Charlas para la gestión del mantenimiento Fernando Espinosa Fuentes

Transcripción

1 Charlas para la gestión del mantenimiento Fernando Espinosa Fuentes

2 Es aquella que indica la necesidad de intervención con base en el estado del equipamiento. La evaluación del estado se da a través de la medición, acompañamiento o monitoreo de parámetros. Acompañamiento o monitoreo subjetivo. Acompañamiento o monitoreo objetivo. Monitoreamiento continúo. 2

3 Es aquella que indica la necesidad de intervención con base en el estado del equipamiento. La evaluación del estado se da a través de la medición, acompañamiento o monitoreo de parámetros. Acompañamiento o monitoreo subjetivo. Acompañamiento o monitoreo objetivo. Monitoreamiento continúo. 3

4 Estos procedimientos serán más confiables mientras más experiencia tenga el mantenedor: Colocar la mano sobre una caja de engranajes. Probar la viscosidad de un aceite por el tacto. Escuchar el ruido de un rodamiento. La holgura entre dos piezas vista al trasluz. Este tipo de monitoreo no debe adoptarse como regla para las manutenciones. Hay que verificar las condiciones de seguridad antes de aplicar este tipo de monitoreo. 4

5 El monitoreo es objetivo por que es realizado en base a instrumentación especial. Entrega un valor de medición del parámetro que está siendo acompañado. Es un valor medido independiente del operador que lo realice. El personal que opera los instrumentos debe estar altamente capacitado. Los instrumentos deben estar siempre calibrados. Tiene que existir personal que sepa interpretar los datos recogidos y emitir un diagnóstico 5

6 Cable de extensión Analizador e indicador (lectura) Área de la variable a ser monitoreada Sensor o probe transductor 6

7 Equipamientos mecánicos rotatorios Bombas centrífugas y rotatorias, motores eléctricos, generadores, compresores, ventiladores, reductores y multiplicadores, turbinas a vapor y a gas. Condición Análisis Instrumento Lubricación. Calidad del aceite Fuerzas. Vibración Deformación. Tensión. Ruido. Calor. Temperatura. Análisis espectrografito. Ferrografía. Viscosidad. Cromatografía gaseosa Análisis de vibraciones. Verificación del balanceamiento. Verificación del alineamiento de los ejes. Verificación del ruido. Tensión de líneas. Temperatura de los descansos. Temperatura de la carcaza. Espectrógrafo. Espectrómetro de absorción atómica. Cromatógrafo gaseoso. Ferrógrafo de lectura directa. Viscosímetro. Medidor, recolector y analizador de vibraciones. Analizador de tiempo real. Lámpara estroboscópica. Alineador mecánico, Alineador con laser. Shock pulse meter, Estetoscopio Dinamómetro, Células de carga. Verificador de tensión de correas. Balanceadora. Termómetro de contacto. Cintas, lápiz, tiza indicadores de temperatura Termómetros infrarrojos, termopares, termógrafos. 7

8 Equipamientos mecánicos estacionarios Vasos, torres, intercambiadores, válvulas, calderas, tubulaciones, aislamientos, estructuras Condición Análisis Instrumento/equipamiento Espesor, integridad Corrosión, abrasión, erosión Pitting (agujeros pequeños), grietas, desgastes. Medición del espesor. Detección de grietas. Detección de doble laminación. Defectos en soldaduras. Medición del espesor en películas de pintura. Medidor de espesor ultrasonido. Ultra sonido. Emisión acústica. Líquidos penetrantes. Rayos X y rayos gamma, Magna flux Zyglo (líquido penetrante fluorescente) Medidor de espesura de pinturas. Registros de pérdida de peso. Escanner, lamparoscopia Fuerzas. Fatiga, Deformación Impacto, Ruido Vibraciones Análisis de vibraciones Células de carga Testes de presión, Testes hidrostáticos, Teste de vacio Detección de grietas Analizador de vibraciones. Strain-gages Bancos de pruebas. Conjunto de pruebas hidráulicas. Estetoscopio Calor Temperatura Conducción de calor Pérdida de calor Integridad de la aislación Vazamiento en purgas Termómetros de contacto, Cintas, lápiz, tiza indicadoras de temperatura Termómetros infrarrojos Termógrafos. Tinta termosensible

9 Equipamientos eléctricos de potencia Motores eléctricos, generadores, capacitores, transformadores, alimentadores, conductores Condición Análisis Instrumentos Aceite Calidad del aceite Fuerzas Vibración Electromagnética Energía de choque en rodamientos Calor Temperatura Energía Tensión, Corriente Resistencia, Capacitancia Rigidez dieléctrica Viscosidad Cromatografía gaseosa Análisis de vibraciones Temperatura de contactos. Temperatura de conductores Temperatura de la carcaza Medición de corriente Medición de tensión Medición de resistencia Medición de capacitancia Espectrógrafo Espectrómetro de absorción atómica Cromatógrafo gaseoso Viscosímetro Aparato de prueba de la rigidez dieléctrica. Analizador de vibraciones Shock pulse meter (medidor de pulso de choques) Termómetro de contacto Termómetro infrarrojos Termógrafos Medidor de resistencia de paso Registro de tensión/corriente Teste de sobre tensión DC Testes dobles 9

