Con el uso de análisis de vibraciones, se logra
determinar con bastante precisión las condiciones a la que esta sometida una máquina rotativa.
Los fundamentos básicos en los que se basa el análisis de vibraciones son el movimiento armónico
simple de los cuerpos y el Teorema de Fourier. Para poder realizar análisis de vibraciones en las
máquinas de un ingenio azucarero, se están utilizando equipos de medición digitales tanto rms o
analizadores de vibraciones avanzados, es necesario tomar las lecturas de la magnitud de las
vibraciones, su frecuencia, velocidad y aceleración. Con estas lecturas de datos se podrá realizar
el estudio de los espectros, y compararlos con los límites permisibles para poder determinar su
estado actual. Los límites permisibles están regidos por normas internacionales para los diferentes
elementos.
EQUIPOS CRITICOS EN LOS INGENIOS AZUCAREROS
Los ingenios azucareros poseen una gran cantidad de equipos rotativos de diferentes grados de
criticidad. Una máquina se considera menos crítica en cuanto más puede ser obviada en el
proceso. Para determinar su grado de criticidad, se toman en cuenta los siguientes criterios: el
costo del equipo, importancia dentro del proceso y complejidad de mantenimiento. Además de
estos, se consideran otros parámetros como: Costos de reparación, costos de pérdida de
producción y, el más importante, el potencial de daño a las máquinas del resto del proceso. Es muy
importante resaltar que en algunos casos los costos de criticidad no se pueden estimar en dinero,
pues muchas veces son daños a personal o al medio ambiente.
Los equipos críticos de un ingenio azucarero son: El turbogenerador, el tiro inducido y el tiro
forzado, la bomba de inyección de calderas, la transmisión de los molinos, las centrífugas y los
ventiladores del secador de azúcar.
PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES
El mantenimiento predictivo considera a cada máquina por separado. Sustituyendo las revisiones
periódicas por medidas periódicas que pueden seguir en detalle el desarrollo del estado de
funcionamiento de cada máquina en concreto. Con la medida regular de las vibraciones se puede
detectar el nacimiento de irregularidades y seguir su desarrollo. Además, esas medidas se pueden
extrapolar para predecir cuando se alcanzarán niveles de vibración inaceptables y cuando se debe
revisar la máquina. A esto se le llama Monitoreo de Tendencias y permite al profesional programar
las reparaciones con suficiente anticipación.
ii
Un plan de mantenimiento predictivo (PMP) basado en
análisis de vibraciones aplicado a
máquinas rotativas en los ingenios trae consigo muchas ventajas, tanto desde el punto de vista
económico, como en la producción.
Para identificar cuales máquinas se van a monitorear, cada cuanto tiempo, qué capacitación se le
dará al personal, que equipo y que sensores se necesitan, es necesario un diseño adecuado del
programa de mantenimiento predictivo. Estos criterios dependen de cada ingenio y de la
complejidad de la maquinaria que posea. Una vez conocida las clases y los periodos de monitoreo,
se puede generar la tabla de equipos críticos, con las acciones de mantenimiento predictivo a
realizar. Los pasos que implementar un plan de Mantenimiento son: Planificación, establecimiento
de medidas administrativas y técnicas, operación, revisión y evaluación y mejoramiento continuo.
Parte del programa de mantenimiento predictivo que ejecutan los diferentes ingenios, deben
contemplar la necesidad recurrir a empresas especializadas en el análisis de vibraciones, cuando
se da el caso que el equipo de mantenimiento no puede encontrar el problema en una máquina en
particular. Una de las empresas que brindan este servicio es SETISA (Servicios Técnicos de
Ingeniería).
iii
ÍNDICE
Pag.
Resumen Ejecutivo............................................................................................................ i
Índice................................................................................................................................. iv
Siglas................................................................................................................................. vi
Abreviaturas...................................................................................................................... vii
Simbología........................................................................................................................ viii
Índice de figuras.....................................................................................................……… ix
Índice de tablas................................................................................................................ x
Prólogo............................................................................................................................. xi
1. Descripción de la industria azucarera........................................................................ 1
1.1 Rutina de operación de la industria azucarera................................................... 3
1.1.1
Periodo de zafra..................................................................................... 3
1.1.2
Cierre de zafra........................................................................................ 4
1.1.3
Periodo de mantenimiento...................................................................... 4
1.1.4
Pruebas de equipos................................................................................ 4
2. Descripción del proceso de producción..................................................................... 5
2.1. Recepción de la caña de azúcar y preparación................................................. 5
2.2. Picado................................................................................................................. 5
2.3. Molienda.............................................................................................................. 5
2.4. Calentamiento y clarificación.............................................................................. 6
2.5. Filtración............................................................................................................. 7
2.6. Evaporación........................................................................................................ 7
2.7. Tachos y cristalización........................................................................................ 7
2.8. Centrifugación..................................................................................................... 8
2.9. Secado................................................................................................................ 9
2.10. Enfriamiento y empacado................................................................................. 9
2.11. Generación de vapor para fuerza mecánica
y generación eléctrica........................................................................................ 9
3. Técnicas para el análisis de vibraciones
3.1 Las maquinas y las vibraciones........................................................................... 13
3.2
Causa de las vibraciones................................................................................... 13
3.3
Efectos de las vibraciones mecánicas............................................................... 14
3.4
Principios básicos para el análisis de vibraciones............................................. 15
3.5
3.4.1
Movimiento armónico simple de los cuerpos.......................................... 15
3.4.2
Teorema de Fourier................................................................................ 16
Componentes de una señal de vibraciones...................................................... 17
3.5.1
Dominio de tiempo.................................................................................. 17
iv
3.6
3.5.2
Dominio de frecuencia............................................................................. 18
3.5.3
Espectro de fase..................................................................................... 20
Descripción del proceso para la toma de datos................................................ 20
3.6.1
Equipos necesarios para análisis de vibraciones................................... 21
3.6.1.1 Equipo de medición para toma de datos...................................... 21
3.6.1.2 Tipos de sensores........................................................................ 22
3.6.2
Toma de datos........................................................................................ 23
3.6.3
Normas internacionales para el criterio de severidad............................. 24
3.6.4
Análisis de espectro................................................................................ 27
4. Equipos críticos en los ingenios azucareros.............................................................. 29
5. Programa de mantenimiento predictivo en análisis de vibraciones (PMP AV)
5.1
Mantenimiento predictivo en un ingenio azucarero........................................... 31
5.2
Rentabilidad y ventajas del mantenimiento
predictivo en los ingenios azucareros................................................................ 31
5.3
Clases de monitoreos para equipos de ingenios............................................... 33
5.3.1
Monitoreo continuo general.......................................................................33
5.3.2
Monitoreo continuo de frecuencias........................................................... 33
5.3.3
Monitoreo periódico.................................................................................. 33
5.4
Periodos de monitoreo....................................................................................... 34
5.5
Selección de equipos a ser monitoreadas......................................................... 34
5.6
Expediente de la maquinaria............................................................................. 36
5.7
Informes de análisis de vibraciones.................................................................. 37
5.8
Archivos de datos de las vibraciones................................................................. 37
5.9
Implementación de un programa de mantenimiento predictivo......................... 37
5.10 Capacitación al personal de mantenimiento
y operarios de equipos en ingenios azucareros................................................ 38
5.11 Servicios externos de mantenimiento para ingenios......................................... 39
5.11.1 Solicitud de análisis de vibraciones......................................................... 39
5.11.2 Cotización de la empresa contratista (SETISA)....................................... 39
5.11.3 Listado de equipo a analizar..................................................................... 39
5.11.4 Análisis de espectros................................................................................ 40
5.11.5 Preparación de informe escrito................................................................ 40
5.12 Reporte de servicio de análisis de vibraciones a un ingenio............................. 40
Conclusiones..................................................................................................................... 58
Recomendaciones............................................................................................................. 60
Glosario............................................................................................................................. 61
Referencias....................................................................................................................... 63
Bibliografía........................................................................................................................ 65
v
SIGLAS
OMC: Organización Mundial de Comercio
ICC: Iniciativa de la Cuenca del Caribe
AICA: Azucareros del Istmo Centroamericano
OIA: Organización Internacional del Azúcar
PROCAÑA: Asociación de Productores de Caña de El Salvador
SETISA: Servicios Técnicos de Ingeniería
ISO: International Organization for Standardization
PMP AV: Programa de Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones
FFT: Fourier Form Transform
vi
ABREVIATURAS
pH: Potencial de Hidrogeno
Hp: Caballos de potencia
RMS: Root Mean Square
CPM: Ciclos por minuto
W: Watt
KW: Kilowatt
MW: Megawatt
RPM: revoluciones por minuto
TM: Toneladas métricas
Psi: Libras por pulgada cuadrada
vii
SIMBOLOGIA
χ:
Desplazamiento horizontal.
A:
Amplitud.
ω:
Velocidad Angular
t:
Tiempo
φ:
Angulo de Fase
χ1:
Desplazamiento en la señal de entrada
χ2:
Desplazamiento en la señal de salida
Α 1:
Amplitud en la señal de entrada
Α2 :
Amplitud en la señal de salida
φ1:
Angulo de fase en la señal de entrada
φ2:
Angulo de fase en la señal de salida.
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1: Ingenios y zonas productoras de caña de azúcar en El Salvador.
Figura 2.1: Picadoras.
Figura 2.2: Molinos.
Figura 2.3: Tanque clarificador.
Figura 2.4: Filtros.
Figura 2.5: Evaporadores.
Figura 2.6: Tachos.
Figura 2.7: Centrifugas de primera.
Figura 2.8: Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la quema de
bagazo de caña de azúcar.
Figura 2.9: Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la quema de
bagazo de caña de azúcar (Utilizando vapor para otros procesos).
Figura 3.1: Componentes mecánicos de un ingenio azucarero
Figura 3.2: Vibración armónica simple senoidal continua
Figura 3.3: a) Vibración continua de muchas frecuencias; b) Vibración irregular
(No periódica)
Figura 3.4: Componentes de un movimiento armónico simple
Figura 3.5: Gráfico de una señal de vibración en tres dimensiones
Figura 3.6: Gráfico una señal de vibración en el dominio del tiempo
Figura 3.7: Representación del espectro de vibraciones de una señal de vibración
Figura 3.8: Diagrama de flujo de proceso de análisis de vibraciones
Figura 3.9: Analizador de espectros HP 3560 A
Figura 3.10: Colocación de sensor de vibraciones en a) Dirección Vertical, b) Dirección Horizontal,
c) Dirección Axial.
ix
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1: Categorías de las maquinas a partir de su velocidad
TABLA 2: Severidad de los equipos a partir su velocidad y clase
TABLA 3: Matriz de equipos críticos para el monitoreo de vibraciones
TABLA 4: Monitoreo para equipos críticos en un ingenio azucarero
TABLA 5: Matriz de aplicación del monitoreo de vibraciones a equipos no críticos
x
PRÓLOGO
A continuación se hace una breve descripción del contenido de cada capitulo, el cual ha sido
ordenado para facilitar al lector la comprensión de los elementos fundamentales y la estructura del
Análisis de Vibraciones para el Mantenimiento Predictivo en los ingenios azucareros.
CAPITULO 1: DESCRIPCION DE LA INDUSTRIA AZUCARERA
Este es un capitulo introductorio, en el cual se hace una breve descripción del Sector Azucarero de
nuestro país y de los elementos que lo componen. Se hace además una explicación de la rutina de
operación de un ingenio azucarero.
CAPITULO 2: DESCRIPCION DEL PROCESO DE PRODUCCION DEL AZUCAR
En este apartado, se explica el proceso de producción del azúcar y se describen las partes y las
máquinas que componen dicho proceso. Se muestra también como se desarrolla el proceso de
producción de energía eléctrica para suplir el consumo propio y para alimentar a la red nacional, a
través de combustible biomásico (bagazo de caña) dentro del ingenio azucarero.
CAPITULO 3: TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES
En este capitulo se estudiarán brevemente los fundamentos teóricos en los que se basa el Análisis
de Vibraciones, las diferentes formas de visualización del fenómeno de las señales de vibración;
así como también el proceso para el Análisis de Vibraciones. También se presentan las Normas
Internacionales utilizadas como guía a la hora de realizar un Análisis de Vibraciones.
CAPITULO 4: EQUIPOS CRITICOS EN LOS INGENIOS AZUCAREROS
Se presentan los equipos críticos que existen en un Ingenio Azucarero, mostrando la categoría de
criticidad que posee cada equipo; explicando brevemente su grado de importancia dentro del
proceso de operación de un ingenio.
xi
CAPITULO 5: PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN ANALISIS DE
VIBRACIONES (PMP AV)
En este capitulo se desarrollan todos los elementos que debe tener un Programa de Mantenimiento
Predictivo de Análisis de Vibraciones, tales como: clases de monitoreos, períodos de monitoreo,
equipos a ser monitoreados, historiales de análisis de vibraciones, capacitaciones y servicios
realizados por empresas externas.
xii
1. DESCRIPCIÓN DE LA INDUSTRIA AZUCARERA
La caña de azúcar es actualmente el cultivo con rentabilidad sostenible más importante en El
Salvador, creando oportunidades de desarrollo social y económico en las zonas rurales a través de
empleos.
