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MANTENIMIENTO PREDICTIVO

Tcnicas de Mantenimiento Condicional

basadas en la medicin de variables fsicas

Coleccin MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Volumen 3

Con la colaboracin de:

www.renovetec.com

Santiago Garca Garrido 2009

Editorial RENOVETEC 2009

Todos los derechos reservados. Prohibida la reproduccin total o parcial de este documento por cualquier medio sin la autorizacin expresa y por escrito del titular del copyright

Obra inscrita en el Registro de la Propiedad Intelectual, Oficina Territorial de Madrid

Edita: Editorial RENOVETEC

Maquetacin: Diego Martn

Diseo de Portada: L. Peuelas

Coleccin MANTENIMIENTO INDUSTRIAL

Volumen 1: El mantenimiento sistemtico

Volumen 2: Paradas y grandes revisiones

Volumen 3: Mantenimiento Predictivo Volumen 4: Mantenimiento Correctivo

Volumen 5: Mantenimiento Legal. Trabajos de mantenimiento segn normas reglamentarias

Volumen 6: Ingeniera del mantenimiento

La coleccin MANTENIMIENTO INDUSTRIAL est editada por RENOVETEC, y est basada en el libro LA CONTRATACIN DEL MANTENIMIENTO

SOLICITE EL VOLUMEN QUE DESEE ENVIANDO UN EMAIL A :

[email protected]

Mantenimiento Predictivo

ndice

1. El mantenimiento predictivo

2. Anlisis de vibraciones

3. Termografa

4. Otras tcnicas predictivas

4.1. Boroscopias

4.2. Medicin de ultrasonidos

4.3. Anlisis de aceite

4.4. Anlisis de gases de escape

CURSO DE MOTORES DE GAS

EN PLANTAS DE COGENERACIN

Madrid, 23 y 24 de Septiembre 2009 Hotel Abba Madrid

www.renovetec.com

1.1. El mantenimiento sistemtico frente a las tcnicas predictivas

El mantenimiento predictivo es un tipo de mantenimiento que relaciona una variable fsica con el desgaste o estado de una mquina. El mantenimiento predictivo se basa en la medicin, segui-miento y monitoreo de parmetros y condiciones operativas de un equipo o instalacin. A tal efec-to, se definen y gestionan valores de pre-alarma y de actuacin de todos aquellos parmetros que se considera necesario medir y gestionar.

La informacin ms importante que arroja este tipo de seguimiento de los equipos es la tendencia de los valores, ya que es la que permitir calcular o prever, con cierto margen de error, cuando un equipo fallar; por ese el motivo se denominan tcnicas predictivas. En la figura 1 se indica la grfica de un valor de vibracin correspondiente a un cojinete, y que presenta un tendencia alcista. Cuando se alcanza un determinado valor es conveniente reemplazar el cojinete. Si no se realiza, el cojinete terminar fallando.

Fig. 7.1 Grafica de tendencia de un valor de amplitud de vibracin de un cojinete.

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RENOVETEC Formacin en Tecnologa www.renovetec.com

EL MANTENIMIENTO SISTEMTICO FRENTE A LAS TCNICAS PREDICTIVAS 1

Frente al mantenimiento sistemtico tiene la ventaja indudable de que en la mayora de las oca-siones no es necesario realizar grandes desmontajes, y en muchos casos ni siquiera pararla. Si tras la inspeccin se aprecia algo irregular se propone o se programa una intervencin. Adems de prever el fallo catastrfico de una pieza, y por tanto, pudiendo anticiparse a ste, las tcnicas de mantenimiento predictivo ofrecen una ventaja adicional: la compra de repuestos se realiza cuando se necesita, eliminando pues stocks (capital inmovilizado)

Las tcnicas predictivas que habitualmente se emplean en la industria y en el mantenimiento de edificios son las siguientes:

Anlisis de vibraciones, que es la estrella de las tcnicas predictivas Boroscopias Termografas Anlisis de aceites Control de espesores en equipos estticos Inspecciones visuales Lectura de indicadores

La razn fundamental por la que el mantenimiento predictivo ha tenido un notable desarrollo en los ltimos tiempos hay que buscarla en un error cometido tradicionalmente por los ingenieros de mantenimiento para estimar la realizacin de tareas de mantenimiento de carcter preventivo: las , detalladas en la figura 2, que representan la probabilidad de fallo frente al tiempo de uso de la mquina, y que se suponan ciertas y lgicas, han resultado no correspon-der con la mayora de los elementos que componen un equipo. En estas curvas se reconocan tres zonas:

Zona inicial, de baja fiabilidad, por averas infantiles Zona de fiabilidad estable, o zona de madurez del equipo Zona final, nuevamente de baja fiabilidad, o zona de envejecimiento.

Como se daba por cierta esta curva para cualquier equipo, se supona que transcurrido un tiempo (la vida til del equipo), ste alcanzara su etapa de envejecimiento, en el que la fiabilidad dismi-nuira mucho, y por tanto, la probabilidad de fallo aumentara en igual proporcin. De esta mane-ra, para alargar la vida til del equipo y mantener controlada su probabilidad de fallo era conve-niente realizar una serie de tareas en la zona de envejecimiento, algo parecido a un lifting, para que la fiabilidad aumentara.

6 COLECCIN MANTENIMIENTO INDUSTRIAL, VOLUMEN 3


Fig. 2 Curva de baera. Probabilidad de fallo vs. Tiempo

La estadstica ha demostrado que, tras estudiar el comportamiento de los equipos en una planta industrial, el ciclo de vida de la mayora de los equipos no se corresponde nicamente con la cur-va de baera, sino que se diferencian 6 tipos de curvas, que se indican en la figura 7.3.

Fig. 3 Diferentes curvas de Probabilidad de fallo vs. tiempo

Curiosamente, la mayor parte de los elementos que constituyen los equipos no se comportan siguiendo la curva A o curva de baera. Los equipos complejos se comportan siguiendo el mode-lo E, en el que la probabilidad de fallo es constante a lo largo de su vida, y el modelo F, en el que tras una etapa inicial con una mayor probabilidad de fallo infantil, la probabilidad de fallo se esta-biliza y permanece constante. Eso hace que no sea identificable un momento en el que realizar una revisin sistemtica del equipo, con la sustitucin de determinadas piezas, ante la imposibili-dad de determinar cual es el momento ideal, pues la probabilidad de fallo permanece constante. Incluso, puede ser contraproducente si curva de probabilidad sigue el modelo F, pues estaramos introduciendo mayor probabilidad de fallo infantil al sustituir determinadas piezas, como se indica en la figura 4.

Curva de

Probabilidad de fallo

Estable en toda

No hay etapa

Baja probabilidad inicial;

Etapa infantil con alta pro-babilidad de fallo. Des-

Zona de Desgaste

Zona de madurez

Zona infantil

REVISIN

MANTENIMIENTO PREDICTIVO 7


Fig. 4 Curva tipo F tras una revisin. La probabilidad de fallo aumenta justo despus de la revisin

Por todo ello, muchas plantas industriales prefieren abandonar la idea de un mantenimiento sis-temtico para una buena parte de los equipos que la componen, por ineficaz y por representar un coste fijo elevado y poco justificado; en cambio, ha preferido recurrir a las diversas tcnicas de mantenimiento condicional o predictivo como alternativa al mantenimiento preventivo sistem-tico.

1.2. Los tres objetivos al realizar el seguimiento de una variable fsica

Cuando se monitoriza una variable fsica relacionada con el estado de la mquina, se buscan al-guno de los siguientes cuatro objetivos: vigilancia, proteccin, diagnstico y pronstico

Vigilancia. Cuando se mide una variable fsica con este objetivo se busca que la tcnica pre-dictiva empleada indique la existencia de un problema. Debe distinguir entre condicin buena o mala para funcionar, e incluso, si es mala, indicar cun mala es. Es el caso de la monitoriza-cin en continuo de las vibraciones de una turbina de vapor, por ejemplo

Proteccin. Su objetivo es evitar fallas catastrficas. Una mquina est protegida, si cuando los valores que indican su condicin llegan a valores considerados peligrosos, la mquina se detiene automticamente.

Diagnstico de fallos. Su objetivo es identificar cul es el problema especfico que presenta el equipo, no slo si existe un problema o no.

Pronstico. El objetivo es estimar cunto tiempo ms podra funcionar la mquina sin riesgo de un fallo catastrfico.



1.3. Es el mantenimiento predictivo algo realmente til y prctico?

Pero es el mantenimiento predictivo una elucubracin mental, el capricho de un tcnico que de-seoso de jugar con una herramienta de alta tecnologa o realmente tiene alguna aplicacin prctica en un entorno industrial real?

Probablemente, quien as lo plantea est pensando nicamente en el anlisis de vibraciones. El precio de los equipos, la baja preparacin de muchos tcnicos, las dificultades de formacin y lo complicado que resulta el anlisis de los resultados a la hora de tomar decisiones basadas en stos, han creado una mala fama a dicha tcnica, que ha lastrado la imagen del mantenimiento predictivo.

Y no es que el anlisis de vibraciones no sea una tcnica soberbia sobre el papel. Simplemente, es que es complicada. Son tantas variables las que hay que tener en cuenta que hay que ser un gran experto para sacar conclusiones vlidas, conclusiones fiables, que por ejemplo nos hagan tomar la decisin de abrir una mquina cara y cambiar sus rodamientos, o alinear, o rectificar un eje.