10 Equipamientos eléctricos de protección y control Disyuntores, relees, partidores Condición Análisis Instrumentos Calor Temperatura Energía Tensión Corriente Resistencia Capacitancia Temperaturas de contactos Temperatura conductores Medición de corriente Medición de tensión Medición de resistencia Medición de capacitancia Calibración de relees Termómetros infrarrojos Termógrafos Medidor de resistencia ohm/micro-ohm Pruebas de carga con alta corriente MultiAmp Testes dobles 10

11 También es un acompañamiento objetivo que fue inicialmente adoptado en situaciones donde el tiempo de desarrollo del defecto era muy corto y en equipamientos de alta responsabilidad. Esto significa una excelente protección, ya que, usualmente, el monitoreo continuo viene asociado a dispositivos que en un primer momento dan la alarma y en seguida continúan con la desconexión o detención del equipamiento una vez que se alcanzó el umbral del peligro. 11

12 Independiente del personal Efectúa monitoreo efectivamente continuo lo que no se puede conseguir con personas operando instrumentos. Puede enviar los datos en tiempo real para unidades lógicas de procesamiento Puede ser configurado de acuerdo a las necesidades del cliente, entregando redundancia donde se exija alta confiabilidad. Algunos fenómenos son de rápido acontecimiento, de evolución transciente, en paradas o partidas, o se necesitan de varias variables a la vez. Entrega mejores antecedentes para plantas críticas o de alta confiabilidad conforme con las normas ambientales o de certificación. 12

13 Algunos sistemas de monitoreamiento Equipamiento/instalación Variable Sensor Máquinas rotativas Máquinas alternativas Equipos estacionarios y estructuras Vibración Desplazamiento axial Temperatura de descansos Rotación Alineamiento Presión, temperatura del fluido o aceite lubricante Temperatura de los descansos Rotación Carga en la estructura Desgaste en la estructura Fugas en las válvulas Ángulo de la manivela X presión Corrosión Temperatura Probe sin contacto, acelerómetro, piezoeléctrico, pick-up magnético. Probe sin contacto RTD (resistance temperature detector), termopar. Probe sin contacto Sensores ópticos de laser. DodiBars-probe sin contacto, presostato, termostato, termopar. RTD, termopar, sensor de temperatura Probe sin contacto Probe sin contacto Keyphasor Sondas Termopar Equipamientos eléctricos Temperatura Corriente, tensión, resistencia, capacitancia RTD, termopar, sensor infrarrojo. Amperímetro, voltímetro, ohmmetro. Registrador de tensión 13

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15 Consiste en el análisis de las partículas de desgaste que contiene el aceite de lubricación con el fin de determinar el estado de la maquinaria. Conteo de Partículas de Partículas Examen microscópico Karl Fischer Análisis Espectrométrico Ferrografía Analítica Con este servicio se consigue que el cliente conozca de una manera rápida y fiable el estado de la máquina "a través del aceite". 15

16 El conteo de partículas mide la limpieza de un aceite. Las partículas se evalúan en cinco categorías de tamaños y se reportan por 1 ml de fluido. Se cuentan todas las partículas incluyendo las de desgaste, y contaminantes de proceso y ambientales. Este test es particularmente importante para sistemas limpios. Verificar la eficacia de la filtración Detectar contaminación por el proceso y ambiental 16

17 Las muestras que contienen cantidades anormales de impurezas visibles a simple vista deben ser filtradas. La muestra se filtra a 8 µm y son examinadas a través de un microscopio óptico. El analista es capaz de identificar los contaminantes y partículas de desgaste presentes en el aceite. Identificar contaminantes del proceso y ambientales Identificar grandes partículas de desgaste 17

18 El Karl Fischer nos da una medida muy exacta de la cantidad de humedad, o agua presente en la muestra de aceite. El agua puede entrar al sistema a partir de: Enfriadores o intercambiadores dañados Conductos de respiraderos Filtro defectuoso de llenado de aceite Tornillos flojos, abrazaderas, tapas de inspección, tapas de filtros Corrosión química. En combinación con otros contaminantes, forma lodos. Se combina con aditivos formando decapados, que aumentan las temperaturas de funcionamiento. Evita la lubricación correcta formando bolsas de agua y vapor. Emulsiona el aceite. En sistemas hidráulicos reduce la vida del aceite a la mitad 18

19 El análisis espectrométrico nos da un informe cuantitativo de los elementos presentes en el aceite. Los elemento se pueden dividir en tres categorías; metales de desgaste, contaminantes y aditivos. Permite al analista determinar cuando existe presencia de contaminantes ambientales y del proceso o cuando se ha producido un relleno de aceite incorrecto. Detecta contaminantes del proceso y ambientales Identifica rellenos de aceite incorrecto 19