La agroindustria azucarera es uno de los sectores más importantes del sector agropecuario y de la
economía salvadoreña, ya que constituye una cadena productiva integrada que genera un factor
multiplicador importante desde la producción primaria de caña de azúcar, el transporte, la
transformación industrial, hasta la comercialización de sus productos y subproductos en los
mercados internos y mundial.
Constantemente se hacen esfuerzos para la renovación de las plantaciones, la inversión en
investigación, transferencia de tecnología, el mejoramiento de la eficiencia agrícola e industrial, la
unión y armonía en la cadena de producción y comercialización; a través de los agricultores,
ingenios, distribuidores mayoristas y minoristas y consumidores finales.
La consolidación de una industria Azucarera eficiente es vital para el país, con un futuro promisorio
por sus implicaciones económicas y ambientales. Por ejemplo, la futura producción de etanol
aliviará el costo del petróleo importado y reducirá las emisiones de gases nocivos para la población
y gases de efecto invernadero.
El Salvador produce tres tipos de azúcar: cruda, blanca y refinada. La azúcar cruda es de color
amarillo y natural con un 97% y 98% de sacarosa, es decir su grado de pureza. El azúcar refinado
es la azúcar más pura con cristales de 99.90% de polarización, que es el porcentaje de sacarosa
que contiene cada granito de azúcar.
Actualmente en el país existe La Asociación Azucarera de El Salvador, la cual vela por el estricto
cumplimiento de los tratados y convenios nacionales e internacionales sobre el azúcar, mieles y
derivados. Su objetivo primordial es promover y fortalecer la Agroindustria del Azúcar y sus
derivados, fomentando la armonía, eficiencia y productividad de sus asociados, contribuyendo así
al desarrollo económico y social de El Salvador.
1
La Asociación Azucarera de El Salvador está conformada por nueve ingenios que generan el 100%
de la producción nacional de azúcar. Estos ingenios producen azúcar cruda, blanca y refinada.
Actualmente la producción nacional de azúcar está dividida en nueve ingenios distribuidos por todo
el país: ( Fig. 1.1)
Ingenio Central Izalco
Ingenio Chanmico
Ingenio Chaparrastique
Ingenio El Ángel
Ingenio San Francisco
Ingenio Jiboa
Ingenio La Cabaña
Ingenio La Magdalena
Ingenio Colima
Esta Asociación establece relaciones con otras entidades públicas y privadas, nacionales e
internacionales, que tengan relación con los agremiados, tales como la Organización Mundial de
Comercio (OMC), la Iniciativa de la Cuenca del Caribe (ICC ó CBI por sus siglas en inglés), los
Azucareros del Istmo Centroamericano (AICA), la Organización Internacional del Azúcar (OIA ó
ISO por sus siglas en inglés), la asociación de Productores de Caña de El Salvador (PROCAÑA),
la Asamblea Legislativa y el Gobierno de la República a través de sus ministerios, especialmente
los de Economía, Agricultura y Ganadería y Medio Ambiente, entre otros.
.
FIGURA 1.1 Ingenios y zonas productoras de caña de azúcar en El Salvador
2
Los ingenios Central Izalco y El Ángel poseen refinerías para la producción de azúcar refinado. La
importancia de este azúcar radica en que es un producto de exportación no tradicional, el cual
tiene mayor cotización que los demás azúcares.
Los datos mas recientes presentados por la página electrónica de la Asociación Azucarera de El
Salvador, muestran que en la Zafra 2001/2002 el área cosechada fue de aproximadamente 92,000
manzanas, moliéndose 4, 932,516 toneladas de caña, que produjeron 474,518 toneladas métricas
(TM) de azúcar y 38, 876,306 galones de melaza. De la producción total, se exportaron 242,000
TM de azúcar.
Otro rubro derivado del la producción de azúcar, es la generación de energía eléctrica, a partir de
bagazo de caña, permite que los ingenios sean capaces de suplir su demanda de energía para la
producción de azúcar. La mayoría de los ingenios en El Salvador son autosuficientes en energía.
En algunos ingenios, se ha invertido en la instalación de calderas eficientes adicionales y
turbogeneradores para producción de energía eléctrica fuera del período de zafra. Debido a la
demanda de generación de energía en el país, el potencial de proyectos en este rubro es bastante
atractivo en un esquema de co-inversión con ingenios los cuales cuentan con instalaciones que ya
operan exitosamente dentro de la red nacional.
1.1 RUTINA DE OPERACIÓN DE LA INDUSTRIA AZUCARERA
La caña tarda aproximadamente 7 meses en alcanzar su madurez para la cosecha o zafra como se
le conoce al período de alta intensidad laboral.
1.1.1 Periodo de zafra (Entre los meses de Noviembre y Marzo)
Este es el período en el cual se lleva a cabo la transformación de la caña de azúcar en sus
productos derivados, tales como el azúcar, jugos y mieles. Aquí toda la maquinaria de dicho
proceso, que se mencionará mas adelante, debe de estar operando en óptimas condiciones con el
fin de evitar paros innecesarios. Durante este período, la maquinaria trabaja las 24 horas sin
descansar y todo debe de estar en su mejor estado de funcionamiento. Para esto se aplican
técnicas de mantenimiento predictivas, preventivas y correctivas. Actualmente se busca a que la
mayoría de actividades de mantenimiento sean de carácter predictivo, en la cual se incluyen
técnicas como el monitoreo de vibraciones mecánicas.
Para algunos ingenios, este es el periodo en el cual también comienza su producción de energía
eléctrica a partir del bagazo de la caña, supliendo así su propia demanda de energía y el resto
venderlo a los distribuidores. Esto es provechoso porque aporta al sistema nacional energía
3
durante los meses del verano o zafra que coinciden con la baja en la capacidad de las centrales
hidroeléctricas.
1.1.2 Cierre de zafra (A finales de Marzo)
En este periodo se finaliza la producción de azúcar, a los equipos se les realiza un monitoreo
general con el fin de revisar su estado e identificar los elementos que necesiten futura reparación o
recambio. Además se realiza un balance económico, el cual medirá las ganancias generadas
durante el periodo de zafra.
1.1.3 Periodo de mantenimiento (Entre los meses de Abril y Octubre)
En este período se realiza una inspección minuciosa a los equipos que se identificaron con algún
daño o avería durante el periodo de cierre de zafra. Se les aplica un mantenimiento correctivo a
aquellos que muestran mayor deterioro y se les realiza su respectivo mantenimiento preventivo a
los demás. En los Ingenios mas grandes, aquellos equipos que no mostraron ninguna falla
mediante las técnicas de análisis predictivo por medio de vibraciones mecánicas u otras técnicas,
se consideran en un buen estado y no se les realiza mayor labor de mantenimiento con el fin de
reducir gastos. En los Ingenios pequeños no se practica el Mantenimiento Predictivo en toda su
extensión.
Todo mantenimiento sigue un plan programado, el cual ha sido elaborado para garantizar la
mínima cantidad de fallas durante su periodo de funcionamiento.
1.1.4 Pruebas de equipos (Antes de la zafra)
En este periodo se realiza una verificación del estado en que se dejó el equipo después de haberle
realizado su mantenimiento respectivo. Se ponen a funcionar las máquinas y se
comprueba su
estado en operaciones de arranques y paradas. Si se detectan fallas en este periodo se debe
proseguir a una reparación extraordinaria hasta alcanzar su correcto funcionamiento.
Una vez que a todos los equipos se les ha aprobado un buen funcionamiento se consideran listos
para empezar el proceso o periodo de zafra.
4
2. DESCRIPCION DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA AZÚCAR
El proceso de fabricación de azúcar no ha cambiado desde hace algún tiempo y no es probable
que cambie en forma radical dentro de poco, pero tiene potencial para ser optimizado.
Generalmente, la obtención de azúcar a partir de la caña puede ser dividida en las siguientes
operaciones: Recepción y Preparación de la materia prima, Molienda, Calentamiento y
Clarificación, Evaporación, Cristalización, Centrifugación y Secado.
Para su obtención se requiere de un largo proceso, desde que la semilla de caña germina hasta
que el azúcar se comercializa nacional e internacionalmente. A continuación se detalla el proceso
de fabricación y los componentes principales que intervienen en cada etapa, así como también los
componentes que realizan la labor de generación eléctrica en un ingenio azucarero.
2.1 RECEPCIÓN DE LA CAÑA DE AZÚCAR Y PREPARACIÓN
La caña es transportada por camiones desde las zonas de cultivo hasta el ingenio. Una vez que se
encuentra en el ingenio se procede a ser examinada con el fin de verificar la cantidad de sacarosa,
fibra e impurezas que pueda contener.
2.2 PICADO
Una vez se ha terminado de examinar; se procede a colocar la caña en las bandas transportadoras
que alimentan las picadoras. Estas máquinas están provistas de cuchillas giratorias movidas por
turbinas o motores eléctricos, que cortan los tallos y los convierten en astillas, dándoles un tamaño
uniforme para facilitar así la extracción del jugo en los molinos (Fig. 2.1). En esta parte el elemento
desmenuzador se fija transversalmente a un eje, el cual por su otro extremo se fija a uno de los
soportes que son habituales en las cuchillas picadoras de cañas.
También
consta de una
desfibradora como preparación para separar el jugo. Tanto las cuchillas como la desfibradora
pueden variar la velocidad de alimentación de tal forma que esté en coordinación con la capacidad
de recuperación de la fábrica.
5
2.3 MOLIENDA
La caña preparada por las picadoras llega al molino, constituido por varios juegos de 3 ó 4 mazas
metálicas en medio de las cuales se hace pasar la caña, se extrae el jugo y se recolecta en
tanques (Fig. 2.2). En el recorrido de la caña por el molino, se le agrega agua a alta temperatura
para saturar los jugos que todavía se encuentran en la fibra y lograr extraerle la sacarosa que
contiene el material fibroso que pasa a través de todas las unidades que componen dicho molino
FIGURA 2.1. Picadoras.
FIGURA 2.2. Molinos.
El bagazo que sale de la última unidad de los molinos se conduce a las unidades almacenadoras o
a las calderas para utilizarla como combustible para generar vapor.
Cada molino está equipado con una turbina accionada con vapor de baja presión o a través de
motores eléctricos de alta potencia, un sistema de transmisión y reductores de velocidad. Los
molinos son un tándem de 6 unidades con 4 mazas cada una, en algunos casos. La potencia
requerida esta en función del porcentaje de fibra que contiene.
2.4 CALENTAMIENTO Y CLARIFICACIÓN
La clarificación es el proceso en el cual se le aumenta el pH al jugo de carácter ácido (pH
aproximado: 5,2) obtenido en la etapa de molienda (Fig. 2.3 ). El jugo es tratado con lechada de
cal, la cual eleva el pH con el objetivo de minimizar las posibles pérdidas de sacarosa. Luego se
introduce como sacarato de cal, un compuesto que se obtiene al combinar jugo de caña y cal. Esta
mezcla se prepara en tanques independientes y de allí es bombeada a la zona de alcalización del
jugo, se eleva la temperatura del jugo encalado mediante un sistema de tubos calentadores.
La clarificación del jugo se da por sedimentación. Los sólidos no azúcares se precipitan en forma
de lodo llamado cachaza y el jugo claro queda en la parte superior del tanque.
6
Para esta etapa se aplican los Calentadores y el intercambio de calor de se da a partir de vapor de
escape proveniente de las turbinas con una presión de aproximadamente 20 Psi.
Los Clarificadores, son tanques o depósitos de gran tamaño por los que el jugo circula a una
velocidad lo suficientemente lenta para que el precipitado producido por la reacción de un
floculante y la materia orgánica se asienten en la parte inferior y pueda ser extraído.
2.5 FILTRACIÓN
Después de la clarificación se filtran los Iodos o cachaza, con el fin de retirar los residuos de
azúcar en los lodos. La extracción del azúcar se realiza a través de un proceso de filtración al vacío
(Fig. 2.4 ). Inicialmente a los Iodos se les agrega bagacillo, cal y floculante para aumentar su
filtrabilidad, posteriormente se bombean hacia filtros rotatorios al vacío donde se separan los
sólidos del jugo resultante. Los filtros consisten en un cilindro rotatorio provisto de una superficie
porosa en la que la cachaza se adhiere a la vez que se le rocía agua caliente.
FIGURA 2.3. Tanque clarificador
FIGURA 2.4. Filtros.
2.6 EVAPORACIÓN
Esta etapa consiste en concentrar el jugo clarificado, para luego extraerle el agua por medio de
evaporación al vacío (Fig. 2.5). El proceso se desarrolla con ayuda de una batería de evaporadores
colocados en serie (múltiple efecto) logrando así utilizar el vapor producido en un efecto como
vapor de calefacción. En la siguiente fase, los condensados de cada evaporador son llevados
hacia unos tanques colectores para ser utilizados posteriormente como agua de alimentación de
calderas y como agua caliente para el proceso. La concentración permite proceder a la obtención
de los cristales en la siguiente etapa del proceso. El jugo claro usualmente es precalentado antes
de entrar al primer efecto y luego se va concentrando hasta convertirse en meladura al final del
último efecto.
7
La meladura o jugo concentrado que sale del último cuerpo de evaporadores es llevada hacia unos
tanques colectores situados generalmente en la sección de tachos.
