ANALISIS CAUSA RAIZ DE LA FRACTURA DEL IMPULSOR DE LA BOMBA DE VACIO

1. DATOS DEL EQUIPO:

TABLA I. Descripción de la Bomba de Vacío de Anillo Líquido DATOS Equipo: Tipo: Marca: Modelo: Máxima Presión de Descarga: Máxima Presión de Vacío: Caudal de succion: Liquido de Sello: Caudal de Liquido de Sello: Presión de Liquido de Sello: Temperatura del Líquido de Sello Potencia del Motor: Velocidad del Motor:

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

DESCRIPCION Bomba de vacío De anillo líquido de una sola etapa NASH EC450L 1,1 mbar (808,56 mmHg) 33 mbar (24,26mmHg) 0.106 m3/s (223.65 cfm) Agua fresca 0.00038 m3/s (22,7 l/min) 500 mbar (7.1Psi) 288.15 °K (15°C) 15 kW (20 HP) 1 750 RPM @ 60Hz

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Curva de Rendimiento de la bomba de vacío de anillo líquido - Modelo EC450 Fuente: ENERSUR

2. UBICACIÓN DEL EQUIPO:

Las bombas de vacío se ubican en la parte inferior de la Planta Desalinizadora, su función es evacuar los gases no condensables (GNC), durante la puesta en marcha en los compartimientos del evaporador y por mantener una presión de vacío controlada durante la operación de la Planta Desalinizadora.

Vista Lateral de la Planta Desalinizadora de Agua de Mar y ubicación de las bombas de vacío de anillo líquido.

Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Foto 01 - Bombas de vacío de anillo líquido en la Planta Desalinizadora de agua de mar. Fuente: ENERSUR

Foto 02 - Vista lateral donde se muestra el tanque separador en la descarga. Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Foto 03 – Desmontaje de tapa de la bomba para retirar el impulsor. Fuente: ENERSUR

Foto 04 – Falla: Fractura de álabe. Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

3. DETALLE DEL EVENTO :

Desde el arranque de la Planta Desalinizadora de Agua de Mar en Noviembre 2006, se generaban paradas de una de las dos bombas de vacío por la fractura del álabe del impulsor, los fragmentos se incrustaban en lado de menor holgura entre el impulsor y la carcasa, haciendo que se agarrote el eje de la bomba de vacío, por ello el equipo dejaba de funcionar, en algunos casos entraba la bomba de vacío en stand-by, pero en otros paraba toda la Planta Desalinizadora de Agua de Mar.

Se inició una investigación para hallar las razones de estas fallas continuas, una constante era el golpeteo interno de la bomba de vacío. Se instalaron nuevos impulsores del mismo modelo EC450L, pero también presentaron la misma falla. Actualmente, funciona sin problemas, pues se usaron métodos empíricos para solucionar el problema modificando la parte estructural del impulsor, pero hasta el momento se desconocen las razones técnicas de la falla.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

4. LÍNEA DE TIEMPO Las bombas de vacío empiezan a trabajar desde noviembre del 2006 en que arranca Planta Desalinizadora de Agua de Mar. El año 2007 ocurre la primera fractura del impulsor de una de las bombas de vacío.

Línea de tiempo de intervenciones principales a las bombas de vacío Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

5. INFORME DE PRESUPUESTO DE MANTENIMIENTO A LA BOMBA DE VACIO (PERIODO 2007-2013) A continuación detallamos todos los mantenimientos preventivos y correctivos con los costos invertidos en cada uno de ellos, estos costos incluyen los recursos humanos y materiales o repuestos.