Pero el mantenimiento predictivo es nicamente anlisis de vibraciones? Por supuesto que no. No es lo mismo cuestionarse el anlisis de vibraciones como tcnica fiable que el mantenimiento predictivo en general.

Recordemos que el alma del mantenimiento predictivo es, precisamente, la prediccin. Se basa en tratar de predecir el estado de una mquina relacionndolo con una variable fsica de fcil me-dicin. Por tanto, parece que el mantenimiento predictivo no es slo el anlisis de vibraciones. Y qu variables fsicas podemos relacionar con el desgaste? Muchas: la temperatura, la presin, la composicin fisicoqumica de un aceite de lubricacin, etc. Hasta el aspecto fsico de una mqui-na puede relacionarse con su estado.

As, tomar lectura de la presin de descarga de una bomba, y ver su evolucin en el tiempo nos puede dar una idea del estado de sta (posibles obstrucciones en la admisin, estado del rodete). Tomar la temperatura de los rodamientos de un motor diariamente es tambin mantenimiento predictivo, por ejemplo.

Pueden establecerse en dos categoras relacionadas con las tareas de mantenimiento predictivo: las tcnicas sencillas, de fcil realizacin, y las tcnicas que requieren de ciertos conocimientos y equipos sofisticados. Dentro de las primeras estaran las inspecciones visuales de los equipos, las tomas de datos con instrumentacin instalada de forma permanente (termmetros, manmetros, caudalmetros, medidas de desplazamiento o vibracin, etc.). Estas tcnicas rara vez se subcon-tratan por s solas, a no ser que estas comprobaciones entren dentro de un contrato de manteni-miento mucho ms amplio (un contrato de mantenimiento integral, por ejemplo). Dentro de tcnicas complejas destacan cinco: las boroscopias, los anlisis de vibraciones, las termografas, los anlisis de aceite y el anlisis por ultrasonido. Estas requieren de conocimientos profundos y de equipos sofisticados que adems es necesario mantener actualizados, y de los que las empre-sas cliente no suelen disponer.



Las boroscopias requieren del manejo de un equipo ptico sencillo, pero una formacin profunda acerca de lo que se desea observar. Parece obvio que introducir una pequea cmara o lente en el interior de un gran motor de combustin para observar el estado de las camisas es ms til que abrir el motor. Si hablamos de turbinas de gas o de vapor, todava es mucho ms obvio. Al margen de que se disponga o no del equipo ptico, la formacin necesaria sobre la mquina que se est observando, y cmo se identifica un fallo o un comportamiento anormal en una superficie del interior de una mquina es generalmente muy alta.

Sobre los anlisis de aceites, necesitan de un laboratorio bien equipado, y de qumicos que inter-preten sus resultados. Es un servicio que generalmente se pone en manos de un laboratorio ex-terno, aunque hay que tener en cuenta que el suministrador del aceite suele prestar de forma gratuita este servicio.

Sobre el anlisis de vibraciones, los equipos son caros y requieren de una formacin realmente profunda. An as, la interpretacin de los resultados no resulta sencilla, y tomar la decisin de programar una intervencin cara o una sustitucin de un elemento basndose nicamente en la interpretacin de los grficos resultantes no suele ser sencillo.

Sobre termografas y mediciones termomtricas, los equipos han bajado mucho de precio. La formacin es mucho ms sencilla, ya que los defectos y fallas se ponen de manifiesto de una ma-nera muy visual. Por tanto, es una tcnica que rara vez se externaliza, por el precio bajo de los equipos y la facilidad para recibir la formacin necesaria, a no ser que el servicio est incluido dentro de un contrato de mantenimiento mucho ms amplio.

La medicin de espesores en equipos estticos por ultrasonidos o por corrientes de Edison es otra tcnica de aplicacin en plantas industriales que lo requieran y que habitualmente se pone en manos de un contratista especializado, por las razones ya descritas (precio de los equipos y formacin especializada de los tcnicos).

1.4. La evolucin del valor medido

Es importante indicar que en la obtencin de los valores obtenidos cuando se aplican tcnicas predictivas y las conclusiones que se obtienen es muy importante el histrico de esos valores y su evolucin. Eso quiere decir que para que estas tcnicas puedan arrojar resultados efectivos hay que tener en cuenta no slo el valor actual, sino las variaciones que se van produciendo en estos valores. Por tanto, cuando se contratan estos trabajos es conveniente hacerlo por un largo perio-do de tiempo, con visitas peridicas y anlisis de la evolucin de los valores, y no para una ins-peccin puntual.

1.5.El equilibrio tcnico-econmico y la informacin

Cuando se contratan este tipo de trabajos, es el especialista en vibraciones quien hace la pro-puesta tcnicamente idnea para los equipos a medir. Por supuesto, no se puede obviar que co-mo en todas las reas de una empresa, siempre se debe buscar el equilibrio entre costes y resul-tados, por lo que la propuesta tcnicamente idnea, suele estar alejada de la econmicamente idnea. Por ello es importante ofrecer a la empresa que prestar el servicio informacin sobre:



Importancia y criticidad de los equipos dentro del proceso. Este es un factor determinante para realizar un tipo de anlisis u otro (o no hacerlo), e incluso para determinar el nmero de puntos a medir, y la cantidad de veces a hacerlo.

Tipos de averas que se intentan evitar. A la hora de analizar un equipo, ayuda a simplificar el hecho de que haya un tipo de avera que deba evitarse a toda costa, y otros tipos de fallo que no sean tan importantes; eso nos permitir enfocar la tcnica en una direccin que ver-daderamente pueda ofrecer resultados.

Riesgos a eliminar vs. riesgos a evitar. Ligado al punto anterior, se puede crear un listado con los riesgos asumibles por parte de la planta, y los que se desean eliminar por completo. Por ejemplo, se puede pretender eliminar por completo una desalineacin en una transmi-sin por correas en una planta donde un excesivo calentamiento de estas puede poner en peligro las instalaciones o a personas, y en otra planta con el mismo equipo, ser un tipo de avera perfectamente asumible.

Y por supuesto siempre debe suministrarse al tcnico informacin genrica sobre el equipo:

Informacin tcnica del equipo Informacin histrica Y durante las mediciones, informacin sobre modificaciones realizadas en el equipo,

averas, preventivos o cualquier tipo de anomala que haya sido detectada en la mqui-na

1.6. La justificacin econmica

En el apartado anterior se hablaba sobre la necesidad de una justificacin econmica para aplicar para aplicar este tipo de herramientas, pues no hay que olvidar que son tecnologas que utilizan equipos caros y requieren de personalmente altamente capacitado, con remuneraciones que afectan los costes de cualquier operacin.

Entonces cmo se justifica el uso de estas tcnicas, ya sean realizadas con recursos propios de la empresa o con una empresa externa?

Los factores que hay que considerar para justificar si econmicamente una tcnica determinada es viable son los siguientes:

Valor de compra del equipo. Sin ser necesario el uso explcito de ejemplos numricos, el valor de compra del equipo, siempre ser un referente a utilizar como comparacin. Por supuesto es difcil establecer un lmite para ello, el sentido comn dir cun representativo es el porcentaje que resulta del coste de uso de la herramienta respecto del valor de la mquina:

100x

analizadamquinaladeCosteaherramientCosteValor =



Averas histricas. El tener un histrico de reparaciones de una mquina, siempre permi-tir encontrar un valor para comparar, respecto al valor de usar de la herramienta predictiva, entendiendo que ese coste de reparacin es lo que se pretende evitar o reducir con la aplica-cin continuada de las tcnicas predictivas

Valor de una avera/urgencia. Como ya se ha dicho, este tipo de herramientas permite prever cuando ser necesaria la intervencin del equipo de mantenimiento. Esto permite:

Eliminar costes del stock de recambios Eliminar costes de esperas de recambios no disponibles en el momento de la avera gestionar con tiempo la compra de recambios (precios, plazos de entrega, etc.)

Valor de un paro productivo. Este suele ser un factor determinante a la hora de justifi-car el uso de una herramienta predictiva

1.7. El factor tiempo en el anlisis predictivo qu son las rutas predictivas?

El tiempo es la variable que marca la tendencia de un valor controlado, y es por tanto quien de-termina la eficacia de un anlisis predictivo. El especialista (que como se ha comentado es un puesto que requiere una excelente formacin), es el que determina los intervalos en los cuales se deben realizar las tomas de datos para eliminar o minimizar averas en los equipos. Para ello crea lo que se denominan rutas predictivas, que no es ms que el acuerdo entre las empresas sobre:

El nmero de mquinas que se medirn en la planta El nmero (y especificacin) de puntos que se medirn en los equipos La frecuencia con la que se acudir a la planta a medir los equipos

1.8. El mantenimiento predictivo como sustituto completo del mantenimiento sistemtico

Es indudable que enfocar la actividad de mantenimiento hacia el predictivo ha supuesto un avan-ce, y representa una alternativa al preventivo sistemtico o al correctivo.

No obstante, afirmar que el predictivo puede sustituir completamente al mantenimiento sistemti-co es, cuando menos, bastante arriesgado. Afirmar eso tiene tan poco rigor como afirmar que todos los equipos hay que llevarlos a correctivo o en todos los equipos hay que hacer un mante-nimiento sistemtico.

