1 TOMO 1 EQUIPOS ROTATIVOS AUTOR: JOIS RIVERS

2 PROLOGO El sector industrial siempre está a la búsqueda de una imperiosa necesidad de prevenir daños en equipos, aumentando la confiabilidad de las operaciones y manufacturas, hecho este que busca reducir el riesgo de incidentes operacionales y de seguridad de procesos, en la búsqueda de la productividad sin contratiempos o paradas no programadas con la finalidad que todos los riesgos existentes y potenciales sean identificados, analizados, evaluados y controlados. En las rondas operativas de los empleados, o a través de medios electrónicos y/o mecánicos se debe asegurar la identificación y el reporte de equipos potencialmente defectuosos o en falla y, además, que simultáneamente puedan registrar estas fallas y generar análisis de riesgo, esto obliga a los empleadores asegurar una correcta y completa formación de los empleados en todas las actividades de operación de plantas de procesos y de todo el personal de mantenimiento. Aunque en muchas empresas se diseña un programa de mantenimiento e inspecciones, incluyendo pruebas para todos los equipos implicados en el proceso. y se habla de mantenimiento con calidad y operaciones estructuradas, Estos procedimientos e inspecciones se ven opacados cuando un equipo falla en el tiempo en que no debería fallar y las paradas de equipos están representando un dolor de cabeza para los gerentes y administradores del mantenimiento, pues invierten demasiados recursos en horas hombres de mantenimiento, pero no se ve reflejado en la producción cuando la planta se para, lo que echa al traste las buenas prácticas de operaciones, ingeniería y mantenimiento, pues con frecuencia vemos que todavía hay cosas por mejorar y muchas veces los ingenieros rotativos o mecánicos no entienden porque algo está fallando. En operaciones como en mantenimiento, se siguen las recomendaciones del fabricante o según lo determine el historial de funcionamiento del equipo y su evaluación en función del riesgo, las rondas operativas y el seguimiento se realiza a diario, pero vemos que las deficiencias de los equipos no se resuelven, pues cuando se colocan en servicio entran en falla u observación o muchas veces se convierten en reprocesos y hay que volver a intervenir. La creación de un programa de aseguramiento de la calidad para comprobar la idoneidad de los equipos durante el proceso de parada o arrancada debe estar certificado y aprobado por los supervisores de mantenimiento y operaciones, garantizando de esta manera la integridad de los equipos a la hora de un proceso operativo. La reparación de equipos, la existencia de partes y repuestos que cumplan con códigos aplicables y especificaciones de diseño para el apropiado mantenimiento de cada uno de ellos, su adecuada instalación y finalmente los procedimientos operativos bien aplicados, Se convierte en la única forma de garantizar el buen funcionamiento e integridad Mecánica y la confiabilidad de los mismos. Este manual de mejores prácticas de integridad mecánica, Tomo 1. pretende dar de una manera fácil todos los pormenores del porque fallan los equipos y las recomendaciones para una mejor operación de estos… AUTOR: JOIS RIVERS.

3 Conceptos de Confiabilidad Mecánica La Confiabilidad es la "capacidad de un equipo de desempeñar una función requerida, en condiciones establecidas durante un período de tiempo determinado". Definición de Confiabilidad y Mantenibilidad Confiabilidad: Es la capacidad de un componente, equipo o sistema, de no descomponerse o fallar durante el tiempo previsto para su funcionamiento bajo condiciones de trabajo perfectamente definidas. Entre mayor sea el tiempo que funciona un activo, equipo o sistema entre paro y paro se dice que es más confiable y se utilizan métricas como Tiempo medio entre paros o tiempo medio entre fallas para medir la confiabilidad. Este tiempo de funcionamiento óptimo que generalmente se define desde el diseño mediante un proceso llamado DfR (Design for reliability) diseño para la confiabilidad y se estima mediante pruebas en el diseño del equipo o componente y con herramientas estadísticas que estiman y pronostican probabilidades de falla. Mantenibilidad: Es la probabilidad de restituir o volver al servicio, en un tiempo determinado, a un sistema que ha sufrido una falla o interrupción en su funcionamiento. La mantenibilidad es la característica inherente de un elemento o sistema, asociada a su capacidad de ser recuperado para el servicio cuando se realiza la tarea de mantenimiento necesaria bajo condiciones prescritas, con procedimientos y medios adecuados, la cual restablece su función original nuevamente. Se mide por el tiempo medio para reparar e indica severidad de falla y también que tanto estamos preparados o capacitados para atender las fallas, tomando en cuenta tiempos efectivos de reparación, tiempos logísticos y tiempos administrativos o de preparación. Confiabilidad Mecánica: Es la probabilidad de que un sistema lleve a cabo su función durante un determinado periodo o tiempo y bajo condiciones. Operacionales, Uno de los factores a considerar para predecir la confiabilidad de componentes es la tasa de fallo, nivel operativo del equipo, número de ciclos conectados – desconectados, número de horas de funcionamiento, naturaleza y distribución del fallo. Estudio de Confiabilidad: es el estudio de fallos de un equipo o componente. Si se tiene un equipo sin fallo, se dice que el equipo es ciento por ciento confiable o que tiene una probabilidad de supervivencia igual a uno. Al realizar un análisis de confiabilidad a un equipo o sistema, obtenemos información valiosa acerca de la condición del mismo: probabilidad de fallo, tiempo promedio para fallo, etapa de la vida en que se encuentra el equipo.

4 Entendiendo el ciclo de vida de los activos La primera etapa del ciclo de vida es el Selección/Diseño, desde el diseño se deben considerar diversos factores como: Niveles de Servicio de los equipos, donde incluimos los requerimientos del cliente, predicciones de demanda de mercado, estándares de los equipos, facilidades para mantener los equipos, aspectos regulatorios y aspectos mismos de las operaciones internas y que deben ser consideradas para cumplirse como parte del nuevo equipo que se está diseñando o piensa instalar. Se deben tener en mente y predecir los Modos y Efectos de falla para estimar los planes de operación y mantenimiento facilitando su mantenibilidad e incrementando o buscando cumplir sus estándares y confiabilidad estimado. En la etapa de fabricación/adquisición deberemos asegurar que el equipo está siendo fabricado bajo los estándares y normas requeridos en el diseño/selección, en este punto generalmente existen procesos de inspección y aseguramiento de calidad y confiabilidad de equipos en las estepas de fabricación, además de asegurar que antes de embarcarse o enviarse a la siguiente etapa del proyecto funcione correctamente, y no probar hasta que está en sitio y por instalarse. En la etapa de Instalación, pruebas y arranque que comúnmente se conoce como comisionamiento también se realizan pruebas en el equipo para asegurar su confiabilidad sometiéndolo al ambiente real y a estrés es decir a capacidades tope de su diseño, además se aseguran los accesos y facilidades para facilitar su mantenibilidad.

5 En la etapa de operación done el equipo ya está funcionando en su contexto real y en condiciones para las que fue adquirido o diseñado, deben existir procedimientos adecuados de operación, que permitan que el equipo no tenga pérdidas por operaciones incorrectas y además que el equipo sea confiable y tenga continuidad operativa que permitan una buena productividad muy eficiencia. Estadísticamente arriba del 50 % de los problemas en los activos son debido a una operación indebida, por mal uso de herramientas, mala selección de partes y materias primas, etc. Podemos decir que la operación es una etapa muy importante en el ciclo de vida del activo y que mucho de su continuidad operativa está relacionada con las prácticas y métodos de operación dentro de la organización. En la etapa de mantenimiento interviene el especialista y especialistas de mantenimiento para poner en condiciones y restablecer las funciones del equipo, el equipo de mantenimiento debe tener bien definidas y establecidas sus estrategias para asegurar la continuidad operativa y conservar las funciones y estándares del activo que aseguren una confiabilidad de este. Además, debe de tener procedimientos de reparación bien de nidos y optimizados en cuanto a los requerimientos de mano de obra, refacciones, herramientas y servicios externos que minimicen los tiempos de intervención y optimicen la mantenibilidad reduciendo las pérdidas de producción por equipo parado, por trabajar a bajos estándares o por no cumplir los requisitos de calidad de los productos que se producen. Es común que los equipos sufran desgaste por su utilización, este desgaste puede ser el desgaste natural previsto por los fabricantes y diseñadores de los equipos o desgaste acelerado que reduce la funcionalidad y condición de los equipos debido al uso inapropiado por parte de los operadores. Debido a esto existe una etapa en el ciclo de vida del activo llamado reconstrucción que busca poner de nuevo en condiciones óptimas el equipo, en donde se busca que la confiabilidad y mantenibilidad se conserve de acuerdo con el diseño, en algunos casos se pueden realizar Modificaciones para mejorar los estándares de operación, mejorar mantenibilidad y también mejorar el tema de continuidad operativa que impacta directamente en la confiabilidad de los activos. Por último, está la fase de reemplazo o disposición de equipos en donde la organización deberá buscar mejoras en los estándares de producción, confiabilidad y mantenibilidad con equipos más confiables, robustos que requieran menos mantenimiento y menor inversión para realizarlo. Como vemos es importante que en todas las fases del ciclo de vida del activo/equipo consideremos los estándares de producción, confiabilidad y mantenibilidad y que participen los principales actores de la organización.