2.7 TACHOS Y CRISTALIZACIÓN
La cristalización se hace de la siguiente forma: la sacarosa contenida en la meladura se cristaliza
llevándola hasta el nivel metaestable de sobresaturación por evaporación al vacío en evaporadores
de simple efecto (tachos) que están formados por un vaso y una calandria (Fig.2.6). La calandria
esta formada por tubos verticales, Además, estos equipos poseen condensadores barométricos o
bombas de vacío, que contrarrestan el efecto de la elevación del punto de ebullición.
FIGURA 2.5. Evaporadores.
FIGURA 2.6. Tachos
2.8 CENTRIFUGACIÓN
Después de dejarse reposar en los cristalizadores, la masa cocida pasa a ser centrifugada para
eliminar el jarabe o miel. Si la masa cocida es de 1ra. o 2da., el jarabe o mieles regresan al
proceso de los tachos, pero si la masa cocida es de 3ra., la miel final obtenida pasa a unos
tanques donde se recolecta para su venta posterior. Si se produce azúcar cruda, el azúcar
obtenida pasa a la bodega luego de pesarse; pero si se está produciendo azúcar blanca, luego de
centrifugada se traslada a la secadora para disminuirle la humedad hasta un 0.05%.
Las máquinas centrífugas están clasificadas en centrífugas de primera, segunda y tercera. Están
constituidas por motores eléctricos de aproximadamente 100 Hp para las de primera clase, unidos
por transmisión directa a la canasta construida de hierro fundido (Fig. 2.7). Las centrifugas de
segunda y tercera clase, poseen motores de 30-40 Hp con transmisión de faja-Polea y la canasta
está construida de acero inoxidable.
8
FIGURA 2.7. Centrifugas de Primera
2.9 SECADO
En la etapa de secado, el azúcar húmedo es transportado por elevadores y bandas para alimentar
las secadoras que son elevadores rotatorios en los cuales el azúcar se pone en contacto con aire
caliente que entra en contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad, aproximadamente 0.05
%, para evitar los terrones.
2.10 ENFRIAMIENTO Y EMPACADO
El último paso del proceso, es la etapa de enfriamiento y envasado. El azúcar seca (0.035 % de
humedad) con temperatura cercana a 60 ºC se pasa por las enfriadoras rotatorias inclinadas que
llevan aire frío en contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta 40 - 45 ºC para
conducirla a las tolvas de envase. El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y
presentaciones y se despacha a la bodega de producto terminado.
2.11 GENERACIÓN DE VAPOR PARA FUERZA MECÁNICA Y GENERACIÓN ELÉCTRICA
La caña de azúcar constituye el tipo de biomasa con mayor importancia y potencial como
combustible ya que es una fuente no contaminante y de bajo costo. Es por eso que los ingenios
utilizan ciclos Rankine para suplir su propia demanda y para ayudar a la demanda nacional de
electricidad.
A continuación, se muestra un flujo grama general de un proceso de producción de energía
eléctrica a partir del combustible biomásico (Bagazo)(Fig. 2.8).
9
Figura 2.8. Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la
combustión de bagazo de caña de azúcar.
En el proceso anterior se observa que todo el vapor generado por la caldera se aprovecha en la
generación eléctrica. Todo comienza con el almacenamiento del agua cruda y del bagazo de caña
particulado. Al agua se le da un tratamiento químico para suavizarla y que no genere demasiadas
incrustaciones y desgaste (corrosión) en las superficies por las cuales pasa, tales como
intercambiadores en los condensadores, paredes de la caldera, torres de enfriamiento, etc.
Después se pasa a la caldera donde se da la combustión. Para la combustión se requieren
ventiladores de tiro forzado, los cuales adicionan el aire necesario para la quema del bagazo. Estos
ventiladores constan de motores eléctricos de mediana potencia. A veces constan de un sistema
de transmisión por fajas o de reductores de velocidad y es aquí donde se tendrán los mayores
problemas en cuanto a las vibraciones. Siguiendo con el proceso, se tiene la circulación del agua
10
de alimentación de la caldera por medio del uso de bombas centrifugas de alto caudal con sus
respectivos motores eléctricos. El agua gana suficiente energía para convertirla en vapor al pasar
por el intercambiador de calor de la caldera, el cual se utilizará principalmente para la generación
de energía eléctrica, ya sea para suplir su propia demanda o para ayudar a abastecer la demanda
nacional. Este paso se logra mediante el uso de turbinas de vapor acopladas a los generadores
eléctricos, los cuales realizan la transformación de energía mecánica a energía eléctrica. Luego
esta energía es transmitida a la subestación del ingenio, con el fin de aumentar la potencia
eléctrica para poder ser adicionada a la red nacional o para regular la potencia eléctrica que se
necesita en el ingenio.
Durante la combustión es importante desalojar los gases de emisión y alejarlos suficientemente
para que la disipación de los mismos sea lo más eficiente posible, para esto se utilizan los
ventiladores de tiro inducido. Estos también son accionados por motores eléctricos y en algunos
casos se utilizan sistemas de transmisión de fajas o cajas reductoras. Estos ventiladores impulsan
a los gases de combustión hasta las chimeneas, las cuales tendrán la altura suficiente para que los
gases de combustión sean descargados a una altura en la cual no generan problemas de
contaminación y su disipación sea más efectiva.
Luego de que el vapor pasa por los álabes de la turbina, encargados de absorber toda la energía
térmica y transformarla en energía mecánica, llega a la última etapa en la cual el vapor se
encuentra en estado de vapor saturado (baja presión), estado ideal para que pueda ser trasladado
hasta el condensador, en el cual terminará de perder lo poco de energía que le queda y así pasar a
un estado de liquido saturado. Este se trasladada a la torre de enfriamiento donde llegará a la fase
de líquido comprimido para luego seguir con el ciclo.
En el siguiente esquema se observa otro proceso de generación en el cual parte del vapor
generado se utiliza en la parte de producción de azúcar, donde normalmente es utilizado para
mover los molinos (en el caso que sean activados por turbinas de vapor). (Fig. 2.9)
11
Figura 2.9. Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la
combustión de bagazo de caña de azúcar (Utilizando vapor para otros procesos).
12
3. TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES
3.1 LAS MAQUINAS Y LAS VIBRACIONES
Una máquina ideal no produciría vibraciones, ya que toda la energía se emplearía en el trabajo a
realizar. En la práctica, las vibraciones aparecen como consecuencia de la transmisión de fuerzas
cíclicas por los diversos mecanismos. Los elementos de la máquina reaccionan entre sí,
transmitiéndose las fuerzas por toda la estructura hasta disipar la energía en forma de
vibraciones.(Fig. 3.1)
Un buen diseño producirá bajos niveles de vibración, pero en la medida que la máquina se vaya
desgastando, aparecerán sutiles cambios en sus propiedades dinámicas. Los ejes se desalinean,
los rodamientos se desgastan, los rotores se desbalancean y las holguras aumentan.
FIGURA 3.1. Componentes mecánicos de un ingenio azucarero
En el pasado remoto, los ingenieros de planta podían reconocer por medio del tacto y escucha si
una máquina marchaba con suavidad o si se avecinaba alguna avería. Hoy, debido a que la
mayoría de la maquinaria gira a velocidades en la que la frecuencia de las vibraciones es muy alta,
se hace necesario el uso de instrumentación para detectarlas y medirlas.
13
3.2 CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS
Uno de los fenómenos más comunes que producen vibraciones en una máquina rotativa en los
Ingenios Azucareros es: El desbalance dinámico. Este tipo de vibración mecánica en las
máquinas rotatorias produce fuerzas centrífugas (dirección radial) que cambian de dirección en el
espacio, conforme gira la máquina. El comportamiento de este tipo de fuerza es senoidal (cíclico) y
depende de la frecuencia de vibración de la máquina.
Otro elemento que puede provocar vibraciones es El desalineamiento en los elementos rotativos.
Este caso se da por ejemplo, cuando no existe paralelismo entre un eje y sus chumaceras; lo que
provoca un aumento en la magnitud de vibración de los apoyos o calentamiento en las
chumaceras.
Otra fuente importante que puede llegar a producir aumento en las vibraciones es: La Flojedad.
Este fenómeno se da cuando existen desajustes en los elementos de transmisión, tales como:
fajas, cadenas, ruedas dentadas y acoples. Estos desajustes provocan que los elementos se
aflojen, iniciando un proceso de aumento de la magnitud de vibración en los elementos de apoyo
(chumaceras).
Una causa muy común de vibraciones consiste en las fallas en las Chumaceras. Debido a que
estos elementos son los que soportan la carga de los ejes, están propensos a fallar por desgaste,
calentamiento o por consecuencia de desalineamientos y desbalances en los ejes.
3.3 EFECTOS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS
Los efectos que producen las vibraciones mecánicas en los ingenios azucareros son
contraproducentes, tanto para sus equipos, como para el personal y para las estructuras que lo
soportan. Una vibración excesiva, puede ocasionar:
•
Pérdida de la capacidad del personal de operación del ingenio de realizar eficientemente
sus actividades, lo que retarda la producción y esto incurre en pérdidas económicas para
los ingenios.
•
Riesgo de accidente para el personal que labora cerca de los equipos operando bajo
condiciones de vibraciones altas. Por ejemplo, operadores trabajando cerca de los molinos.
•
Reducción de la vida útil de los equipos en forma considerable, lo que hace menos
rentable la producción.
14
•
La existencia de vibraciones indica que la máquina no opera en óptimas condiciones, por lo
que el consumo de energía se incrementa e incurre en perdidas para los ingenios.
•
Generación de ruidos excesivos, que producen daños al personal, lo cual está penalizado
por la legislación laboral.
Para poder resolver y corregir todos los problemas que ocasionan las vibraciones mecánicas, se
han diseñado diferentes Técnicas de Análisis de vibraciones que estudian el comportamiento de
las vibraciones. Con el uso de Análisis de Vibraciones, se logra determinar con bastante precisión
las condiciones a la que esta sometida una máquina rotativa.
3.4 PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES
El Análisis de Vibraciones requiere de toda la información necesaria del equipo que se desea
monitorear. La información útil para el análisis es:
•
El tipo de rodamientos.
•
Las velocidades de giro.
•
Las condiciones de apoyo.
•
Potencia del equipo.
•
Condiciones de Carga.
En la actualidad, el análisis de vibraciones se realiza a través de dispositivos electrónicos. Los
fundamentos básicos en los que se basa el Análisis de Vibraciones son:
3.4.1 Movimiento Armónico Simple de los cuerpos
Como ya sabemos, toda vibración mecánica simple tiene un comportamiento periódico repetitivo
en el tiempo; por lo que podemos decir que una vibración mecánica sigue la tendencia de una
función senoidal. (Fig. 3.2)
La forma general como se puede representar un movimiento armónico simple es:
χ = Α sen (ωt + φ)
(Εc. 3.1)
Las componentes principales de una vibración mecánica en función de una onda senoidal, son:
Amplitud de la vibración: Es el desplazamiento que tiene un punto o un cuerpo desde su
posición de equilibrio.
15
Frecuencia de Vibración: Es el número de vueltas que realiza un elemento rotatorio por unidad de
tiempo.
Período: Es el tiempo que tarda un elemento en dar una vuelta (ciclo).
FIGURA 3.2. Vibración armónica simple senoidal continua
3.4.2 Teorema de Fourier
El teorema de Fourier, es un método matemático utilizado para transformar una función periódica
cualquiera, a una única serie trigonométrica uniformemente convergente a dicha función, llamada
Serie de Fourier.
Gráficamente, podemos ver el comportamiento de una señal analizada por el teorema de Fourier:
(Fig. 3.3)
FIGURA 3.3. a) Vibración continua de muchas frecuencias; b) Vibración irregular
(No periódica)
16
La forma matemática como se puede representar el teorema de Fourier es:
Señal de Entrada:
χ1 = Α1 sen (ω1t(2π) + φ1(π/180))
(Εc. 3.2)
Señal de Salida:
χ2 = Α2 sen (ω2t(2π) + φ2(π/180))
(Εc. 3.3)
Donde el comportamiento total de la vibración, viene dado por la suma algebraica de las señales.
Basándose en estos principios físicos y matemáticos, se puede proceder a analizar de una manera
mas profunda el fenómeno de las vibraciones.
3.5 COMPONENTES DE UNA SEÑAL DE VIBRACIONES
En una máquina, las señales de vibraciones son la suma de las aportaciones de diferentes señales
generadas por su respectiva fuente de excitación, las cuales se presentan como una sola señal. El
análisis de vibraciones busca separar el conjunto de señales en sus componentes más
importantes. Existen dos formas de poder visualizar las señales de vibraciones en un equipo en
general:
•
Dominio de Tiempo
•
Dominio de Frecuencia
3.5.1 Dominio de tiempo
Este tipo de visualización es muy útil para análisis de señales impulsivas, tal es el caso de las
señales originadas en baleros, debido a defectos en los engranajes y para las relaciones de fases
de las señales.
El problema con este tipo de visualización se da cuando existen mas de un componente en una
señal de vibración; ya que su presentación gráfica Amplitud versus Tiempo no permite observar las
dos señales por separado, sino que la superposición de ambas.