Imaginemos el caso de un equipo que debe funcionar 8760 horas al ao. Seguro que el predic-tivo es la alternativa? Imaginemos una turbina de gas de gran tamao. El objetivo de disponibili-dad es muy alto, por encima del 95%. Si hoy detectamos vibraciones y paramos para solucionar-



lo, maana detectamos problemas en el aceite y paramos para solucionarlo, hacemos una boros-copia y hay problemas en un labe, y abrimos la turbina (1 mes) para solucionarlo, otro da la bomba de lubricacin tiene una temperatura alta en un rodamiento, y paramos, poco despus detectamos con termografa un problema en el alternador o en el transformador, y para-mos...sera posible conseguir ms de un 95% de disponibilidad, que es por cierto una cifra muy habitual en ese sector?

La respuesta es no. En instalaciones que requieren de una altsima disponibilidad el mantenimien-to no puede basarse nicamente en predictivo. Es imprescindible basarlo en un mantenimiento sistemtico, de forma que una vez al ao haya una parada de mantenimiento en la que se revi-sen determinados equipos, cada 2-4 aos se sustituyen sistemticamente los elementos de des-gaste, se trata el aceite, se revisa la instalacin elctrica de forma exhaustiva, etc. Adems de eso, durante el tiempo de funcionamiento la planta va a estar muy vigilada de forma predictiva, realizndose boroscopias, termografas, anlisis de vibraciones, de aceite, medicin de espesores, etc. Y si se detecta un problema, ser una gran desgracia y habr que parar. Pero si el sistemti-co se hace correctamente, el diseo de la instalacin y la seleccin de equipos es apropiada, el preventivo sistemtico suele dar un resultado estupendo, que el predictivo por s solo sera inca-paz de ofrecer.

Hay equipos, adems, que se llevan a correctivo, sin ms. Es el caso de equipos duplicados de bajo coste y poca responsabilidad. No merece la pena hacer termografas, anlisis de vibraciones, anlisis amperimtricos, anlisis de aceite. Si se rompe se repara, y ya est. Se observa el equi-po, se mantiene limpio y engrasado, eso s, pero poco ms.

Todo esto indica que las tcnicas predictivas no son herramientas generalistas, y como se sub-ray al hablar de economa y informacin, se aplicar siempre que un equipo lo justifique econ-micamente, o sea, en aquellos equipos cuyos fallos sean catalogados como crticos o importantes en una planta.

Por tanto, an siendo las tcnicas predictivas de gran importancia y que han supuesto un paso adelante en el mundo del mantenimiento, no es posible afirmar que todo el mantenimiento de cualquier planta industrial deba basarse en tareas condicionales dependiendo del resultado de las inspecciones predictivas.

1.8. La calidad de los equipos cuando se ofrecen servicios de mantenimiento predictivo

Un contrato de servicios de mantenimiento predictivo suele tener un coste alto, por que los cono-cimientos son muy especializados y porque los equipos que se emplean son caros.

Cualquier empresa que ofrezca servicios de mantenimiento predictivo debe contar con la mejor herramienta disponible en el mercado. Eso supone:

Tener herramienta actualizada, que debe reponerse y amortizarse en plazos cortos, gene-ralmente inferiores a dos aos. En ese tiempo la tecnologa suele haber dado avances muy significativos que hacen que una empresa que no haya actualizado sus equipos tenga me-dios obsoletos

Tener un conocimiento muy exhaustivo de esa herramienta y de sus posibilidades.



As, una empresa no puede ofrecer servicios de termografa infrarroja si no dispone de una cma-ra con resolucin superior a 200x200 pixel; o no puede ofrecer servicios de anlisis de vibracio-nes si no dispone de los mejores sensores, el mejor equipo y el mejor software de anlisis; tam-poco puede ofrecer servicios de boroscopia una empresa con una mquina de observacin sin posibilidad de registro de las imgenes.

Por tanto, hay que distinguir claramente entre los equipos para mantenimiento que pueden for-mar parte de la herramienta de un departamento y los equipos que deben tener las empresas que ofrezcan servicios de mantenimiento predictivo.

1.9. El informe tras una inspeccin predictiva

El cliente, en realidad, contrata un servicio de mantenimiento predictivo para obtener un informe que detalle el estado exacto en que se encuentra su equipo. Hay que tener en cuenta que la ma-yor parte de las tcnicas predictivas son tcnicas que evalan la evolucin de una mquina, por lo que no es conveniente ni prctico contratar un servicio de inspeccin predictiva para una sola medida puntual, sino que es conveniente que pueda estudiarse la evolucin en el tiempo. Las conclusiones del informe tendrn mayor rigor y validez si analizan esta evolucin.

Este informe y sus conclusiones deben ser precisos y exactos. No debe contemplar vaguedades o dibujar una situacin de forma imprecisa. Un buen informe debera reflejar todos los hallazgos de funcionamiento incorrecto encontrados, sus causas y qu debe hacer el cliente para corregirlo.

As, un mal informe detallara:

Que una mquina presenta, por ejemplo, un nivel de vibraciones superior al aceptable Que hay que parar la mquina y revisarla

En cambio, un buen informe indicara lo siguiente:

Que en un punto determinado, el nivel de vibraciones es alto Cul ha sido la evolucin de ese parmetro en las ltimas mediciones efectuadas Cuales son las posibles causas que pueden provocar esa situacin A la vista de los datos estudiados, cul es la causa exacta, de entre las expuestas, que se

corresponde con las observaciones y medidas obtenidas, descartando el resto

Qu debe hacer el cliente para corregirla



En la medida de lo posible, los informes que presenta una empresa contratista deben ser realiza-dos por un analista experto, y no debe confiarse en los anlisis automticos que hacen determi-nados equipos, por muy buen software que posea el equipo. Las empresas que carecen de los equipos adecuados, de los analistas experimentados y que entregan informes imprecisos o inco-rrectos acaban perdiendo sus contratos, y lo que es peor, hacen que la confianza que tengan los clientes y los tcnicos en las tcnicas de mantenimiento predictivo queden mermadas.

1.10. La importancia de llevar a la prctica las conclusiones de los informes

Las tcnicas de mantenimiento predictivo, contrariamente a lo que muchos piensan, no mantie-nen una planta industrial. Slo sealan una serie de anomalas que es necesario corregir. Por su-puesto, si despus los hallazgos que se realizan gracias a la aplicacin de estas tcnicas no se corrigen, no se llevan a la prctica los resultados de los informes, estas tcnicas no tienen ningu-na utilidad.

Esto es obvio, y puede parecer un comentario absurdo y vaco. Pero la realidad demuestra como en muchas ocasiones se contrata un servicio de mantenimiento predictivo o se compran las herramientas y se forma a los especialistas, se realizan las mediciones en los equipos que se van a vigilar y despus las conclusiones que se obtienen no se llevan a la prctica. En demasiadas ocasiones se identifica un rodamiento en mal estado, un embarrado con una temperatura excesi-va, un defecto en un labe, un contaminante en un aceite que indica un fallo en un cojinete, etc.: el especialista determina que hay que llevar a cabo una determinada intervencin, lo refleja as en su informe y sta nunca se produce. Si no se tiene intencin de llevar a la prctica las conclu-siones de los informes, es ms interesante no aplicar estas tcnicas.

Para facilitar la puesta en prctica de las conclusiones es necesario, desde luego:

Tener la firme voluntad de hacerlo Tener confianza en la valoracin que realiza el tcnico. Por ello, una vez ms es necesario

destacar que los especialistas que llevan a cabo las mediciones predictivas deben estar muy formados en la tcnica que estn aplicando, para poder fundamentar sus conclusiones y generar confianza en el responsable de mantenimiento o en quien deba tomar la decisin para realizar una intervencin en un equipo

Realizar informes claros y precisos, sin vaguedades, sin mltiples opciones que puedan ser causantes los mismos efectos (lo que supone que podran ser diferentes actuaciones las que se proponen, y que por tanto dificulta la decisin a tomar) y bien fundamentados. As, un informe no podra indicar que un problema de vibraciones puede ser debido a desali-neamiento, desequilibrio o excentricidad del eje: debe indicar cul es el problema y funda-mentarlo correctamente.

Las tcnicas predictivas en s mismas son intiles. Slo tienen utilidad si se aplican las conclusiones que proponen los tcnicos que las realizan. Si con

ayuda de estas tcnicas se detecta un fallo, se propone una intervencin y no se realiza, se habr perdido tiempo y dinero

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TURBINAS DE VAPOR EN CENTRALES TERMOSOLARES

Madrid, 21-22 de Septiembre 2009

Colabora:

Programa de formacin termosolar 2009

Esta tcnica del mantenimiento predictivo se basa en la deteccin de fallos en equipos rotativos principalmente, a travs del estudio de los niveles de vibracin. El objetivo final es obtener la re-presentacin del espectro de las vibraciones de un equipo en funcionamiento para su posterior anlisis.

Para aplicarla de forma efectiva y obtener conclusiones representativas y vlidas, es necesario co-nocer determinados datos de la mquina como son la velocidad de giro, el tipo de cojinetes, de correas, nmero de alabes o de palas, etc., y elegir los puntos adecuados de medida. Tambin es necesario seleccionar el analizador ms adecuado a los equipos existentes en la planta.

