4. PROCESOS DE DIAGNÓSTICO DE FALLAS EN SISTEMAS DE
5.1. ANÁLISIS DE RESULTADOS SEGÚN DATOS DE LABORATORIO
Los datos obtenidos para el comportamiento de los aceites en maquinaria pesada están certificados por el Laboratorio de Control de Calidad de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Altiplano. Han sido realizados en un periodo de 6 meses de los cuales mostramos el primer indicador.
El análisis ha sido aplicado a los aceites que utiliza el CAMIÓN VOLQUETE FMX que trabaja en alturas superiores a 3800 m.s.n.m.
Hemos realizado un análisis exhaustivo del comportamiento del aceite en un primer momento cuando se empezó a trabajar con la maquinaria. Se han realizado 10 muestras y se han considerado los siguientes parámetros:
o Viscosidad
o Velocidad de corte del trabajo de la maquinaria
o Porcentaje par del aceite
o Esfuerzo cortante
o Velocidad promedio de trabajo de la maquinaria
Tabla 6 Base de datos y relación de parámetros del análisis de aceite.(1)
Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
VISCOSIDAD VELOCIDAD m/s % PAR ESFUERZO CORTANTE VELOCIDAD m/s 10.17 8.18 1.3 1.02 10.01 11.1 29.99 5.2 4.07 36.68 10.87 51.79 8.8 6.89 63.34 10.96 73.6 12.6 9.86 90.01 11.13 95.42 16.6 12.99 116.70 11.2 117.17 20.5 16.05 143.30 11.28 139.00 24.5 19.18 170.00 11.38 160.83 28.6 22.39 196.70 11.46 182.58 32.7 25.59 223.30 11.55 204.42 36.9 28.88 250.00
Figura 24 Gráfico de la dependencia de parámetros en función de la tabla No. 6. Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
Como puede verse del gráfico los parámetros estáticos y dinámicos (%par, esfuerzo cortante y velocidad) varían rápidamente en función del desgaste del lubricante teniendo una viscosidad prácticamente constante. Por lo tanto, podemos deducir en este primer cuadro que el incremento de los parámetros estáticos y dinámicos están en función del esfuerzo cortante del aceite pues la viscosidad no ejerce una influencia determinante en el cambio de ellos. Debemos indicar que la viscosidad es una característica del desgaste del fluido y en los próximos gráficos veremos cómo su variación determinará en el comportamiento de los demás parámetros.
Análisis de correspondencia del funcionamiento de la maquinaria en función del porcentaje par y el esfuerzo cortante del lubricante
Figura 25 Gráfico de la dependencia de parámetros en función de la tabla No. 6. Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
Los parámetros que son directamente proporcionales son el porcentaje par y el esfuerzo cortante por lo que, a medida que aumenta uno aumentará el otro de ahí que para el mantenimiento de la máquina en el aspecto de lubricantes se deberá poner especial atención a estos dos parámetros. La recomendación que inmediatamente podemos sustentar está referida a incrementar en el aceite aditivos antipresión para disminuir el esfuerzo cortante y por lo tanto el porcentaje par.
Se tiene información que en maquinaria pesada se aplica una gran diversidad de aditivos para los aceites los cuales producen efectos favorables en su funcionamiento y vida útil. Los más importantes son los antipresión (antistress), los antiespumantes y los de resistencia a la humedad. Para aceites que específicamente funcionan en motores sometidos a altas temperaturas existen los aditivos de resistencia mecánica para altas presiones y, consecuentemente, altas temperaturas.
% PAR 0 10 20 30 40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Relación entre el %par y el esfuerzo
cortante
Análisis de correspondencia del funcionamiento de la maquinaria en función de la viscosidad y las velocidades de trabajo del aceite
Figura 26 Gráfico de la dependencia de parámetros en función de la tabla No. 6 Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
Esta relación evidencia que a una viscosidad casi constante las velocidades de cambio de fase del aceite varían exponencialmente en aumento. Por lo que podemos demostrar que las velocidades no dependen de la viscosidad sino, como hemos mencionado anteriormente, del esfuerzo cortante del aceite, es decir de la presión con la cual se trabaje en el sistema. En nuestro caso, la maquinaria pesada se encuentra en esfuerzo no solamente por la carga de trabajo habitual sino por los parámetros atmosféricos como la presión atmosférica que influencian en el comportamiento del aceite.
