Interpretación de Análisis de Lubricantes

Transcripción

1 Interpretación de Análisis de Lubricantes Presentado por: Gabriel Lucchiari Andrés Bodner Esteban Lantos 275 JCF

2 Interpretación de Análisis de Lubricantes Su aceite le está hablando Pero usted lo está escuchando? 275 JCF

3 Interrogue a Su Aceite Diseñe su Programa de Análisis de Aceite Listando las Preguntas que Quiere Sean Respondidas Calidad y tipo de lubricante Mineral o sintético Turbinas, motor, R&O, AW, EP Salud/condición RUL (vida útil remanente: propiedades funcionales, oxidación, aditivos, etc) Contaminación / entorno Partículas Agua / glicol / combustible Aire Calor Desgaste anormal Partículas de desgaste de engranajes o rodamientos Causa raíz Partes defectuosas Operación errática Aceite equivocado Sobrecarga Intervalo de mantenimiento Se cambió a tiempo el aceite? Excesiva carga Tareas de lavado Negligencia Noria

4 Tres Categorías del Análisis de Aceite Qué se analiza Pruebas posibles: 1. Propiedades del fluido Propiedades físicas y químicas del aceite en uso (proceso de envejecimiento) 2. Contaminación Contaminantes que destruyen al lubricante y la máquina 3. Partículas de desgaste Presencia e identificación de partículas de desgaste Conteo de partículas Análisis de humedad Análisis de viscosidad Concentración de partículas de desgaste Ferrografía analítica AN/BN FTIR Prueba de membrana Punto de inflamación Análisis de elementos Proactivo Proactivo Predictivo Alto beneficio Beneficio menor Sin beneficio JCF

5 Diseño de Un Programa de Análisis de Aceite Selección de equipo Puerto de muestreo Frecuencia de muestreo Selección de ensayos de rutina y por excepción Objetivos de limpieza y límites Revisión de resultados Interpretación de resultados y toma de decisiones para mejoramiento continuo 1191c.01 MB, DT

6 VISCOSIDAD Análisis de Aceite Avanzado El Éxito del Análisis de Aceite Depende del Establecimiento de Límites Adecuados Un límite es como un detonador que le alerta de una condición anormal Algunas pruebas sólo utilizan límites superiores Los límites varían considerablemente dependiendo del tipo de máquina, tipo de aceite, aplicación y metas de confiabilidad Se debe tener cuidado al establecer cada límite y seleccionar su tipo. El proceso puede simplificarse con el software de análisis de aceite. 2 límite superior (crítico) 1 er límite superior (precaución) 1 er límite inferior (precaución) 2 límite inferior (crítico) TIEMPO 277

7 VALOR Análisis de Aceite Avanzado Límites Basados en Objetivos (Metas) Los límites por metas tienen el objetivo de estabilizar la salud, no de alertar una condición anormal de falla. Son proactivos, ya que se dirigen a las causas raíz de falla 1. Conteo de partículas 2. Viscosidad 3. Agua 4. Glicol/Dilución por combustible Aplicaciones Controla la limpieza y el desgaste abrasivo Controla la película de aceite Controla la humedad y la salud de la máquina y el aceite Controla salud de aceites de motor 5. AN/BN Controla el potencial corrosivo TIEMPO MEDIO ENTRE FALLAS 737 JCF

8 Objetivos de limpieza Análisis de Aceite Avanzado Establecimiento de Límites por Objetivo de Limpieza Código ISO promedio Promedio de horas entre fallas Factor de vida relativo 24/ / / / / / /15 1, /14 1, /13 1, /12 2, /11 3, Asociación Británica de Investigación en Hidromecánica (BHRA) Estudio de campo controlado en máquinas hidráulicas 117 máquinas hidráulicas Moldeo por inyección de plástico Máquinas herramienta Manejo de materiales Equipo móvil, como movimiento de tierra Sistemas hidráulicos marinos Ensayos de banco Periodo: Tres años Propósito: Correlacionar la limpieza del fluido con la frecuencia de falla >6µm 13/10 5, /9 6, /8 9, /7 20, >14µm Tiempo medio entre fallas (meta) 738 BHRA