6 Los actores y principales participantes de la confiabilidad y mantenibilidad Aunque toda la organización debe saber acerca de la importancia de la continuidad operativa, confiabilidad y mantenibilidad existe procesos o actores que tienen mayor impacto en esto, a continuación, nombraremos los principales: •Ingeniería: Se involucra directamente en el Diseño para facilitar mantenibilidad y optimizar ciclo de vida del activo. También participa en la certificación y requerimiento de las renovaciones, y disposición del equipo cuando se requiera. Participa en la elaboración de presupuestos de Inversión para mejorar los estándares, confiabilidad y mantenibilidad de los activos. •Abastecimiento: Se involucra directamente en la compra y adquisición de los equipos, refacciones requeridas para asegurar la continuidad operativa, mejorar los estándares, confiabilidad y mantenibilidad de los activos. Es un departamento de soporte para toda la organización. •Recursos Humanos: En coordinación con operaciones, ingeniería y mantenimiento apoya en la certificación de las competencias requeridas para operar y mantener los activos. Es un facilitador del entrenamiento requerido para que los equipos tengan continuidad operativa y sean bien mantenidos. •Operaciones: Hemos mencionado y establecido que este proceso es la columna vertebral de la organización y que debe operar correctamente los activos bajo los estándares establecidos siguiendo los procedimientos de operación, arranque y paro que conserven el activo, no lo deterioren de manera acelerada y que permitan continuidad operativa y reduzcan intervenciones de mantenimiento. •Mantenimiento: Se involucra directamente en la compra y adquisición de los equipos, refacciones requeridas para asegurar la continuidad operativa, mejorar los estándares, confiabilidad y mantenibilidad de los activos. Es un departamento de soporte para toda la organización. La organización debe trabajar para lograr una mejor confiabilidad y mantenibilidad del activo, buscando tener un modelo integral de Gestión de Activos para reducir los riesgos y buscar mayor productividad y continuidad operativa. En este sentido el Mantenedor del futuro enfocará las decisiones de mantenimiento basadas en riesgo, entendiendo riesgo como unos de los elementos estratégicos de una gestión de activo que permitirá identificar las mejores decisiones en cuanto a la generación de valor al negocio. Además del uso de herramientas que permitan modelar el comportamiento futuro del Riesgo de nuestros equipos, a fin de direccionar los recursos a lo que realmente requiere mantenimiento, en todo momento el mantenedor del futuro no pensará en mantener el activo, buscará la estrategia para mantener solo lo que el activo necesita para cumplir los objetivos del negocio.

7 Imagen – Responsabilidad en el Trabajo y Competencias Conclusiones Podemos decir que tanto la confiabilidad como la mantenibilidad se diseñan desde la primera fase del ciclo de vida del activo y pueden ser gestionadas, controladas y modificadas en las otras etapas del ciclo de vida del activo. Lo importante es saber cómo las acciones y actividades en el día a día operativo impactan en los resultados y productividad del activo.

8 Conceptos de Integridad Mecánica La seguridad en una planta es de vital importancia, para evitar los accidentes, daños al personal, instalaciones, al medio ambiente y los paros de planta no programados. Una de las formas de garantizar la seguridad es mediante el monitoreo y control del espesor de pared de líneas y equipos; debido a que el adelgazamiento excesivo en estos es una de las principales causas que pueden provocar desde la fuga de algún producto o fluido peligroso hasta accidentes catastróficos. Un buen programa de control y monitoreo de espesores puede prevenir significativamente los accidentes, puede prevenir eventos no deseados en tuberías y equipos de proceso y servicios principales, que pudieran dañar la salud e integridad física de los trabajadores, medio ambiente, entorno, instalaciones y la producción. Integridad mecánica: Son todas las actividades necesarias para asegurar que los sistemas, equipos o componentes críticos de las operaciones y procesos que contengan materiales peligrosos estén siempre bajo las condiciones de diseño, procurando mantener las instalaciones desde su construcción e instalación hasta el final de su vida útil, previniendo o eliminando las posibilidades de provocar incidentes con el propósito de garantizar la protección al personal, a la población, el medio ambiente, las instalaciones, la producción y la rentabilidad del negocio. La integridad mecánica conjunta distintas actividades multidisciplinarias, dichas actividades son: Procedimientos de mantenimiento. Entrenamiento y desempeño del personal de mantenimiento y operaciones. Procedimientos de aseguramiento y control de calidad. Inspecciones y pruebas a equipos y refacciones, incluyendo mantenimiento preventivo, predictivo y productivo. La evaluación de la integridad mecánica de una instalación se realiza a través de trabajos de inspección técnica. La inspección técnica puede clasificarse en tres tipos: Inspección basada en tiempo: Se establecen periodos mínimos y máximos de inspección con base en el tiempo de vida útil de un equipo o línea de proceso establecidos a partir de la experiencia de plantas con procesos similares. Inspección basada en riesgo: Su objetivo es definir planes de inspección basados en la caracterización probabilística del deterioro y el modelaje probabilístico de la consecuencia de una falla. Inspección basada en estado: Todo tipo de ensayos no destructivos (END), (radiografías, pruebas de líquidos penetrantes, partículas magnéticas, etc.) que pueden ser realizadas en una instalación, ya sea con el proceso en operación o en

9 algún paro total o parcial, con el objetivo de establecer la condición actual de la integridad mecánica del componente a inspeccionar, por ejemplo, un tramo de línea o un equipo de proceso. Ensayos no destructivos (END) Los ensayos no destructivos (pruebas no destructivas) son técnicas de inspección que se utilizan para verificar las condiciones internas y externas de los materiales, sin deteriorarlos, ni alterar o afectar de forma permanente sus propiedades físicas, químicas o mecánicas. En la actualidad existen varias técnicas establecidas y se encuentran divididos en los siguientes grupos: 1 Pruebas no destructivas superficiales 2 Fuga de Flujo Magnético 3 Líquidos penetrantes 4 Pruebas Electromagnéticas 5 Pruebas no destructivas volumétricas 6 Radiografía 7 Inspección por Ultrasonido 8 Emisión Acústica 9 Radiografiado con Neutrones 10 Prueba Laser (holográfica) 11 Rayos Infrarrojos 12 Pruebas no destructivas de hermeticidad 13 Análisis de Vibraciones 14 Prueba de Fugas Las nuevas metodologías y esquemas de proceso de trabajo para garantizar el correcto rendimiento de un activo basado en su confiabilidad y disponibilidad han impulsado a los accionistas y los gerentes a buscar una mejor perspectiva en el asunto. Es así como existe una serie de herramientas y métodos que serán utilizados con este objetivo. La clave es cómo la tecnología y la metodología deben combinarse para abordar la aplicación y la implementación de una manera adecuada a fin de garantizar el rendimiento confiable del ciclo de vida del activo y, al mismo tiempo, la rentabilidad y el cumplimiento de las necesidades del negocio.

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11 TEMARIO PAG. 1. CONFIABILIDAD MECANICA DE BOMBAS CENTRIFUGAS PARA MANEJO DE LIQUIDOS CRIOGENICOS……………………………………………………….. 11 2. CAUSAS MAS COMUNES POR LAS QUE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS QUE MANEJAN LIQUIDOS CRIOGÉNICOS FALLAN………………………………….. 13 3. CHECK LIST PARA EL MANTENIMIENTO PREVENTIVO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS………………………………………………………………………….18 4. CONFIABILIDAD MECÁNICA DE MOTORES ELÉCTRICOS…………………..22 5. PRINCIPALES PROBLEMAS DE MOTORES ELÉCTRICOS……………….…………..27 6. CONFIABILIDAD MECANICA DE REDUCTORES……………………………….32 7. CONFIABILIDAD MECANICA DE TURBINAS DE VAPOR……………………..37 8. PARTES DE TURBINAS QUE SE VENMAS AFECTADAS POR FALLOS DE OPERACIÓN………………………………..…………………………………………...38 9. CONFIABILIDAD MECANICA DE TURBOEXPANSORES……………..………45 10. CONFIABILIDAD MECANICA DE AEREOENFRIADORES………………….52 11. CONFIABILIDAD EN ENGRANAJES………………………………….….…….65

12 1. CONFIABILIDAD MECANICA DE BOMBAS CENTRIFUGAS PARA MANEJO DE LIQUIDOS CRIOGENICOS Figura 1. Bombas centrifugas para manejo de gases licuados- planta Etileno 2 - Ecopetrol Los gases licuados procedentes de la destilación o torres de fraccionamiento, también denominados gases o líquidos criogénicos (etimológicamente) requieren de reflujos o recirculaciones para lograr enfriamientos adecuados y condensaciones más efectivas, para ello se requiere de bombas centrifugas(verticales u horizontales) que cumplan con la función de lograr transportar productos criogénicos con suficiente flujo y presión, sin que las bajas temperaturas produzcan daños o escapes por las situaciones extremas a que se enfrentan. ¿CUÁLES SON LAS CONDICIONES BASICAS PARA OPERAR BOMBAS CENTRÍFUGAS CRIOGÉNICAS? Antes de colocar en servicio una bomba criogénica, es importante verificar el sentido de giro del motor Impulsor, girando libremente sobre el eje, pues podría presentar una obstrucción de los conductos del mismo que impidan su libre movimiento. Las bombas, con un alto nivel de rpm, altas presiones y que manejen etileno líquido u otros gases licuados con temperaturas inferiores a – 50°F –100°F – 200°F y que se utilizan para bombearlo en ciclos permanentes de arranque y parada o variaciones de reflujo, este tipo de bomba deben tener una eficiente lubricación con aceites preferiblemente sintéticos o resistentes a altas temperaturas para trabajos en condiciones extremas, una lubricación deficiente puede dañar gravemente los componentes de los rodamientos, lo que inevitablemente puede dañar la bomba.