La viscosidad, en altitudes como la de Juliaca o en general, del altiplano peruano (más de 3800 m.s.n.m.), se incrementa en forma exponencial reduciendo la capacidad de trabajo de los mecanismos debido al gran esfuerzo que éstos deben desarrollar para vencer la inercia del aceite y, consecuentemente, el esfuerzo cortante.
Este fenómeno conlleva al mayor desgaste del aceite y sus componentes los cuales varían muy acentuadamente respecto a lo recomendado por la fábrica. De ahí que la maquinaria que trabaja en altitud debe tener un tratamiento especial para evitar pérdidas en el funcionamiento de la maquinaria (desgaste) e inversiones económicas que a la larga no hacen rentable la maquinaria de cualquier tipo.
En el siguiente gráfico podemos ver la relación del porcentaje par y el esfuerzo cortante para un aceite que sufre esfuerzos cortantes bajos por haber sido complementado con aditivos antipresión. Se ve claramente que existen esfuerzos cortantes bajos soportando altas velocidades de transformación. Es decir, se ha realizado el mantenimiento de la máquina con complementos que evitan el desgaste del aceite, incluso cuando se encuentra en pleno trabajo. Se demuestra que el aceite ha soportado hasta un 50% más de duración de su consistencia mejorando su rendimiento en forma general.
Tabla 7 Base de datos y relación de parámetros del análisis de aceite.(2)
Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
VISCOSIDAD
VELOCIDAD
m/s
% PAR
ESFUERZO
CORTANTE
VELOCIDAD
m/s
10.17
8.18
1.3
-13.98
-4.99
11.1
29.99
5.2
-10.93
21.68
10.87
51.79
8.8
-8.11
48.39
10.96
73.6
12.6
-5.14
75.01
11.13
95.42
16.6
-2.01
101.70
11.2
117.17
20.5
1.05
128.30
11.28
139.00
24.5
4.18
155.00
11.38
160.83
28.6
7.39
181.70
11.46
182.58
32.7
10.59
208.30
11.55
204.42
36.9
13.88
235.00
Figura 27 Gráfico de la dependencia de parámetros en función de la tabla No. 7. Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
Del gráfico podemos deducir que al realizarse un correcto mantenimiento lograremos resistencia del aceite en medios sometidos a alturas por sobre el nivel del mar. Este experimento puede servir para generalizarlo a las empresas donde se emplea maquinaria a altitudes mucho mayores que las de Juliaca o del altiplano peruano pues debemos ser claros en admitir que el 90% de los yacimientos mineros se encuentran a grandes altitudes que superan incluso los 4500 m.s.n.m.
Finalmente, los siguientes cuadros nos dan a notar que a altitudes mayores a 3800 m.s.n.m. la viscosidad se incrementa en gran medida por lo que el esfuerzo cortante es mayor y la velocidad de corte del aceite de igual manera se incrementa exponencialmente. Podemos asegurar que el trabajo de una máquina sometida a tan grandes esfuerzos no va a ser el eficiente y se encontrarán fallas en el corto plazo a pesar de que las máquinas sean nuevas o de primer uso.
Tabla 8 Base de datos y relación de parámetros del análisis de aceite.(3)
Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
Figura 28 Gráfico de la dependencia de parámetros en función de la tabla No. 8 Fuente: ELABORACIÓN PROPIA
VISCOSIDAD
VELOCIDAD
m/s
% PAR
ESFUERZO
CORTANTE
VELOCIDAD
m/s
40.17
8.18
1.3
31.02
-19.99
41.10
29.99
5.2
34.07
6.68
40.87
51.79
8.8
36.89
33.34
40.96
73.6
12.6
39.86
60.01
41.13
95.42
16.6
42.99
86.7
41.20
117.17
20.5
46.05
113.3
41.28
139.00
24.5
49.18
140.0
41.38
160.83
28.6
51.39
166.7
41.46
182.58
32.7
55.59
193.1
41.55
204.42
36.9
58.88
220.0
CAPITULO VI
6. ANALISIS DE LOS RESULTADOS.
Como se indicó en el capítulo anterior el análisis ha sido aplicado a los aceites que utiliza el CAMIÓN VOLQUETE FMX que trabaja en alturas superiores a 3800 m.s.n.m.