9 Control de Contaminación Construyendo Confiabilidad Sólidos (partículas) Humedad Aire Radiación El control de la contaminación de los fluidos se dirige a la principal causa de desgaste de la maquinaria y falla del lubricante, constituyéndose en la estrategia central de un programa de mantenimiento proactivo Calor Anticongelante Combustible 839 JCF

10 National Research Council of Canada Qué Causa el Desgaste? Sector Inducido por partículas No relacionado con partículas Total Abrasión Erosión Fatiga Adhesión Fricción (Fretting) Pulpa y papel Forestal Minería Agricultura Transporte Generación de energía Total Porcentaje por categoría 82% 18% Otros Las partículas son la causa del desgaste! 162 STLE

11 VIDAA RELATIVA DEL ENGRANAJE Análisis de Aceite Avanzado Sensibilidad a los Contaminantes de un Engranaje Recto 50 micrones > 20 Micrones 90/20 = 4,5X extensión de vida Al pasar de partículas de tamaño de 50 micrones a partículas de 20 micrones, la vida del engranaje se extiende por 4,5X. TAMAÑO DE PARTÍCULA (µm) 5343 U.S Navy, BFPR

12 Caso de Estudio: Nippon Steel Frecuencia de reemplazo de bombas (% del total) Plan de acción: Establecer objetivos de limpieza Instalar puertos de muestreo Mejoras en filtros y respiradores Conteo de partículas en sitio Logros: 75% reducción en consumo de aceite 80% reducción de reparaciones hidráulicas 50% reducción en compra de rodamientos Implementación del programa 173 Nippon Steel

13 Caso de Estudio: Kawasaki Steel Niveles de Referencia Plan de acción: 1. Establecimiento de objetivos de limpieza 2. Instalación de filtración externa 3. Conteo de partículas en sitio Consumo de fluidos Frecuencia de falla AÑOS 172 Kawasaki Steel

14 Velocidad (m/s) ESPECIFICACIÓN DEL FILTRO (µm) FALLAS DE RODAMIENTOS Análisis de Aceite Avanzado BHP Reduce la Tasa de Fallas e Incrementa su Velocidad con una Administración Efectiva de la Lubricación BHP reconoce el rol crítico de la lubricación para alcanzar sus metas de confiabilidad Encontró que la contaminación era la principal causa de fallas mecánicas Filtro, µm velocidad, m/s Falla rodamiento 12 9 La administración de Lubricación de Precisión logró un descenso en la tasa de fallas a pesar de haber incrementado la velocidad del molino TIEMPO (años) Año 1 Año 2 Año 3 Año 4 Año 5 Año 6 Año 7 Filtro (micrones) Fallas de rodamientos Velocidad (m/s) POA

15 Cómo Afecta la Limpieza a la Vida en Servicio de Rodamientos de Rodillos (ISO 281) Factor de vida del rodamiento (e c ) 0,87 0,65 0,38 0,25 Viscosidad del aceite Tamaño del rodamiento Kappa = 1 Código ISO del lubricante */13/10 */15/12 */17/14 */19/ mm diámetro pitch Al pasar de un código ISO */19/16 a un ISO */13/10 se obtiene más del triple de vida del rodamiento 5021 ISO 281

16 % DE VIDA RESTANTE DEL RODAMIENTO Análisis de Aceite Avanzado Daño de Rodamientos Relacionado con el Agua Con frecuencia se ve normal Puede verse turbio Los rodamientos pueden perder 75% de vida a causa del agua antes de que el aceite se vea turbio. El agua pone a los rodamientos en alto riesgo cuando la máquina está en reposo. Una vez que inicia la corrosión y picado estático, la falla del rodamiento es inminente. Afecta el coeficiente presión-viscosidad (pobre resistencia de película) Fragilización por hidrógeno (Embrittlement) Partículas de herrumbre provocan abrasión de 3 cuerpos Superficies corroídas o picadas provocan abrasión de 2 cuerpos Corrosión/picado estático % DE AGUA EN EL ACEITE La presencia de agua en el aceite lubricante puede acortar la vida de los rodamientos hasta 1% o menos, dependiendo de la cantidad presente SKF Aún cuando todos los estados del agua son dañinos para el aceite y la máquina, el agua emulsionada es considerada la más destructiva. Depósitos causados por el agua en rodamientos SKF, Mobil