TABLA II. COSTOS DE MANTENIMIENTO - 2007 FECHA DE INTERVENCION

AVISO

OM

COSTO USD

23/02/2007

7000006241

100006242

REPARACION SOLENOIDE BBA VACIO 2 DSP3

29/05/2007

7000006855

100006917

REVISAR SOLENOIDE BOMBA VACIO DSP3

26/06/2007

7000007098

100007202

REPARAR FUGA AGUA BOMBAS VACIO DSP3

21/08/2007

7000007460

100007640

REVISAR BOMBA VACIO 1 DSP3 NO ARRANCA

28/09/2007

7000007770

100007970

REVISAR TRANSMISOR DE VACIO DSP3

179.52

01/10/2007

7000007761

100007957

REPARAR FUGA DE SELLO MECAN.BBA VACIO 2 DSP

623.17

DESCRIPCION BREVE

226.74 3.17 47.53

TOTAL

2,043.36

3,123.49

Fuente: Software SAP Maintenance-ENERSUR

TABLA III. COSTOS DE MANTENIMIENTO - 2008 FECHA DE INTERVENCION

AVISO

OM

COSTO USD

25/01/2008

7000008432

100008803

REPARAR BOMBA DE VACIO DSP3

1,082.32

25/04/2008

7000009065

100009387

REVISAR BOMBA VACIO 2 X ALTA VIBRACION

1,689.17

18/08/2008

7000009846

100010161

REPARAR SOLENOIDE BOMBA VACIO 1 DSP3

20/08/2008

7000009850

100010167

REPARAR FUGA LINEA SELLO BBAS VACIO DSP3

03/12/2008

-

100010499

REEMPLAZO DE ROTOR BOMBA VACIO 1 DSP3

DESCRIPCION BREVE

TOTAL Fuente: Software SAP Maintenance-ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