13 Figura 2. Bomba centrifugas horizontal para manejo de líquidos criogénicos Las bombas deben ser protegidas de cualquier partícula extraña, debe estar protegida con un filtro en la línea de succión el cual debe tener aproximadamente 200 a 300 micrones de malla y un área útil de 2 veces el área de la línea de succión. Esto evitaría que partículas metálicas destruyeran internamente el impulsor o los alabes. Para dar un ejemplo…Una de las causas más frecuentes en la disminución del caudal de una bomba criogénica es la entrada de aire en la tubería de aspiración o a través del sello, igualmente si la bomba no fue enfriada y purgada debidamente y con un tiempo adecuado, podría afectar el caudal y la eficiencia de la misma. Es por eso que se debe realizar una inspección minuciosa para detectar posibles daños en la tubería o en los accesorios. Desmontar el sello y verificar posibles daños, si la bomba emplea empaquetaduras que no son las adecuadas, reemplazarlas, si se observa fuga excesiva de fluido hacia la atmosfera o hacia los sellos líquidos como metanol o aceite, es señal que de alguna forma entraron en falla o daño total los sellos internos de la bomba. De igual forma si en el momento de alinear la succión de la bomba, no se inyecta un fluido anti humedad(anticongelante) se generara una posible obstrucción por sólidos, generados por las bajas temperaturas, al tener el cuerpo de la bomba hidratos, de esta forma el impulsor impedirá que la bomba gire

14 y creara una sobrecarga en el motor, lo que generara que el equipo al estar funcionando, este por fuera de los rangos de operación, igualmente podría ocasionar daños en el Impulsor y los álabes, produciendo una disminución de la capacidad de la Bomba. El daño en los alabes del impulsor pueden ocasionar también desbalanceo y vibraciones que afectan el normal funcionamiento del motor, este desbalanceo ocasionado por el impulsor, afectaran los rodamientos que ocasionan desalineación. 2. CAUSAS MAS COMUNES POR LAS QUE LAS BOMBAS CENTRIFUGAS QUE MANEJAN LIQUIDOS CRIOGÉNICOS FALLAN. LA BOMBA GENERA ALGUNA PRESION, PERO NO BOMBEA LIQUIDO 1. Bolsillos de aire en la bomba o gasificación del producto en las tuberías. 2. La línea de succión esta taponada o con formación de hielo internamente. 3. Válvula de succión cerrada o atascada. 4. Filtros tapados. Herramientas dejadas, estopa, herrumbre 5. Válvulas cheques dañadas o mal cerradas. 6. Tubería aplastada (revise toda la línea de succión... pida los planos y recorra toda la línea de succión hasta la bomba). 7. Recubrimiento de la tubería despegada, sin recubrimiento. 8. Cantidades de gas que trae el líquido bombeado o está entrando al sistema, incondensables en cuerpo de la bomba.

15 9. Velocidad del motor muy baja. 10. Rotación del motor errada. 11. La presión requerida por el sistema es mayor que la que puede generar la bomba. 12. NPSH disponible muy pequeño comparado con el requerido por la bomba a ese flujo. 13. Diámetro Del Impulsor Muy Pequeño!, lo maquinaron más pequeño que el requerido por error o fue mal seleccionado. LA BOMBA NO DESARROLLA NINGUNA PRESION Y NO GENERA FLUJO 1. La bomba no fue cebada ni purgada antes de colocarla en servicio. 2. Eje quebrado. 3. No se instaló impulsor... si puede pasar! 4. No hay transmisión de torque del acople al eje (no acoplo, mal apretada la manzana, etc.) 5. Cuña que transmite torque al impulsor se soltó o no se colocó LA BOMBA DESARROLLA MENOS FLUJO QUE EL ESPERADO 1. Aire entra a la bomba durante la operación... la presión de succión esta al vacío? o el aire o gases no se sacaron bien antes de prender la bomba. 2. Baja velocidad del motor, bajas rpm. 3. Dirección de rotación del motor al revés. 4. La presión requerida por el sistema para el flujo deseado es menor a la presión que puede dar la bomba. 5. Instrumentos de medición mal calibrados o mal instalados. 6. NPSH disponible menor al requerido por la bomba para ese flujo. 7. Recirculación del líquido a través de los anillos de desgaste. 8. Perdida de líquido a través de la empaquetadura (floja, desgastada, mal instalada). 9. La viscosidad del líquido ha cambiado y es mayor para la cual fue seleccionada la bomba. 10. Impeller o voluta parcialmente tapada. 11. Impeller dañado, erosionado o destruido. 12. Diámetro del impulsor pequeño por un mal maquinado o cambiado.

16 13. El impulsor mal ensamblado en la voluta... tiene claro las tolerancias?, ¿cual es el valor? hacia qué lado las toma? 14. Bomba operando muy a la izquierda en la curva. 15. Hay obstrucción en la línea de succión o descarga. 16. Válvula de succión cerrada o dañada. 17. Filtros sucios, atascados, tapados. 18. Nivel en el drum de succión muy bajo frente a lo originalmente establecido. 19. En un sistema con más de una bomba, recuerde que la operación de una bomba puede afectar a otras. LA BOMBA CONSUME MUCHA POTENCIA 1. Velocidad del motor muy alta. 2. La viscosidad del líquido bombeando ha aumentado. 3. La densidad del líquido bombeado es mayor que con la cual se seleccionó la bomba. 4. Usan un impulsor de mayor diámetro. 5. Hay desalineamiento entre eje bomba y eje motor. 6. Hay rozamiento entre partes que giran y partes estacionarias. 7. Rodamientos malos o gastados. 8. Empaquetadura muy apretada o mal seleccionada. 9. Sello mecánico mal instalado (muy apretado). 10. Mucho lubricante en los rodamientos. 11. Rodamientos mal lubricados. 12. Eje torcido. 13. Impulsor o voluta parcialmente atascados que dificultan la rotación. 14. Impulsor dañado, mal instalado o montado al revés. 15. Bomba operando a la derecha en la curva. 16. Instrumentos de medición malos o mal calibrados. 17. Mayor flujo de descarga

17 LA BOMBA NO TRABAJA BIEN, AUNQUE TODO PARECE BIEN EN LA BOMBA O SISTEMA 1. Instrumentos de medida incorrectos. 2. Instrumentos de medida dañados durante la instalación. 3. Instrumentos de medida montados en puntos no adecuados. 4. Tubería que conecta instrumentos de medida con el fluido están tapados o atascados. 5. La tubería que conecta instrumentos de medida con el fluido que deberían estar llenos de fluido tiene aire o gases incondensables. 6. Escape en esta tubería o en conexiones. 7. Conexión incorrecta del cableado eléctrico de estos instrumentos. 8. Conexiones eléctricas mal apretadas. 9. Conexiones eléctricas sucias. 10. Cavitación en los puntos que corresponden a los instrumentos de medida. LA BOMBA TRABAJA BIEN AL COMIENZO, PERO SU DESEMPEÑO SE DETERIORA EN UN CORTO TIEMPO 1. Aire entra en la bomba. 2. El líquido bombeado contiene una gran cantidad de aire o gases. 3. Bolsas de aire o gases se han ido moviendo hacia la bomba. 4. Mal diseño en el tambor de succión hace que el fluido atrape aire. 5. Sin revestimiento o mal revestidas las líneas y la bomba, hace que se gasifique el líquido. LA BOMBA VIBRA 1. Desalineamiento entre eje motor y eje bomba. 2. Hay rozamiento entre partes rotatorias de la bomba y partes estacionarias. 3. Rodamientos desgastados. 4. Dirección de rotación del motor al revés. 5. NPSH disponible en el sistema muy bajo frente a lo que requiere la bomba para el flujo requerido.

18 6. Impulsor o voluta parcialmente atascados. 7. Impeller dañado. 8. Impeller incorrectamente ensamblado en la voluta. 9. La bomba trabaja muy lejos del punto de máxima eficiencia. 10. Filtro en la succión tapado con material fibroso, solidos. 11. Aire entra en la bomba. 12. Interacción entre varias bombas de un sistema. 13. La tubería de succión no estaba bien alineada a la brida de succión en la bomba. 14. La bomba opera a una velocidad crítica. 15. Elementos rotarios no han sido balanceados. 16. Se presentan fuerzas radiales no balanceadas sobre el eje. 17. No se respetó tolerancia entre diámetro del impulsor y la lengüeta en la voluta 18. Diámetro de la tubería de succión o descarga menor al recomendado. 19. Elementos de válvulas flojos. 20. Ejes torcidos. 21. Hueco del impulsor no concéntrico con su diámetro exterior o no hace escuadra con su cara. 22. Desalineamiento entre partes de las bombas. 23. La bomba opera a muy bajo flujo. 24. Fundaciones de las bombas mal diseñadas, desgastadas o corroídas. 25. Patas cojas. 26. Resonancia entre la velocidad de la bomba y la frecuencia natural de la placa o fundación. 27. Resonancia entre la velocidad de la bomba y frecuencia natural de la tubería. 28. Pernos sueltos. 29. Expansión térmica no uniforme. 30. Rodamientos mal instalados. 31. Rodamientos dañados. Figura 3. Bomba centrifuga-tomada de brochem.es