Para poder determinar el desgaste y la presencia de fallas en los sistemas de lubricación hemos analizado diferentes parámetros como viscosidad, velocidad de corte del trabajo de la maquinaria, porcentaje par del aceite, esfuerzo cortante, velocidad promedio de trabajo de la maquinaria.
En función de estos parámetros podemos deducir lo siguiente:
1. Los aceites lubricantes tienen un comportamiento diferente en altura, su desgaste se evidencia en la disminución del par y del esfuerzo cortante. 2. El desgaste de la maquinaria es mayor a alturas superiores a los 2500 m.s.n.m.
y conlleva a realizar con mayor frecuencia cambios de aceite.
3. Los camiones experimentan mayores temperaturas del aceite de lubricación funcionando en altitud.
4. Las piezas en fricción sufren mayores desgastes y tienen mayor ruido en su funcionamiento (esto se evidenció cuando se realizaba la operación de la maquinaria).
5. El aceite pierde viscosidad rápidamente por culpa de mayores presiones de trabajo en altura, al disminuir la presión atmosférica.
6. La velocidad promedio de trabajo se ve disminuida debido al mayor torque existente para generar mayor esfuerzo de lubricación.
CONCLUSIONES
Primero. Uno de los principales indicadores de que el sistema de lubricación no funciona correctamente es cuando se produce un consumo excesivo de aceite. Cuando un motor consume una cantidad superior a 0,25 litros de aceite cada 1.000 kilómetros, quiere decir que existe alguno de los siguientes problemas: La viscosidad del aceite es menor a la necesaria, la temperatura del motor supera los 120ºC, perdida de aceite a través de alguna junta, paso de aceite a la cámara de combustión por un mal cierre de los segmentos.
Segunda. Las fallas en el sistema de lubricación por excesiva degradación del aceite se presentarán trabajando en altura, así como el quemado de parte del aceite en la cámara de combustión, por elevación excesiva de la temperatura del motor, paso de combustible o agua al circuito de lubricación (mal estado de las juntas), aparición de particular metálicas en el aceite debido al desgaste excesivo de algún componente del motor. Como se pueden ver de las gráficas del capítulo V.
Tercera. Como podrá verse de las gráficas anteriores existen altos esfuerzos cortantes que a la larga producirán averías en el sistema de lubricación por presión baja en el circuito. Esto suele ser porque la viscosidad del aceite es muy baja para el tipo de motor o por las condiciones climatologías, saturación de suciedad en el filtro de aceite, la válvula de descarga de presión se encuentra en mal estado descargando presión antes de lo debido, juego excesivo en la bomba de aceite o en las juntas o fuga de aceite.
Cuarta. Las averías en el sistema de lubricación por presión de aceite demasiado elevada se presentan frecuentemente debido a la gran altitud de funcionamiento de la maquinaria, la carga del camión y el trabajo constante de la misma. Este fenómeno suele ser producido porque la viscosidad del aceite es excesiva para el sistema o la temperatura ambiente, saturación del filtro de aceite (según cual sea su situación puede producir excesiva o baja presión), agarrotamiento de la válvula de
descarga u obstrucción de aceite en el circuito. En general, si el causante del problema no es el propio aceite, la solución es sustituir el elemento que esté en mal estado. Frecuente se ha presentado este caso y ha debido hacerse paradas inesperadas con la consecuente pérdida económica por horas de trabajo en la realización del mantenimiento.
Quinta. La principal conclusión a la que queremos arribar es que, los aceites lubricantes de los diferentes sistemas de la maquinaria pesada deben ser sometidos a estudio y análisis de tal manera que se determine cuál es el tipo idóneo para la máquina que trabaja a diferentes altitudes superiores a los 3800 m.s.n.m. no podemos ceñirnos estrictamente a lo que dice el lubricante pues la maquinaria está construida para trabajar en forma eficiente a nivel del mar.