17
Las variables utilizadas para definir la señal de vibración en un Dominio de tiempo son: (Fig. 3.4)
•
Pico (Cero-Pico): Es el valor máximo de la amplitud en dirección positiva.
•
Pico-Pico: Es la distancia que hay entre un pico positivo y un pico negativo. Su equivalente
es 2 veces la Amplitud.
•
RMS: Es el valor efectivo de una señal de vibración. Se toma como la medida de la
Potencia de la vibración.
•
Tiempo de Observación: Tiempo de duración de la medición de una señal. Es el número de
muestras, multiplicado por el periodo de una señal muestreada.
FIGURA 3.4. Componentes de un movimiento armónico simple
3.5.2 Dominio de frecuencia
Es la representación en tres dimensiones de una señal de vibración. Los ejes de análisis son:
Amplitud, tiempo y Frecuencia.
A través de esta visualización, se pueden observar diferentes señales a diferentes frecuencias en
un mismo gráfico en tres dimensiones. (Fig.3.5)
18
FIGURA 3.5. Gráfico de una señal de vibración en tres dimensiones
Para un gráfico de dos dimensiones Amplitud versus Tiempo, no se pueden observar las dos
componentes de la señal de vibración, debido a que las superpone y solo se visualiza la unión de
ambas componentes. (Fig. 3.6)
FIGURA 3.6. Gráfico una señal de vibración en el dominio del Tiempo
Para un gráfico de dos dimensiones Amplitud vrs. Frecuencia, muestra solo los picos máximos
(Amplitud) de las componentes de la señal de vibración. Esta representación tiene el nombre de
Espectro de vibraciones.( Fig. 3.7)
19
FIGURA 3.7. Representación del espectro de vibraciones de una señal de vibración
El gráfico del espectro de vibraciones, es la visualización que más nos interesa estudiar, porque a
través de ella se pueden observar tanto la magnitud de cada componente de vibración; así como
también a la frecuencia a la que ocurre.
A través del método de Análisis del Espectro de Vibraciones, se pueden realizar diagnósticos más
precisos en una máquina; esto debido a que se puede analizar cada componente de la señal que
genera vibraciones. Cada componente puede llegar a generar diferente tipo de vibración a
diferente frecuencia.
3.5.3 Espectro de fase
Su función es tomar los datos de la amplitud de vibración a distintas frecuencias. El espectro de
fase permite observar la relación entre las fases absolutas de las distintas componentes de
vibración. A cada componente de vibración le corresponde una fase.
Una de sus ventajas, es que nos permite diferenciar los efectos de dos componentes distintas a
una misma frecuencia.
20
3.6 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES
A continuación se presentará un flujo grama del proceso de análisis de Vibraciones de máquinas
en un ingenio azucarero: (Fig. 3.8)
Análisis de vibraciones
Toma de Datos
Sobre
Norma
Bajo
Norma
Comparación
con Norma
Análisis de Espectro
Medida Correctiva
SEGUIMIENTO
FIGURA 3.8. Diagrama de flujo de proceso de análisis de vibraciones
En la actualidad, para poder realizar análisis de Vibraciones en las máquinas de un ingenio
azucarero, se están utilizando equipos de medición digitales. Para poder realizar dichos análisis, es
necesario tomar las lecturas de la magnitud de las
vibraciones, su frecuencia, velocidad y
aceleración. Con estas lecturas se podrá realizar el estudio de los espectros, y así determinar el
estado del equipo.
21
3.6.1 Equipos necesarios para análisis de vibraciones
3.6.1.1 Equipo de medición para toma de datos
Los equipos para el análisis de la vibración, dependiendo de su grado de complejidad pueden ser
de dos tipos:
1.- Medidores de Vibración RMS: Estos equipos solo proporcionan un valor de magnitud. Son
empleados mayormente para llevar registros generales. Con este tipo de equipos no es posible
realizar diagnósticos. Los hay fijos y portátiles.
2.- Analizadores de Vibración: Estos equipos proporcionan el espectro de vibración, con este
equipo es posible realizar diagnósticos. Los hay fijos y portátiles
El proceso de toma de datos es independiente del equipo, ya sea un Medidor RMS o un Analizador
de vibraciones. En esta sección se describe dicho proceso.
Para el ejemplo de aplicación, (sección 5.12), se utilizará un Analizador de Señales marca Hewlett
Packard modelo HP3530 A perteneciente a SETISA (Fig.3.9), empresa dedicada al Análisis de
Vibraciones, que incluye entre sus clientes Ingenios Azucareros.
FIGURA 3.9. Analizador de Espectros HP 3560A
3.6.1.2 Tipos de sensores
Dependiendo del grado de criticidad dentro del proceso,
así como también de su costo, los
responsables del mantenimiento de los equipos de un ingenio deben seleccionar los sensores
22
adecuados para un buen monitoreo de los mismos. Los sensores utilizados para el monitoreo de
las vibraciones en los ingenios azucareros son:
•
Sensores de Desplazamiento
•
Sensores de Velocidad
•
Sensores de Aceleración
Otro parámetro importante para la selección de los sensores, es el tipo de monitoreo que se desea
realizar. Con todo lo antes mencionado, los tipos de sensores a utilizar son:
•
Monitoreo continuo: Sensores Fijos
•
Monitoreo Periódico: Sensores Portátiles.
3.6.2 Toma de datos
Cuando los datos se toman con un equipo RMS, generalmente se obtiene una Amplitud de la
Vibración (mm/seg., g). Algunos pueden proporcionar la Frecuencia domínate en ciclos por minuto
(CPM).
Cuando los datos se toman en un equipo Analizador de Vibraciones, se obtienen: un espectro de
Amplitud de la Vibración vrs. la Frecuencia, en donde la Amplitud de la vibración puede estar en
unidades de Velocidad (mm/seg.) o Aceleración (g) así como la Frecuencia en ciclos por minuto
(CPM) o Hz.
El lugar o ubicación en el cual se toman las mediciones de vibración se denomina Puntos. Estos
Puntos se ubican en la carcaza de los rodamientos, elementos de transmisión de potencia y en la
estructura de un elemento rotatorio. Se seleccionan los puntos por medio de un criterio personal o
bien empleando manuales generales. Es necesario conocer la forma adecuada como se deben
tomar los datos para que el análisis de vibraciones sea efectivo, de lo contrario los datos serán
erróneos.
En cada punto se toman tres mediciones (Fig. 3.10), que se denominan por su relación con el eje
de la máquina a analizar. Para maquinas con ejes horizontales como las transmisiones de molino o
ventiladores de tiro por ejemplo, se toman en las direcciones:
•
Dirección Vertical, es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma vertical
•
Dirección Horizontal, también radialmente al eje, pero el sensor colocador en posición
horizontal
•
Dirección Axial, el sensor se coloca en la misma dirección del eje.
23
En la siguiente figura se puede observar con mayor detalle, las direcciones de colocación del
sensor durante la toma de datos.
b)
a)
c)
Figura 3.10. Colocación de sensor de vibraciones en a) Dirección vertical, b) Dirección
horizontal, c) Dirección axial.
Para maquinas con ejes verticales como las centrifugas, se toman en las direcciones,:
•
Dirección Horizontal Frontal es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma
horizontal al frente del eje.
•
Dirección Horizontal Lateral es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma
Lateral al frente del eje.
•
Dirección Axial, el sensor se coloca en la misma dirección del eje.
El objetivo de analizar estas componentes, es conocer el comportamiento de las vibraciones es las
diferentes direcciones, ya que proporcionan información para analizar el fenómeno que producen
las vibraciones.
Los datos posteriormente de ser ingresados al equipo de medición tanto RMS o Analizador de
Vibraciones, son comparados con los límites permisibles para poder determinar su estado actual.
Los límites permisibles están regidos por normas internacionales para los diferentes elementos.
3.6.3 Normas internacionales para el criterio de severidad.
A través de los años, se han ido actualizando las diferentes Normas Internacionales que controlan
los criterios de severidad en las vibraciones de un elemento. Una de las instituciones
internacionales encargada de estandarizar los limites, es la norma ISO en la aplicación para
vibraciones mecánicas.
24
Algunas Normas utilizadas para el análisis de vibraciones son:
•
ISO2954 (1975) Ed. 1
Estado actual 90.93 TC 108/SC 3 “Vibraciones Mecánicas de
maquinaria rotatoria y reciprocante—Requerimientos de instrumentos para medir la
severidad de la vibración”.
•
ISO 1940-1 (2003) Ed.2 Estado Actual 60.60 TC 108 “Vibraciones Mecánicas—Balance en
los Requerimientos de Calidad para Rotores en estado constante”. Parte 1: Especificación
y verificación de balance de tolerancias.
La norma internacional utilizada por la empresa SETISA es: ISO 10816-1.
La Norma
ISO 10816-1 ha reemplazado a la Norma ISO 2372 como guía general
mediciones fuera de limite y para la
evaluación de
vibraciones
para
mecánicas en maquinas
industriales típicas. Una vez que ha sido definida la clasificación general de las maquinas, su
aplicación, la técnica de montaje; las condiciones de operación deben ser facturadas dentro de los
parámetros de aceptación del criterio de evaluación aplicado. Para esta Norma, las medidas de la
velocidad pueden ser categorizadas así:
Categoría
Características
La máquina puede ser separada en conductor
CLASE I
y el conducido, o unidades
conjuntadas que abarcan maquinaria de movimiento de hasta 15 KW (20 HP
aproximada)
Maquinaria (motores eléctricos 15 KW (20 HP) hasta 75 KW (100 HP), sin
CLASE II
cimentación especial, o motores montados rígidamente o máquinas con 300 KW
(400 HP) montados con fundación especial.
Las máquinas grandes con conductores primarios (turbinas, motores eléctricos,
CLASE III
etc.) y otras maquinarias con ensambles rotatorios grandes y montadas en
fundaciones rígidas y pesadas que son razonablemente derechas en la dirección
de la vibración.
Incluye grandes conductores primarios y otras grandes maquinarias con grandes
CLASE IV
ensambles rotatorios montados en fundaciones las cuales son relativamente
suaves en la dirección medida de la vibración, (turbogeneradores y turbinas de gas
mayor que 10 MW (13500 HP)
TABLA 1: Categorías de las maquinas a partir de su velocidad
25
Los rangos típicos relacionados con la categoría de la máquina, tanto para valores RMS como
pico, se muestra en la tabla siguiente.
Severidad de la velocidad
CRITERIOS DE VELOCIDAD LIMITE Y CLASES DE
MAQUINAS
Maquinas grandes
Mm/seg
In/seg
mm/seg
In/seg
RMS
RMS
Pico
Pico
Maquinas
Maquinas
Soportes
pequeñas
medianas
rígidos Clase soportes
Clase I
Clase II
III
Menos
rígidos
Clase
IV
0.28
0.011
0.51
0.02
0.45
0.018
0.76
0.03
0.71
0.028
1.02
0.04
1.12
0.044
1.52
0.06
1.8
0.071
2.54
0.10
2.8
0.11
4.06
0.16
Satisfactoria
4.5
0.177
6.35
0.25
(alerta)
7.1
0.280
10.16
0.40
11.2
0.441
15.75
0.62
18.0
0.709
25.40
1.00
28.0
1.102
39.62
1.56
45.0
1.772
63.75
2.51
Bueno
Bueno
Bueno
Bueno
Satisfactoria
Satisfactoria
Satisfactoria
(alerta)
Inaceptable
(parada)
Satisfactoria
Satisfactoria
(alerta)
Inaceptable
(parada)
Inaceptable
(parada)
Satisfactoria
Satisfactoria
(Alerta)
Inaceptable
(parada)
Descripción de criterios:
ƒ Magnitud de la vibración baja, se dice que el rango es Bueno, es decir que el peligro de falla
es mínimo.
ƒ Magnitud de la vibración Satisfactoria, la maquina se encuentra en los límites normales.
ƒ Magnitud de la vibración es Satisfactoria Alerta, esto indica que la vibración se encuentra
cerca de los límites recomendados.
ƒ Magnitud de la vibración es Intolerable (Parada), la posibilidad de falla es alta y debe
someterse a revisión la máquina de inmediato.
TABLA 2: Severidad de los equipos a partir su velocidad y clase
En conclusión, el personal encargado de realizar el análisis de vibraciones decidirá en base a
experiencia los criterios a cuales apegarse, los que en general son los presentados en esta
sección; sin embargo, en la práctica es necesario conocer en base a experiencia los limites
apropiados para cada máquina, ya que en algunas ocasiones las normas internacionales no son
suficientes.
En los puntos que se consideren importantes, se procede al diagnóstico del problema por medio de
la revisión de espectros. De estos análisis surgen las correspondientes acciones correctivas.