19 Muchas de las fallas y desperfectos en las bombas ocurren por una mala operación y puesta en servicio en condiciones inadecuadas; es importante siempre tener en cuenta las recomendaciones del fabricante, además de tener los procedimientos a la mano cada vez que se coloca o sale fuera de servicio una bomba centrifuga. Fig 4. Bombas centrifugas. Tomadas de Planta etileno 2 - Ecopetrol GRB Realizar el check list para el mantenimiento preventivo de bombas centrífugas, es lo que ayudará a mantener su vida útil o cumplir su ciclo de vida completo, ya que un equipo con buen mantenimiento requiere menos reparaciones y representa menos costos para la empresa. La mayoría de las actividades de mantenimiento de la bomba se centran en la verificación de empaques y sellos mecánicos para fugas, así como la validación y funcionamiento correcto del motor, sin embargo, es necesario considerar el rendimiento, la fiabilidad y la eficiencia durante el período de vida útil, el cual se ve afectado por el entorno ambiental al que es expuesta. La eficiencia de la bomba, al mejorar la eficiencia disminuirán los costos de mantenimiento y operación. La eficiencia de una máquina indica su capacidad para convertir una forma de energía en otra. Si se ingresa una unidad de energía a una máquina y su salida es de media unidad, la eficiencia de la máquina es del 50%. La eficiencia total de una bomba centrífuga es el producto de eficiencias mecánicas, volumétricas e hidráulicas: • La eficiencia mecánica da cuenta de las pérdidas en el marco del rodamiento, la caja de empaquetadura y los sellos mecánicos. • La eficiencia volumétrica comprende pérdidas por fugas o desgaste los anillos, los orificios y holguras de la paleta (en el caso de los impulsores semi abiertos).

20 • La eficiencia hidráulica incluye fricción líquida y otras pérdidas en la voluta y el impulsor. Si bien las pérdidas mecánicas y volumétricas contribuyen de manera importante a la eficiencia total, la eficiencia hidráulica es el factor más importante. Es por ello, que deben tenerse en cuenta algunas medidas básicas al gestionar el Mantenimiento Preventivo industrial y realizar el check list para el mantenimiento preventivo de bombas centrífugas que garantizarán un rendimiento óptimo. 3. Check list para el Mantenimiento Preventivo de Bombas Centrífugas • Monitorizar las temperaturas de los cojinetes, el nivel de lubricante y la vibración. Para comprobar la verificación el lubricante debe ser transparente y sin signos de formación de espuma. • Revise cualquier enfriamiento de agua para una operación efectiva. Diferencial de prueba manual en enfriadores, chaquetas e intercambiadores, si es necesario Desarme y limpie. • Los sellos mecánicos no deberían mostrar signos de fugas visibles. Algunas fugas en el empaque son normales, pero esto no debe exceder una tasa de aproximadamente 40 a 60 gotas por minuto. • Observar si hay vibración en la bomba, ya que si es excesiva puede ser el resultado de un cambio en la alineación de la bomba o resonancias de cavitación entre la bomba, su base o las válvulas ubicadas en las líneas de succión y / o descarga. • Diariamente Verifique la operatividad del trazado de calor generado, debido al embalaje. • Monitorizar los cambios en el nivel de presión, ya que una disminución gradual en la presión de cabeza desarrollada de la bomba puede indicar que la holgura del impulsor se ha ampliado. Hasta este punto el check list para el mantenimiento preventivo de bombas centrífugas es necesario realizarlo diariamente. • Mensualmente verifique el aceite en los depósitos de cojinetes, agregue si es necesario y asegúrese de que el nivel de aceite esté a la distancia correcta de la línea central del eje. • Verificar mensualmente es estado de los soportes del cojinete y limpie la suciedad si es necesario. El orificio de drenaje debe estar abierto. • De forma trimestral Verifique la integridad de la base de la bomba y verifique que los pernos de sujeción que no estén apretados. • Trimestralmente para las bombas lubricadas con aceite, cambie el aceite después de las primeras 200 horas de funcionamiento para una bomba nueva, y luego cada tres meses o 2.000 horas de funcionamiento, lo que ocurra primero.

21 • Engrase los cojinetes del motor de acuerdo con las instrucciones del fabricante, esto también se realiza trimestralmente. • Semestralmente aplique una capa ligera de producto antioxidante para exponer las superficies maquinadas y así evitar la oxidación y corrosión. • Una vez al año, el rendimiento de la bomba debe verificarse y registrarse en detalle. Se deben establecer puntos de referencia de rendimiento para una bomba nueva durante las primeras etapas de la operación de una bomba, cuando los ajustes de instalación son correctos. Los datos que se deben verificar para estructurar una evaluación comparativa son los siguientes: 1. La presión de la cabeza, medida por los medidores de succión y descarga. 2. Caudal de la bomba centrífuga. 3. Drenaje del amplificador. 4. Forma de vibración de la bomba. Medidas básicas a considerar para mejorar la eficiencia antes de realizar el check list para el mantenimiento preventivo de bombas centrífugas: Fig.5. bomba de condensado caliente planta etileno 2. Fuente Ecopetrol. Con estas medidas podrá controlar y mejorar la eficiencia de las bombas centrífugas, así podrá iniciar el check list para el mantenimiento preventivo de bombas centrífugas, de acuerdo a los períodos establecidos (diaria, semanal, trimestral, semestral y anualmente). 1. No forzar la bomba con flujos y presiones innecesarias que violen guías o ventanas.

22 2. No deje operando dos bombas en paralelo, auxiliar y principal al mismo tiempo. 3. Retornar nuevamente a su funcionamiento normal una vez observe que el rendimiento ha cambiado. 4. Cambie de posición los impulsores si observa que la altura es más alta de lo necesario. Se sugiere esta actividad debido a que las bombas centrífugas medianas y grandes generalmente operan con eficiencias superiores al 75%, y las más pequeñas generalmente caen dentro del rango del 50% al 70%. 5. Cambie la velocidad de una bomba para la combinación más eficiente de requisitos de potencia con salida. O bien instale un variador de velocidad que cumplirá el mismo objetivo. 6. Garantice una lubricación eficiente, niveles aceptables y tipo de aceite correcto. 7. Antes de puesta en servicio, reciba los equipos con protocolo de mantenimiento. 8. Tenga a la mano sistemas de medición de vibración y temperatura que garanticen hacer un diagnostico inmediato tan pronto entre en servicio el equipo. 9. Verifique que los instrumentos de control de flujo y presión estén calibrados que garanticen una óptima medición y operación del equipo. El check list para el mantenimiento preventivo de bombas centrífugas es aplicable a la inspección de cualquier tipo de bomba. Por tanto, se recomienda utilizar los sistemas de monitoreo en línea, de forma tal que se puedan detectar y predecir las posibles fallas que se presentan durante su funcionamiento.

23 4. CONFIABILIDAD MECÁNICA DE MOTORES ELÉCTRICOS Fig. 6. motores eléctricos. Fuente. https://brr.mx Los motores eléctricos son parte importante del equipamiento de una empresa. Se usan con fines industriales, comerciales y residenciales, y permiten el funcionamiento de trenes, automóviles, compresores, sistemas de bombeo, entre otros. Sin importar la industria, este tipo de propulsores juega un papel clave para la productividad, así como su mantenimiento. En su afán de mantener su operatividad sin interrupciones, el mantenimiento debe realizarse constantemente y de manera planificada para evitar problemas futuros. Aunque se puede interpretar que el funcionamiento de un motor eléctrico puede ser tan o más sencillo que uno de combustión interna, un mantenimiento deficiente es una condena para ese tipo de motores, ya que difícilmente pueden volver a su estado original, a menos que se reemplacen casi todos sus componentes internos, lo que fácilmente nos lleva a concluir que el costo de una avería no es algo menor. Por eso, la clave es buscar que los motores eléctricos entreguen su máximo potencial, por el mayor tiempo posible. Y para eso se necesita realizar una planificación estratégica del mantenimiento, como revisaremos aquí.

24 ¿Cómo son los motores eléctricos? El principio básico de un motor eléctrico consiste en ser una máquina rotativa compuesta por un estator y un rotor que, mediante la acción de campos magnéticos generados en sus bobinas, convierten la energía eléctrica en mecánica. Considerando la importancia que tiene la preservación del medio ambiente, una gran ventaja de los motores eléctricos es que no contaminan. Y en términos operacionales, destaca su velocidad constante, alto rendimiento, ventilación autónoma que prescinde de refrigeración o ventilación externa y mayor eficiencia que sus equivalentes de combustión. Claves Para Proteger Un Motor Eléctrico Fig. 7. partes de un motor eléctrico. Fuente. https://brr.mx/ La conservación de los motores eléctricos es un aspecto fundamental para las empresas, dada su condición de uso continuo. Por esa razón, se deben cubrir tanto los componentes eléctricos como mecánicos que están expuestos al desgaste y contaminación con elementos externos. Componentes eléctricos como bobinados o escobillas necesitan un mantenimiento y mediciones periódicas donde se realice una revisión de conexiones, reemplazo de piezas con desgaste. Existe una serie de instrumentos que son imprescindibles para el trabajo de mantenimiento de motores eléctricos, entre ellos megóhmetro, microohmímetro,

