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N° 28 Enero 2.007 El presente documento tiene por objeto registrar y difundir internamente los casos, novedades y experiencias propias dentro del Mantenimiento Predictivo /Proactivo y ponerlos a disposición del Mantenedor de Planta para conocimiento y discusión de causas que producen fallas.

“Próximo numero” Actualización de Tecnologías A fines del año anterior y continuando con un programa de actualización de tecnologías dentro del Mantenimiento Predictivo pudimos concluir con la instalación del nuevo Soft para Vibraciones.

Frecuencias Forzadas El valor del análisis de las vibraciones de maquinaria está basado en el hecho que elementos específicos en las partes rotativas de cualquier máquina producirán fuerzas en la máquina que causarán vibraciones a frecuencias específicas. Una de las más importantes frecuencias forzadas son las RPM de la flecha, y eso proviene del hecho que cualquier rotor siempre presenta una cierta cantidad de desbalanceo residual. Esto imparte una fuerza centrífuga radial en los rodamientos y causa la vibración de la estructura a la frecuencia fundamental o 1x. Los llamados tonos de rodamientos, que son característicos de cada geometría de rodamiento son fuerzas generadas por defectos en los anillos del rodamiento y en los mismos elementos de rodamientos.

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Las frecuencias de engranaje de los engranes provienen de los impactos individuales de los dientes de un engrane unos contra otros y la frecuencia de engranaje es igual al número de dientes en el engrane multiplicado por las RPM del engrane. Las frecuencias de paso de aspas o de alabes son similares al engranaje y son igual al número de alabes en una impulsora o al número de aspas en un ventilador, multiplicado por las RPM. Cada frecuencia forzada va a crear un pico en el espectro de vibración. La amplitud del pico depende de la gravedad de la condición que lo causa. De esa manera, la frecuencia indica el tipo de problema, y la amplitud indica su gravedad.

Suponemos que los componentes motores/engrane /ventilador tienen los números de elementos siguientes: Componente de la Elementos del Componente Máquina Ventilador de Enfriamiento Aspas de Venilador del Motor

Nmero de Elementos 11

Rotor del Motor

Barras del Rotor

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Pion de activacion

Dientes de Engrane

36

Engrane Activado

Dientes de Engrane

100

Ventilador

Aspas de Ventilador

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En este caso de una máquina de varias flechas, debemos considerar que las frecuencias fundamentales de las flechas del motor y del ventilador son diferentes. Suponemos que el motor está girando a 1780 RPM. Para calcular las RPM de la flecha del ventilador, primero tenemos que encontrar la proporción de reducciones de la caja de engranes Para encontrarla, consideramos el número de dientes en cada engrane. Dividimos la cantidad del piñón de activación entre la cantidad del engrane activado: 36/100 = 0.36 Después se multiplica esta proporción por las RPM de la flecha del motor para encontrar las RPM de la flecha del ventilador: 0.36 x 1780 = 640.8 Ahora se puede decir que la frecuencia fundamental del motor es de 1780 CPM. y la frecuencia fundamental del ventilador de 640. 8 CPM. Si la máquina fuera completamente lineal en su respuesta, las frecuencias forzadas existirían por si mismas, pero a medida que la máquina va desarrollando holgura, y juego excesivo, su estructura se hace no lineal. La señal de vibración que se genera en las frecuencias forzadas, especialmente en 1x, la velocidad de funcionamiento se distorsiona y provoca la aparición de armónicos en el espectro. A medida que se incrementa el grado de no linealidad, las frecuencias forzadas interactúan y causan modulación de frecuencia y de amplitud. Esto causa la aparición de bandas laterales en el espectro. Por estas razones, los armónicos de velocidad de funcionamiento y las bandas laterales casi siempre son una indicación de problemas de maquinaria y su número y nivel son una indicación de la gravedad del problema. Yac. Ramos, Salta, Arg. Año IV, N° 28, Enero 2.007 Edición / Public.: M. Sánchez Mto. Pred / Proact. E-Mail:m [email protected]

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NUESTRO CASO DE ANALISIS

Dos mecanismos de falla distintos, dos manifestaciones diferentes. En esta ocasión deseo compartir la experiencia ocurrida en dos equipos sopladores de iguales características constructivas y condiciones de servicio, los cuales presentaron por separado falla en los componentes rodantes con mecanismo de acción y manifestaciones diferentes.