26
3.6.4 Análisis de espectro
Cuando se detecta que las vibraciones se encuentran sobre el límite, se procede a realizar un
diagnóstico para conocer cual es la causa, a través del método de Análisis del Espectro de
Vibraciones, tomando como base “Cartas de diagnostico” como los encontrado en manuales del
tema. El objetivo del análisis es generar una acción correctiva, posterior a la realización de la
correspondiente medida de mantenimiento, se corrobora su eficacia por medio de otro análisis de
vibraciones
27
28
4. EQUIPOS CRÍTICOS EN LOS INGENIOS AZUCAREROS
Los ingenios azucareros poseen una gran cantidad de equipos rotativos de diferentes grados de
criticidad. Una máquina se considera menos crítica en cuanto más puede ser obviada en el
proceso. Para determinar su grado de criticidad, se toman en cuenta los siguientes criterios: el
costo del equipo, importancia dentro del proceso y complejidad de mantenimiento. Además de
estos, se consideran otros parámetros como: Costos de reparación, costos de pérdida de
producción y, el más importante, el potencial de daño a las máquinas del resto del proceso. Es muy
importante resaltar que en algunos casos los costos de criticidad no se pueden estimar en dinero,
pues muchas veces son daños a personal o al medio ambiente.
Basándose en los registros de la empresa SETISA en el área de análisis de vibraciones en
ingenios azucareros, podemos presentar la siguiente matriz de equipos críticos a consideración, la
cual es una guía para determinar el tipo de monitoreo que se le puede aplicar a una máquina o a
un grupo de máquinas según su estado de criticidad y la distribución del conjunto:
Descripción
Categoría
Uno de los elementos más caros y de vital
Turbogenerador
importancia en el proceso de generación de
Critica, costosa
electricidad
Tiro Inducido y
Tiro Forzado
de
mediano
costo,
cuya
falla
producirá un paro completo en el proceso del
ingenio
Bomba
de
inyección
de
Calderas
Transmisión de
Molinos
Elemento
Critico, ligeramente costoso,
difícil reconstrucción
Elemento indispensable para el proceso del
Critico,
ingenio y la generación de vapor
reconstruir
Barato,
Uno de los elementos mas costosos del
proceso, cuya falla causaría una gran perdida
económica
29
Critica, costosa
fácil
Elementos de costo intermedio, cuya falla
Centrífugas
reduciría la capacidad de producción del
ingenio
Ventiladores del
Elemento
Secador
reduciría la capacidad de producción del
azúcar
de
de
mediano
costo,
cuya
falla
ingenio
Critico, ligeramente costosa,
difícil reconstrucción
Critico, ligeramente costoso,
difícil reconstrucción
Tabla 3: Matriz de Equipos Críticos para el monitoreo de Vibraciones
Es importante resaltar que existen equipos dentro de un ingenio que se consideran no críticos
(picadoras, tachos, etc.), pero no por eso se les resta importancia.
En resumen podemos decir que los ingenios azucareros poseen equipos que son sumamente
importantes y críticos para el proceso de producción de azúcar, que justifican una
inversión
razonable para mantener su productividad. Es importante determinar el grado de criticidad de los
equipos, para evitar en el futuro, perdidas económicas, debido a la mala práctica de mantenimiento
ejecutada. Para poder garantizar el buen funcionamiento de estos equipos, será necesario aplicar
un plan de mantenimiento predictivo, el cual se estudiara en el siguiente capitulo.
30
5. PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES
(PMP AV)
5.1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN UN INGENIO
La práctica tradicional de mantenimiento de las máquinas en la industria se pueden agrupar en dos
grandes métodos: Empleo hasta avería (Mantenimiento Correctivo) y Mantenimiento Preventivo
Temporal (mantenimientos que se realizan a intervalos de tiempo prefijados).
La experiencia ha probado que, en la mayor parte de los casos, el método de mantenimiento
preventivo temporal es antieconómico. El régimen de averías de muchas máquinas no se mejora
sustituyendo de forma regular las piezas desgastadas. Al contrario, con frecuencia se reduce la
fiabilidad de las máquinas recién revisadas, debido a la interferencia humana. Como no se puede
prever el régimen real de averías de cada máquina, el mantenimiento preventivo temporal no se
puede aplicar con total eficacia. Se necesita un método individual, un mantenimiento según el
estado de la maquinaria o mejor conocido como un mantenimiento predictivo.
Este método considera a cada máquina por separado. Sustituyendo las revisiones periódicas por
medidas periódicas que pueden seguir en detalle el desarrollo del estado de funcionamiento de
cada máquina en concreto. Como ya hemos dicho, las vibraciones mecánicas son excelentes
indicadores del estado de funcionamiento de un equipo y esta es la razón por la que el monitoreo
según Estado emplee como referencia la medida de las vibraciones. "El axioma del Mantenimiento
según Estado es que la reparación solo es necesaria cuando las medidas así lo indican". Esto
coincide además con la opinión de los técnicos de que es imprudente interferir la marcha de las
máquinas que van bien.
Con la medida regular de las vibraciones se puede detectar el nacimiento de irregularidades y
seguir su desarrollo. Además, esas medidas se pueden extrapolar para predecir cuando se
alcanzarán niveles de vibración inaceptables y cuando se debe revisar la máquina. A esto se le
llama Monitoreo de Tendencias y permite al profesional programar las reparaciones con suficiente
anticipación.
31
5.2 RENTABILIDAD Y VENTAJAS DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN LOS INGENIOS
AZUCAREROS
El mantenimiento predictivo, modulador de las acciones correctivas y preventivas, necesita nutrirse
de información procedente de los sistemas de monitorización de los ingenios. En los últimos años
se han producido importantes avances en este campo, incrementando así la confiabilidad de su
maquinaria y de la misma empresa.
Un plan de mantenimiento predictivo (PMP) basado en
análisis de vibraciones aplicado a
máquinas rotativas en los ingenios trae las siguientes ventajas:
Se eliminan desmontajes innecesarios: debido a que el análisis de vibraciones se puede realizar
con la máquina en funcionamiento, es posible monitorear sus componentes internos sin necesidad
de desmontar piezas.
Reducción de tiempos de paro: mediante el análisis de vibraciones se pueden detectar desde el
inicio las fallas de componentes en las máquinas, por lo que es posible corregir el problema en los
períodos normales de mantenimiento de la máquina sin necesidad que esta llegue a fallar.
Se evitan daños destructivos: es posible anticipar daños catastróficos en equipos críticos que
podrían provocar grandes paros de producción y daños al personal, ya que permite seguir la
evolución de un defecto en el tiempo. También es posible implementar paros automáticos de la
máquina al sobrepasar las vibraciones críticas sensadas por un transductor permanente.
La verificación del estado de la maquinaria, tanto realizada de forma periódica como de forma
accidental, permite preparar un archivo histórico del comportamiento mecánico.
Permite el análisis estadístico del sistema.
Reducción de costos: mediante un PMP se pueden reducir los costos de seguridad en dos
sentidos; garantía de producción continua; y garantía de confiabilidad en la maquinaria, incluyendo
una mejor seguridad industrial.
Estos beneficios en el mantenimiento no significan que el personal que lo realizaba pierda sus
empleos. Se les traspasa a la realización de las medidas y, además, tendrán tiempo para
reparaciones y comprobaciones mas completas en las máquinas que se desmonten para revisión,
con lo cual se aumenta la vez la fiabilidad de las máquinas a largo plazo. Las precipitadas
reparaciones que solo se corregían con una solución temporal se hacen así algo del pasado. El
técnico de mantenimiento tendrá que valorar la relación coste / rendimiento de la medida de las
vibraciones para el mantenimiento según estado.
32
5.3 CLASES DE MONITOREO PARA EQUIPOS DE INGENIOS
Una herramienta para el monitoreo de vibraciones es graficar la magnitud contra el tiempo para las
mediciones realizadas con el fin de determinar un rango admisible fuera del cual generalmente se
indicará un problema en la máquina. Este límite se debe determinar a partir de las especificaciones
del fabricante o de normas.
5.3.1 Monitoreo continuo general
Este tipo de monitoreo se aplica de forma continua a una máquina concreta mediante la colocación
permanente de transductores (generalmente detectores de proximidad o acelerómetro), quedando
en todo momento controlada. Se emplea, sobre todo, para tener un aviso inmediato de todo
cambio brusco que se pueda producir en la maquinaria, cuyo funcionamiento continuo es vital para
la producción. Los fallos se detectan inmediatamente, o a los pocos minutos, y disparan señales de
alerta o alarma en la sala de control para que se tomen mediadas adecuadas antes de que se
produzca una rotura grave.
5.3.2 Monitoreo continuo de frecuencias
Los sistemas de monitoreo continuo están diseñados para monitorear de forma permanente los
elementos principales de un equipo, tal es el caso de chumaceras, cajas de transmisión y otros
elementos rotatorios dentro de un turbogenerador. Una de las formas como se puede tener un
constante monitoreo, es a través de sensores de frecuencia, el cual registra las diferentes señales
de vibración a distinta frecuencia, para luego poder determinar las causas de dichas señales. Con
este tipo de monitoreo se pueden prevenir daños en los equipos, al conectar el sensor a un panel
que puede encender una alarma. Como complemento a este tipo de monitoreo, se puede incluir
monitoreos periódicos de análisis de espectros para equipos con monitoreo continuo.
5.3.3 Monitoreo periódico
Este monitoreo se lleva acabo con analizadores FFT. Para máquinas en las cuales resulta muy
elevado el costo de realizar un monitoreo continuo, esta es una muy buena opción, así como
también si se quiere llevar acabo monitoreos donde no es necesario hacer un análisis de
espectros. Aunque se realiza con un costo no tan elevado para monitoreos continuos, presenta la
desventaja de que si la falla se presenta de una forma rápida es imposible poder predecirla con
cierta anticipación. Otra desventaja que presenta el método es que si se quiere hacer una medición
puntual que varía con la carga mecánica, es muy difícil realizar dicha medición. Siempre que se
realice un paro de mantenimiento se recomienda llevar acabo un monitoreo periódico antes y
33
después de dicho mantenimiento, también si se realiza una sustitución de alguna pieza, cambio en
las condiciones de carga mecánica y en periodos normales de funcionamiento, en el intervalo de
tiempo mas breve posible.
5.4 PERIODOS DE MONITOREO
El periodo de monitoreo que debe realizarse a un equipo, dependerá de sus horas de operación,
de su historial de operación y las condiciones de diseño presentadas por el fabricante. Los criterios
en los que se basa el establecimiento de periodos de monitoreo son:
Monitoreo Diario o semanal: Equipos con alta criticidad que están sometidos a condiciones de
operación severo, defectos de diseño o falta de información en su historial de operación.
Monitoreo Mensual: Máquinas con criticidad intermedia, en condiciones normales de operación,
con defectos de diseño mínimos o despreciables.
Monitoreo Anual: Todos los equipos con criticidad mínima o para los que su fabricante garantiza
larga vida.
Es importante mencionar que toda máquina a medida se incremente sus horas de operación, será
necesario reducir los intervalos de monitoreo hasta su reparación, evitando con ello la falla en el
equipo.
Los intervalos de las medidas periódicas vienen dictados por el tiempo medio ordinario de trabajo
entre fallos de la máquina. Se debe programar un mínimo de seis medidas en ese periodo para
disponer de una razonable capacidad de predicción. Con máquinas nuevas, para las que no se
disponga de orientación dada por el fabricante, se debe realizar un control más frecuente, por
ejemplo cada uno o dos meses, según el ciclo de trabajo, hasta que se normalice.
5.5 SELECCIÓN DE EQUIPOS A SER MONITOREADOS
Para identificar cuales máquinas se van a monitorear, cada cuanto tiempo, qué capacitación se le
dará al personal, que equipo y que sensores se necesitan, es necesario un diseño adecuado del
programa de mantenimiento predictivo. Estos criterios dependen de cada ingenio y de la
complejidad de la maquinaria que posea. (Capítulo 4: Equipos Críticos de un Ingenio)
Cada máquina se considera individualmente para decidir los puntos que ofrecerán medidas
representativas: las carcasas de los cojinetes suelen ser muy adecuadas. Además las normas
nacionales e internacionales sobre vibraciones en las máquinas giratorias contienen también
sugerencias de interés.
34
Los puntos de medida se preparan para la colocación del sensor de vibraciones (acelerómetro) y
se identifican con un número. Lo mejor es usar medios de fijación permanentes en forma de
soportes roscados sobre la misma máquina, o montar placas roscadas que se pegan a la misma.
La secuencia en que se debe monitorear cada punto de medida viene especificada en el informe
de las medidas, junto con los detalles sobre las condiciones en que la máquina deba estar
trabajando. Esto es muy importante, ya que las sucesivas medidas solo señalarán tendencias si se
realizan en las mismas condiciones de trabajo. Análogamente, se debe normalizar para cada
máquina la posición de los mandos de la instrumentación de medida.
Una vez conocida las clases y los periodos de monitoreo, se puede generar la tabla de equipos
críticos, con las acciones de mantenimiento predictivo a realizar. En ella se detallarán los periodos
de monitoreo para una máquina sola o para varias. La tabla que se presenta a continuación,
resume las labores predictivas en los equipos críticos de un ingenio Azucarero.