Existen dos tcnicas diferentes:

1. Medicin de la amplitud de la vibracin: Da un valor global del desplazamiento o velocidad de la vibracin. Cuando la vibracin sobrepasa el valor preestablecido el equipo debe ser revisado. ni-camente informa de que hay un problema en el equipo, sin poderse determinar por esta tcnica donde est el problema

2. Anlisis del espectro de vibracin: La vibracin se descompone segn su frecuencia. Analizando el nivel de vibracin en cada una de las frecuencias se puede determinar la causa de la anomala. En este caso el equipo se compone de 4 elementos:

Ordenador PC, normalmente porttil, en el que se almacenan las seales Interface entre el sensor de vibracin y el ordenador, o tarjeta de adquisicin de

datos

Elemento sensor, que es el captador de la vibracin Software de anlisis, capaz de realizar la descomposicin de las seales y su

representacin grfica, e incluso en algunos casos y en base a un sistema ex-perto (que acumula la experiencia prctica del anlisis de la compaa que lo desarrolla) es capaz de dar un primer diagnstico del estado de la mquina

ANLISIS DE VIBRACIONES 2

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En general, en los equipos rotativos se admite la presencia de algunas componentes de frecuen-cia en los espectros, siempre que no se observen armnicas o variaciones en el tiempo. As, siempre es admisible la observacin de un pico de vibracin a la velocidad de rotacin de la mquina (1xRPM) debido a desequilibrio, dado que la distribucin de pesos a lo largo del eje de rotacin nunca es absolutamente perfecta. Tambin estar siempre presente la frecuencia de engranajes (es decir, si una caja reductora tiene 20 piones, siempre se detectar un pico de vibracin a 20xRPM, 20 veces la velocidad de giro), o la frecuencia de paso de labes (un ventila-dor con 8 aspas presentar un pico de vibracin a 8xRPM). En el caso de generadores, siempre se detectan picos correspondientes a fenmenos electromagnticos, que dependen de la frecuen-cia de la red elctrica y del nmero de polos del generador; as, es frecuente observar en estos equipos picos a 1.500 RPM (o 25 Hertzios), 3.000 RPM (50 Hertzios), 6.000 RPM, etc.

La presencia de otras componentes de frecuencias como por ejemplo las relacionadas con torbe-llinos de aceite, frecuencias de paso de bolas de rodamientos, incluso la deteccin de ruido audi-ble deben constituir motivo de preocupacin, y por supuesto deben ser observadas e investiga-das de forma sistemtica, y una vez analizada la causa que las provoca, debe ser corregida.

Fig. 5 Analizador de vibraciones de la firma HAMMERHEAD.

2.1. Parmetros de las vibraciones

Los parmetros que definen la vibracin son los siguientes:

Frecuencia: Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio. En los anlisis de vibracin se usan los CPM (ciclos por segundo) o HZ (hercios).

Desplazamiento: Es la distancia total que describe el elemento vibrante, desde un extremo



al otro de su movimiento. Es una cantidad vectorial que describe el cambio de posicin de un cuerpo o partcula respecto a un sistema de referencia

Velocidad. Es un valor relacionado con los parmetros anteriores. Es un vector que especi-fica la derivada del desplazamiento en el tiempo

Aceleracin. Es un vector que especifica la derivada de la velocidad en el tiempo Direccin: Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3 rotacionales

2.2. Principales caractersticas de un equipo de anlisis de es-pectro de vibracin

Algunas de las principales caractersticas que hay que comprobar en un equipo de anlisis de vi-bracin son las siguientes:

Posibilidad de utilizar un acelormetro triaxial Posibilidad de uso del equipo para realizar equilibrados Duracin de la batera Tamao y manejabilidad de la pantalla. Especialmente interesante resulta que la pantalla

sea tctil

Caractersticas de la CPU y de la memoria interna Frecuencia mxima de muestreo Visualizacin de datos Posibilidad de comunicacin inalmbrica con la red habitual, o al menos, posibilidad de co-

nexin del equipo en red

Nmero de canales de adquisicin simultnea de datos Resistencia a impactos y cadas Tiempo requerido para realizar una medicin completa de una mquina con dos apoyos Datos que es necesario introducir en el equipo para que realice la medicin. Si la cantidad

de datos que el equipo solicita para poder realizar una medicin es excesiva, puede resul-tar un inconveniente. Hay que tener en cuenta que en muchas mquinas se carece de una informacin exhaustiva

Tiempo de configuracin de cada punto de medida Software que acompaa al equipo: posibilidad de diagnstico automtico, informes que

genera, posibilidad de almacenamiento de datos en mediciones sucesivas, anlisis de ten-dencias, etc.

Coste del equipo, de los accesorios necesarios y de las licencias de software adicionales Posibilidades de equipamiento opcional y su coste



2.3. Normas de severidad

Una gua de referencia para distinguir entre lo que puede entenderse como un funcionamiento normal o admisible de la mquina y un nivel de alerta lo constituyen normas como la ISO 2372.

Esta norma proporciona guas para aceptacin de la amplitud de vibracin para maquinaria rotati-va operando desde 600 hasta 12 000 RPM. Especfica niveles de velocidad general de vibracin en lugar de niveles espectrales, y puede ser muy engaosa.

La norma ISO 2372 especfica los lmites de la velocidad de vibracin basndose en la potencia de la mquina y cubre un rango de frecuencias desde 10 Hz (o 600 RPM) hasta 200 Hz (o 12000 RPM). Debido al rango limitado de alta frecuencia, se puede fcilmente dejar pasar problemas de rodamientos con elementos rodantes (rodamientos de bolas, de rodillos, etc.). Esta norma est considerada obsoleta y se espera sea reformulada en breve.

Tabla 1 Normas de severidad de la vibracin segn ISO 2372

Hay que tener en cuenta que estos niveles de severidad de vibracin detallados en la tabla 7.1 estn referidos nicamente a vibracin por desequilibrio, por lo que slo son aplicables en lo refe-



rente a ese fallo. Por ello, es ms prctico comparar el espectro de vibracin obtenido con el es-pectro de referencia, es decir, aquel en el que se considera que la mquina funciona correcta-mente (por ejemplo, el espectro tomado cuando la mquina era nueva). Si el nivel de vibracin ha aumentado 2,5 veces respecto a esa referencia, debe ser motivo de alarma, pero no de inter-vencin: habr que vigilar el comportamiento del equipo. Si la vibracin aumenta 10 veces, est ser inadmisible y habr que intervenir. Esta es una norma general cuya validez habr que com-probar en cada caso particular.

2.4. Fallos detectables por vibraciones en maquinas rotativas

Los fallos que pueden detectarse mediante el anlisis de vibraciones son los siguientes:

Desequilibrios. Es el fallo ms habitual, y podra decirse que en torno al 40% de los fallos por vibraciones que se detectan en mquinas rotativas se deben a esta causa. Las tablas de severidad que se manejan habitualmente, y que expresan el grado de gravedad de una vibracin, se refieren exclusivamente a vibracin por desequilibrio. Cuando se presenta una distribucin de pesos anormal en torno al eje de rotacin se aprecia en la grfica del anli-sis espectral una elevacin de la velocidad de vibracin a la frecuencia equivalente a la velocidad de rotacin, como la que se aprecia en la figura adjunta

Fig. 8 Espectro tpico de una mquina rotativa desequilibrada, con un solo pico de vibracin a 1xrpm

Puede verse un nico pico de vibracin, que corresponde a la velocidad de rotacin (la mquina gira a 1.500 RPM, la misma frecuencia a la que presenta el pico). El desequilibrio que se aprecia



es admisible, teniendo en cuenta la tabla de severidad, pero ser necesario observar su evolu-cin.

El desequilibrio es un problema resoluble, modificando o reparando los elementos que causan la incorrecta distribucin de pesos (falta de algn elemento, distribucin de pesos de forma homognea, eliminacin de residuos incrustados en los elementos mviles, deformaciones, rotu-ras, etc.), o aadiendo unas pesas de equilibrado en los puntos adecuados que equilibren esta distribucin

Eje curvado

Es una forma de desequilibrio, pero que en este caso no tiene solucin por equilibrado. En este caso, se detecta la primera armnica (1xRPM) y se ve claramente la segunda.

Desalineamiento

Es una fuente de vibracin fcilmente corregible, y causa ms del 30% de los problemas de vi-bracin que se detectan en la industria. Es importante alinear los equipos al instalarlos, compro-bar la alineacin cada cierto tiempo (anualmente, por ejemplo) y realizarla siempre que se inter-venga en el equipo. Hay que tener en cuenta que existen ciertas tolerancias al desalineamiento, y que no es necesario que este sea absolutamente perfecto. Cada mquina y cada fabricante sue-len aportar la tolerancia en el alineamiento. Tambin es importante tener en cuenta que el hecho de disponer de acoplamientos flexibles no elimina la necesidad de alinear los equipos: la mayora de los fabricantes recomienda alinear estos acoplamientos con el mismo cuidado y exactitud que si fueran acoplamientos rgidos

Las siguientes referencias pueden ser tiles a la hora de estudiar el espectro de vibracin:

Si las tres primeras armnicas son significativas en las mediciones efectuadas en la direc-cin radial horizontal, es muy posible que el desalineamiento sea del tipo paralelo y est pre-sente en el plano vertical

Si las tres primeras armnicas son significativas en las mediciones efectuadas en la direc-cin radial vertical, es muy posible que el desalineamiento sea del tipo paralelo y est pre-sente en el plano horizontal

Si las tres primeras armnicas son significativas en las mediciones efectuadas en la direc-cin axial, entonces es muy posible que el desalineamiento sea del tipo angular

Si las tres primeras armnicas son significativas en las tres direcciones (radial horizontal, radial vertical y axial) podemos afirmar que el alineamiento que presenta el equipo es un ver-dadero desastre.