CASO 1: Reductor de Aero enfriador E-401-A2 Rodamiento analizado: SKF FY 2 ½ TF Diagnóstico: Desconchado producido por corrosión de contacto. El equipo bajo análisis comprende un grupo de máquinas incluidas dentro de la ruta de monitoreo de vibración, cuyos datos técnicos y puntos de medición se ven más abajo en esquema de máquina. En este caso pudo ser observado el tipo de daño “Desconchado” en camino de rodadura de pista exterior. ESQUEMA DE MAQUINA DE EQUIPO AEROENFRIADOR E-401-A2

4 1 MOTOR

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UNIDAD CONDUCTORA: ( MOTOR ELECTRICO ) MARCA. MODELO: SERIE: POTENCIA: RODAMIENTOS RODAMIENTOS

WEG 180L-0694-142437N 150501N 30 HP @ 1.470 LADO ATAQUE: LADO O/ATAQUE:

6311-C3 6211-Z-C3

UNIDAD CONDUCIDA:( REDUCTOR ) MARCA: RODAMIENTOS RODAMIENTOS CANT. PALAS:

ASTRA EVANGELISTA LADO ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TF LADO O/ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TF # 4

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Desarrollo: Lo primero que llamó la atención fue un incremento sostenido en el tiempo de los valores de amplitud para el parámetro de aceleración en el punto 4 (reductor de enfriador), según se ve en la gráfica de tendencias (fig. N°1)

(Fig N°1) Gráfica de tendencia valor global aceleración punto 4 (reductor enfriador)

La gráfica de cascada para el mismo punto (Fig. N°2) mostró en efecto mayor actividad en las últimas mediciones, a baja frecuencia y con presencia de componentes de defectos de rodamientos

Tránsito normal Inicio de la falla

(Fig N°2) Gráfica de cascada de aceleración punto 4 (reductor enfriador)

(Fig N°3) Gráfica de espectro de aceleración punto 4 (reductor enfriador) Yac. Ramos, Salta, Arg. Año IV, N° 28, Enero 2.007 Edición / Public.: M. Sánchez Mto. Pred / Proact. E-Mail:m [email protected]

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Simultáneamente, el parámetro de envolvente de aceleración acompañaba la manifestación de la falla desde el momento mismo de su inicio, mostrando claramente las componentes de frecuencia de falla de bolas y pista exterior. Obsérvese comportamientos similares en los incrementos del valor global y forma de espectros en cascada (Fig. N°4 y 5).

(Fig N°4) Gráfica de tendencia de envolvente de aceleración punto 4 (reductor enfriador)

(Fig N°5) Gráfica de cascada de envolvente de aceleración punto 4 (reductor enfriador)

(Fig N°6) Gráfica de espectro de envolvente de aceleración punto 4 (reductor enfriador) Yac. Ramos, Salta, Arg. Año IV, N° 28, Enero 2.007 Edición / Public.: M. Sánchez Mto. Pred / Proact. E-Mail:m [email protected]

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La falla se mantuvo constante en su evolución permitiendo mediante el monitoreo periódico el tiempo suficiente para la provisión de los elementos rodantes para su reemplazo. Finalmente, antes de que esta llegara a un valor de amplitud inaceptable se programa su intervención para realizar el cambio de los rodamientos. Las mediciones posteriores evidenciaron la normalidad en los valores de amplitud para todos los parámetros. A posterior, en nuestros talleres, se procedió al desarme del rodamiento fallado en busca de los efectos causados y determinación de la causa raíz. Pudo ser observado el tipo de daño “Desconchado” en el camino de rodadura del aro exterior correspondiente a la altura del área de corrosión por contacto de la superficie exterior. El desarrollo de la corrosión ha ido acompañado de un incremento en volumen que ha conducido a la deformación del aro de rodamiento y sobrecarga localizada. El resultado ha sido fatiga prematura y desconchado.

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CASO 2: Reductor de Aero enfriador E-401-B2 Rodamiento analizado: SKF FY 2 ½ TF Diagnóstico: Giro de rodamiento en su alojamiento. El equipo bajo análisis comprende un grupo de máquinas incluidas dentro de la ruta de monitoreo de vibración, cuyos datos técnicos y puntos de medición se ven más abajo en esquema de máquina. En este caso pudo ser observado el tipo de daño “Giro de rodamiento en su alojamiento”.