Descripción
Turbogenerador
Tiro Inducido y
Tiro Forzado
Bomba de
inyección de
Calderas
Uno de los
elementos
más caros y
de vital
importancia
en el proceso
de generación
de electricidad
Elemento de
mediano
costo, cuya
falla producirá
un paro
completo en
el proceso del
ingenio
Elemento
indispensable
para el
proceso del
ingenio y la
generación de
vapor
Categoría
Máquina única
Varias
máquinas
cercanas
Varías
máquinas
distanciadas
Critica, costosa
Monitoreo
general
continuo,
complementado
con monitoreo
periódico
frecuencias o
adición de
colector de
datos con filtro
en red
Monitoreo
continuo
general con
colector de
datos con
filtro
Monitoreo
continuo
general con
colector de
datos con
filtro
Critico,
ligeramente
costoso, difícil
reconstrucción
Monitoreo
continuo general
o monitoreo
periódico de
frecuencias
Monitoreo
continuo
general con
colector de
datos con
filtro
Monitoreo
continuo
general o
monitoreo
periódico de
frecuencias
Monitoreo
periódico de
frecuencias o
llamar a un
consultor según
necesidad
Monitoreo
continuo
general o
monitoreo
periódico
de
frecuencias
Monitoreo
continuo
general o
monitoreo
periódico de
frecuencias
Critico, Barato,
fácil reconstruir
TABLA 4: Monitoreo para equipos críticos en un ingenio azucarero
35
Descripción
Transmisión de
Molinos
Centrífugas
Ventiladores de
Secador de
azúcar
Uno de los
elementos
mas costosos
del proceso,
cuya falla
causaría una
gran perdida
económica
Elementos de
costo
intermedio,
cuya falla
reduciría la
capacidad de
producción
del ingenio
Elemento de
mediano
costo, cuya
falla reduciría
la capacidad
de producción
del ingenio
Categoría
Máquina única
Varias
máquinas
cercanas
Varías
máquinas
distanciadas
Critica, costosa
Monitoreo
general
continuo,
complementado
con monitoreo
periódico
frecuencias o
adición de
colector de
datos con filtro
en red
Monitoreo
continuo
general con
colector de
datos con
filtro
Monitoreo
continuo
general con
colector de
datos con
filtro
Critico,
ligeramente
costosa, difícil
reconstrucción
Monitoreo
continuo general
o monitoreo
periódico de
frecuencias
Monitoreo
continuo
general con
colector de
datos con
filtro
Monitoreo
continuo
general o
monitoreo
periódico de
frecuencias
Critico,
ligeramente
costoso, difícil
reconstrucción
Monitoreo
continuo general
o monitoreo
periódico de
frecuencias
Monitoreo
continuo
general con
colector de
datos con
filtro
Monitoreo
continuo
general o
monitoreo
periódico de
frecuencias
TABLA 4: (Continuación) Monitoreo para equipos críticos en un ingenio azucarero
En el caso de equipos que no son críticos en un ingenio azucarero, se utilizan otros criterios.
Según la distribución del conjunto y su costo, se presenta la siguiente matriz para aplicarlo en el
monitoreo de Vibraciones:
Máquina única
No crítica, no
costosa
No critica,
ligeramente costosa
Ignorar, remplazar
cuando falla
Monitoreo periódico de
frecuencias o llamar a
un consultor según
necesidad
Varias máquinas
cercanas
Ignorar, remplazar
cuando falla
Monitoreo continuo
general o monitoreo
periódico de
frecuencias
Varías máquinas
distanciadas
Ignorar, remplazar
cuando falla
Monitoreo periódico de
frecuencias
TABLA 5: Matriz de aplicación del monitoreo de vibraciones a equipos no críticos
5.6 EXPEDIENTE DE LA MAQUINARIA
El expediente documentado de la maquinaria debe ser lo más completo posible y este deberá
incluir la línea base de vibraciones, incluyendo todo el historial de mantenimiento y especificaciones
36
técnicas que brinden los manuales de los equipos. Se define como línea base, la tendencia máxima
de un nivel de vibración sin filtro que debe tener una máquina en el momento de su monitoreo.
Dicha línea base debe ser para todas las frecuencias fundamentales de vibraciones. En el historial
de mantenimiento se tienen que poner las fallas de las máquinas, los mantenimientos realizados,
así como también las labores correctivas y también el espectro de vibraciones antes y después de
los mantenimientos realizados, todo esto con el fin de determinar las diferentes causas que puedan
originar causas de vibraciones. También las especificaciones de los manuales sirven para calcular
frecuencias fundamentales de vibraciones y para conocer las características de diseño.
5.7 INFORMES DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES
La información que debe contener un reporte de análisis de espectro individual consiste en:
•
Fecha, máquina analizada, localización y nombre del operador
•
Esquema de la máquina con los puntos de medición
•
Lecturas de vibración horizontal, vertical y axial absolutas o sin filtro.
•
Lecturas de vibración horizontal, vertical y axial a las frecuencias principales de las
componentes de la máquina.
•
Los espectros de vibraciones de las tres direcciones en cada punto.
En el Ejemplo del Inciso 5.12 puede verse esto con mayor claridad
5.8 ARCHIVO DE DATOS DE VIBRACIONES
Preparar un archivo de los datos obtenidos en el análisis de vibraciones es muy útil para poder
tener una base de datos de cada máquina y poderlo ocupar como futuras referencias. Es necesario
archivarlos de forma ordenada e individual para su fácil acceso. Por otro lado es importante tener
bases de datos, para poder llevar el monitoreo de su estado general y para la elaboración de la
línea de tendencia de los equipos. Con estas lecturas se puede comparar con los datos recientes y
así se puede monitorear las frecuencias de los elementos críticos tales como baleros, engranes o
alabes. La interpretación de los espectros de vibración, serán útiles para determinar la existencia
de desalineamiento, desbalance dinámico, estado de los motores, etc. Es necesario generar
reportes y almacenar el estado general de las máquinas, de los componentes que producen
frecuencias principales y otros problemas determinados a partir de análisis de espectros y de fase.
5.9 IMPLEMENTACIÓN DE UN PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO
Cuando ya se tienen establecidas las actividades y los periodos de monitoreo de los equipos de un
37
Ingenio Azucarero,
es necesario diseñar el plan de Mantenimiento para poder atender a las
exigencias de operación del ingenio.
Los pasos que implementar un plan de Mantenimiento son:
•
Planificación: Consiste en la formulación de un plan que establezca objetivos, metas de las
actividades a realizar y los encargados de dichas labores; esto con el fin de realizar una labor
de mantenimiento ordenada.
•
Establecimiento de medidas administrativas y técnicas: Es necesario que exista una
estructuración administrativa eficiente, en el cual se asignen las funciones, se contrate el
personal de mantenimiento especializado para las tareas asignadas y la capacitación del
personal existente para operar de forma eficiente. Es necesario una estructura de soporte
técnico que sea capaz de responder ante cualquier emergencia durante el periodo de zafra.
Algunos servicios de mantenimiento deberán ser subcontratados a empresas especializadas.
En el caso de Análisis Predictivo de Vibraciones, algunos ingenios contratan a la empresa
SETISA, para que monitoree sus equipos. Algunas otras optan por crear sus propios
departamentos de Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones, para minimizar sus
costos.
•
Operación, Revisión y Evaluación: Una vez iniciado la implementación del plan de
mantenimiento, es necesario que el responsable del área de mantenimiento verifique que las
actividades se estén realizando. El monitoreo y la revisión de la ejecución del plan es muy
importante para poder evaluar los resultados del plan implementado.
•
Mejoramiento Continuo: Después de un cierto periodo de operación del plan de mantenimiento
que podría ser al final de una zafra, es necesario hacer una evaluación de resultados para ver
el grado de efectividad obtenido con el plan. Las recomendaciones de mejora que se hagan,
deberán ser acatadas con el fin de hacer más eficientes las actividades de mantenimiento. Es
muy importante para los ingenios el darle continuidad a los programas de mantenimiento
predictivo, para así minimizar el tiempo de paro de los equipos.
5.10 CAPACITACIÓN AL PERSONAL DE MANTENIMIENTO Y OPERARIOS DE EQUIPOS EN
INGENIOS AZUCAREROS
Es necesario que los ingenios tengan políticas de capacitación, con la finalidad de preparar mejor al
personal que esta en constante contacto con los equipos. El tipo de capacitación que se debe dar,
irá en función de las habilidades del personal, así como de las necesidades de los ingenios en la
38
tecnificación de sus procesos.
Invertir en el área de capacitaciones, acarrea muchos beneficios a mediano y a largo plazo; debido
a que si el personal esta mejor preparado, le será mas fácil la operación y el mantenimiento de los
equipos del ingenio. Una buena parte del costo de esta actividad puede ser cubierta por el
INSAFORP (Instituto Salvadoreño de Formación Profesional)
5.11 SERVICIOS EXTERNOS DE MANTENIMIENTO PARA INGENIOS AZUCAREROS
Parte del PMP que ejecutan los diferentes ingenios, deben contemplar la necesidad recurrir a
empresas especializadas en el análisis de vibraciones, cuando se da el caso que el equipo de
mantenimiento no puede encontrar el problema en una máquina en particular. Una de las empresas
que brindan este servicio es SETISA (Servicios Técnicos de Ingeniería).
A continuación se describen los pasos que sigue SETISA para ejecutar un servicio de
mantenimiento:
5.11.1 Solicitud de análisis de vibraciones
El primer paso a realizar, es la solicitud de servicio de Análisis de Vibraciones por parte del ingenio
demandante; en la cual se habla inicialmente de los síntomas detectados en los equipos por los
operarios del equipo.
También los ingenios se ponen en contacto con la empresa, para solicitar el servicio de
mantenimiento programado, que regularmente se ejecuta al principio de la zafra, a la mitad y al
final.
5.11.2 Cotización de la empresa contratista (SETISA)
En este instante, se entrega un documento por parte de SETISA, en el cual se detallan los
aspectos tales como:
•
Costo del Servicio de Análisis de Vibraciones
•
Fecha de toma de Datos y de Entrega del Reporte escrito
5.11.3 Listado de equipos a analizar
Se hace un listado de los equipos a los cuales se les hará el análisis, determinando los puntos de
39
cada máquina, a los cuales se les hará mediciones. Luego hacer una visita a las instalaciones, en
la cual se realiza la Toma de Datos de las señales de vibraciones en su 3 direcciones a los
diferentes equipos.
5.11.4 Análisis de los espectros
Una vez que se han tomado los datos en las tres direcciones, se procede a analizar cada punto
para determinar su magnitud de vibración (picos del espectro), colocándolos en una tabla para un
mejor orden.
Para poder realizar el análisis, se observan los valores más altos dentro de la tabla y se comparan
con los límites permisibles (Ver Tabla 2). Se determina a que clase pertenece cada equipo, se
comparan y se observa en que categoría está la magnitud de la vibración. Dependiendo de la
categoría de la magnitud de vibración, así será necesario prestar mas atención y hacer monitoreos
mas periódicos o si es necesario parar el equipo. Si la magnitud está dentro del límite normado, es
necesario conocer dentro de que categoría esta para poder así indicar las acciones a realizar. Si el
equipo esta fuera de los límites permitidos por la Norma Internacional, es necesario hacer un
análisis más detallado para poder encontrar las causas de la vibración. Este análisis se hará a los
puntos y en la dirección de mayor magnitud, a través de la visualización del comportamiento para
ver el tipo de vibración que se esta provocando.
5.11.5 Preparación de informe escrito
Una vez que se ha concluido en el estado de los equipos, es necesario presentar a los encargados
de Mantenimiento un informe detallado donde se muestren las tablas de magnitudes, la tabla de
estado del equipo, los gráficos de espectros. Luego es necesario poder presentar las
recomendaciones debidamente justificadas, que la empresa SETISA considera necesarios, para
poder corregir o reducir los defectos en los niveles de vibración de los equipos.
La extensión de los reportes dependerá de la cantidad de equipos que se analicen, su historial de
análisis de vibraciones anteriores, así como también de su complejidad.
5.12 REPORTE DE SERVICIO DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES DE UN INGENIO
A continuación se presenta un ejemplo de un reporte de Análisis de Vibraciones realizado a
equipos críticos en un ingenio Azucarero:
40
San Salvador, 23 de Noviembre de 2004
Señores
INGENIO AZUCARERO
Presente
Estimados señores:
INTRODUCCIÓN
A continuación le enviamos los resultados del Análisis de Vibraciones realizado en las máquinas
principales de la planta del ingenio, que incluyen Turbogenerador 2500W, Centrifuga de
Segunda #1, Molino #4, Tiro Forzado Caldera Combustión 2, Bomba Caldera Wilcox, Tiro
Inducido Caldera Heine #1. Estos análisis corresponden a la primera visita realizada dentro del
Programa de Mantenimiento Predictivo.
MÉTODO
La toma de datos, se realizó los días 21 y 22 de Noviembre del 2004, con los equipos operando
normalmente.
El equipo utilizado es un Analizador de Señales marca Hewlett Packard modelo HP3530 A, que
obtiene lecturas que consisten en gráficos de Amplitud de Vibración en unidades de mm/seg vrs.
Frecuencia en ciclos por minuto (CPM), los gráficos que son llamados comúnmente como
“Espectros de Vibración”, se observan en las hojas anexas del final. En cada punto se midió en
tres direcciones relativas a los eje, es decir en posición horizontal, vertical y Axial, que serán
nombrados como H, V y A respectivamente para los ejes horizontales; así como horizontal1 (al
Frente), horizontal2 (en el Latera) y Axial nombrados respectivamente H1, H2 y A para los ejes
verticales.