17 VALOR Análisis de Aceite Avanzado Límites Por Envejecimiento Aplicaciones 1. Viscosidad/FTIR Oxidación inminente 2. Voltametría Agotamiento de aditivos 3. AN/BN Agotamiento de aditivos y oxidación inminente TIEMPO 4. Zinc, fósforo, calcio, etc. Agotamiento de aditivos Los límites de envejecimiento indican el acercamiento del fin de la vida útil de los aditivos, aceite base, máquina, etc. Son del tipo predictivo 5. Cobre, estaño, plomo, etc. Desgaste de cojinetes 6. MPC Oxidación inminente 739 JCF

18 VALOR VALOR Análisis de Aceite Avanzado Límites Por Tasa de Cambio Limites establecidos a una tasa de cambio ya sea por tendencia positiva o negativa. Son del tipo predictivo (visual, por pendiente o por tasa). normal normal TIEMPO Tendencia Positiva (aumento) crítico Tendencia negativa (agotamiento) crítico 1. Partículas metálicas de desgaste 2. Densidad ferrosa, PQ index (sistemas sin filtro) 3. Conteo de partículas (sistema sin filtro) 4. Concentración de aditivos Aplicaciones Tasa de producción de metales de desgaste (ppm/100 h) Tasa de producción de metales de desgaste (tasa de aumento gravimétrico por unidad de tiempo) Cambio en ingresión, desgaste o filtración Tasa de agotamiento en el aceite o condiciones de servicio severas Las horas y los rellenos de aceite son vitales para los límites basados en tasa de cambio TIEMPO 741 JCF

19 NÚMERO DE MUESTRAS Análisis de Aceite Avanzado Estableciendo Límites Estadísticos TENDENCIAS EN ANALISIS DE RUTINA 1. Elementos metálicos de desgaste 2. Análisis de densidad ferrosa Aplicaciones No cumplimiento con los niveles normales de producción de partículas de desgaste No cumplimiento con los niveles de producción de partículas de desgaste HORAS DE OPERACIÓN DEL EQUIPO ANÁLISIS ESTADÍSTICO 3. Contaminación con elementos metálicos Silicio, cercanía de materiales de proceso Límites basados en desviaciones de los promedios históricos bajo condiciones normalizadas RESULTADOS (ppm) 742 L. Toms

20 Límites Estadísticos de Mantenimiento Predictivo Distribución de frecuencias de resultados Ejemplo: resultados históricos de niveles de hierro después de 300 horas de uso del aceite s -2s -s X s 2s 3s 68.26% 95.44% 99.73% Promedio = X = Desviación estándar (s) = Ejemplo: Límites (Redondeados) Horas del aceite Alarma = X + S Crítico X + 2S s s Desviación estándar de la población 26.35% X s S = s Refiérase al ASTM D7720 para métodos estadísticos para el establecimiento de límites en análisis de aceite JCF

21 Hierro, ppm Hierro, ppm Análisis de Aceite Avanzado Tendencia del Hierro en Equipo Móvil Usando Límites Estadísticos Motores diesel Mando final Cambio de aceite Límite 1,000 1,250 1,500 1,750 Horas (horómetro) 1,000 1,250 1,500 1,750 Horas (horómetro) 700 KOWA

22 Concentración por horas de la unidad (ppm) Análisis de Aceite Avanzado Interpretando Tendencias de Elementos Usando Límites de Nivel D Crítico B C A Precaución Normal Tiempo en servicio(h) A Tendencia Normal Permanece abajo del límite de precaución, aunque puede, de manera intermitente, excederlo (pero no arriba del crítico) B C D Tendencia Anormal Tres lecturas consecutivas por arriba del límite de Advertencia Cualquier valor que exceda el límite crítico 706 KOWA