20 TECTION 15W40 Control Calidad Usado Normal Usado Alerta Usado Condenatorio AL (ppm ) Cr (ppm ) Cu (ppm ) Fe (ppm ) Ni (ppm ) Pb (ppm ) Sn (ppm ) Zn (ppm ) SI (ppm ) Mo (ppm ) Na (ppm ) K (ppm ) Mg (ppm ) B (ppm ) Ba (ppm ) Ca (ppm ) AGUA (% vol ) ,2 0,21 0,5 0,51 20 VISC.100 C (cst ) 15 12,5 16,3 12,5 16, , FLASHPOINT ( C ) TBN (mg KOH/gr ) ,9 DILUCION (%vol ) INSOLUBLES (%peso ) PARTICULAS ( ) PQIndex ( )

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22 Alto nivel de Aluminio: Las partículas de desgaste de aluminio provienen de los cojinetes, bujes (varios), pistones, arandelas de empuje y el turbo. Normalmente los cojinetes y bujes trabajan 100% en lubricación hidrodinámica. Solamente cuando falla esta lubricación o se contamina el aceite ocurre contacto entre las piezas y desgaste adhesivo. Alto nivel de Cromo: El cromo viene de la camisa, las válvulas de escape, los anillos, y algunos cojinetes. El desgaste de cromo normalmente se origina con la contaminación del aceite. Alto nivel de Cobre: El cobre normalmente viene de cojinetes, bujes, enfriador de aceite, arandela de empuje. Los cojinetes y bujes normalmente son aleaciones y capas de diferentes metales blandos diseñados para absorber impacto y desgaste en lugar del cigüeñal y las bielas. El residuo de estos elementos viene de desgaste o corrosión. Alto nivel de Hierro: El primer elemento que miramos es el hierro. Normalmente el hierro viene de la fricción entre las paredes de los cilindros (sean camisas o el bloque mismo) y los anillos. Pero también puede ser del árbol de levas, el cigüeñal, las válvulas, los cojinetes, la bomba de aceite, los engranajes de la cadenilla, el turbo, las guías de válvulas, o las bielas. Alto nivel de Níquel: Alto desgaste de níquel normalmente indica alta contaminación por hollín y tierra. Alto nivel de Plomo: El plomo viene de cojinetes, bujes de bielas. La causa más común del plomo en el aceite es la corrosión de los cojinetes en motores que son guardados un mes o más con aceite semi-usado o sucio. Los contaminantes y los ácidos que se forman en el aceite causan corrosión cuando no está circulando para refrescar los aditivos en contacto con los cojinetes. Alto nivel de Estaño: Operación del motor a bajas revoluciones con alta carga causa la degradación de los cojinetes. El estaño viene de las aleaciones de metales en los cojinetes y bujes (varios).

23 Alto nivel de Silicio: La presencia superior a 10Ppm de Silicio en una muestra de aceite es indicador de falla en el sistema de admisión, filtros saturados, tuberías rotas. Motores nuevos o rectificados pueden tener un cambio o dos con niveles mayores. Después de ello, todo es tierra entrando para lijar las piezas. El Silicio es el enemigo uno para el motor. Alto nivel de Boro: El Boro es utilizado en algunas formulaciones de aceites sintético y que actúa como aditivo antidesgaste y modificador de fricción Alto nivel de Sodio: Si la muestra fue tomada con el motor caliente, cualquier ingreso de agua normalmente debería haberse evaporado y solo dejar residuos de sus minerales. En algunos casos el sodio puede entrar con la humedad del aire al motor, pero generalmente es un residuo de agua. Esta agua puede haber entrado por una empaquetadura de culata soplada, camisa o bloque perforado o simplemente por lavado del motor con agua a alta presión. De todas maneras, siempre hay que controlar este contaminante. Alto nivel de Molibdeno: Algunos aceites para motores contienen disulfuro de molibdeno para reducir el desgaste en altas temperaturas y presiones. Alto nivel de Potasio: La contaminación por potasio es similar a lo que ocurre con el sodio, pero en menor cantidad.

24 Alto nivel de Magnesio Calcio: Estos dos aditivos son detergentes/dispersantes. Son utilizados para combatir el hollín, neutralizar los ácidos formados por la humedad en la combustión, mantener los contaminantes y lodos en suspensión hasta llegar al filtro, sin dejar que se aglomeren y formen grumos, ni que se adhieran a las superficies metálicas. Como cualquier antiácido, estos se consumen. Entre más ácido se forma por la calidad de combustible, falta de temperatura en el motor o combustión incompleta, más rápido se degradan los detergentes/dispersantes. Ambos aditivos trabajan bien para este propósito, pero el magnesio deja 45% más cenizas sulfatadas al quemarse, causando problemas de válvulas y depósitos en el motor. Por esta razón normalmente se encuentra solamente calcio o una mezcla con un máximo de 30% del detergente/dispersante en forma de magnesio. Alto nivel de Zinc, Fósforo: El zinc y el fósforo trabajan en conjunto para proveer lubricación límite cuando la lubricación hidrodinámica no alcanza las necesidades de presiones y fricción. Esta protección se llama anti-desgaste.