Posteriormente a la toma de datos, se comparan los máximos de éstos con los criterios dados por
la norma internacional ISO 10816-1. Los criterios empleados se muestran en la siguiente tabla:
Reporte Análisis de Vibraciones
41
Rango de Velocidades Limites y Clases de Maquinas
mm/seg.
Pico
Maquinas medianas Clase II
Soportes rígidos Clase III
0.51
0.76
1.02
Bueno
Bueno
1.52
2.54
4.06
6.35
10.16
Satisfactoria
Satisfactoria
Satisfactoria (alerta)
Satisfactoria (alerta)
15.75
25.4
39.62
Inaceptable (parada)
Inaceptable (parada)
63.75
Maquinaria de motores eléctricos 15 KW (20 hp) hasta 75 KW (100 hp).Para el caso
CLASE II
del ingenio: Los ventiladores de tiro Forzado e inducido, centrifugas, ventilador de
secador, bombas de alimentación.
Las maquinas grandes con conductores primarios (turbinas, motores eléctricos, etc.)
CLASE III
y otras maquinarias con ensambles rotatorios grandes y montadas en y fundaciones
rígidas y pesadas. Para el caso del ingenio: Molinos, turbogenerador.
Con la comparación se determina el estado de severidad de la magnitud de vibración; y de esa
forma es posible establecer:
ƒ
Que la magnitud de la vibración es Intolerable, por lo que si los espectros indican este nivel, la
posibilidad de falla es alta y debe someterse a revisión la máquina de inmediato.
ƒ
Que la magnitud de la vibración es baja, se dice que el rango es Bueno, o bien que el peligro
de falla es mínimo.
ƒ
Que la magnitud de la vibración es Satisfactoria, o que se encuentra en los límites normales.
Reporte Análisis de Vibraciones
42
ƒ
Que la magnitud de la vibración es Satisfactoria Alerta, esto indica que la vibración
se
encuentra cerca de los límites recomendados.
En los puntos que se considere importante se procede al diagnóstico del problema por medio de la
revisión de espectros. De estos análisis surgen las correspondientes acciones correctivas.
RESULTADOS
Las hojas de máximos que incluye un esquema de la máquina, donde se señala los puntos de
medición así como los espectros de todas las máquinas se muestran en las hojas al final.
Turbogenerador 2.5 M W:
Existe un máximo nivel de vibración en la componente Axial del punto C de la caja de transmisión
de 10.17 mm/s a 4800 CPM. La fuente principal de vibración es el desbalance dinámico del rotor
del generador, además del desalineamiento entre la turbina y la caja de transmisión. Se
recomienda verificar los alineamientos y mantener un monitoreo continuo sobre el nivel de
vibraciones.
Centrifuga de Segunda #1:
Existe un nivel severo de vibraciones tanto en el punto A y B del motor (24.9 mm/s radial a 2250
CPM y 24.3 mm/s radial a 2250 CPM respectivamente). Se recomienda verificar el alineamiento de
poleas, así como revisar el estado de las fajas en el caso que no se hayan sustituido. Dado que en
el motor se encuentran componentes de vibración a 2250 CPM (frecuencia de rotación de la
canasta), estos altos niveles de vibración se deben a la transmisión de vibraciones de la canasta al
motor. Del análisis de espectros de la canasta se observa flojedad mecánica por lo que es
necesario reapriete de la sujeción y cambio de los apoyos rodantes.
Molino No 4
Las vibraciones se encuentran en rango “Bueno”, solo se observa rozamiento en el eje de la masa
del molino del reductor descubierto. Se recomienda verificar las condiciones de lubricación en
dicho punto.
Tiro Forzado Caldera Combustión 2
Las vibraciones se encuentran en el nivel “Bueno”, solo se observa un leve desalineamiento entre
la chumacera del punto E y F.
Reporte Análisis de Vibraciones
43
Bomba Caldera Wilcox
Las vibraciones en el eje del ventilador se encuentran en rango “Bueno”, sin embargo en el motor
se encuentran en rango “Satisfactorio”, debido a resonancia en la fajas, producido por el alabeo de
la polea del eje del ventilador.
Tiro Inducido Caldera Heine #1
Las vibraciones en el eje del ventilador se encuentran en rango “Bueno”, en la caja reductora y la
turbina de vapor se encuentra en rango “Satisfactorio”. Solo se observa
severo entre las chumaceras de la turbina.
Reporte Análisis de Vibraciones
44
desalineamiento no
PREPARADO POR:
ANALISIS DE VIBRACIONES
TURBOGENERADOR
2500 W
APROBADO POR:
SIN ESCALA.
JORGE PÉREZ
REVISADO POR:
FECHA:
HOJA:
23/Nov/2004
1
ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION
A
B
D
C
TURBINA
4700 RPM
C
A
J
A
GENERADOR
1800 RPM
LECTURAS DE VIBRACIÓN:
Velocidad
Máxima
(mm/s)
CPM
H
9.51
1800
V
2.2
1800
A
1.78
4800
H
2.02
1800
V
3.44
4800
A
0.75
4800
H
1.75
1800
V
2.14
1800
A
10.17
4800
H
7.4
4650
V
9.3
4800
A
4.3
H
9.7
4800
4800
Punto
T
U
R
B
I
N
A
C
A
J
A
A
B
C
D
E
E
F
F
G
E
N
E
R
A
D
O
R
G
H
45
G
H
V
4.4
4800
A
3.45
4800
H
9.5
4800
V
3.8
4800
A
7.47
4800
H
4.9
1800
V
3.79
1800
A
5.23
1800
H
4.62
4800
V
3.68
1800
A
6.11
1800
SETISA DE C.V.
ESPECTROS DE VIBRACION - TURBOGENERADOR 2500 KW
FECHA 23/nov/2004
TURBINA PUNTO A
HOJA
2
TURBINA PUNTO B
8.0
10.0
7.0
8.0
6.0
5.0
mm/seg
mm/seg
6.0
4.0
4.0
3.0
2.0
2.0
1.0
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
8000
0
10000 12000 14000 16000 18000
2000
4000
6000
8000
REDUCTOR DE ALTA PUNTO D
12.0
12.0
10.0
10.0
8.0
8.0
mm/seg
mm/seg
REDUCTOR DE ALTA PUNTO C
6.0
4.0
6.0
4.0
2.0
2.0
0.0
0.0
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
40000
0
5000
10000
15000
CPM
25000
30000
35000
40000
35000
40000
REDUCTOR ALTA PUNTO F
12.0
12.0
10.0
10.0
8.0
8.0
mm/seg
mm/seg
20000
CPM
REDUCTOR ALTA PUNTO E
6.0
4.0
6.0
4.0
2.0
2.0
0.0
0.0
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
0
40000
5000
10000
15000
20000
25000
30000
CPM
CPM
REDUCTOR DESCUBIERTO- PUNTO H
REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO G
8.0
8.0
7.0
7.0
6.0
6.0
mm/seg
mm/seg
10000 12000 14000 16000 18000
CPM
CPM
5.0
4.0
3.0
5.0
4.0
3.0
2.0
2.0
1.0
1.0
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000 14000
16000 18000
CPM
0
2000
4000
6000
8000 10000 12000 14000 16000 18000
CPM
DIRECCIONES
HORIZONTAL 1
VERTICAL
AXIAL
46
70
PREPARADO POR:
ANALISIS DE VIBRACIONES
CENTRIFUGA
SEGUNDA DE PRIMERA
SIN ESCALA.
APROBADO POR:
JORGE PÉREZ
REVISADO POR:
FECHA:
HOJA:
23/Nov/2004
3
ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION
A
CANASTA
MOTOR
B
C
LECTURAS DE VIBRACIÓN:
Punto
A
B
C
H
V
A
H
V
A
H
V
A
Velocidad
Máxima
(mm/s)
5.5
24.9
15.2
24.3
20.1
3.6
5.2
2.3
4.1
47
71
CPM
2250
2250
2250
2250
2250
4500
2250
4500
2250
ESPECTROS DE VIBRACION - CENTIFUGA DE PRIMERA
FECHA 23/NOV/2004
4
PUNTO B
30
25
25
20
20
mm/seg
30
15
15
10
10
5
5
0
0
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0
18000
2000
4000
6000
8000
10000 12000 14000 16000 18000
CPM
CPM
MOTOR
PUNTO C
8
6
mm/seg
mm/seg
PUNTO A
HOJA
4
2
0
0
2000
4000
6000
8000
10000 12000 14000 16000 18000
CPM
CANASTA
DIRECCIONES
HORIZONTAL
VERTICAL
AXIAL
48
72
ANALISIS DE VIBRACIONES
PREPARADO POR:
MOLINO #5
JORGE PÉREZ
REVISADO POR:
APROBADO POR:
FECHA:
SIN ESCALA.
HOJA:
23/Nov/2004
5
ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION
LECTURAS DE VIBRACIÓN:
PUNTO
DIREC. mm/s PEAK
H
1.152
A
V
2.163
L
A
4.330
H
1.994
B
V
0.875
A
1.024
H
2.933
C
V
0.843
K
A
1.072
H
2.860
J
D
V
0.242
A
0.748
H
2.646
E
V
0.940
A
0.986
I
H
2.935
F
V
0.516
A
1.408
H
1.356
G
V
2.375
A
1.338
H
1.580
H
V
1.184
A
1.902
H
1.833
I
V
0.875
A
1.270
H
1.440
J
V
0.855
A
0.973
H
1.309
K
V
1.059
A
1.100
H
1.997
L
V
1.338
A
0.634
Masa de Molino
M
P
O
N
H
Reductor de Baja
G
D
F
Reductor de Alta
C
B
A
Turbina
de Vapor
49
73
CPM
2,325
4,725
4,725
4,725
4,725
2,325
4,800
16,650
16,650
4,800
4,725
4,725
4,725
4,725
4,725
4,725
11,925
4,800
2,250
7,875
2,250
2,250
1,125
7,950
7,800
7,800
1,650
2,250
1,125
2,250
3,390
5,610
4,500
6,750
5,610
2,250
ESPECTROS DE VIBRACION - MOLINO 4 PUNTOS A AL F
FECHA 23/NOV/2004
8.0
7.0
7.0
6.0
6.0
5.0
5.0
4.0
3.0
4.0
3.0
2.0
2.0
1.0
1.0
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
0
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
2000
4000 6000
REDUCTOR DE ALTA PUNTO D
mm/seg
mm/seg
REDUCTOR DE ALTA PUNTO C
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
0
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CPM
REDUCTOR ALTA PUNTO E
REDUCTOR ALTA PUNTO F
10.0
9.0
8.0
mm/seg
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0
2000
4000
6000
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CPM
mm/seg
6
TURBINA PUNTO B
8.0
mm/seg
mm/seg
TURBINA PUNTO A
HOJA
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
10.0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
0
2000
4000
6000
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CPM
DIRECCIONES
HORIZONTAL 1
VERTICAL- HORIZONTAL 2
AXIAL
50
74
ESPECTROS DE VIBRACION - MOLINO 4 PUNTOS G AL L
FECHA 23/NOV/2004
REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO G
4.0
3.5
3.5
3.0
mm/seg
mm/seg
3.0
2.5
2.0
1.5
2.5
2.0
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
0
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CPM
REDUCTOR DESCUBIERTO- PUNTO I
REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO J
4.0
4.0
3.5
3.5
3.0
3.0
mm/seg
mm/seg
7
REDUCTOR DESCUBIERTO- PUNTO H
4.0
2.5
2.0
1.5
2.5
2.0
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
0
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CPM
REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO K
REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO L
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
mm/seg
mm/seg
HOJA
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000 1100 1200
0
0
0
5.0
4.5
4.0
3.5
3.0
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0
1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 1000 1100 1200
0
0
0
CPM
CPM
DIRECCIONES
HORIZONTAL 1
VERTICAL- HORIZONTAL 2
AXIAL
51
75
PREPARADO POR:
ANALISIS DE VIBRACIONES
TIRO FORZADO CALDERA DE
COMBUSTION 2
APROBADO POR:
SIN ESCALA.
JORGE PÉREZ
FECHA:
REVISADO POR:
HOJA:
23/Nov/2004
8
ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION
G
F
E
D
C
VENTILADOR
900 RPM
MOTOR
1785 RPM
LECTURAS DE VIBRACION
PUNTO
A
B
C
D
A
DIREC.
mm/s
CPM
H
0.395
900
V
0.431
5,475
A
0.300
H
B
DIREC.
mm/s
CPM
H
1.734
2,775
V
0.375
900
900
A
1.204
2,775
0.505
900
H
2.469
900
V
0.474
21,675
V
0.741
900
A
0.603
225
A
6.197
900
H
0.546
6,600
H
2.222
900
V
0.171
900
V
0.522
900
A
0.649
7,050
A
1.402
900
H
3.340
900
V
0.646
6,600
A
-
-
PUNTO
E
F
G
52
76
ESPECTROS DE VIBRACION - CALDERA COMBUSTION 2 FORZADO INDUCIDO
FECHA 23/NOV/2004
9
PUNTO B
2.0
2.0
1.5
1.5
mm/seg
mm/seg
PUNTO A
HOJA
1.0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
0
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CPM
MOTOR
PUNTO C
PUNTO D
2.0
4.0
3.5
3.0
mm/seg
mm/seg
1.5
1.0
0.5
2.5
2.0
1.5
1.0
0.5
0.0
0.0
0
5000
10000
15000
20000
0
5000
CPM
10000
15000
20000
15000
20000
CPM
VENTILADOR
PUNTO F
7.0
6.0
6.0
5.0
5.0
mm/seg
mm/seg
PUNTO E
7.0
4.0
3.0
2.0
4.0
3.0
2.0
1.0
1.0
0.0
0.0
0
5000
10000
15000
0
20000
5000
10000
CPM
CPM
VENTILADOR
PUNTO G
6
mm/seg
5
4
DIRECCIONES
HORIZONTAL
VERTICAL
AXIAL
3
2
1
0
0
5000
10000
15000
20000
25000
CPM
VENTILADOR
53
77
PREPARADO POR:
ANALISIS DE VIBRACIONES
BOMBA DE INYECCIÓN 1
CALDERA B&W
APROBADO POR:
SIN ESCALA.