Es importante destacar que el nivel de vibracin puede ser considerado bajo segn la tabla de severidad anterior, pero si estn presentes esas tres armnicas posiblemente haya un problema de desalineamiento que puede traducirse en una rotura, independientemente del nivel.

Problemas electromagnticos.

Los motores y alternadores, adems de todos los problemas asociados al resto de equipos rotati-vos, son susceptibles de sufrir toda una serie de problemas de origen electromagntico, como son los siguientes: desplazamiento del centro magntico estator respecto del centro del rotor; barras del rotor agrietadas o rotas; cortocircuito o fallos de aislamiento en el enrollado del esta-tor; o deformaciones trmicas. Suelen apreciarse picos a la frecuencia de red (50 o 60 Hz), a la velocidad de rotacin (1xRPM) y armnicos proporcionales al nmero de polos. Tambin es fcil apreciar en los espectros la presencia de bandas laterales que acompaan a la vibracin principal. En general, tienen poca amplitud, por lo que suelen pasar desapercibidos. Es necesaria gran ex-periencia para identificarlos y no confundirlos con otros problemas, como desalineamiento, des-equilibrio, etc.

Problemas de sujecin a bancada

Es otro de los problemas habituales en mquinas rotativas. Puede manifestarse como mala suje-cin general a la bancada, o como es ms habitual, con uno de sus apoyos mal fijado. En este caso, se denomina pedestal cojo, y es un problema ms frecuente de lo que pudiera parecer. Se identifica en general por presentar altos niveles de vibracin en la primera y segunda armnica de la frecuencia de rotacin (1XRPM y 2XRPM). Es curioso que, cuando se presenta el problema, aflojando uno de los apoyos la vibracin DISMINUYE, en vez de aumentar. Ese suele ser uno de los principales indicativos de la presencia de este problema.

Holguras excesivas

En ocasiones las tolerancias de holgura en la unin de elementos mecnicos de la mquina ha sido excedida, o sencillamente, se han aflojado debido a la dinmica de operacin de la mquina. Presenta las mismas frecuencias de vibracin que el desalineamiento o el desequilibrio, pero cuando se intenta alinear o equilibrar la mquina se observa que los niveles de vibracin no dis-minuyen.

Mal estado de rodamientos y cojinetes

Los fallos en rodamientos y cojinetes se detectan en general a frecuencias altas, por lo que son fcilmente identificables observando las vibraciones en el rango alto, es decir, a frecuencias ele-vadas (20xRPM o ms). Para su anlisis es conveniente tener en cuenta en nmero de elementos rodantes, el tipo (bolas, rodillos), etc.



Torbellinos de aceite. Es un problema curioso y de fcil deteccin por anlisis. Tienen su origen en una mala lubrica-cin, que hace que la capa de lubricante vare en espesor en el cojinete o rodamiento, dando lugar a una vibracin que en general se sita por debajo de la frecuencia de giro de la mquina, y que suele aparecer tpicamente a 0,5xRPM. Es muy frecuente que el fallo en la lubricacin ten-ga dos orgenes:

Alto contenido de agua en el aceite. Es sencillo comprobarlo, pues cuando este pro-blema ocurre el contenido en agua suele ser especialmente alto, por encima de 10%

Mal estado de cojinetes, que provocan irregularidades en la capa de lubricante Resonancia. La resonancia est relacionada con la velocidad crtica y la frecuencia natural de la mquina. A esa frecuencia, que es diferente para cada equipo, las vibraciones se ven amplificadas de 10 a 30 veces. En general, los fabricantes de mquinas rotativas garantizan que la velocidad crtica de sus rotores sea suficientemente diferente de la velocidad de operacin de stos, por lo que es difcil encontrar un problema de velocidad crtica en una mquina correctamente diseada.

2.5. Los sistemas expertos

Determinados fabricantes de equipos de anlisis han desarrollado programas informticos capa-ces de interpretar automticamente los espectros de vibracin. Estn basados en la experiencia de los tcnicos y programadores, y resultan de gran ayuda. Permiten, por ejemplo, que tcnicos con un nivel de formacin medio o bajo puedan enfrentarse a la tarea del anlisis de vibraciones en poco tiempo. No obstante, siempre es conveniente contrastar el resultado obtenido por el equipo con el de un buen analista.


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TERMOGRAFA 3


3.1. La termografa como tcnica predictiva

Junto con el anlisis de vibraciones detallado en el punto anterior, las tcnicas termogrficas son las estrellas del mantenimiento predictivo. Las inspecciones termogrficas se basan en que todo equipo y/o elemento emite energa desde su superficie. Esta energa se emite en forma de ondas electromagnticas que viajan a la velocidad de la luz a travs del aire o por cualquier otro medio de conduccin. La termografa infrarroja es la tcnica de producir una imagen visible a partir de radiacin infrarroja invisible para el ojo humano, emitida por objetos de acuerdo a su temperatura superficial. La cmara termogrfica, como la mostrada en la figura 7.9, es la herramienta que reali-za esta transformacin.

Figura 7.9 Cmaras termogrfica Flir. Cortesa de lava Ingenieros


La cantidad de energa est en relacin directa con su temperatura. Cuanto ms ca-liente est el objeto, mayor cantidad de energa emite, y menor longitud de onda tie-ne esa energa. En general, esa emisin se hace en longitudes de onda mayor que la correspondiente al color rojo, que es la mayor que es capaz de captar el ojo humano. El espectro de emisin, es pues, infrarrojo y por tanto invisible. La cmara termogr-fica permite ver esa energa, transformndola en imgenes visibles. La imagen pro-ducida por una cmara infrarroja es llamada termografa o termograma.

Esta tcnica, de haber sido asociada a costosas aplicaciones militares y cientficas, se ha convertido en una tcnica comn y con una gran cantidad de aplicaciones indus-triales. A travs de imgenes trmicas es posible "observar" el escape de energa de una tubera o edificio, detectar e impedir el fallo de un circuito elctrico o de un roda-miento.

La termografa permite detectar, sin contacto fsico con el elemento bajo anlisis, cualquier falla que se manifieste en un cambio de la temperatura, midiendo los niveles de radiacin dentro del espectro infrarrojo. En general, un fallo electromecnico antes de producirse se manifiesta gene-rando e intercambiando calor. Este calor se traduce habitualmente en una elevacin de tempera-tura que puede ser sbita, pero, por lo general y dependiendo del objeto, se presenta de forma gradual, manifestando pequeas variaciones con el tiempo.

Si es posible detectar, comparar y determinar dicha variacin, entonces se pueden detectar fallos que comienzan a gestarse y que pueden producir en el futuro cercano o a mediano plazo una parada de planta y/o un siniestro afectando personas e instalaciones. Esto permite la reduccin de los tiempos de parada al minimizar la probabilidad de paradas imprevistas, no programadas, gracias a su aporte en cuanto a la planificacin de las reparaciones y del mantenimiento.

El descubridor de la radiacin infrarroja fue Sir Frederick William Hershel, nacido en Alemania 1738, quien se interes en verificar cuanto calor pasaba por filtros de diferentes colores al ser observados al sol. Sir Willian pudo determinar que los filtros de diferentes colores dejaban pasar diferente nivel de calor. Posteriormente hizo pasar luz del sol por un prisma de vidrio y con esto se form un espectro (el arco iris). Llevando un control de la temperatura en los diferentes colo-res del espectro encontr que ms all del rojo, fuera de la radiacin visible, la temperatura es ms elevada y que esta radiacin se comporta de la misma manera desde el punto de vista de refraccin, reflexin, absorcin y transmisin que la luz visible. Era la primera vez que se demos-traba que haba una radiacin invisible al ojo humano.

3.2. Principales caractersticas de una cmara termogrfica

Cuando se comparan cmaras termogrficas entre s para decidir cual es la mejor opcin desde un punto de vista tcnico, los parmetros que suelen compararse son los siguientes:

Resolucin, o nmero de puntos de medida (pixel) Tamao de la pantalla



Rango de temperaturas que es capaz de medir Capacidad de diferenciacin de cada incremento de temperatura Distancia hasta la que es capaz de medir sobre un equipo. Hay que tener en cuenta que en

ocasiones es necesario tomar las medidas a cierta distancia del objeto

Duracin de la batera, por si es necesario realizar muchas mediciones en una sola sesin Software que acompaa a la cmara Capacidad de almacenamiento y tipo de soporte en que lo almacena (memorias extrables,

memoria interna en disco duro, etc.)