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26 Es una vibración mecánica con un rango mayor al audible por el oído humano que se transmite a través de un medio físico y es orientado, registrado y medido en Hertz con ayuda de un aparato creado para ese fin. Rangos de sonido: Infrasónica = 1 16 Hz Sónica o audible = 16 Hz a 20 KHz Ultrasónica = 20 KHz en adelante Para la prueba de ultrasonido en materiales metálicos es de 0.2 a 25 MHz. 26

27 TEST DE ESTANQUEIDAD: puede ser totalmente integrado en los medios de producción ó realizado como un control posterior. DETECCIÓN DE FUGAS: en tuberías de agua y fluidos en general. En sistemas de aire comprimido, tuberías de vapor e instalaciones de calor. Indica con precisión problemas de: Circuitos de oxígeno, aire comprimido, vapor y fluidos gaseosos, válvulas, compuertas electromagnéticas, gatos hidráulicos, y turbinas. Intercambiadores de calor, cajas de cambios, cavitación de bombas, condensadores, calderas, colectores de distribución de aire, etc. Objetos inflables (globos, correderas, etc.) Pérdidas de presión y vacío. Coronas y arcos en equipos eléctricos (transformadores, relés, cortocircuitos, etc.) 27

28 MANTENIMIENTO PREDICTIVO: para detectar deterioros y desgastes en aplicaciones mecánicas como: Rodamientos de bolas, reductores de piñón, inyectores, conmutadores, válvulas de cierre, muelles y rodamientos. Otras aplicaciones: Vibraciones puntuales y parásitas de máquinas. Funcionamiento de bombas, motores, turbinas y cajas de engranajes. Se pueden tomar medidas de precisión como: Control de temperatura, con ó sin contacto. Velocidad de rotación, con ó sin contacto. Niveles de ruido. Flujos de masa de aire. 28

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30 Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 30

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32 Determinar cuando lubricar y en que cantidad son dos de las preguntas más frecuentes en la manutención de rodamientos y partes con roce. La condición del rodamiento determina cuando lubricar. Si el rodamiento está trabajando apropiadamente y no demuestra señales que necesita nueva lubricación, el rodamiento debe dejarse tal cual, caso contrario hay que lubricar. Monitorear los cojinetes cuando son lubricados ayudará a determinar cuando y cuanta cantidad de lubricantes debe ser usada en cada aplicación. 32

33 Un nivel de referencia indica cual es el nivel de decibeles para una condición de operación normal donde no se observan defectos y con una adecuada lubricación. Hay tres formas de ubicar ese nivel: Por comparación: cuando hay más de un rodamiento del mismo tipo, carga y r.p.m, estos múltiples rodamientos pueden ser comparados. Cada rodamiento es inspeccionado en el mismo punto y ángulo. El nivel de db y la calidad del sonido es comparado. Si no hay diferencias sustanciales (menos que 8 db) la referencia es definida para cada rodamiento. Definirla durante la lubricación: mientras la lubricación está siendo aplicada, ubique el punto donde el nivel de sonido producido por las gotas de lubricación comienza a elevarse. En este punto no se agrega más lubricante y este nivel de db para a ser la referencia.: Usando un histórico: El nivel de db del rodamiento es obtenido a partir de su estado inicial (nuevo y recién lubricado) y comparado 30 días después. Si la diferencia es pequeña (menos de 8 db) está será la referencia y puede ser usada en inspecciones posteriores. Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 33

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35 Generalmente todos los equipos electromecánicos comienzan con un calentamiento anormal antes de fallar. Las cámaras de rayos infrarrojos (IR) son muy efectivas como herramientas de diagnóstico. Las inspecciones usando cámaras IR pueden detectar muchos problemas antes que la falla ocurra. En muchos casos el tiempo para la falla puede ser proyectado y así planificar convenientemente la manutención preventiva. 35

36 Nuestros ojos son sensores diseñados para detectar luz visible (o radiación visible). Existen otras formas de luz (o radiación) que no podemos ver. El ojo humano sólo puede ver una pequeña parte del espectro electromagnético. En uno de los extremos del espectro no podemos ver la luz ultravioleta, mientras que en el otro nuestros ojos no pueden ver la infrarroja. Radiaciones infrarrojas se encuentran entre las zonas visibles e invisibles del espectro electromagnético. La principal fuente de radiación infrarroja es el calor o radiación térmica. Cualquier objeto que tenga una temperatura por encima del cero absoluto (-273,15 grados centígrados ó 0 K) emite una radiación en la zona de infrarrojos. Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 36

37 Visión general Detalle del elemento con sobrecalentamiento 37

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41 Son tan fáciles de usar como una cámara de vídeo Dan una imagen completa de la situación Realizan inspecciones con los sistemas funcionando bajo carga Identifican y localizan el problema Miden temperaturas Almacenan información Dicen exactamente las medidas a tomar Encuentran el problema antes de que éste se produzca Ahorran un tiempo y dinero valiosísimos 41