159.56 177.93 23,182.63 26,291.61

TABLA IV. COSTOS DE MANTENIMIENTO - 2009 FECHA DE INTERVENCION

AVISO

OM

COSTO USD

12/08/2009

7000011786

100012408

REPARAR FUGA LINEA AG SELLO BBAS VACIO D

797.27

09/11/2009

7000012304

100012937

INSPEC.FLUJOMETRO AGUA SELLO BBA VACIO 1

117.05

31/12/2009

7000012561

100013168

CAMBIO VALVULA SOLENOIDE BBA VACIO 2 DSP

508.65

DESCRIPCION BREVE

TOTAL

1,422.97

Fuente: Software SAP Maintenance-ENERSUR

TABLA V. COSTOS DE MANTENIMIENTO – 2010 FECHA DE INTERVENCION

AVISO

OM

COSTO USD

04/01/2010

-

200041609

MANTTO 8000 H MOTOR BOMBA VACIO 1 DSP3

604.22

02/03/2010

-

200041611

MANTTO 8000 H MOTOR BOMBA VACIO 2 DSP3

466.30

05/03/2010

7000012868

100013399

INSPEC.MOTOR BOMBA VACIO 1 X TRIP DSP3

2,418.61

07/05/2010

7000013044

100013498

REPARAR BOMBA VACIO 1 POR TRIP DSP3

1,625.82

23/07/2010

7000013253

100013661

REP X TRIP BOMBA VACIO #1 DSP3

09/08/2010

-

200051272

CAMB RODAMTO DE BBA VACIO 2 DSP3

1,267.46

01/09/2010

7000013364

100013731

REVISAR MOTORBBA VACIO 2 DSP3 AMARRADA

2,955.19

06/09/2010

7000013378

100013737

BBA VACIO 2 DSP3 TRABADA ALABE IMPE ROTO

305.05

07/09/2010

7000013387

100013741

REVISAR TX NIVEL TKE SEPARADOR DSP3

20/09/2010

7000013422

100013759

REV BBA VACIO 2 DSP3 AMARRADA

06/10/2010

7000013457

100013788

REPARAR BOMBA VACIO 2 POR FALLA IMPELENT

07/10/2010

7000013463

100013794

REP BOMBA VACIO 1 POR FALLA IMPEL DSP3

14/10/2010

7000013469

100013806

REPARAR BOMBA VACIO 2 POR FALLA IMPELENT

17/11/2010

6000000340

100013877

REV BBA VACIO #2 DSP3 AMARRADA

22/11/2010

-

200038209

MANTTO BBA VACIO 2

13/12/2010

6000000382

200057488

REPARAC LINEA AGUA SELLO BBA VACIO DSP3

183.03

21/12/2010

7000013682

100013928

REPARAR BOMBA VACIO 2 TRABADA - DSP3

480.08

29/12/2010

7000013692

100013948

REV BBA VACIO #1 DSP3 AMARRADA

490.05

29/12/2010

6000000410

200057811

VALV SOLN NO ABRE BBA VACIO #2 DSP3

309.47

31/12/2010

7000013698

100013954

REP BOMBA VACIO #2 DSP3 AMARRADA

193.22

DESCRIPCION BREVE

927.06

61.80 603.43

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

624.24 1,000.75 611.99 50.84

TOTAL Fuente: Software SAP Maintenance-ENERSUR

1,547.67

16,726.28

TABLAVI. COSTOS DE MANTENIMIENTO – 2011 FECHA DE INTERVENCION

AVISO

OM

03/01/2011

-

200051097

INSTALAR NUEVA BOMBA VACIO NASH DSP3

27/01/2011

7000013785

100014013

REP BOMBA VACIO #1 DSP3 AMARRADA

797.13

27/01/2011

6000000484

200058073

CAMB TUB LÍNEA AGUA SELLO BOMBA VACIO 2

180.24

02/02/2011

-

200058092

INST VLV CHECK LINEA AG SELLO BBA VACIO

07/02/2011

6000000498

200058125

REPARACIÓN IMPELENTE BOMBA VACIO 1 DSP3

1,193.98

16/02/2011

6000000511

200058170

INST VLV BLOQUEO SALIDA TANQUE SEPA DSP3

212.74

22/02/2011

6000000431

100013964

REV MEDIDOR DE FLUJO BOMBA VACIO 1 DSP3

165.15

10/03/2011

7000013912

100014116

REV BOMBA VACIO #1 DSP3 AMARRADA

510.99

18/03/2011

6000000548

200058428

REUB SOLEN LÍNEAS AGUA SELLO VACIO DSP3

165.15

30/03/2011

7000013965

100014157

REV BOMBA VACIO #1 DSP3 AMARRADA

463.99

04/08/2011

7000014298

100014412

REPARAR LINEA AGUA SELLO BBAS VACIO DSP3

446.29

24/08/2011

-

200063913

MANTTO MOTOR BBA VACIO B DSP3

268.50

31/08/2011

-

200064994

REP IMPELENTE BBA VACIO SPARE DSP3

262.01

06/12/2011

7000014733

100014701

BOMBA DE VACIO1 AMARRADA REVISAR DSP3

DESCRIPCION BREVE

COSTO USD 32,237.96

482.77

12,797.74 TOTAL

50,184.64

Fuente: Software SAP Maintenance-ENERSUR

TABLA VII. COSTOS DE MANTENIMIENTO – 2012 FECHA DE INTERVENCION

AVISO

OM

06/01/2012

-

200067286

INSP BBA VACIO 1 AMARRADA DSP3

625.12

23/01/2012

6000001164

200068257

REV BBA DE VACIO 1 AMARRADA DSP3

446.15

26/03/2012

6000001251

200068793

REPARAR FUGA AGUA SELLO BOMBAS VACIODSP3

221.69

09/04/2012

7000015069

100014975

INSPECION/REPARAC.BOMBA VACIO 1 DSP3

23/05/2012

7000015208

100015089

REVISAR TRANSMISOR VACIO DSP3

11/06/2012

7000015285

100015154

INSP.REPARACION BOMBA VACIO 1 DSP3

06/07/2012

6000001467

200072207

REPARAR BBA DE VACIO #1 DSP3

181.68

19/07/2012

7000015429

100015272

DSP3 REP BBA DE VACÍO 1 EJE NO GIRA

926.21

24/07/2012

7000015449

100015299

REP BBA VACIO1 DSP3 TRABADA ALABE ROTO

622.53

29/08/2012

6000001518

100015422

REPARACION BBA 2 DE VACIO DSP3

03/09/2012

6000001521

200072577

CAMBIO ROTOR BOMBA VACIO 2 DSP3

29/10/2012

6000001520

200072588

BALANCEAR MOTOR BOMBA VACIO 2 DSP3

DESCRIPCION BREVE

COSTO USD

1,410.70 151.21 4,834.83

21,745.66 187.99 237.20 TOTAL

Fuente: Software SAP Maintenance-ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