25 multímetro y osciloscopio. Gracias a ellos, es posible obtener valores de aislamiento, continuidad, frecuencia, corriente, voltaje, potencia y formas de onda. A su vez, rodamientos, ejes, carcasas y otros componentes mecánicos de los motores eléctricos, deben ser sometidos a una pauta de mantenimiento que considere limpieza, anclajes de las piezas y medidas que permitan evaluar la velocidad, el equilibrio del rotor, el par aplicado por la carga y la temperatura. ¿Qué mantenimiento realizar? Existen dos caminos a la hora de optar por el mantenimiento de cualquier motor eléctrico. Sea preventivo o correctivo, ambos buscan garantizar un correcto funcionamiento, evitando o reparando averías y extendiendo al máximo su vida útil. Sin embargo, existen diferencias entre uno y otro. El mantenimiento preventivo, como su nombre lo indica, se realiza de manera periódica y su objetivo es prevenir averías que interrumpan la operación del motor. Se debe realizar de manera planificada, verificando el funcionamiento y realizando procedimientos de ajustes, lubricación, revisión y reposición de piezas, siguiendo las recomendaciones del fabricante en función de la carga de trabajo del motor. La opción del mantenimiento correctivo entra en acción cuando se produce una falla en el motor que interrumpe su funcionamiento o provoca daños que impiden su plena operatividad. Dada su naturaleza impredecible, es importante minimizar su efecto. Para lograrlo, es fundamental contar con los repuestos necesarios para su reparación y tener personal calificado para ejecutar el trabajo en el menor tiempo posible. Cuando se trata de motores eléctricos, es recomendable priorizar el mantenimiento predictivo por sobre el correctivo. Primero porque al realizar revisiones periódicas se reduce el margen de posibles fallas y se asegura que funcionen siempre al máximo de sus capacidades. Y por último, porque cuando un motor eléctrico comienza a fallar, es demasiado tarde. Pauta para mantenimiento efectivo de un motor eléctrico Existe una serie de consejos que se deben seguir para realizar el mantenimiento de un motor eléctrico de una manera efectiva y que compartimos a continuación: 1. Revisión visual cada componente Un simple recorrido visual por un motor eléctrico basta para identificar detalles importantes que requieran mantenimiento.

26 La observación ocular permite descubrir indicios de sobrecalentamiento y otras condiciones que inducen a fallas. Sin embargo, los otros sentidos también juegan un rol clave, detectando olores, ruidos excesivos, vibraciones, entre otros signos. 2. Detección de vibraciones Las piezas en movimiento que componen un motor eléctrico pueden generar ruidos y vibraciones nocivas que afectan su óptimo funcionamiento. Por lo general, las vibraciones se producen en las partes mecánicas de estos propulsores y no son fáciles de detectar. Una forma de identificarlas es haciendo funcionar el motor desconectado de las piezas que le corresponde mover y realizar algunas pruebas con instrumentos que ayuden a identificar qué provoca la vibración. 3. Funcionamiento de rodamientos Los rodamientos son responsables del movimiento de alguna pieza, por lo que si presentan ruidos o vibraciones pueden estar indicando potenciales problemas. Mala lubricación, acumulación de polvo y desgaste son algunas de las causas más comunes, así como el sobrecalentamiento de la carcasa de un rodamiento. En algunos casos, una simple limpieza y engrase o lubricación puede resolver el problema, pero muchas veces hará falta el cambio de rodamientos para realizar el mantenimiento, por lo que se recomienda conocer los requisitos de cada tipo de rodamiento para ejecutar el trabajo correspondiente. 4. Limpieza y lubricación periódica La temperatura es clave para el funcionamiento de un motor. Y cuanto mayor sea el calor que se genere, mayor riesgo de problemas. El polvo además es un enemigo de los motores eléctricos, ya que funciona como aislante y provoca el aumento de la temperatura y esto provoca mayor desgaste de los rodamientos. Junto con el óxido, afecta también los relés y contactos, por lo que hay que limpiarlos muy bien. La corrosión también es un factor de riesgo que hay que evitar, por lo que se necesita lubricar cada componente para protegerlo. Sin embargo, el exceso de lubricación afecta los bobinados, por lo que el lubricante debe ser aplicado en su justa medida. 5. Prueba el bobinado del motor El sobrecalentamiento de un bobinado es un riesgo de daños graves. Para probar un bobinado es necesario desmontar el motor. Así se pueden detectar averías o fallas en los devanados.

27 La recomendación aquí consiste en rebobinar el motor. Probar el aislamiento revela información sobre el nivel de resistencia. Software de mantenimiento: Un aliado imprescindible Al igual que en otros equipos, el trabajo de mantenimiento de un motor eléctrico es vital para la productividad de una empresa y requiere de atención especializada para una gestión eficiente. Dadas las grandes cargas de trabajo y el volumen de información que debe manejarse en la gestión de mantenimiento de un motor eléctrico, contar con un software para apoyar el trabajo humano es clave. Al contar con este tipo de apoyo digital, existe una serie de funciones que se pueden realizar con mayor rapidez y precisión: • Respaldar el estado actual de cada motor • Generar un registro de trabajos de mantenimiento • Recopilar informes de fallas • Planificar y programar el mantenimiento • Generar órdenes de trabajo automáticas • Controlar y medir el trabajo de cada profesional encargado de estas tareas • Administrar inventario de repuestos La ventaja de contar con un software para el mantenimiento de un motor eléctrico permite organizar, planificar, medir y corregir el trabajo de una forma más rápida y eficiente, optimizando los recursos humanos y técnicos de una empresa. Debido a multiplicidad de opciones, es importante evaluar el tipo de solución que se necesita, considerando que existe la posibilidad de customizar un software para atender a los requisitos específicos de una empresa. Debido a la facilidad de manejo y la rapidez en el procesamiento de la información, el apoyo de un programa digital es de gran ayuda cuando se trata de evitar fallas inesperadas que pueden poner en jaque toda la operación de una empresa, simplemente porque se produjo una falla en un rodamiento u otra pieza de un motor eléctrico. Mantener este tipo de equipos, así como otros que inciden en la productividad de una organización, resulta ser una decisión estratégica fundamental. Por lo tanto,

28 tener un plan para llevar a cabo este trabajo debe ser un pilar entre las decisiones de los ejecutivos para evitar sorpresas desagradables. 5. Principales problemas de motores eléctricos Las fallas más comunes que se presentan en los motores eléctricos son las siguientes: 1. Bobina cortocircuitada, 2. Cortó en el interior o en la salida de la ranura, 3. Corto de espiras, 4. Cortó en la conexión, 5. Cortó entre fases, 6. Desbalanceo de tensión, 7. Falta de fase en la conexión delta, 8. Picos de tensión, 9. Sobrecalentamiento y rotores trabados. 10. Alta vibración 11. Alta temperatura del motor 12. Línea a tierra 13. Problemas de rodamientos 14. Daño catastrófico de balineras. 15. Daño del ventilador

29 7 Razones por las que Fallan los Motores Eléctricos 1. La carcasa del motor Las fallas que se producen en la carcasa de un motor eléctrico suelen originarse por incorrectas instalaciones, igual por daños físicos o acumulación de materiales que pueden decirse contaminantes. Algunas personas no consideran que la caja del motor es parte del mismo, pero es de gran importancia al igual que cualquier otro componente. Es necesario entonces que el motor se coloque en una superficie plana con todos los soportes también planos en la superficie; cuando se acumulan materiales en la carcasa del motor se puede elevar la temperatura ocasionando daños mayores en otras partes del motor como en los cojinetes. 2. Estator del motor Los fallos ocasionados en esta parte del motor surgen de daños físicos, de contaminación por corrosión, altas temperaturas, desequilibrio en el voltaje o soportes que están rotos. Por lo general estos fallos son debido al agotamiento del rebobinado de las bobinas; suele suceder antes de que el motor pueda rebobinarse por lo que requiere arreglos que se presentan como urgentes. En este sentido se debe considerar que las reparaciones urgentes pueden dañar el sistema si se realizan apresuradamente, se dañan los estatores debido a un calentamiento de la carcasa que posteriormente genera ineficiencia del motor. 3. Rotores del motor Esta parte del motor se constituye a partir de capas de acero laminado, los devanados se conforman con hilo de cobre o de aleación de aluminio. Dichos componentes pueden sufrir estrés térmico y dañarse, también suelen dañarse por desequilibro, porque esté rota la barra del rotor, por la contaminación o instalaciones incorrectas. En ocasiones los fallos del rotor aparecen después de mantenimientos que fueron hechos apresuradamente. El desequilibrio en estos componentes suele ser habitual, pero genera una gran tensión en los rodamientos, lo que puede llevar a que haga contacto el rotor con el estator creando un fallo. Si se aplican normas de equilibrado de precisión muy probablemente se consiga evitar estos fallos. 4. Rodamientos de motores

30 Estos pueden dañarse por un manejo o un almacenamiento inadecuados, lo mismo por instalaciones incorrectas, o mala alineación, por lubricaciones que sean inadecuadas, procesos de inicio/parada, contaminantes, cargas radiales o desequilibrios en el ventilador del motor. Por lo general estos fallos vienen de la contaminación por factores externos o por humedad que entra en los cojinetes, puede suceder en los procesos de lubricación y es justo en esos momentos donde se debe ser cuidadoso para evitar estos fallos. 5. Ventiladores del motor Estos suelen fallar por daños físicos, acumulación de hielo, corrosión o presencia de materiales extraños. Los ventiladores ayudan al motor a mantener temperaturas bajas esenciales para que todos los demás componentes funcionen de manera correcta. Para evitar daños en el ventilador se debe dedicar un poco de tiempo a mantenerlos limpios y con ello prevenir todos los inconvenientes posteriores que terminan en fallos del motor, reduciendo su vida útil. 6. Aislamiento del motor y bobinados En este caso se pueden encontrar varios problemas potenciales, como puede ser la contaminación y la humedad, también el sobrecalentamiento. Los modos de fallo pueden ser daños en los ciclos, flexiones y en el aislamiento, así como el estrés. La vida del aislamiento en los motores eléctricos tiene como base la temperatura de operación del motor, por lo que si la temperatura de operación es extremadamente alta la vida útil del motor se verá reducida. Por cada 20° F, la vida del aislamiento se ve reducida el 50%. 7. Eje del motor Las modalidades de fallos en el eje de motor se producen generalmente por daños físicos, desalineamiento, mala instalación, fallas de fabricación, de instalación o de corrosión. Asegúrese siempre que los motores estén en óptimas condiciones;