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43 De una manera simple, la vibración puede ser considerada como la oscilación o movimiento repetitivo de un objeto alrededor de una posición de equilibrio. La posición de equilibrio es la posición del objeto cuando la fuerza que actúa sobre él alcanza el valor cero. Este tipo de vibración es llamada de movimiento de cuerpo entero, lo que significa que todas las partes del cuerpo se mueven en la misma dirección y al mismo tiempo. El movimiento vibratorio de todo el cuerpo puede ser descrito como la combinación de seis movimientos individuales, y estos son de traslación en la dirección de los ejes ortogonales y la rotación en estos tres ejes. La vibración de un cuerpo es siempre causada por una fuerza excitatriz. Esta fuerza puede ser aplicada externamente o bien puede originarse desde el interior del objeto. 43

44 La posición o desplazamiento es descrito por: donde: d = desplazamiento instantáneo D = desplazamiento máximo, o peak = frecuencia angular t = tiempo. La velocidad del movimiento es descrita por v: donde v = velocidad instantánea d dd dt Dsen( t) Dcos( t) Se ve que la forma de la función velocidad es también una sinusoidal, pero por estar descrita por el coseno está desplazada en 90 grados. La aceleración de el movimiento es: a donde a = aceleración instantánea. Dsen( Si se examinan estas ecuaciones se ve que la velocidad es proporcional al desplazamiento por la frecuencia y que la aceleración es proporcional a la frecuencia al cuadrado por el desplazamiento. Esto significa que altos desplazamientos con alta frecuencia pueden resultar en muy alta velocidades y extremadamente altos niveles de aceleración. dv dt 2 d D 2 dt 2 t) 44

45 Las tres curvas muestran la misma información, pero el énfasis es otro. Note que la curva de desplazamiento es difícil de leer a altas velocidades, y la aceleración está agrandada para niveles de frecuencias altas. La curva de velocidad es la más uniforme en una amplia gama de frecuencias. Esto es típico en la mayoría de las máquinas rotatorias, pero en algunos casos las curvas de desplazamiento o aceleración serán más uniformes. Es una buena idea seleccionar las unidades así se obtendrán curvas más suaves lo que provee al usuario mayor información. La velocidad es el parámetro de trabajo más común para el diagnóstico de las máquinas. 45

46 El transductor es un aparato que produce una señal eléctrica que es una réplica, o análogo, del movimiento vibratorio que está captando. Nombre Probe (punta de contacto) de proximidad Probe de velocidad Acelerómetro Desplazamiento Velocidad Aceleración Sensitivo a Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 46

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49 Mecanísmo de excitación: Primero se genera una excitación al sistema, fuerza F(t) o desplazamiento x(t). Registro de la respuesta: Se emplean transductores que registran la respuesta del sistema. Principales: acelerómetros, células de carga, galgas extensiométricas, sismógrafos, vibrómetros y medidores de desplazamiento. Además se necesitan equipos acondicionadores y equipos para registrar la señal. Análisis de señal: El analizador de señal se encarga de analizar la señal registrada frente a la excitación. Analizador de señal: Incluido registro y análisis. 49

50 Todas las máquinas producen algún tipo de vibraciones como parte de su funcionamiento normal. Son los niveles de vibraciones de referencia: Zumbido de un motor con frecuencia de120 Hz. Frecuencia de giro de un aspa. Tonos puros de motores, en especial aquellos con variadores de frecuencia. Sonidos de las turbulencias de máquinas hidráulicas. Frecuencias de engranes. Un cambio no explicado sobre estos niveles normales que no son explicados por un correspondiente cambio en la carga de trabajo es una razón para investigar, pero no para alarmar. 50

51 Niveles preocupantes son: Amplitudes de 1xRPM sobre los límites del balance Pulsos de choque Amplios movimientos de choque Ruidos no normales Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 51

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53 Las vibraciones de una máquina tiene varias causas que son descubiertas a veces una vez efectuada la reparación. Las causas más comunes son: Defectos en el diseño Defectos en la operación Fatigas o tensiones operacionales Acciones de mantención Envejecimiento 53

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57 GALGAS REGLAS RELOJES COMPARADORES 57

58 Las caras internas y externas de la pista de rodadura deben estar paralelas Instalación del indicador para medir : La cara exterior de rodadura La cara interior de rodadura 58

59 Materiales comunes y su coeficiente de dilatación Material C (in./in./f) Aluminio Bronce Fundición Cobre Aceros aleado Acero inoxidable

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62 El estado desalineado de ejes forma parte, junto con el desequilibrio y los fallos de rodamientos, del grupo que cubre el 85% de los problemas encontrados en maquinaria rotativa. Cuando dos ejes se encuentran desalineados, se generan esfuerzos adicionales en los acoplamientos que, de entrada, suponen un mayor consumo de energía. Estos esfuerzos se transforman en una carga adicional sobre los rodamientos o cojinetes, e incluso con cambio de dirección en dicha carga, lo que puede conducir a una avería imprevista. Como poco conducirá a un desgaste prematuro de los rodamientos, y por tanto, a un acortamiento de la disponibilidad de la máquina. Un alineado de precisión aumenta la fiabilidad de la máquina y por tanto la disponibilidad de la planta de producción. La desalineación es una de las causas más frecuentes de generación de vibraciones máquinas. 62

63 Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 63

64 Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 64

65 Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 65

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67 Por qué algunas máquinas hacen más ruido que otras? Por qué vibra el volante del coche a determinadas velocidades? Casi a diario con un fenómeno - que a menudo es subestimado - el desequilibrio. 67