JORGE PÉREZ
REVISADO POR:
FECHA:
23/Nov/2005
ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION
D
C
B
BOMBA
A
MOTOR
LECTURAS DE VIBRACIÓN:
PUNTO
M
O
T
O
R
B
O
M
B
A
A
B
C
D
H
V
A
H
V
A
H
V
A
H
V
A
AMPLITUD
MAXIMA
mm/seg
4.729
1.09
2.2
6.682
1.01
1.384
16.92
5.4
9.65
24.29
1.956
2.86
54
78
CPM
7200
3600
3600
7200
7200
3600
3600
3600
3600
3600
10860
3600
HOJA:
10
ESPECTROS DE VIBRACION -BOMBA DE INYECCION CALDERA B&W
FECHA 23/Nov/2004
11
PUNTO B
10.0
8.0
8.0
6.0
6.0
mm/seg
10.0
4.0
4.0
2.0
2.0
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
8000
0
10000 12000 14000 16000 18000
2000
4000
6000
8000 10000 12000 14000 16000 18000
CPM
CPM
MOTOR
PUNTO C
PUNTO D
28
28.0
24
24.0
20
20.0
mm/seg
mm/seg
mm/seg
PUNTO A
HOJA
16
12
8
4
16.0
12.0
8.0
4.0
0
0.0
0
2000
4000
6000
8000
10000 12000 14000 16000 18000
0
CPM
2000
4000
6000
8000 10000 12000 14000 16000 18000
CPM
BOMBA
DIRECCIONES
HORIZONTAL
VERTICAL
AXIAL
55
79
PREPARADO POR:
ANALISIS DE VIBRACIONES
TIRO INDUCIDO
CALDERA HEINE #1
APROBADO POR:
SIN ESCALA.
JORGE PÉREZ
REVISADO POR:
FECHA:
HOJA:
23/Nov/2004
12
ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION
Motor
B
G
H
C
A
D
E
F
Ventilado
LECTURAS DE VIBRACIÓN:
PUNTO
A
B
C
D
E
F
DIREC.
mm/s
CPM
H
1.170
3,300
V
3.873
3,300
A
6.711
3,300
H
2.401
6,600
V
1.288
3,300
A
6.376
3,300
H
2.149
3,300
V
4.375
6,600
A
1.712
3,300
H
4.065
6,600
V
0.890
9,825
A
1.937
3,300
H
0.787
675
V
0.004
150
A
0.462
2,025
H
0.290
1,275
V
0.089
675
A
0.450
675
56
80
ESPECTROS DE VIBRACION - TIRO INDUCIDO HEINE 1
FECHA 23/Noviembre/200HOJA
PUNTO B
10.0
10.0
8.0
8.0
6.0
6.0
mm/seg
mm/seg
PUNTO A
13
4.0
4.0
2.0
2.0
0.0
0.0
0
2000
4000
6000
0
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CPM
TURBINA DE VAPOR
PUNTO D
mm/seg
mm/seg
PUNTO C
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
10.0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0
2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
0
2000
4000
6000
CPM
8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000
CPM
CAJA REDUCTORA
2.0
1.5
1.5
mm/seg
mm/seg
PUNTO E
2.0
1.0
PUNTO F
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
0
10000
20000
30000
0
40000
10000
20000
CPM
CPM
VENTILADOR
DIRECCIONES
HORIZONTAL
VERTICAL
AXIAL
57
81
30000
40000
CONCLUSIONES
•
El mantenimiento Predictivo por medio del Análisis de Vibraciones debe realizarse antes,
durante y después de cada zafra para minimizar fallos imprevistos.
•
La etapa más crítica para un Ingenio azucarero, en la cual hay que centrar toda la atención
a nivel de Mantenimiento Predictivo, es el período de Zafra.
•
Debido a que la generación de electricidad a partir de bagazo de caña tiene mucha
relevancia, es necesario que los turbogeneradores se encuentren en óptimas condiciones.
•
Las fuentes más comunes de las vibraciones mecánicas en los equipos de un ingenio
azucaro son: Desbalance Dinámico, desalineamiento de ejes, flojedad en elementos de
transmisión, deterioro de chumaceras.
•
A través del método de Análisis del Espectro de Vibraciones, se pueden realizar
diagnósticos más precisos en un equipo; pues se puede analizar cada componente de la
señal que genera vibraciones a diferentes frecuencias.
•
Las mediciones para el análisis de vibraciones deben realizarse en las direcciones: vertical,
horizontal y axial, para ejes horizontales; y horizontal frontal, horizontal lateral y axial, para
ejes verticales. Lo anterior permite una mayor precisión al monitorear el comportamiento de
las vibraciones en 3 dimensiones.
•
Todo los datos medidos para realizar un Análisis de Vibraciones, deben ser comparados
con los limites permisibles de las Normas internacionales, pues es necesario garantizar y
justificar los criterios de Análisis a la hora de dar un diagnostico de un equipo.
•
Basándonos en criterios de costo e importancia dentro del proceso de producción del
azúcar, los equipos críticos en un ingenio azucarero son: el Turbogenerador, los
Ventiladores de Tiro Inducido y Tiro Forzado, las Bombas de inyección de las Calderas, la
Transmisión de los Molinos, las Centrifugas y los Ventiladores del Secador de Azúcar.
•
Es indispensable que todos los ingenios azucareros apliquen técnicas de análisis predictivo
de vibraciones dentro de sus planes de Mantenimiento Preventivo; pues de esa manera
podrá reducir el número de horas de intervenciones de mantenimiento, mejorando su
producción y obteniendo mayores utilidades.
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•
El mantenimiento predictivo de Análisis de Vibraciones debe ser realizarlo por personas o
empresas con amplia experiencia en esta especialidad; ya que es necesario poder
garantizar diagnósticos certeros y fiables a la hora de realizar un análisis de Vibraciones a
un equipo.
•
Los reportes de servicio de Análisis de Vibraciones deben presentarse debidamente
justificados y documentados, anexando la Norma utilizada, las tablas de magnitudes y los
gráficos de espectros de los diferentes puntos de la maquina analizada.
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RECOMENDACIONES
•
En nuestro país es indispensable que todos los ingenios azucareros, implementen
programas de mantenimiento predictivo dentro de sus programas de Mantenimiento
Preventivo, pues de esa manera se minimizan los costos de paros de producción y de
mantenimiento.
•
Para el análisis de vibraciones es necesario contar con las mejores tecnologías, a fin
de poder facilitar la labor del encargado del Análisis de Vibraciones y a su vez poder
medir algún otro parámetro que equipos antiguos no puedan medir.
•
Para evitar daños catastróficos y así poder garantizar el buen estado de los equipos, a
todos los equipos críticos se les debe realizar monitoreo general de frecuencia.
•
Es muy importante capacitar de forma continua al personal de mantenimiento y a los
operarios de los equipos de un ingenio en el área de Vibraciones Mecánicas, para que
el personal contribuya a anticipar paros en la producción.
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GLOSARIO
Caña de azúcar: Es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el maíz
en cuyo tallo se forma y acumula un jugo rico en sacarosa compuesto que al ser extraído y
cristalizado en el ingenio forma el azúcar. La sacarosa es sintetizada por la caña gracias a la
energía tomada del sol durante la fotosíntesis.
Sacarosa: es un disacárido compuesto por una molécula de glucosa (dextrosa) y una de fructosa
(levulosa). Es dextrógira o dextrorrotatoria, lo cual significa que gira a la derecha +66.5° el plano de
la luz polarizada. Al calentar en un medio ácido o por acción de la enzima invertasa se
descompone para formar (+)D-glucosa y (-)D-fructosa, una mezcla de mayor dulzura que gira a la
izquierda -20° el plano de la luz polarizada (levógira, levorrotatoria), invirtiéndolo de derecha a
izquierda y por eso se llama azúcar invertido y al proceso inversión o hidrólisis.
Azúcar: El azúcar es un endulzante de origen natural, sólido, cristalizado, constituido
esencialmente por cristales sueltos de sacarosa, obtenidos a partir de la caña de azúcar
Constituyentes de la caña:
El tronco de la caña de azúcar esta compuesto por una parte sólida llamada fibra y una parte
liquida, el jugo, que contiene agua y sacarosa. En ambas partes también se encuentran otras
sustancias en cantidades muy pequeñas.
Las proporciones de los componentes varían de acuerdo con la variedad (familia) de la caña, edad,
madurez, clima, suelo, método de cultivo, abonos, lluvias, riegos, etc. Sin embargo, unos valores
de referencia general pueden ser:
Agua
73 - 76 %
Sacarosa
8 -15 %
Fibra
11-16%
La sacarosa del jugo es cristalizada en el proceso como azúcar y la fibra constituye el bagazo una
vez molida la caña.
Potencial de Hidrogeno ( pH ): Es el grado de acidez o de alcalinidad que posee una sustancia
acuosa.
El bagazo de Caña: es un residuo fibroso del proceso de extracción del jugo; y representa
aproximadamente el 30% del peso de la caña.
Vibración: Las vibraciones en los diferentes elementos de una máquina, son aquellas
perturbaciones producidas por fuerzas cíclicas que varían en magnitud y dirección, o por fuerzas
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puntuales que actúan repentinamente. Las fuerzas de vibración que se generan en un cuerpo no
siempre tienen origen mecánico; en algunos casos son originadas por fuerzas electromagnéticas,
fluidicas o aerodinámicas.
Espectro: Distribución de la intensidad de una radiación en función de una magnitud
característica, como la longitud de onda, la energía, la frecuencia o la masa.
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REFERENCIAS
Los sitios y las empresas visitadas para la realización del presente trabajo fueron:
SETISA (Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. de C.V.)
79 Avenida Norte y 7a. Calle Poniente # 4051, Colonia Escalón, San salvador. El Salvador, C.A.,
Teléfono PBX: (503) 264 4713 – Fax: (503) 263-3734
E-mail: [email protected]
www.setisa.com.sv
Empresa especializada en el Análisis de Vibraciones en El Salvador. A través de la empresa se ha
podido recopilar toda la información necesaria referente al Análisis de Vibraciones a equipos de
Ingenios Azucareros.
ZUCARMEX
(http://www.zucarmex.com/Proceso.htm)
Empresa Mexicana dedicada a la producción de Azúcar, cuyo proceso de elaboración de azúcar es
muy tecnificado.
International Organization for Standardization
(http://www.iso.org/iso/en/StandardsQueryFormHandler.StandardsQueryFormHandler?scope=CAT
ALOGUE&keyword=vibration&isoNumber=&sortOrder=ISO&title=true&search_type=TEXT&search
_term=vibration&languageCode=en)
Empresa dedicada a la estandarización de normas para diferentes aplicaciones. Las normas para
monitoreo de Análisis de Vibraciones han sido adquiridas de esta empresa.
Analizador de Espectros HP 3560A
(http://www.valuetronics.com/Details.cfm?ProdID=8226)
Empresa dedicada a la venta de equipos Analizadores de espectros marca HP. En esta pagina se
puede acceder a los manuales de los equipos
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Análisis de Vibraciones Mecánicas
(http://www.balances-dinamicos.com/pages/vm.htm)
En esta página se pueden visualizar los diferentes espectros y mapas de espectros con el fin de
estudiar el fenómeno del Análisis de Vibraciones.
Asociación Azucarera de El Salvador
(http://www.asociacionazucarera.com/index.asp)
Gremio de empresarios agroindustriales, donde se recopilo información acerca de la producción de
azúcar y la composición del sector azucarero en El Salvador.
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BIBLIOGRAFIA
Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. DE C.V. [2001] Reporte de análisis de vibraciones realizado
a ingenio azucarero. Ref. REN21_047
Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. DE C.V. Diversos estudios sobre el tema preparados por
dicha empresa
Torres Sánchez, Carlos Eduardo [2000] Mantenimiento Predictivo mediante Análisis de
Vibraciones. Trabajo de graduación presentado para optar al grado de ingeniero
Mecánico en la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”, San Salvador, El
Salvador
Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. DE C.V. [2004] Resumen Trimestral de las Actividades
Realizadas por la División de Ecoenergía (Octubre- Diciembre)
Hewlett Packard, Effective Machinery Measurements Using Dynamics Signal Analyzers, Application
Note 243-1
Schenck, Carl [] Diagnostico de Maquinas, Equilibrado en el Sitio, Alineamiento de Ejes.
Seminario C 44
Robert C. Rojaler, [1993] Manual de mantenimiento industrial
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