31 • Realice chequeos por vibraciones: Asegúrese de realizar chequeos diarios y monitoreo de vibraciones en busca de defectos que garanticen a tiempo detección de problemas. • Exija siempre estén motores mecánicamente balanceados: garantice siempre que el personal de mecánica y eléctrico entreguen rotores mecánicamente balanceados, sepa cuáles son los estándares y que siempre entreguen el protocolo de alineamiento. • Almacene adecuadamente a los motores: cuando un equipo es llevado a mantenimiento asegure que el motor que queda en sitio no sufra deterioro por estar a la intemperie, cúbralo con plástico o un material impermeable, es la mejor forma de evitar que la humedad dañe los rodamientos y/o que se genere bajo aislamiento, en caso de estar en el taller al aire libre, evita que la humedad ingrese a la cavidad del rodamiento y cause corrosión antes de la instalación, en este caso es mejor almacenar los motores con los rodamientos totalmente llenos de grasa. • Rote los ejes de motores almacenados: Asegúrese que los motores nuevos o reparados están en óptimas condiciones rotando el rotor a mano cada mes. Esto evitará la corrosión por fretting, un proceso de desgaste que produce el "falso brinelling" (depresiones igualmente espaciadas en la pista del rodamiento que parecen haberse formado por indentaciones debidas a cargas de choque). • Lubricante adecuado: En rodamientos lubricados con grasa, el lubricante hace más que prevenir el desgaste, protege los elementos rodantes de la herrumbre y ayuda a sellar contra el polvo, la suciedad y contaminantes. • Use correctas prácticas de lubricación. Más del 90% de las fallas de rodamientos de motores eléctricos se deben a sobre engrasado. El sobre engrasado también provoca que los sellos se dañen, permitiendo que la grasa salga del rodamiento y vaya a los bobinados del motor. • Adopte estrictos límites de alineación. Otra causa de falla de motores eléctricos es desalineación. Existen muchos métodos para alinear, pero lo más importante es alinear a tolerancias estrechas. Recuerde, cuanto más grande y rápido es el motor, más ajustadas deben estar las tolerancias. • Siga buenas prácticas de limpieza. No deje que el polvo o los materiales de proceso se acumulen en el motor - pueden actuar como aislantes y generar calor innecesario, que impacta sobre la vida del rodamiento.

32 Imagen. planta etileno 2 - Motor impregnado de polvo e insectos. Fuente. Ecopetrol. • Deterioro en la tubería conduit flexible del conexionado eléctrico del motor, permite el ingreso de agua en caso de lluvias, lo que podría generar falla en el motor, se requiere intervención (cambio de conduit) para así garantizar que el equipo no entre en falla por cortos circuitos. • Finalmente, busque señales de peligro y determine las causas de falla. Manténgase alerta por tres señales seguras de mala lubricación: ruido excesivo, vibración y temperatura. Asegurar una vigilancia adecuada de estas tres señales será un gran paso para mantener la disponibilidad. RECUERDE… Una buena ronda operativa, un monitoreo eficiente y un plan de mantenimiento adecuado pueden identificar a tiempo los síntomas y causas probables de falla en un motor eléctrico, de igual forma con los monitores periódicos podremos analizar correctamente los principales problemas en motores eléctricos, que, si se detecta a tiempo, podríamos evitar paradas no programadas, daños al motor, paradas de los equipos, costos de reparación y perdida de producción

33 6. CONFIABILIDAD MECANICA DE REDUCTORES Los reductores de velocidad se utilizan para operar todo tipo de máquinas industriales y domésticas que necesitan reducir la velocidad de un motor eléctrico de forma segura y eficiente. Así mismo, los reductores de velocidad, ajustan la velocidad de un motor para proporcionar el par de torsión que necesita una máquina para funcionar correctamente. Como sistema de transmisión, los reductores de velocidad se destacan por su alta confiabilidad, la mayoría de los motores están diseñados para funcionar y proporcionar una velocidad y salida constante; sin embargo, la tecnología moderna requiere diferentes velocidades en muchas aplicaciones donde se utilizan motores eléctricos, es por eso que se requiere un variador o reductor para regular la velocidad y la fuerza de rotación, o la torsión de salida del equipo mecánico para el buen funcionamiento de la máquina Esta adaptación (motor-reductor) se realiza generalmente con uno o varios pares de engranajes que adaptan la velocidad y potencia mecánica montados en un cuerpo compacto denominado reductor de velocidad.

34 ¿Cuáles son las aplicaciones de un reductor de velocidad? Imagen de Motor Reductor en la planta de etileno 2 para manejo de una bomba de desplazamiento positivo que bombea soda caustica. Fuente. Ecopetrol. Los reductores son empleados para el accionamiento de toda clase de máquina de uso industrial y cotidiano que necesiten disminuir la velocidad de un motor eléctrico de una forma segura y eficiente. En este sentido, los reductores adaptan la velocidad de un motor para entregar el par que necesita una máquina para su correcto funcionamiento. Es una fuerza de giro expresada en unidades de kilogramo por metro o Newton por metro. El “torque” o “par” mezclado con un tiempo de ejecución se convierte en una “potencia” • Caja reductora Se trata del mecanismo de trasmisión. Está compuesta por una serie de componentes mecánicos que permiten la correcta reducción de velocidad y el aumento de la transmisión de par. Todos sus elementos son igualmente importantes y necesitan de una perfecta geometría y composición para la correcta operación del sistema. Hablamos de engranajes, casquillos, coronas, arandelas, poleas, piñones… ¿Qué características deben tener los reductores de velocidad? • Deben ser diseñados para aplicaciones de alta carga. • Sus dientes en ángulo operan de forma gradual, den permitir que el funcionamiento del engranaje de realice de forma más suave y silenciosa. • La carga se distribuye sobre varios ejes, generando menos desgaste. • Deben Alcanzar un rango de potencia de hasta 200 KW. • Baja vibración, bajo nivel sonoro.

35 ¿Cómo mejorar el funcionamiento de un motor reductor? Imagen de un Motor Reductor en Etileno 2 para uso de un compresor reciprocante que maneja etileno refrigerante. Fuente. Ecopetrol. • La óptima medición y entrega del par: La óptima medición de par de arranque, par de salida y par nominal garantiza la transmisión correcta del movimiento y la adaptabilidad a la máquina o aplicación. • El consumo eléctrico: La eficiencia energética del reductor es otro elemento que debe tenerse muy en cuenta. La disposición del tren de engranajes, la disposición y características de los rodamientos o los tratamientos superficiales de los componentes mejora el rendimiento de todo el sistema. • Las pruebas de ciclo de vida: Estas pruebas se realizan en laboratorios para medir la resistencia, límites y ciclos de vida de un reductor.

36 Cómo mejorar la eficiencia de los reductores de velocidad Como cualquier reductor tienen engranajes y rodamientos, los engranajes también son afectos a la fricción y agotamiento de los dientes. Los rendimientos de los trenes de engranajes tienen una pérdida de potencia en forma de calor que tiene que ser disipada por el cuerpo de los reductores de velocidad. Puede ocurrir que la potencia transmisible mecánicamente provoque un calor en el reductor de velocidad a unos niveles que impiden su funcionamiento normal. Dentro de la caja reductora, el nivel de fricción entre sus diferentes piezas puede afectar la potencia del motor reductor. El tipo de lubricante a utilizar es muy importante, ya que de él dependerá la eficiencia y temperatura de operación del reductor, minimizándose la fricción entre caras y produciendo más eficiencia y menos consumo de energía. ¿Cuáles deben ser las Condiciones de operación? ▪ Ciclo de trabajo, incluidas las horas de operación por día, arranques por hora e inversiones por hora. ▪ Tipo de carga, ya sea uniforme o variable, entre otras. ▪ Tipo de acople entre el motor eléctrico y reductor de velocidad. ▪ Posición de montaje del reductor ▪ Eje de salida ▪ Tipo de Lubricantes ▪ Mantenimiento preventivo ¿Qué se debe verificar a un motorreductor antes de puesta en servicio? El mantenimiento del reductor pasa por revisar niveles de aceite antes de la puesta en marcha. Normalmente las carcasas de los reductores disponen de tapones de llenado, nivel y drenaje del lubricante. Estos tapones deben estar bien sellados. También es necesario limpiar el orificio de ventilación del lubricante.