68 En una balanza hay equilibrio si en ambos lados tenemos el mismo peso. De la misma manera hay que imaginarse la distribución del peso de un rotor con respecto a su eje de giro. Cuando el peso no está distribuido de manera igual hablamos de desequilibrio. Cuando gira un rotor con desequilibrio se generan fuerzas centrífugas, vibraciones y ruidos, que aumentan al subir la velocidad. 68

69 Vida útil Rodamientos, apoyos, carcasa y fundaciones reciben mayor carga y sufren mayor desgaste. Productos mal o no equilibrados suelen tener una vida bastante más corta. Seguridad Vibraciones pueden aflojar tornillos y tuercas, hasta soltar fijaciones. Interruptores y conexiones eléctricas pueden dañarse por vibraciones. Desequilibrio puede influir negativamente en el funcionamiento correcto y seguro, incrementando el peligro para personas y máquinas. 69

70 Calidad Trabajando con una máquina manual con altas vibraciones el resultado no tendrá mucha precisión y el esfuerzo es mayor. También en máquinas herramientas las vibraciones influyen negativamente en el resultado. Una rectificadora o máquina herramienta de altas revoluciones mal equilibrada deja la superficie de mala calidad y produce más pérdidas. Competitividad Un funcionamiento suave sin ruidos siempre será también una señal de calidad. De esta manera desequilibrio puede bajar considerablemente su competitividad. Un electrodoméstico vibrando o un coche ruidoso no tendrán éxito en el mercado. 70

71 La fuerza del desbalanceo se expresa como: m r F donde: F: fuerza del desbalance r: radio de la masa m: masa velocidad angular m r 2 La respuesta del desbalanceo depende esencialmente de la velocidad de giro, de las proporciones geométricas y de la distribución de la masa del rotor, tanto como de la rigidez dinámica de el eje, de los cojinetes y de las fundaciones. Vibración de desbalanceo = Fuerza del desbalance/rigidez dinámica 71

72 Desequilibrio estático: Dos desequilibrios pueden tener el mismo tamaño y ángulo, y la misma distancia del centro de gravedad. Las mismas condiciones existen si hay un desequilibrio del doble de tamaño actuando en el centro de gravedad. Si apoyamos este rotor sobre dos apoyos giraría hasta que su "lado pesado" estaría hacia abajo. Este tipo de desequilibrio, por lo tanto, actúa también sin rotación. Por eso se llama "desequilibrio estático". En este caso el centro de gravedad del rotor está fuera del centro geométrico. Esto resulta en que el rotor vibra de una manera que siempre está paralelo a su eje. Un desequilibrio estático siempre debería ser corregido en el plano del centro de gravedad. Para eso se quita material en el "lado pesado" o se añade material a 180º. La corrección del desequilibrio estático en un plano suele aplicarse en casos de rotores en forma de disco. 72

73 Desequilibrio de par: Dos desequilibrios pueden tener el mismo tamaño, pero con una diferencia de ángulos de exactamente 180º. Este rotor no giraría si lo apoyamos sobre dos apoyos. Sin embargo el rotor vibra cuando está girando. El desequilibrio quiere girar el rotor (alrededor de su eje vertical) y las dos fuerzas de desequilibrio generan un par sobre el rotor. Por esta razón se habla de desequilibrio de par. Para corregir el desequilibrio de par se necesita un par que acciona en la dirección contraria, o sea una fuerza en cada extremo del rotor, que actúan en sentido contrario que las fuerzas de desequilibrio. Hay que tener en cuenta los pares de desequilibrio sobre todo en rotores en forma de rodillos, de forma alargada. Para medirlo se utilizan sobre todo máquinas horizontales. 73

74 Desequilibrio dinámico: El rotor real no solamente tiene un único desequilibrio sino teóricamente un sinfín de desequilibrios, los cuales se encuentran en el eje del rotor sin ningún orden. Esta infinidad de desequilibrios, sin embargo, se pueden reemplazar por dos desequilibrios en dos planos a elegir. Estos dos desequilibrios por lo general serán distintos en valor y ángulo. Como solamente se puede determinar este estado de desequilibrio cuando el rotor está girando, hablamos de desequilibrio dinámico, el cual se puede dividir en una parte estática y un desequilibrio de par. Para corregir completamente el desequilibrio dinámico se necesitan dos planos. El desequilibrio dinámico existe prácticamente en todos los rotores. Para equilibrar se utilizan máquinas horizontales y verticales. 74

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76 Son la solución más adecuada para equilibrar un amplio espectro de rotores con propio eje, como por ejemplo motores eléctricos, ventiladores, cigüeñales o rotores de bombas. Empleando un eje auxiliar se pueden también equilibrar rotores en forma de discos como poleas, volantes o ruedas dentadas con una máquina horizontal. 76