EQUIPO DESCRIPCION: UBICACION:

E-401-B2 AEROENFRIADOR DE PROPANO PLANTA C

ESQUEMA DE MAQUINA DE EQUIPO AEROENFRIADOR E-401-B2

4 1 MOTOR

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UNIDAD CONDUCTORA: ( MOTOR ELECTRICO ) MARCA. MODELO: SERIE: POTENCIA: RODAMIENTOS RODAMIENTOS

WEG 180L-0694-142437N 150504N 30 HP @ 1.470 LADO ATAQUE: LADO O/ATAQUE:

6311-C3 6211-Z-C3

UNIDAD CONDUCIDA:( REDUCTOR ) MARCA: MODELO: SERIE N°: RODAMIENTOS RODAMIENTOS CANT. PALAS:

ASTRA EVANGELISTA

LADO ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TF LADO O/ATAQUE: SKF FY 2 1/2 TF # 4

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Desarrollo: En este caso también pudo ser percibida la presencia de alguna falla con el parámetro de aceleración, según se ve en la gráfica de tendencias (fig. N°7) del valor global que venía transitando en forma inestable por arriba del umbral fijado de precaución. Este tránsito venía siendo monitoreado en cada medición asta que finalmente inicia su carrera ascendente en amplitud para quedarse en valores por arriba del límite de peligro.

(Fig N°7) Gráfica de tendencia valor global aceleración punto 3 (reductor enfriador)

La gráfica de cascada para el mismo punto (Fig. N°8) mostró actividad en todas las mediciones, anteriores a baja y media frecuencia y con presencia de componentes armónicas 1X Conducido.

(Fig N°8) Gráfica de cascada de aceleración punto 3 (reductor enfriador)

(Fig N°9) Gráfica de espectro de aceleración punto 3 (reductor enfriador) Yac. Ramos, Salta, Arg. Año IV, N° 28, Enero 2.007 Edición / Public.: M. Sánchez Mto. Pred / Proact. E-Mail:m [email protected]

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En este caso el parámetro de envolvente de aceleración mostró mayor actividad en las últimas mediciones cuando el valor global de amplitud abría superado el umbral de peligro. (Fig.N10) Debido al ruido presente, en el mismo no era posible diferenciar las modulaciones de frecuencias de falla de rodamientos.

(Fig N°10) Gráfica de tendencia de envolvente de aceleración punto 3 (reductor enfriador)

Mayor actividad hacia las últimas mediciones

(Fig N°11) Gráfica de cascada de envolvente de aceleración punto 3 (reductor enfriador)

(Fig N°12) Gráfica de espectro de envolvente de aceleración punto 3 (reductor enfriador) Yac. Ramos, Salta, Arg. Año IV, N° 28, Enero 2.007 Edición / Public.: M. Sánchez Mto. Pred / Proact. E-Mail:m [email protected]

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Para este caso, dado que la falla presentada coincidiría de alguna forma con una soltura, quisimos ver cómo se habría comportado en su manifestación el parámetro de Velocidad. En el mismo pudo ser observado que las amplitudes del valor global se mantuvieron constantes en el tiempo y la gráfica de cascada y espectro pudieron denotar una excitación clara del componente 1X del Conductor con bandas vecinas moduladas por el elemento Conducido.

(Fig N°13) Gráfica de tendencia de Velocidad punto 3 (reductor enfriador)

(Fig N°14) Gráfica de cascada de Velocidad punto 3 (reductor enfriador)

Componente 1X Conductor con bandas vecina modulado por Conducido

(Fig N°15) Gráfica de espectro de Velocidad punto 3 (reductor enfriador) Yac. Ramos, Salta, Arg. Año IV, N° 28, Enero 2.007 Edición / Public.: M. Sánchez Mto. Pred / Proact. E-Mail:m [email protected]

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La falla alcanzó su pico de amplitud máximo, estabilizándose luego, pero siempre por arriba del umbral de peligro permitiendo mediante el monitoreo periódico mantenerse controlada hasta que finalmente es tomada la decisión de intervención para investigar el origen de la falla. A posterior, al momento del desarme, pudo confirmarse que el problema se habría originado por un giro producido por el rodamiento en su alojamiento causando el desgaste en el soporte del rodamiento, lo cual incrementaba con el tiempo el juego entre el rodamiento y su alojamiento.

Carlos M. Sánchez Predictive Maintenance Vibration Analyst Certified: Category II Vibration Institute USA: ISO 14836-2 Certified Ultrasonic Testing - Level I - ISO-9712 Ruta Nac. N° 34, Km. 1431, Gral. Mosconi C/P 4560 Salta, Argentina TEL: 054-03875-4-23333 int.: 680 E. Mail: [email protected]

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