23 Tendencias Ligadas HORAS 50 Después de 3,000 horas de servicio el silicio y aluminio tienen una tendencia ligada indicando la entrada de tierra SILICIO ALUMINIO crítico precaución 0 2,000 3,000 4,000 5,000 crítico precaución 0 2,000 3,000 4,000 5,000 HORAS 705 KOWA

24 Normalizando los Elementos a Tasa de Desgaste Algunos laboratorios añaden valores de la tasa de desgaste en los reportes de análisis de aceite Muestra Lectura H Operación ppm/100hrs

25 Normalizando por Aceite de Relleno La adición de aceite de relleno entre muestras de aceite altera los datos por dilución. Esto puede corregirse por normalización. 1. Identifique el volumen del tanque al nivel correcto (80 litros) 2. Identifique el volumen de aceite añadido desde el último cambio de aceite (60 litros) 3. Tome la muestra después del relleno a nivel consistente en el depósito. 4. Convierta la concentración de metales de desgaste y contaminantes a valor normalizado Vea nota abajo Nota: el valor normalizado es sólo una estimación aproximada. Muchos factores no considerados influyen en este cálculo. Entre estos están el tiempo y la forma en que el aceite se pierde durante la operación (por ejemplo, fugas, volatilización) y el momento en que se rellena el aceite KOWA, Ward

26 El Progreso del Desgaste Mecánico 1073 Ref: Noria

27 Guía Rápida para Establecer Límites y Objetivos del Análisis de Aceite En caso de existir límites especificados por el fabricante, dar prioridad a estos F26a Ref: JCF

28 Guía Rápida para Establecer Límites y Objetivos del Análisis de Aceite (cont.) En caso de existir límites especificados por el fabricante, dar prioridad a estos F26b Ref: JCF

29 Guía Rápida para Establecer Límites y Objetivos del Análisis de Aceite (cont.) En caso de existir límites especificados por el fabricante, dar prioridad a estos F26c Ref: JCF

30 Caso No. 1 - Ventilador Cojinete Exterior Planta: Generación de energía con carbón, 300 MW Lubricante: ISO VG 68 R&O Costo por paro: $9,000 por hora promedio por falla $73,800 Costo de reparación: $2,380 promedio Historial de confiabilidad: Falla una vez cada 1.2 años 85% de las fallas son mecánicas Costo anual por fallas: $76,180 / 1.2 = $63,483/año Tipo de cojinete: Plano radial Riesgo de contaminación con agua: Bajo Temperatura del aceite: 71 C Análisis Vibracional: Mensual 927 Ref: Noria

31 Caso de Estudio Ventilador FD Costo promedio de paro por hora (vea la tabla) = $9,000 por hora Duración promedio del paro (vea la tabla) = 8.2 horas Costo promedio de reparación (vea la tabla) = $2,380 Historia de confiabilidad; Este ventilador se requiere en la unidad de producción de energía de 300 MW. La pérdida del ventilador da como resultado la salida de la unidad. La utilidad bruta de la energía producida se considera en $0.03 por KWH. El costo estimado de una falla es $76,180. El historial de falla del ventilador es de una vez cada 1.2 años con 85% de las fallas de naturaleza mecánica. El costo anual de fallas mecánicas es de $53,745 [$76,180 X 0.85 X 0.83]. Se cree que con un control preciso de la contaminación, mejorar la calidad del lubricante, balancear y alinear correctamente, es posible reducir dramáticamente la cantidad de fallas y su costo Costo Falla severa Falla moderada Falla menor Costo de paro por hora $9,000 $9,000 $9,000 Duración del paro (horas) Partes / refacciones $5,000 $2,000 $250 Mano de obra $7,200 $1,800 $400 Misceláneos $2,000 $500 $200 Costo total $446,20 0 $112,300 $36,850 Probabilidad de ocurrencia 5% 25% 70% Costo ponderado total Costo total ponderado por falla $22,310 $28,075 $25,795 $76,180 Porcentaje por falla mecánica 85% Costo atribuible por falla $64,753 Fallas por año 0.83 Costo atribuible por falla anual $53, Noria