77 Rotores típicos sin eje propio, como poleas, volantes, discos de freno, ventiladores, embragues y rotores de bombas. Para este tipo de rotores lo ideal es una máquina vertical. No hay necesidad de ejes auxiliares, ya que la pieza está fijada por un utillaje directamente al husillo de la equilibradora. La carga y descarga del rotor es fácil y rápido. Por la calibración permanente de la equilibradora no hay necesidad de pesas de calibración. Los resultados de desequilibrio se muestran de una manera clara y directa sin necesidad de cálculos. Un dispositivo para la corrección del desequilibrio ya puede estar integrado en la máquina 77

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79 Es capaz de medir la temperatura de un objeto a distancia. Este sensor esta formado en realidad por una matriz de 8 sensores colocados linealmente de forma que puede medir 8 puntos adyacentes simultáneamente. No necesita que haya movimiento para detectar el calor, por lo que su aplicación en el campo de la robótica y la mantención, abre gran cantidad de aplicaciones no disponibles hasta ahora. El sensor se conecta por bus I2C y además se le puede conectar un servo estándar que es controlado por el propio sensor para hacer un barrido y tomar 32 mediciones diferentes, obteniéndose un mapa térmico de 180 grados. Es capaz de detectar la llama de una vela a 2 metros de distancia y además no le afecta la luz ambiental. 79

80 Específicamente diseñado para la detección del movimiento y la vibración. No le afecta la posición de montaje, ofreciendo un nivel similar de sensibilidad independientemente de ésta, siendo adecuado para circuitos analógicos o digitales. El sensor reacciona cuando es desequilibrado por un impacto o vibración, produciendo un breve cambio de estado (pasa de abierto a cerrado o viceversa). El tiempo de perturbación dependerá de la cantidad de energía recibida en el momento del impacto. El estado en el que se estabilizará será arbitrario, a menos que la posición de montaje sea elegida para una salida NC. Dimensiones aprox: 10 x 8 mm. 80

81 Formado por una cápsula hermética que contiene un contacto normalmente abierto y que se cierra cuando se produce una aceleración o impacto superior a 5 G +-1,5 G. Cuando en nivel de aceleración decrece por debajo del umbral de disparo, el contacto se abre de nuevo. Este sensor resulta útil para detectar impactos y agresiones. Dado la brevedad del contacto en caso de impacto, es recomendable utilizarlo junto con alguna entrada de interrupción, o con algún circuito de tipo bi-estable con memoria que permita reconocer el evento ocurrido. Dimensiones 7 x 5 mm. 81

82 Completamente exento de mercurio y totalmente autocontenido en una cápsula metálica. El sensor es para montaje horizontal, su estado de conmutación cambia al ser inclinado unos 10º de la horizontal. Los contactos del sensor estarán normalmente abiertos o cerrados, según en la posición en que se monte. La sensibilidad cambia según la posición de montaje. Muy útil para detectar si un elemento está perdiendo su posición original. Dimensiones aprox.: 10 x 5 mm. 82

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84 Como usar Limpiar el área de inspección. Rociar con spray de limpieza/removedor. Secar con un paño Aplicar el penetrante. Permitir un período corto de penetración. Rocíe el limpiador/removedor sobre una toalla absorbente y limpie la superficie Rocíe una capa fina y uniforme del revelador Inspeccionar. Los defectos se mostraran como una línea roja brillante sobre el fondo blanco del revelador 84

85 Como usar Limpiar el área de inspección. Rociar con spray de limpieza/removedor. Secar con un paño Aplicar el penetrante. Permitir un período corto de penetración. Rocíe el Rocíe una capa fina Inspeccione bajo la luz limpiador/removedor del revelador. De un negra. Grietas y falta de sobre una toalla período corto para unión serán mostradas absorbente y limpie revelar. Para como líneas la superficie superficies rugosas, Mantenimiento de Equipos agregue Mecánicos fluorescentes, las secador para Prof.: Fernando Espinosa F., U.de porosidades como revelador. Talca círculos 85

86 Como usar Limpiar el área de inspección. Rociar con spray de limpieza/removedor. Secar con un paño Ubique el yugo magnetizador sobre la pieza a probar en forma perpendicular a la dirección de la grieta sospechosa Energice el yugo. Un campo magnético se desarrollará en la pieza testada. Aplicar el polvo magnético o preparar el baño mientras el yugo es energizado La indicación de la grieta se revela de inmediato 86

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88 La introducción de los rayos X para pruebas no destructivas está siendo usada en un amplio campo de aplicaciones industriales La gran variedad de equipos de rayos X ofrece un campo amplio de poder de penetración en el material que puede satisfacer casi cualquier requerimiento, ya sea una instalación permanente o bien en pruebas de campo. 88

89 Las tuberías de petróleo y gas, calderas y contenedores similares pueden estar sujetos a severas tensiones, esfuerzos y otros efectos que pueden alterar su eficiencia pero en especial la seguridad. Un sistema de rayos x estacionario de alta eficiencia y con un potencial constante representa el mejor sistema de inspección para tales 89

90 Inspección mediante rayos x de una pieza fundida usando un sistema estacionario con potencial constante en conjunto con un intensificador de imagen. 90

91 Industria de la aviación En esta importante industria la inspección total y apropiada de soldaduras, fundiciones y materiales tales como fibras de carbono, fibras de vidrio, plásticos reforzados entre otros son prácticas obligadas como rutinas de inspección y mantención. Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 91