Posibilidad de obtencin simultnea de imgenes pticas normales, para poder superponer la imagen termogrfica y la ptica, lo que facilita la identificacin de los puntos medidos y de los problemas encontrados

Tamao, maniobrabilidad de la cmara y resistencia a cadas

3.3. Aplicaciones de la termografa

Las termografas pueden ser aplicadas en cualquier situacin donde un problema o condicin pueda ser visualizado por medio de una diferencia de temperatura. Una termografa puede tener aplicacin en cualquier rea siempre y cuando esta tenga que ver con variacin de temperatura. Los puntos de aplicacin ms importantes de una termografa son los siguientes:

Inspeccin de la subestacin elctrica Inspeccin de transformadores Inspeccin de las lneas elctricas de alta tensin Inspeccin de embarrados y de cabinas de control de motores (CCM) Localizacin de fallas internas laminares en el ncleo del estator del alternador Inspeccin del estado de los equipos de excitacin del alternador Inspeccin del estado de escobillas, en motores y en alternador Inspeccin de motores elctricos en el sistema de refrigeracin, de alimentacin de cal-

dera y sistema compresin de gas (rodamientos, cojinetes, acoplamientos y alineacin

Inspeccin de tuberas del ciclo agua-vapor de caldera, para comprobar daos o defec-tos de aislamiento

Inspeccin del aislamiento del cuerpo de la caldera Inspeccin de intercambiadores de calor Inspeccin del condensador Inspeccin de trampas de vapor Deteccin de fugas de gas



Departamento tcnico RENOVETEC

OTRAS TCNICAS PREDICTIVAS 4


4.1. Inspecciones boroscpicas

Las inspecciones boroscpicas son inspecciones visuales en lugares inaccesibles para el ojo humano con la ayuda de un equipo ptico, el boroscopio. Se desarroll en el rea industrial a raz del xito de las endoscopias en humanos y animales.

Fig. 10 Boroscopio de la firma MACHIDA, distribuido por lava Ingenieros

El boroscopio, tambin llamado videoscopio o videoboroscopio, es un dispositivo largo y delgado en forma de varilla flexible. En el interior de este tubo hay un sistema telescpico con numerosas lentes, que aportan una gran definicin a la imagen. Adems, est equipado con una poderosa fuente de luz. Un ejemplo puede verse en las figuras 10 y 11.

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Fig. 11 Boroscopio XLG3 de la firma Videoprobe

La imagen resultante puede verse en la lente principal del aparato, en un monitor, o ser registra-da en un videograbador para su anlisis posterior.

El boroscopio es sin duda otra de las herramientas imprescindibles para acometer trabajos de inspeccin en las partes internas de determinadas mquinas sin realizar grandes desmontajes. As, se utiliza ampliamente para la observacin de las partes internas de motores trmicos (motores alternativos de combustin interna, turbinas de gas y turbinas de vapor), y para obser-var determinadas partes de calderas, como haces tubulares o domos.

Se usa no slo en tareas de mantenimiento predictivo rutinario, sino tambin en auditorias tcni-cas, para determinar el estado interno del equipo ante una operacin de compra, de evaluacin de una empresa contratista o del estado de una instalacin para acometer una ampliacin o re-novar equipos.

Entre las ventajas de este tipo de inspecciones estn la facilidad para llevarla a cabo sin apenas tener que desmontar nada y la posibilidad de guardar las imgenes, para su consulta posterior.

4.2. Inspecciones por ultrasonidos

4.2.1. El empleo de ultrasonidos para localizar fallas El anlisis por ultrasonido estudia las ondas de sonido de alta frecuencia producidas por determi-nados equipos e instalaciones y que no son audibles por estar fuera del rango de captacin del odo humano (20 a 20000 Hz). El anlisis y la deteccin de estos sonidos de alta frecuencia per-miten, entre otras cosas:

Deteccin de friccin en maquinas rotativas. Deteccin de fallas y/o fugas en vlvulas. Deteccin de fugas de fluidos. Deteccin de prdidas de vaco. Deteccin de "arco elctrico". Verificacin de la integridad de juntas de recintos estancos.



Fig. 12 Equipo de inspeccin por ultrasonidos

Esta tecnologa se basa en que casi todas las fricciones mecnicas, arcos elctricos y fugas de presin o vaco producen ultrasonido en frecuencias cercanas a los 40.000 Hertz, y de unas ca-ractersticas que lo hacen muy interesante para su aplicacin en mantenimiento predictivo: las ondas sonoras son de corta longitud atenundose rpidamente sin producir rebotes. Por esta razn, el ruido ambiental por ms intenso que sea, no interfiere en la deteccin del ultrasonido. Adems, la alta direccionalidad del ultrasonido en 40 Khz. permite con rapidez y precisin la ubi-cacin del fallo.

La aplicacin del anlisis por ultrasonido se hace indispensable especialmente en la deteccin de fallas existentes en equipos rotativos que giran a velocidades inferiores a las 300 RPM, donde la tcnica de medicin de vibraciones es un procedimiento poco eficiente.

Fig. 13 Medidor de ultrasonido. Cortesa de Sonatest



4.2.2. Caractersticas ms importantes del medidor de ultrasonidos

Entre las caractersticas ms importantes que hay que tener en cuenta a la hora de elegir un me-didor de ultrasonidos estn las siguientes:

Capacidad para variar la frecuencia de captacin. No todos los equipos pueden variar la frecuencia

Que tenga los accesorios necesarios para poder realizar las medidas que se necesitan (direccionadores, diversos tipos de captadores, auriculares, etc.)

Que la pantalla del equipo sea clara e indique en dB la intensidad del sonido captado Que el software que acompaa al equipo permita investigar el fallo y realizar informes.

4.3. Anlisis de aceite

El anlisis de aceites de lubricacin, tcnica aplicable a trafos y a equipos rotativos, suministra numerosa informacin utilizable para diagnosticar el desgaste interno del equipo, el estado del lubricante y el ambiente en el que trabaja la mquina, segn puede verse en la figura 14.

Fig. 14 Las tres informaciones que proporciona el anlisis de aceite



En general se aplica a los siguientes equipos:

Motores de combustin interna: grupos electrgenos, motogeneradores, motores de gasoil del sistema contraincendios, etc.

Turbina de gas y de vapor Reductores o multiplicadores de gran tamao Sistemas hidrulicos Alternadores Transformadores Bombas de gran tamao Reductores de ventiladores

El estado del equipo se determina estableciendo el grado de contaminacin del aceite debido a la presencia de partculas de desgaste o sustancias ajenas a este. El estado del aceite se determina comprobando la contaminacin del aceite y la degradacin que ha sufrido, es decir, la prdida de capacidad de lubricar causada por una variacin de sus propiedades fsicas y qumicas y sobre todo, las de sus aditivos. La contaminacin del aceite se puede determinar cuantificando en una muestra del lubricante, el contenido de partculas metlicas, agua, materias carbonosas y partcu-las insolubles. La degradacin se puede evaluar midiendo la viscosidad, la detergencia, la acidez y la constante dielctrica

Es conveniente indicar que la contaminacin y la degradacin no son fenmenos independientes, ya que la contaminacin es causante de degradacin y esta ltima puede propiciar un aumento de la contaminacin

4.3.1. Anlisis de partculas de desgaste

Las tcnicas que se utilizan actualmente para identificar y cuantificar el contenido de partculas de desgaste son principalmente la espectrometra de emisin, la espectrometra de absorcin y la ferrografa, aunque tambin existen una serie de tcnicas complementarias, como son el contaje de partculas y la inspeccin microscpica.

La espectrometra de emisin resulta muy til, pues en menos de un minuto se analizan muchos elementos distintos. Se basa en que los tomos, al ser excitados, emiten una radiacin cuyas lon-gitudes de onda son funcin de su configuracin electrnica. Por ello, cada elemento emite unas longitudes de onda caractersticas diferentes, y es posible identificar esos elementos a partir del anlisis del espectro de emisin. El resultado del anlisis es la concentracin en ppm (partes por milln) o incluso ppb (partes por billn) de los diferentes metales presentes en una muestra de aceite usado.

La espectrometra de absorcin es una tcnica ms laboriosa, pues necesita un anlisis por cada



elemento. Se basa en la que la cantidad de luz absorbida de una longitud de onda concreta por un tomo determinado es proporcional a la concentracin de ese tomo.

La ferrografa es la ms compleja de las tres tcnicas y requiere de grandes conocimientos y ex-periencia para aprovechar todas sus posibilidades y toda la informacin que brinda. La muestra a analizar se diluye y se pasa por un cristal inclinado, que tiene un tratamiento superficial especfi-co y est sometido a un fuerte campo magntico. Las fuerzas magnticas retienen las partculas en el cristal, y se alinean en tiras. Las partculas se distribuyen por tamaos, de manera que las ms grandes quedan junto al borde superior y las ms pequeas en la parte inferior. Las partcu-las poco magnticas no se alinean en tiras, sino que se depositan al azar a lo largo del ferrogra-ma permitiendo una rpida distincin entre partculas frreas y no frreas. Calentando el ferro-grama se puede distinguir entre fundicin de hierro, acero de alta y baja aleacin, diferentes me-tales no ferrosos y materiales orgnicos e inorgnicos.

El contaje de partculas aporta informacin sobre la distribucin de los distintos elementos pre-sentes en la muestra de aceite por tamaos. La muestra pasa lentamente a travs de un sensor donde las partculas contenidas son iluminadas por un rayo lser que produce en un fotodiodo un pico de corriente de altura proporcional al tamao de la partcula; un sistema electrnico separa las seales en categoras.