31,590.97

TABLAVIII. COSTOS DE MANTENIMIENTO – 2013 FECHA DE INTERVENCION

AVISO

OM

COSTO USD

14/01/2013

7000016312

100015983

INSP.REPAR.IMPELENTE BOMBA VACIO 1 DSP3

122.02

24/04/2013

7000016926

100016536

REPAR VENT ROTO MOTOR BBA VACÍO 2 DSP3

153.80

24/04/2013

6000001671

200076984

REVISIÓN RODETE BOMBA VACIO 1 DSP3

06/05/2013

7000016939

100016566

REP FUGA LINEA DE AGUA DE SELLO DSP3

290.14

15/05/2013

7000017002

100016631

REP SELLO MECANICO BBA VACIO #1 DSP3

808.31

23/05/2013

7000017038

100016674

INSPECCION POR RUIDO BOMBA VACIO 1 DSP3

285.82

11/06/2013

7000016885

100016531

REP PALETA VENTILADOR BOMBA VACIO 2 DSP3

57.50

19/07/2013

7000017438

100017044

INSP.REPARAC.BOMBA VACIO 1 DSP3

06/08/2013

7000017599

100017164

REP BBA N°1 VACIO AMARRADA DSP3

DESCRIPCION BREVE

6,841.42

887.02 1,430.94

TOTAL Fuente: Software SAP Maintenance-ENERSUR

60,000.00 $48 264

50,000.00

COSTO DE FALLAS DEL EQUIPO (USD)

40,000.00 $31 218 30,000.00

$25 954

COSTO POR OTRA FALLA DEL SISTEMA DE LA BOMBA DE VACIO

20,000.00 $11 415 10,000.00 $2 043

$9 779

$0

0.00

TIEMPO DE OPERACION Distribución de costos por mantenimiento de una bomba de vacío. FUENTE: Recolección Propia

Nota: Las columnas de color verde indican la cantidad de costos por las intervenciones al fallar el impulsor y de color azul por otra falla del sistema de la bomba de vacío.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

10,876.97

6. DESCRIPCIÓN FOTOGRÁFICA DE COMPONENTES FALLADOS:

A continuación describiremos el estado del impulsor fallado:

FOTO A - Detalle de álabe fracturado del impulsor. Se observa en el álabe siguiente el inicio de otra fractura en la base del álabe. Fuente: ENERSUR

FOTO B - Detalle de otro álabe con indicios de fractura desde la base del álabe. Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

FOTO C - Fragmento de álabe incrustado en el lado de menor holgura entre el impulsor y la carcasa. Fuente: ENERSUR

FOTO D - Impulsor después de ser reforzado en la base de los álabes por soldadura inoxidable, presenta nueva fractura de uno de los álabes. Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

7. ÁNALISIS DE FALLAS: Usaremos el método del Árbol de Fallas para implementar “Planes de Acción” para que no vuelva a fallar el impulsor, que es el método más usado por los ingenieros de confiabilidad de plantas industriales.

7.1 ARBOL DE FALLA:

Falla - Fractura de Alabe

Operación

Mantenimiento

Sobrecarga Temperatura de Agua de Sello

Presión de Agua de Sello

Mala instalación del Impulsor

Bomba de Vacío Material del Impulsor

Impulsor desbalanceado

Árbol de Falla de la fractura del álabe del impulsor de la bomba de vacío . Fuente: Recolección Propia

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

7.2 HIPÓTESIS DEL ÁRBOL DE FALLAS

TABLA IX. HIPOTESIS DE ARBOL DE FALLAS Hipótesis de falla 01. Sobrecarga 02. Temperatura de Agua de Sello 03. Presión de agua de sello 04. Mala instalación del impulsor 05. Impulsor desbalanceado 06. Material del Impulsor

Método de Verificación Reportes en OM Inspección de temperatura Parámetro de rango de trabajo Nivel de personal técnico Nivel de personal técnico Informe Metalográfico

Fuente: Recolección Propia

7.3 ANALISIS DE HIPÓTESIS DEL ÁRBOL DE FALLAS

HIPÓTESIS 01: SOBRECARGA

La única forma para que se genere una sobrecarga en la bomba de vacío de anillo líquido es que en la línea de succión aparezca un material extraño (pequeños fragmentos de metal, piedras, otros) de tal forma que este pueda fracturar el álabe, pero en la vida útil de la bomba nunca sucedió ni se reportó en alguna OM.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

HIPÓTESIS 02: TEMPERATURA DE AGUA DE SELLO

Se hizo una toma de muestras de las temperaturas en el cuerpo de la bomba con pistolas laser que miden temperaturas, donde se encontró en la posición 4 de la figura siguiente que el agua de sello que ingresaba a la bomba tenía una temperatura de 295.15 (22°C), temperatura más alta que la recomendada por el fabricante de 288.15 °K (15°C).