37 ¿Cómo mejorar el funcionamiento de un motorreductor? Imagen de un Sistema De Reductor De Un Compresor De Propileno- Fuente: planta etileno 2 Existen varios parámetros básicos para garantizar un mejor y optimo funcionamiento de un motorreductor: *El estudio y corrección de los niveles de vibración y ruido mecánico Los motorreductores deben ser sometidos a test mediante equipos de frecuencias durante su puesta en servicio. Es muy importante atender a las vibraciones mecánicas y que el operador o mantenedor de motorreductores domine los instrumentos de medición de vibraciones para evitar realizar monitoreos permanentes y detectar a tiempo cualquier desplazamiento o desalineamiento, ruido anormal o vibraciones fuera de rango. • La óptima medición y entrega del par La óptima medición de par de arranque, par de salida y par nominal garantiza la transmisión correcta del movimiento y la adaptabilidad a la máquina o aplicación. • El consumo eléctrico La eficiencia energética del reductor es otro elemento que debe tenerse muy en cuenta a la hora de medir las condiciones de operación de un motorreductor. La disposición del tren de engranajes, la disposición y características de los rodamientos o los tratamientos superficiales de los componentes mejora el rendimiento de todo el sistema. • Las pruebas de ciclo de vida Estas pruebas se realizan en talleres o laboratorios para medir la eficiencia y resistencia del reductor, verificando los límites y ciclos de vida de un reductor. Los mantenedores de motorreductores pueden garantizar la entrega de motorreductores con un mantenimiento de calidad que garanticen su ciclo de vida sin tener reprocesos.

38 7. CONFIABILIDAD MECANICA DE TURBINAS DE VAPOR Una turbina de vapor es una turbo máquina que convierte la energía contenida en el vapor en trabajo útil. La transformación se realiza en dos fases: primero, se transforma la energía térmica del vapor (entalpía) en energía cinética. Después, o de forma simultánea, la energía cinética se transforma en energía mecánica (rotación del eje). DIAGNÓSTICÓ DE DAÑOS EN TURBINAS DE VAPÓR En un equipo con tecnología madura como es una turbina de vapor, suele tener un sistema de control que protege la turbina frente a los fallos graves más comunes, por lo general los daños graves siempre están relacionadas con causas humanas o negligencias por parte de operarios o personal de mantenimiento. Entre las negligencias habituales en operación están las siguientes: • Repetir el arranque de una turbina una y otra vez a pesar de que el sistema esté indicando un problema; • Deshabilitar cortes o elevar los límites de disparo de éstas; • Saturación o entrada de agua por la entrada de vapor, debido a fallo en el control de temperatura de vapor vivo y del poco calentamiento antes de puesta en servicios; • No llevar un control adecuado de la calidad del vapor (presiones, flujos, temperaturas, tratamiento químico). Entre las negligencias de mantenimiento que conducen a daños más o menos importantes están las siguientes: • No realizar los mantenimientos programados en los plazos indicados por el fabricante. • No analizar el aceite o sustituir por aceites con grados iso o sae más altos o más bajos, y/o hacer caso omiso a alteraciones del mismo. • No analizar las vibraciones o permitir que se operen con vibraciones altas o al límite, no hacer caso de las recomendaciones del informe realizado tras el análisis. • No intervenir a tiempo daños menores y esperar a que se conviertan en graves. • No realizar adecuadamente determinadas tareas, como el alineamiento o el mantenimiento de válvulas, sistema de gobernación o cambio de rodamientos.

39 8. PARTES DE TURBINAS QUE SE VEN MAS AFECTADAS POR FALLOS DE OPERACION Carcasa o cuerpo La carcasa sirve de recinto estanco al vapor. Su forma es aproximadamente la de la vena de vapor que envuelve como se puede observar en la figura. Estructura de la carcasa. La carcasa se divide en dos partes: la parte inferior, unida a la bancada y la parte superior, desmontable para el acceso al rotor. Ambas contienen las coronas fijas de toberas o álabes fijos. Las carcasas se fabrican de hierro, de cero o de aleaciones de éste, dependiendo de la temperatura de trabajo; obviamente las partes de la carcasa de la zona de alta presión son de materiales más resistentes que en la zona de escape. En la zona de baja presión, los cuerpos suelen ser de fundición. Normalmente se encuentra recubierta por una manta aislante que disminuye la radiación de calor al exterior, evitando que el vapor se enfríe y pierda energía disminuyendo el rendimiento de la turbina. Rotor El conjunto del rotor incluye el eje y las ruedas de álabes. El objetivo es el de absorber la energía cinética y termodinámica del vapor y transformarlo en energía mecánica. El rotor gira a alta velocidad apoyado en los cojinetes, los cuales están localizados al final de las carcasas. La mala operación de una turbina puede redundar en daño en el eje, rayones, curvaturas, desplazamientos, daño de acoples y alabes.

40 Álabes La función de los álabes es convertir la energía del vapor a alta velocidad en una continua generación de potencia de par en el rotor. Los álabes fijos y móviles se colocan en ranuras alrededor del rotor y la carcasa. El rotor puede no estar perfectamente equilibrado y, por consiguiente, la turbina sufrir altas vibraciones inducidas al pasar por ciertas velocidades. Esto puede causar daños a la turbina. La velocidad a la cual aparece este fenómeno es llamada ‘velocidad crítica’. La solución práctica para evitar daños es no operar la turbina en o cerca de las velocidades críticas durante un tiempo apreciable; también mantener la velocidad de la turbina subiendo uniformemente al pasar por las velocidades críticas puede causar daño. Factores que pueden estimular ocasionalmente algún tipo de fallo son: discontinuidades geométricas, grandes gradientes térmicos, propagación de grietas o fatigas en el rotor. Estos problemas pueden aparecer por factores como sobre velocidad, excesivos cambios en las condiciones del vapor, materiales extraños en la turbina, vibraciones debidas a rozamientos, introducción de agua o la misma química del agua. - Rodamientos: Se diseñan para permitir el giro relativo entre dos piezas para soportar cargas puramente radiales, puramente axiales o combinaciones de ambas. Las ventajas son el pequeño desgaste y calentamiento, admitiendo mayores presiones tanto radiales como axiales y permite mayores velocidades contribuyendo a la unificación de medidas a la normalización.

41 Se pueden distinguir los cojinetes según la dirección del esfuerzo que soportan: - Cojinetes radiales: Impiden el desplazamiento en la dirección del radio. - Cojinetes axiales: Impiden el deslizamiento en la dirección del eje. - Cojinetes mixtos: Mezcla de los dos anteriores. Por lo general los daños que se presentan son por desgaste, mala lubricación, altas temperaturas. Diafragma Los diafragmas contienen las toberas que dirigen el caudal de vapor, con el ángulo y velocidad apropiados, contra el álabe de la rueda de etapa a lo largo del rotor. Si la turbina arranca inapropiadamente, o si el cojinete de empuje falla, los álabes de la rueda pueden rozar contra los diafragmas. En la figura se puede apreciar un diafragma. Las pequeñas dimensiones axiales entre los diafragmas estacionarios y la rueda de álabes rotativos son mantenidas por el cojinete de empuje, el cual limita el movimiento axial del rotor. Por consiguiente, un daño en el cojinete de empuje puede ser causa de daños severos en la turbina. Esto ocurrirá si se permite que los álabes de la rueda giratoria entren en contacto con los diafragmas estacionarios. Las cuchillas de los diafragmas pueden dañarse también por la intrusión de materiales extraños o por la erosión del agua. Virador El sistema virador o turning gear consiste en un motor eléctrico o hidráulico que hace girar lentamente la turbina cuando no está en funcionamiento, evitando que el rotor se curve, debido a su propio peso o por expansión térmica, en paradas o arranques.

42 Fig1. Virador de un eje de una turbina Fig. 2 Turning gear del NC-4101

43 EL PAPEL DEL MANTENEDOR Y DEL OPERADOR EN TURBINAS DE VAPOR. Una operación cuidadosa, tareas bec y rondas estructuradas de manera objetiva, adecuada y a conciencia, además de un adecuado plan de mantenimiento programado en turbinas, se traducen necesariamente en una alta disponibilidad del equipo y menos fallas operativas. Para tener en cuenta en la ronda operativa: • Comprobación de alarmas, cortes y reporte de hallazgos. • Vigilancia de parámetros (niveles de vibración, revoluciones, temperaturas de entrada y salida del vapor, presiones de entrada y salida, presión, temperatura y caudal de aceite de lubricación, presión de vacío, presión del depósito de aceite de lubricación, comprobación de nivel de aceite, presión diferencial de filtros, entre otros). • Inspección visual de la turbina y sus auxiliares (fugas de aceite, fugas de vapor, fugas de agua de refrigeración, ruidos y vibraciones anormales, registro de indicadores visuales). • Mantenimiento bianual • Inspección visual de la turbina, sistemas de gobernación y disparos. • Comprobación del nivel de aceite y restitución del aceite adecuado. • Inspección de fugas de agua de refrigeración y sistemas de enfriamientos alternos. • Lectura de vibraciones (amplitud). Seguimiento a los parámetros de vibración. • Inspección visual del revestimiento de la turbina. Garantizar su perfecto estado. • Purga de agua del aceite de lubricación. Verificar el color del aceite y la viscosidad. • Inspección visual del grupo hidráulico de aceite de control. • Inspección visual del sistema de vacío y eyectores. • Tareas de mantenimiento preventivo. • Muestra semanal de aceite para análisis. • Análisis del espectro de vibración en turbina, a velocidad nominal. Si se realizan todas las actividades que se detallan en esta lista, en realidad se están eliminando todas las causas que provocan los daños más frecuentes en turbinas. Si se compara esta lista de tareas con la lista de daños o fallas más frecuentes, se puede comprobar que esta revisión está orientada a evitar todos los problemas habituales de las turbinas. La razón de la alta disponibilidad de estos equipos cuando se realiza el mantenimiento de forma rigurosa es que realmente se está actuando sobre las causas que provocan las principales fallas.