La microscopa es la inspeccin con un microscopio de las partculas recogidas en colectores magnticos, depsitos de aceite o filtros; es una tcnica lenta pero relativamente econmica.

Una vez determinado el contenido de partculas de desgaste, es necesario conocer su origen, para identificar dnde hay un problema potencial. La tabla 7.2 puede servir de referencia en la bsqueda del origen de esas partculas.

TABLA 7.1 Contaminantes del aceite. Partculas de desgaste

Metal detectado Origen de la contaminacin Aluminio Cojinetes

Bario Fugasderefrigerante,aditivodetergente

Boro Polvoatmosfrico,fugasderefrigerante

Calcio Aditivodispersante

Cobre Cojinetesdebronce,tuberas,depsitos

Estao Cojinetesdebronce

Hierro Mecanismosdedistribucin,tuberasyengranajes

Nquel Engranajes

Silicio Aireatmosfrico,aditivoantiespumante,aguasdealimentacin

Sodio Fugasderefrigerante

Zinc Cojinetesdelatn,aditivoantioxidante



4.3.2. Anlisis de otros contaminantes

Los contaminantes que se suelen analizar son el contenido en agua y la presencia de sustancias insolubles.

El agua en el aceite normalmente tiene dos orgenes. Puede, en primer lugar, proce-der del sistema de refrigeracin, por fugas en los intercambiadores; pero tambin puede provenir de contacto directo entre el vapor y el aceite, por defectos en los se-llos de vapor o por fallos en vlvulas.

Por regla general puede decirse que el contenido de humedad del aceite no debe su-perar un 0.5%. El mtodo ms sencillo para detectarlo es el llamado de crepitacin, que consiste en dejar caer una gota sobre una plancha metlica a 200 C y escuchar si se produce el ruido caracterstico de la crepitacin. La intensidad del ruido es indi-cativa de la cantidad de agua contaminante. Hay otros mtodos rpidos de deteccin como el polvo Hidrokit y el papel Watesmo, utilizados por los mini laboratorios conte-nidos en maletas porttiles. En grandes laboratorios se utiliza el mtodo del reactivo Karl Fischer que permite detectar concentraciones muy pequeas.

La presencia de insolubles en el aceite es principalmente sntoma de degradacin por oxidacin, principalmente por temperatura excesiva. Como norma general, puede establecerse que el contenido en insolubles no debe sobrepasar el 3%. Para su de-terminacin, se deposita una gota de aceite usado sobre un papel de filtro de alta porosidad, y se observar al cabo de varias horas. La mancha que se forma presenta tres zonas concntricas:

Una zona planta oscura, por el alto contenido en carbn y rodeada de una aureola donde se depositan las partculas ms pesadas.

La zona intermedia o de difusin, ms o menos oscura, que con su extensin indica el poder dispersante del aceite.

La zona exterior o translcida, que no tiene materias carbonosas y es donde llegan las fracciones ms voltiles del aceite. Una extensin exagerada puede deberse a la pre-sencia de combustible auxiliar (gasoil, fuel, etc.).

Para cada aceite se recomienda hacer dos manchas, una a 20 C y otra a 200 C, comprobando el estado del aceite (dispersividad y detergencia) en ambas condiciones.

4.3.3 Anlisis de las propiedades del aceite Las propiedades que se analizan son la viscosidad (principal caracterstica de un lubricante), de-tergencia, acidez y constante dielctrica

La determinacin de la viscosidad se hace midiendo el tiempo que tarda una bola en caer de un extremo a otro de un tubo lleno de aceite y convertirlo a unidades de vis-cosidad con la ayuda de un grfico (viscosmetro de bolas)

La viscosidad de un aceite usado puede aumentar debido a su degradacin (insolubles, agua, oxidacin) o puede disminuir por dilucin con un combustible lqui-do. Se considera que un aceite ha superado su lmite de variacin de la viscosidad si



a 100C sta ha variado ms de un 30%.

El mtodo ms utilizado para la evaluacin de la detergencia (capacidad para limpiar y disolver suciedad en el circuito hidrulico) es el de la mancha de aceite vista en el apartado anterior, por su rapidez y sencillez. Cuando un lubricante posee una buena detergencia la zona de difusin de la mancha es bastante extensa, y va disminuyen-do a medida que pierde su poder detergente, desapareciendo cuando la detergencia est por agotarse.

La acidez no puede determinarse en campo o con mtodos sencillos. Se evala con el nmero de basicidad total (TBN) y se determina segn las ASTM D664 Y D2896; la primera usa el mtodo de dosificacin potenciomtrica de cido clorhdrico y la se-gunda el de dosificacin potenciomtrica de cido perclrico. La basicidad del aceite permite neutralizar los productos cidos que se forman en el circuito y que pueden atacar las piezas lubricadas. Por esta razn la prdida de reserva alcalina es uno de los sntomas ms utilizados para determinar la degradacin del aceite y el periodo de cambio ptimo; en ningn caso el TBN de un aceite usado puede ser menor del 50% del correspondiente al aceite nuevo.

La determinacin de la constante dielctrica es muy importante, pues representa la capacidad aislante del aceite y es una medida de la magnitud de la degradacin del aceite usado. Existen en el comercio equipos porttiles destinados al uso en taller y que utilizan la medicin, con sensores capacitivos, de la variacin de la constante dielctrica del aceite usado con respecto al aceite nuevo.

4.3.4. Anlisis de aceite en transformadores

El aceite en un transformador tiene como principales funciones el aislamiento dielctrico y la eva-cuacin de calor del ncleo del bobinado. La capacidad aislante de un aceite se ve afectada por muchos factores, que actan solos o en conjunto, y muchas veces unos son catalizadores de los otros. Los catalizadores ms importantes del proceso de oxidacin son el hierro y el cobre. Hay una serie de factores tambin influyen en ese proceso oxidativo del aceite: la humedad, el calor, la tensin elctrica, y la vibracin.

Si el transformador no es llenado al vaco y sellado con respecto a la atmsfera, se necesitan in-hibidores a la oxidacin. Estos inhibidores pueden estar presentes en el aceite ya sea desde su fabricacin o agregados posteriormente. Estos inhibidores son los llamados BHT / DBPC y son agregados al aceite a razn del 0,3% ppm. Es importante destacar que los inhibidores no tienen eficacia cuando el proceso de oxidacin ha comenzado, por lo que el aceite tiene que ser inhibi-do, cuando no hay presencia de compuestos xidos en el aceite.

Los ensayos fisicoqumicos que se realizan en el aceite son los siguientes: Acidez, medida de acuerdo a la cantidad de hidrxido de potasio que es necesario

para neutralizar los compuestos cidos en una muestra de aceite.

TIF, indica la presencia de compuestos polares disueltos en el aceite con mucha sensi-bilidad.



Rigidez dielctrica. Es medida en una celda entre dos electrodos, y mide en kilovoltios la capacidad de resistir la descarga disruptiva en el medio aceitoso.

Color, medido con un colormetro ubica la muestra en una escala preestablecida. El cambio de color es ms importante que el color mismo. Por ello, es necesario comparar el aceite analizado con un aceite de las mismas caractersticas sin usar.

Gravedad especfica, o densidad relativa medida a 15 C. Visual. Con esta inspeccin el aceite puede diferenciarse en nublado, claro, brillante,

refulgente, etc.

Sedimentos. Es tambin una inspeccin visual, y para ser aceptable no debera detec-tarse ningn tipo de sedimento.

Contenido de inhibidor. En aceites aditivados con productos inhibidores de humedad como el BHT o el DBPC, este ensayo determina el porcentaje de inhibidor que contie-ne. Cuando el inhibidor comienza a agotarse, el proceso de oxidacin puede comenzar, y las caractersticas dielctricas del aceite pueden verse alteradas.

Factor de Potencia, o tangente delta mide las corrientes de fuga a travs de los conta-minantes en suspensin en el aceite. Se mide a 25C y a 100 C. Es uno de los ensa-yos ms importantes puesto que es capaz de detectar leves contaminaciones de com-puestos polares.

Humedad, mide el agua presente en el aceite, que puede estar en suspensin, solu-cin, o emulsin. La humedad tambin es responsable de la variacin de la capacidad aislante

Cromatografa gaseosa. La cromatografa gaseosa es una herramienta muy valiosa en el mantenimiento predictivo, puesto que con una correcta evaluacin de los gases pre-sentes en el aceite puede diagnosticarse con cierta precisin lo que puede estar pasan-do dentro del transformador. Pueden deducirse a partir de los datos de una cromato-grafa la presencia de puntos calientes, efecto corona, arcos de alta o baja energa, etc.

Presencia de metales. Con este ensayo se determina la presencia de aluminio, hierro y cobre disueltos en el aceite, generalmente por Absorcin Atmica. De acuerdo al resul-tado del ensayo se puede comprobar qu parte del transformador est daada. Si es el ncleo se destacar el hierro, y si es el bobinado se destacar el cobre, o el aluminio.