Muestra 01 de temperatura del exterior del equipo

Fuente: Recolección Propia

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Cada bomba de vacío de anillo líquido tiene una curva en especial de presión versus temperatura que nos dará un factor de corrección de volumen de succión de gases.

Curva de influencia de la temperatura del agua de sello en el volumen de succión y el límite para evitar la cavitación. FUENTE: Proveedor de bombas de vacío: Sterling –SIHI

Lastimosamente, el proveedor de la bomba de vacío de anillo liquido modelo EC450L marca NASH, indica que el equipo ya está fuera de mercado y carecía de esta curva solicitada, complicando la investigación. El cambio de temperatura de agua de sello no solo afecta el volumen de succion sino que aumenta el consumo de energía del motor.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Muestras 02 de temperatura del exterior del equipo Fuente: Recolección Propia

Nos enfocamos en la Muestra 01, en la posición 1 donde tenemos 35.9°C, si esta temperatura se mantiene desde el arranque del equipo o aumenta, donde el máximo vacío del equipo es de 33 mbar (24,26mmHg), siendo su temperatura de saturación de vapor de agua 30.7°C, es decir, que la temperatura del anillo líquido no debe de superar los 30.7°C, estaríamos concluyendo que existe cavitación, y coincide que desde el arranque del equipo inicia el típico e intenso ruido de golpeteo interno y como consecuencia de ello mucha vibración.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Pero,

después

del

arranque

y

estabilización

la

Planta

Desalinizadora de agua de mar, donde la presión de vacío del evaporador no sobrepasa los 272.09mbar (200mmHg) siendo la temperatura de saturación de 339.65 °K (66.5°C), aún persiste el ruído de tamboreo interno.

Se presume que la temperatura de agua de sello aumenta mucho más debido al calor transferido de los gases calientes de la succión (a veces de 37°C a 48°C), a esto agregamos el ingreso de agua de sello a la bomba con alta temperatura de la recomendada (a veces desde 19°C a 41°C), manteniendo una constante presión en la Planta Desalinizadora de agua de mar, así entonces, se sigue generando cavitación internamente.

No se tiene fórmula para determinar cuánto más aumenta la temperatura de agua de sello, aunque los proveedores de estas bombas recomiendan que la temperatura de descarga del agua debe ser mayor de 3°C a 10°C que el ingreso, si esto no sucede, recomiendan aumentar el caudal del agua de sello hasta que se logre lo recomendado.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

La implosión de una burbuja de vapor crea torpedos (microjets) microscópicos de líquido que sale expulsado de la burbuja colapsando con el material, a veces a velocidades mayores que 1 000 m/s desarrollando presiones de hasta 1 000 MPa y a la vez se generan ondas de choque que pueden producir hasta 600 MPa.

Ilustración del modelo de implosión de la burbuja en el fenómeno de cavitación. Fuente: www.analisisdefractura.com

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Pérdida de Volumen (mm 3)

Aluminio

Cobre

Bronce

Latón

Acero dulce

Acero Inoxidable

Tiempo de Test (hrs)

Se muestra la perdida de volumen de materiales, después de una generación de cavitación en un ensayo por S. Rao. Fuente: “Selecting Metal and Alloy to Resist Cavitation Damage”, S. Rao, L. Rao, K. Seetharamiah, April 1971.

El ataque de las burbujas del vapor de agua para que llegue a desprender

material

tiene

que

dañar

a

través

de

constantes

implosiones a grandes presiones hasta fatigar el material, pero nuestro material, el acero inoxidable AISI 316, como vemos está soportando el ataque de dichas burbujas por sus propiedades mecánicas (su resistencia varía de 590 a 885 MPa), pero por otro lado tenemos el constante impacto que ira fatigando el material y se agregará a la fatiga natural que tienen los álabes por la operación misma.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

HIPÓTESIS 03: PRESIÓN DE AGUA DE SELLO

Según el manual de la bomba, la presión del agua de sello no debe exceder los 48,9 kPa (7,1 psig) y debe ser mayor que la presión de ingreso de los gases que es 101,3 kPa (0 psig). El indicador del manómetro de succión del agua de sello fluctuaba entre diferentes presiones no siendo constante, esta fluctuación contribuyó a la cavitación descrita en la Hipótesis 02, pues no debería descender de 0psig, de lo contrario estaría siendo succionado por el vacío de la bomba.