44 Análisis de vibraciones De las distintas técnicas a la que se puede recurrir en el mantenimiento predictivo, el análisis de vibraciones es el más usado. La razón principal reside en el hecho de ser uno de los indicativos más claros del estado de una máquina. Bajos niveles de vibración indican un equipo en buen estado, situándonos en valores de alarma cuando estos superan unos niveles determinados. Todas las máquinas vibran, y su vibración está relacionada con las tolerancias permitidas por quienes realizan su diseño para que así pudieran ser construidas. Proporcionan así un patrón sobre el cual establecer futuras comparaciones de las vibraciones observadas en ella. Cuando se producen cambios sustantivos en los patrones de vibración de una máquina que funciona en condiciones normales de operación, es posible identificar defectos incipientes que producen las alteraciones en sus condiciones mecánicas. Diferentes tipos de defectos producirán diferentes cambios en el patrón de vibraciones de una máquina y, por lo tanto, su análisis permite estimar cuáles pueden ser las posibles causas del problema.

45 Análisis de desplazamiento. Son sondas que se instalan en las cubiertas de los cojinetes o a su lado y detectan el desplazamiento del eje con relación a su posición de reposo. Provee a través de monitores en línea un sistema de monitoreo de movimiento axial y temperatura de metal del cojinete de empuje para que desde la sala de control el operador pueda tomar acciones inmediatas encaso que se presenten problemas relacionados con las variables, los sistemas de monitoreo en línea de desplazamientos provee protección de activos y monitoreo de condición para operaciones en toda la turbo maquinaria y monitorean la condición mecánica de los equipos rotativos a través de gráficos de espectro "completos" y los gráficos de tendencia, lo que nos permite reducir las indicaciones de diagnóstico del sistema de vibración no crítica, evitando disparos o Interrupciones / por vibración transitoria, por desplazamientos y altas temperaturas, lo cual nos permiten tener tendencias de vibración o desplazamientos durante puesta en marcha, operación o disparos de un equipo. RECUERDE… Una turbina de vapor es un equipo especialmente agradecido con el mantenimiento preventivo. Al ser un equipo que nos presta grandes servicios a la operación, debemos cuidarlo. Por tanto, una operación cuidadosa y estructurada, inspecciones periódicas, y un adecuado plan de mantenimiento programado, se traducen necesariamente en una alta disponibilidad y cero paradas no programadas por daños de turbinas.

46 9. CONFIABILIDAD MECANICA DE TURBOEXPANSORES Los turbos expansores se usan normalmente en procesos de gas natural que tienen altas presiones de alimentación (más de 400 psig), productos con alimentación variable y donde se desea una gran cantidad (mayor de 30%) de recuperación de etano, consisten en juegos alternados de toberas y álabes rotativos a través de los cuales el gas fluye en un proceso de expansión estable. El funcionamiento del expansor se basa en el principio de expansión de gas en el dispositivo de trabajo. Al pasar por el impulsor, el gas renuncia a su energía. Cuando esto ocurre, se produce una disminución significativa de su temperatura, lo que permite la recuperación del etano presente en el gas natural Si la reducción o disminución de presión requerida es mayor que la que se puede lograr fácilmente usando una sola rueda de turboexpansor, según la invención se puede colocar una pluralidad de máquinas en línea. Típicamente, el eje y la rueda de turboexpansor están montados sobre un árbol soportado por una pluralidad de cojinetes de manguito interior lubricados con aceite.

47 LA IMPORTANCIA DEL KIT DE BALANCEO FIG. KIT DE BALANCEO DE GAS DE UN EXPANSOR Los turboexpansores incluyen también medios adicionales para equilibrar la presión en los lados anverso y reverso de la rueda del turboexpansor, los medios de equilibrio podrían afectar el eje o componentes del expansor si las presiones diferenciales superan las 250psi, ya que se producirían empujes que afectarían la cámara que regula y estabiliza el eje del componente compresor –expansor, lo cual delimitaría en un lado por el lado reverso de la rueda de turboexpansor, estando la cámara de empuje en comunicación del flujo de gas con el extremo de la rueda de turboexpansor a través de una junta laberíntica, que es una cámara de empuje a un conducto de salida acoplado a la misma. Si este balance se desajusta podría desequilibrar el conjunto produciendo golpes o estrellamiento interno de los componentes con daños catastróficos para el turboexpansor, que van desde: Platos Axiales lado compresor y Expansor con dañados severos. Cojinetes lado compresor y expansor dañados, Eje con daño severo y alabes partidos. Es importante tener en cuenta que el kit d balanceo nos permite tener equilibrada las fuerzas que producen la entrada y salida de gas al turboexpansor garantizando la optimización de variables que afectan la productividad del proceso de expansión y compresión.

48 LA IMPORTANCIA DEL SISTEMA DE CIRCULACION DE ACEITE Típicamente en un turboexpansor sus rodamientos están en contacto directo con el gas, y su durísimo entorno de trabajo puede acelerar el desgaste y la aparición de daños frecuentes en rodamientos. Los rodamientos, en los turboexpansores pueden ser lubricados o no lubricados (magnéticos) En el caso de ser sistemas lubricados, Se debe limpiar perfectamente el sistema de lubricación, pues presencia de hidratos, herrumbre o materiales solidos podrían causar daños severos en los componentes internos del sistema, hay que tener en cuenta que no se pueden mezclar aceites minerales o sintéticos por incompatibilidad, ya que los aceites sintéticos tienen características y propiedades diferentes, en sistemas de circulación de aceite en un turboexpansor en el retorno a la consola se mezcla con gas del proceso, se debe garantizar que líquidos o pesados(gasolinas) sean retirados del gas ya que producen emulsionamiento del aceite lo que bajaría la viscosidad y propiedades del mismo debido a los graves problemas de compatibilidad que se pueden presentar. Adicionalmente, la presencia de agua debe ser mantenida tan bajo como sea posible, en razón que pueden absorber humedad, lo que ocasionaría que en contacto con el expansor que maneja bajas temperaturas y podría generar desde congelamientos o altas temperatura, elevando el nivel de corrosión del aceite que redundaría en daños a los cojinetes y partes mecánicas que lubrica el aceite. Como recomendación en el caso de turboexpansores lubricados se deben usar los lubricantes a base de polialquilenglicol, conocidos como PAG, sus ventajas, entre otras, es que estos no son solubles en hidrocarburos, por lo que no se ve afectada su viscosidad.

49 LA IMPORTANCIA DE LAS VALVULAS DE CONTROL Las válvulas de control de velocidad y de regulación de gas en un expansor tienen como función reducir y estabilizar su presión, manteniéndola constante a su salida, dentro de unos límites previamente determinados, independientemente de la presión de entrada y de los caudales circulantes. La válvula también permite continuar el proceso si el turboexpansor queda fuera de servicio o si el caudal aumenta o disminuye más allá de la capacidad de velocidad del turboexpansor. Las válvulas de control ofrecen protección contra la erosión, atascos, taponamientos por hidratos y fugas. También, para asegurar el correcto funcionamiento del expansor. Hay muchos factores a considerar a la hora de controlar la válvula de bypass del expansor, se deben garantizar la perfecta calibración para control de la presión en caso de arranques o disparos del expansor, este tipo de válvula debe tener internos de válvula adecuados para obviar el ruido y vibraciones dañinas que pueden aparecer, ya que las presiones del proceso a la entrada del expansor pueden variar entre 700 y 1500 y las presiones de salida entre 200 y 700 psig, como trabaja a bajas temperaturas, es importante seleccionar los materiales adecuados de cuerpo e internos. Para el caso de la válvula de control de velocidad del expansor se debe garantizar una operación confiable, ya que en caso de que abra mucho podría causar sobre velocidades que pueden desbalancear los componentes internos, causando desplazamientos axiales o radiales, este tipo de regulación debe ser pausada hasta llevarlo a la velocidad crítica y después regularlo hasta la velocidad normal de operación. Una descompensación en el componente compresor/expansor podría generar daños catastróficos en el eje o en los alabes del conjunto.

50 LA IMPORTANCIA DE RETIRAR AL GAS HIDRATOS Y COMPONENTES DE CO2 Y H2S. La presencia de hidratos o CO2 a bajas temperaturas puede causar taponamientos dentro del expansor incluso en las líneas de salida o entrada del proceso, que ocasionarían disturbios operativos y desbalanceo en el expansor, la formación de hidratos se puede dar por poca efectividad o saturación en los secadores de gas y la presencia de co2 se da por mal tratamiento en la absorción con DEA (DIETANOLAMINA), MEA (MONOETANOLAMINA) o soda cáustica. Los hidratos generan compuestos sólidos formados por la reacción química del gas y el agua bajo presión, que puede producir la formación de depósitos en la tubería y los internos de expansor o válvulas que pueden reducir considerablemente la velocidad del expansor o dejar inútil una válvula. Pueden existir temperaturas criogénicas, pero para proteger al turboexpansor de un fallo eventual del sistema, la válvula debe abrir rápidamente para evitar sobre presionamiento del sistema, la válvula debe poseer la misma característica de capacidad y caudal del expansor ya que el turboexpansor produce una transición suave entre los dispositivos y es un dispositivo mucho más eficiente que la válvula, haciendo un importante cierre hermético que evita la pérdida de energía.