Anlisis de PCB. El PCB o Bifenilo policlorado es una sustancia utilizada como refrige-rante, que ha resultado ser un poderoso cancergeno y que figura entre los 12 conta-minantes ms poderosos. Es necesario realizar el anlisis de PCB en aceites de los que se desconozca su procedencia o en aquellos que se sepa que han sido contaminados con este producto. El valor lmite aceptable de contaminacin por PCB es de 50 PPM. Por encima de este lmite el aceite debe ser destruido por su impacto ambiental.

Cuando se ha llegado a un punto donde el aceite se encuentra fuera de sus especificaciones, y en consecuencia deja de cumplir sus funciones con eficacia es necesario iniciar el tratamiento de regeneracin que le devuelva al aceite todos sus parmetros originales, extendiendo as la vida del transformador.



4.3.5. La contratacin de anlisis de aceite. La gratuidad del servicio y sus consecuencias

El servicio de anlisis de aceite rara vez se realiza en la planta, prefirindose contar con un labo-ratorio especializado del que no es fcil disponer en una planta industrial. Incluso las centrales elctricas y las industrias qumicas, que s disponen de laboratorios perfectamente equipados pa-ra este fin, prefieren realizar de forma externa los anlisis, contando para ello con el servicio tcnico del suministrador del aceite. La razn es clara: adems de que el suministrador del servi-cio es un especialista, realiza estos anlisis de forma gratuita, ya que es un complemento del su-ministro de aceite. Existen desde luego laboratorios no vinculados a suministradores de aceite, y empresas que asesoran en lubricacin que tambin prestan este servicio por un coste razonable, pero la gran mayora de las plantas cuentan con el servicio tcnico de su suministrador de aceite para realizar los anlisis.

La gratuidad del servicio y las facilidades de todo tipo que proporciona el suministrador por estos anlisis que realiza sin coste aparente tienen una consecuencia: el cliente no valora este servicio. Y esa falta de valoracin se ve en varias fases del proceso.

En primer lugar, se aprecia en la toma de muestras. En general, puede afirmarse que la toma de muestra se realiza con poco inters y con poco criterio. No se toman en el punto adecuado, no se toman de la misma forma siguiendo un procedimiento establecido y bien estudiado, y as la ma-yor parte de las veces la muestra no es representativa ni sus resultados son fiables. Un ejemplo puede ser una toma de muestra de un tanque hidrulico: la concentracin de determinadas part-culas y la presencia de agua ser diferente si la muestra es tomada en la superficie o en el fondo. Como puede verse en la figura 7.15, no ser lo mismo tomar una muestra en el fondo del tan-que, a la salida del filtro de impulsin o en el retorno.

Fig. 7.15 La toma de muestra es fundamental para la validez de los resultados de la inspeccin

As, dos muestras del mismo aceite tomadas por dos operadores distintos pueden arrojar resulta-dos completamente diferentes, uno de ellos aconsejando su sustitucin inmediata y otro determi-nando que el aceite est en perfecto estado de uso. Por otro lado, los recipientes de toma de muestra o incluso el til para extraer el aceite de la mquina pueden contaminar la muestra. En



esas condiciones, no es posible otorgar ninguna fiabilidad a las conclusiones que se extraen del anlisis.

En segundo lugar, junto con la muestra debe acompaarse una serie de informacin. En general la informacin que debe adjuntarse y sin la cual el laboratorio no puede emitir un informe preciso y til es la siguiente:

Marca y tipo de Aceite Viscosidad del aceite y otros datos del aceite nuevo Informacin general sobre la mquina o equipo ltima vez que se relleno, y cantidad rellenada Horas de Operacin desde la ltima muestra Fecha del cambio o informacin del cambio Cambios en las prcticas de filtracin Cambios en las condiciones de operacin

Como el servicio es gratuito, o tiene un coste muy bajo, se sobreentiende que los recursos a des-tinar son bajos. Como preparar esta informacin supone algn esfuerzo y el servicio gratuito no se valora, los responsables de mantenimiento prestan poca atencin a adjuntar la informacin necesaria

El laboratorio responsable de los anlisis trabaja a ciegas. En esas condiciones debe emitir un informe que aporte informacin til. Si adems de que la toma de muestra ya no es adecuada en la mayora de los casos, y no se acompaa de informacin esencial que permita interpretar los resultados, adems el analista debe suponer o sugerir unos lmites de fallo. No todas las mqui-nas son iguales, ni estn construidas con los mismos elementos ni trabajan de la misma forma, por lo que tratar de aplicar una serie de reglas sencillas y estndar en la mayora de los casos no es sencillo. Hay que conocer los equipos para poder interpretar mejor los resultados. Por eso es tan importante la evolucin de un valor a la hora de la interpretacin de resultados. Y no todos los laboratorios cuidan de igual forma este aspecto.

Por tanto, puede afirmarse que la gratuidad del servicio, que debera propiciar el uso y difusin de esta tcnica, provoca que no se valore adecuadamente la tcnica y que no se preste ningn cuidado a la toma de muestra y a la informacin que debe acompaar a sta; por tanto, el ana-lista no puede ni fijar unos lmites claros ni interpretar adecuadamente los resultados.

Puede afirmarse que las facilidades dadas por los suministradores de aceite ha perjudicado a esta tcnica predictiva y a la validez de los resultados.

4.4. Anlisis de gases de escape

4.4.1. El analizador de gases de escape

El analizador de gases es el instrumento que se utiliza para determinar la composicin de los gases de escape en calderas y en motores trmi-cos de combustin interna. Un ejemplo de analizador puede verse en la figura 16.


Fig. 7.16 Analizador de gases porttil


Consta bsicamente de un elemento sensor que puede llevar integrada la medicin de varios ga-ses o uno slo, y un mdulo de anlisis de resultado, donde el instrumento interpreta y muestra los resultados de la medicin. El equipo es capaz de medir la concentracin en los gases de esca-pe de un nmero determinado de compuestos gaseosos. Los que se miden habitualmente son los que se detallan en la tabla 7.3

TABLA 7.3 Compuestos y parmetros que se miden en los gases de escape

4.4.2. Utilidad del control de los gases de escape

La concentracin de esas sustancias en los gases de escape se mide con dos finalidades, igual-mente importantes:

Asegurar el cumplimiento de los condicionantes ambientales del motor, en base a los per-misos y normativas legales que deba cumplir la planta

Asegurar el buen funcionamiento de caldera, el motor o la turbina El primero de esos objetivos parece claro. La planta en la que est instalado el equipo de com-bustin debe cumplir una serie de normas, y para asegurarlo, las propias normas establecen la periodicidad con la que deben medirse determinados gases.

En cuanto al segundo, la composicin de los gases revelar la calidad del combustible, el estado del motor y el correcto ajuste de determinados parmetros, como la regulacin de la mezcla de admisin, la relacin de compresin y la eficacia de la combustin. La tabla 7.4 detalla los proble-mas que se pueden diagnosticar si se detectan concentraciones anormales de los gases analiza-dos.

LISTA DE PARMETROS A CONTROLAR CH4 O2 N2

CO

NO, NO2, NO3

CO2

SO2, SO3

H2O

Temperatura de gases de escape

Opacidad de los humos

Partculas slidas



Tabla 7.4 Diagnstico de fallos en equipos de combustin

Es recomendable que el plan de mantenimiento de un equipo de combustin o de un motor trmico contemple anlisis peridicos de los gases de escape, siendo aconsejable que se realicen con una frecuencia inferior a tres meses.

4.4.3. La contratacin del servicio de control de gases de escape El servicio de anlisis de los gases de escape se contrata a empresas especializadas por una de estas dos razones:

Cuando no se dispone del equipo necesario. Esta razn cada vez es menos frecuente, por el paulatino abaratamiento de los equipos

Cuando por exigencia legal se precisa que la medicin est realizada por una empresa certificada, y que realiza no slo la medicin, sino que da fe a la administracin de la validez de la medida.

Lo ms habitual es contratar el servicio puntual, es decir, se paga y se contrata cuando se requie-re. Suele ser el propietario o el contratista principal de mantenimiento el responsable de solicitar el servicio y de llevar el control adecuado sobre su periodicidad, para cumplir al menos las exi-gencias legales.

Menos frecuente es establecer contratos de larga duracin con la empresa a la que se encarga la realizacin del servicio. Cuando se hace as, tambin se incluye en el contrato el control sobre la

Parmetro anormal de-tectado Causa principal Otras causas

CO2 Proporcin de combustible mayorque la estequiomtrica (mezclarica)

Alta concentracin de CO2 en elcombustible

H2O Elaguaderefrigeracinestpasandoalacmaradecombustin

Alta concentracin de agua en elcombustible AltocontenidodeH2enelcombustible

N2 Mezclademasiadopobre Alta concentracinenel combustible

NO,NO2 Temperatura en cmaras de combustiny/oquemadoresmuyalta

CH4 Mezclarica Mezclamuypobre

Combustin incompleta por fallosenelencendido

CO Mezclarica Combustin incompleta por fallosenelencendido

SO2,SO3 Combustibleconaltocontenidoenazufre(muypocohabitual)

O2 Combustin realizada con aire enexceso(mezclamuypobre)

Temperaturadegasesalta Relacin de compresin muy alta.Posiblesdetonacionesenelmotor

Composicindelgasnaturalricoencompuestos con ms de dos tomosdecarbono(C2yC2+)

Temperaturadegasesbaja Mezcla pobre. Combustin incompleta.Prdidadepotencia



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