32 Caso No. 1 Selección del Puerto de Muestreo Tapa del Cojinete 928 Noria

33 Caso No. 1 Selección de las Pruebas y la Frecuencia de Muestreo 1006a Noria

34 Caso No. 1 - Selección e las Pruebas y la Frecuencia de Muestreo 1006b Noria

35 Generador de Frecuencia de Muestreo 1007a Ref: Noria

36 Generador de Frecuencia de Muestreo 1007b Noria

37 Caso No. 1 Selección de Objetivos y Límites 1008 Noria

38 Tabla de Extensión de Vida de la Maquinaria Basado en ISO 4406:99 se ha omitido el rango de 4 micrones 3617 Noria

39 Caso No. 1 - Qué Tan Bajos se Deben Fijar los Objetivos de Humedad? 1. Bueno Tabla de Objetivos de Humedad Factor de penalización por confiabilidad (FPC) Descripción del fluido o equipo Turbinas de vapor cojinetes 2,000 1,500 1, Turbina de vapor fluido EHC 2,000 1,500 1,250 1, Hidráulico móvil aceite mineral 10,000 5,000 3,000 2,000 1, Aceite de motor diesel 20,000 10,000 5,000 3,000 2,000 1, Compresor de aire aceite mineral 4,000 3,500 3,000 2,000 1, Caja de engranajes industriales 3,000 2,000 1,500 1,250 1, Transmisión / diferencial 10,000 5,000 3,000 2,000 1, Aceite para máquinas papeleras 4,000 3,500 3,000 2,000 1, Aceite para rodamientos de motor o bomba 2,000 1,500 1, Hidráulico industrial aceite mineral 4,000 3,500 3,000 2,000 1, Fluido hidráulico a base de éster fosfatado 2,000 1,500 1,250 1, Diéster o poliol éster 3,000 2,000 1,500 1,250 1, ,000 ppm = 1% Ejemplo: el objetivo de humedad para un aceite mineral para compresores de aire que tiene un factor de confiabilidad de 5 es 1,000 ppm 2. Mejor - Tan bajo como sea razonablemente posible (TBCRP) 3. Lo mejor - Por debajo del punto de saturación a la temperatura de operación 1012 Noria

40 Nivel actual de humedad (ppm) Análisis de Aceite Avanzado Tabla de Extensión de Vida por Humedad Ventilador FD Nuevo nivel de humedad (ppm) MUESTRA 10,000 5,000 2,500 1, , Rodamientos Cojinetes Rodamientos Cojinetes Rodamientos Cojinetes Rodamientos Cojinetes Rodamientos Cojinetes Rodamientos Cojinetes Rodamientos Cojinetes Rodamientos Cojinetes 25, , , , , Nivel actual por debajo del objetivo especificado. No hay extensión de vida por influencia del agua 1120 SKF, OSU, DT

41 Caso No. 1 Interpretación de Resultados del Aceite Usado 1013 Noria

42 Resumen de Costos para Mejorar el Control de Contaminación y el Análisis de Aceite 1052 Noria

43 Reducción del Costo por Falla con Análisis de Aceite Costo Falla severa Falla moderada Falla menor Costo por cada falla $446,200 $112,300 $36,850 Costo total ponderado Probabilidad de ocurrencia actual 5% 25% 70% Costo total ponderado por falla $22,310 $28,075 $25,795 $76,180 Porcentaje de falla mecánica 85% Costo total por falla ajustado $64,753 Probabilidad bajo el programa propuesto 2% 15% 83% Costo total ponderado por falla $8,924 $16,845 $30,586 $56,355 Porcentaje de falla mecánica 85% Costo total por falla ajustado $47,901 Ahorro por evento por intervención $16,852 La detección temprana proporcionada por el monitoreo de condición, incluyendo análisis de aceite, reduce la severidad del evento promedio 1049 Noria

44 El Análisis de Aceite Proactivo y Predictivo Hacen Equipo El análisis de aceite predictivo reduce el costo por evento El mantenimiento proactivo reduce el número de eventos Costo por evento Eventos por año por máquina Costo anual de fallas por máquina Situación actual $64, $53,745 Situación propuesta $47, $17,244 Ahorros anuales por máquina $36, Noria

45 Interpretación de Análisis de Lubricantes Muchas Gracias! 275 JCF