Rango de fluctuación del indicador de presión de la línea de agua de sello de 31,36 kPa (10”Hgvac) a 68,9kPa (10psig) Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Por otro lado, tanto el manual de la bomba como de otros proveedores exigen que se llene de agua hasta el centro del eje de la misma bomba en el arranque de la bomba de vacío, pero si esto no sucede cuando se forme el anillo de agua será muy delgado en la parte inferior y el ingreso del agua de sello no estaría llegando al anillo de agua si no a las cámaras de vacío formada entre cada álabe, es por ello que existe la probabilidad

de que estas cámaras

estén

succionando con la presión de vacío de la bomba al agua de sello, otra razón para que varíe el indicador del manómetro.

Esquema de una bomba de vacío de anillo liquido con su tanque separador FUENTE: Proveedor de bombas de vacío: Sterling –SIHI

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

HIPÓTESIS 04: INSTALACION DEL IMPULSOR El personal de mantenimiento mecánico estuvo entrenado por la corporación IDE Technologies Ltd. cuando fue adaptada la planta desalinizadora de Chile a Ilo-Peru. Todos ellos participaron de los diferentes montajes y desmontajes del impulsor, respetando la tolerancia que se exige entre la tapa (port plate) y el impulsor, para evitar que estos se amarren. La tolerancia esta entre el rango 0.127mm. (0.005”) a 0.178mm. (0.007”) a través de galgas y reglas se hace esta holgura y usando las roscas de ajuste del impulsor en el eje del equipo.

Detalle de la tolerancia entre el impulsor y la tapa de la bomba de vacío Fuente: Manual de la bomba de vacío-NASH

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

HIPÓTESIS 05: IMPULSOR DESBALANCEADO

El personal de mantenimiento predictivo es especialista y altamente

calificado

en

balanceado

de

componentes

rotativos,

contaban con equipos especiales para este. No se registra alguna OM de fractura de alabes por desbalanceamiento del impulsor.

Equipo de balanceo Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Perforación de pequeños agujeros en la parte posterior del impulsor para balanceo del mismo. Fuente: ENERSUR

Soldadura de pesos en ciertos álabes para balanceo del impulsor. Fuente: ENERSUR

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

HIPÓTESIS 06: MATERIAL DEL IMPULSOR

Se envió el Impulsor para análisis a Laboratorio Metalúrgico de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional Jorge Basadre Grohmann. El análisis de este impulsor incluye 04 ensayos: tintes penetrantes, dureza, metalografía con microscopio óptico, y por último, microscopio electrónico de barrido.

A. ENSAYO DE TINTES PENETRANTES: Se ha podido registrar que la fractura se inicia en la base y parte frontal del álabe, en la parte gruesa del álabe.

Detalle del inicio de fisura. Fuente: Informe de Metalografía UNJBG

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

B.

ENSAYO DE DUREZA:

El acero inoxidable 316 reporta una dureza 149 HB (proveedor WESCO). Como se verá la dureza del material analizado está dentro de lo permisible; con la diferencia que el material fracturado presenta una mayor dureza debido al efecto de la deformación por motivo de la fractura.

TABLA X. DUREZA DE MUESTRA DEL ALABE FRACTURADO EQUIVALENCIA DUREZA ZONA DUREZA BRINELL (HRB) (HB) Álabe sano

82.90 ± 1.14

135

Álabe fracturado

90.27 ± 2.33

157

Fuente: Informe de Metalografía UNJBG

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

C. ENSAYO DE METALOGRAFÍA CON MICROSCOPIO ÓPTICO:

La metalografía óptica, con pulido al espejo sin ataque químico, nos muestra que el material desde su origen no presenta apreciables discontinuidades, hasta 500 aumentos de observación el material se presenta compacto y homogéneo.