92 Una producción de calidad requiere una seguridad en la calidad del producto, pero en la industria electrónica las pruebas son principalmente no destructivas. En este caso la inspección por rayos X se adecua perfectamente para el análisis de los componentes electrónicos que son de tamaños muy pequeños. 92

93 En los últimos años la demanda por productos de alta calidad y confiabilidad, en especial de la empresa automovilística, hacen del uso de la tecnología de rayos X una herramienta importante. Detección de porosidades, grietas internas, aleaciones imperfectas, antes de ser entregado al consumidor, hacen al producto altamente confiable. 93

94 Layer 7 En este composite de carbón laminado ComScan claramente detectó una falta de material. Las diferencias de densidad son visibles. Layer 18 Con ComScan se examina una panal de aluminio adelante de un plato de aluminio. Se detectan cavidades llenas de agua. Layer 5 La deslaminación y quiebre es revelado por ComScan en un estabilizador hecho de carbón, la cual no habría sido detectada por medios tradicionales de rayos X. 94

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96 Video-escopia ofrece una mejor imagen a través de un cable flexible. Los cables son flexibles así que ellos pueden ser insertados en muchas aplicaciones, desde turbinas de gas hasta procesos productivos. Ellos incluyen articulaciones y adaptadores ópticos para maximizar la eficiencia de la aplicación. 96

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98 Borescopes son aparatos de pequeño diámetro, rígidos, útiles cuando la inspección es en línea recta. Borescopes son también de bajo costo y transportables Prof.: Fernando Espinosa F., U.de Talca 98

99 Los fiberscopes están disponibles en 2 y 4 articulaciones, en diámetros de 2 y 4 mm y en largos de 1 a 3 metros. Se pueden adaptar a cámaras de video o máquinas fotográficas digitales. 99

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104 Cuando una corriente parásita presente en una máquina utiliza un rodamiento como camino de descarga a tierra, el daño resultante se denomina 'daño del rodamiento por erosión eléctrica'. Entre las causas más comunes del daño de los rodamientos por erosión eléctrica se encuentran: la asimetría en el circuito magnético del motor, cables sin blindaje y los variadores de frecuencia (VFD) de conmutación rápida para los motores de velocidad variable. 104

105 La formación de arcos eléctricos tiene lugar si existe diferencia de potencial entre el eje del motor y el soporte del rodamiento. (Hasta una diferencia de potencial de tan solo unos voltios puede producir el efecto). El nivel de tensión cuando tiene lugar la formación del arco depende del tamaño de las bolas, la velocidad de funcionamiento, la frecuencia de la corriente y la geometría del rodamiento. Una vez iniciado el daño por erosión eléctrica, diversos factores como el exceso de vibración, el aumento de la temperatura y de los niveles de ruido, y la reducción de la eficacia del lubricante presente en el rodamiento del motor, contribuirán a acortar su vida útil. El alcance del daño en los rodamientos dependerá de la cantidad de energía y su duración. Sin embargo, el efecto que tendrá sobre ellos será normalmente el mismo: daños por picaduras en los elementos rodantes y caminos de rodadura, rápida degradación del lubricante y averías prematuras de los rodamientos del motor (y de la aplicación). 105

106 Los motores eléctricos controlados por un variador de frecuencia son más propensos a sufrir la erosión eléctrica en los rodamientos. Si se incorpora a un programa de mantenimiento predictivo, el detector puede ayudar a identificar los rodamientos susceptibles de sufrir averías, evitando en gran medida las paradas no planificadas de la maquinaria. 106

107 El efecto que esto tiene en un rodamiento es similar al de una serie de pequeños 'relámpagos', que funden y vuelven a templar las superficies internas del rodamiento. Como resultado, parte del material superficial se desconcha y descascarilla, provocando una picadura muy pequeña que contribuye a aumentar el ruido en el rodamiento y a acortar potencialmente su vida útil. La formación de cráteres es quizá el efecto más común del daño por erosión eléctrica. Se caracteriza por deposiciones de metal fundido invisibles a simple vista. Cuando la superficie del elemento rodante es gris mate, se trata de una señal visual de formación de cráteres que advierte del deterioro del rodamiento. 107

108 En la búsqueda por 'aislarse' contra el problema, los avances recientes en tecnología y materiales han demostrado ser de utilidad. Una solución consiste en utilizar rodamientos de bolas híbridos, que sustituyen las bolas de acero por elementos rodantes cerámicos. Estas alternativas a los rodamientos totalmente de acero cuentan con aros hechos de acero para rodamientos, mientras que los elementos rodantes están fabricados con nitruro de silicio. Debido a la alta resistividad del nitruro de silicio, los rodamientos híbridos ofrecen un aislamiento idóneo contra las corrientes eléctricas, tanto en motores de CA como de CC. Además, los rodamientos híbridos poseen una alta capacidad de velocidad de giro y pueden alcanzar, por diversas razones, una vida útil más larga que los rodamientos totalmente de acero en la mayoría de aplicaciones. 108

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110 El caso de el arranque de un auto 110

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