La metalografía óptica, con ataque químico, nos muestra que se trata de acero inoxidable dúplex, de solidificación dendrítica, con matriz de Austenita y precipitados de Ferrita en los límites de grano. También se aprecia que, en la parte gruesa, los granos son más grandes que en la parte delgada del álabe, producto del proceso de solidificación en el momento de su fabricación. Lo cual nos dice que la aleación esta tal como se fabricó, por fusión y colada, sin tratamiento térmico posterior.

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Microfotografía con Ataque Químico Reactivo Marble en Álabe fracturado a 100X - Con ataque químico en 5 segundos. Fuente: Informe de Metalografía UNJBG

Microfotografía con Ataque Químico Reactivo Marble en Álabe fracturado a 500X - Con ataque químico en 5 segundos. Fuente: Informe de Metalografía UNJBG

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

D. ENSAYO DE OBSERVACION DE FRACTURA CON MICROSCOPIO ELECTRONICO DE BARRIDO:

El análisis de la superficie de la fractura, mediante el microscopio electrónico de barrido, nos muestra que la rotura se produjo por fatiga bajo tensión, la presencia de típicas estrías generadas en la superficie fracturada nos permite llegar a esta conclusión.

Fractura en el medio de álabe (parte gruesa) observada a 100 aumentos. Se puede apreciar la fractura transgranular a través de los granos.

. Fuente: Informe de Metalografía UNJBG

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Fractura en el medio de álabe (parte gruesa) observada a 50 aumentos. Se puede apreciar las típicas estrías de una fractura por fatiga. Fuente: Informe de Metalografía UNJBG

Fractura en el medio de álabe (parte delgada) observada a 50 aumentos. Se puede apreciar las estrías de fatiga (esqueleto de pescado) Fuente: Informe de Metalografía UNJBG

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

8. PLANES DE ACCIÓN DEL ANÁLISIS CAUSA RAÍZ

Finalmente, después del estudio realizado, se proponen diferentes “Planes de Acción”, según las hipótesis demostradas:

Tabla XI. Planes de Acción ÍTEM

01

02

03

04

05

06

DETALLE Refrigerar el agua de sello a 288,15 K (15 °C), tal como se recomienda en el manual de la bomba, ya que todas las curvas para el buen performance de la bomba de vacío de anillo líquido se basan en esta temperatura, así eliminaremos la probabilidad de existencia de cavitación y el ruído de golpeteo interno (si fuera posible instalar un intercambiador de calor). Optimizar la presión de ingreso de agua de sello entre los valores 101,3 kPa (0 psig) a 48,9 kPa (7,1 psig), reduciendo codos, limpieza o cambio de tubería, si es necesario instalar una pequeña bomba booster, agregar un manómetro de donde se toma el agua de sello para tener mejor control de la presión. Mejorar propiedades mecánicas de resistencia de fatiga del material del impulsor, para ello se debe de coordinar con el proveedor para aplicar tratamiento térmico de recocido o cambiar a acero inoxidable de la serie 400 al impulsor de la bomba. Instalar un caudalímetro en la succión de la bomba, para estabilizar el caudal de gases succionados, según este dato estable se puede aumentar el caudal de agua de sello para tener una mejor refrigeración y eliminar la cavitación. Realizar un procedimiento especialmente para arranque y parada de la bomba de vacío, indicar el llenado de agua de sello hasta el centro del eje de la bomba para el arranque y otras recomendaciones del manual de la bomba, esto se difundiría a los operadores y Jefes de Turno de Operaciones. Supervisar las reparaciones del impulsor minuciosamente, mediante los reportes y en campo supervisar la holgura de instalación entre el impulsor y la tapa, balanceo del impulsor y ensayo de líquidos penetrantes después de soldar los álabes fracturados.

Fuente: Recolección Propia - 2013

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar

Figura 1. Esquema de operación con recirculación Fuente: Bannarth, Helmut. “Liquid Ring Vacuum Pumps, Compressors and Systems” - 2005

Figura 2. Capacidad de succión dependiendo del caudal del líquido de sello Fuente: Bannarth, Helmut. “Liquid Ring Vacuum Pumps, Compressors and Systems” – 2005

Por: Ing. Jesús Quispe Bolívar