RECOMENDACIONES
Primero. La recomendación principal es que no siempre vamos a utilizar el aceite que viene en el catálogo del fabricante, sino que, debemos aplicar el aceite que se adapte mejor a las necesidades de la máquina que trabaja en altura.
Segunda. Debemos en cualquier caso revisar los componentes móviles y, si fuera necesario, sustituir el elemento causante de la perdida de aceite.
Tercera. La solución a la excesiva degradación del aceite es utilizar un aceite de mayor índice de viscosidad o un aceite monogrado de alta resistencia para evitar el riesgo de dañar los conductos internos del sistema debido a la acumulación de suciedad e impurezas.
Cuarta. Se debe realizar un estudio del tipo de aceite lubricante que se utilizará en los sistemas de lubricación de acuerdo a la altitud en que trabaje la maquinaria no ciñéndose estrictamente a lo que indica el fabricante pues las maquinarias están construidas para trabajar óptimamente a nivel del mar. En el caso de altitud se presentan muchos contratiempos y percances que se deben subsanar cambiando el tipo de aceite recomendado por el fabricante por uno que realmente requiere la maquinaria en su zona de trabajo.
REFERENCIA BIBLIOGRAFICA
[1] TUTORIAL DE VIBRACIONES PARA MANTENIMIENTO MECÁNICO REALIZADO POR A-MAQ S.A. ANÁLISIS DE MAQUINARIA ENERO 2015,
www.a-maq.com
[2] ANÁLISIS DE FALLAS EN MAQUINARIA MINERA. Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Electricista. Máximo Rodrigo Gómez Hidalgo. Profesor Guía: Marcos Orchard Concha. Miembros de la Comisión: Héctor Augusto Alegría, Francisco Jaramillo Montoya, Santiago de Chile, Junio 2013. Universidad de Chile.
[3] INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO. TÉCNICAS Y MÉTODOS DE APLICACIÓN EN LA FASE OPERATIVA DE LOS EQUIPOS. Crespo Márquez, Moreu de León y Sánchez Herguedas. Ediciones AENOR. Madrid (2014)
[4] ESTUDIO DEL EFECTO DE LA ALTITUD SOBRE EL COMPORTAMIENTO DE MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA. Parte 1: Funcionamiento. Magín La puerta (1), Octavio Armas (1), John R. Agudelo (2) y Carlos A. Sánchez (2). (1) Universidad de Castilla-La Mancha, Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales, Camilo José Cela s/n, 13071 Ciudad Real-España (e-mail:
[email protected]) (2) Universidad de Antioquia, Grupo GASURE, Calle 67 Nº. 53-108, A.A. 1226, Medellín-Colombia
[5] SEGURIDAD EN LA SUPERVISIÓN DE LAS OPERACIONES MINERAS COMARSA. Prof: JOSÉ MIRANDA. www.maquinariaspesadas.org
[6] Asociación Española de Mantenimiento: www.aem.es
[7] European Federation of National Maintenance Societies: www.aem.es [8] Society for Maintenance and Reliability Professionals (EEUU): www.smrp.org [9] Australian Graduate School of Engineering (Universidad de Sidney):
www.agsei.edu.au
[10] SHELL Chile “Lubricantes y Lubricación”, Manual de Gerencia y Soporte Técnico, 1999.
Sitios Web visitados:
Estudios y análisis
[11] www.bestpractice.com
[12] www.mantenimientomundial.com [13] www.plantmaintenance.com
Información sobre software de mantenimiento
[14] www.knowledgestorm.com Foros de debate [15] www.reliability-magazine.com [16] www.mantenimientomundial.com [17] www.maintenanceonline.co.uk [18] www.industrycommunity.com [19] www.viinst.org Aulas virtuales [20] www.v-workshops.com [21] www.maintenanceresources.com
[22] www.e-references.com (Área industria de automoción)
Libros digitales
[24] www.newstandardinstitute.com
Almacenes virtuales de mantenimiento
EL ANÁLISIS DE ACEITE COMO HERRAMIENTA DEL MANTENIMIENTO PROACTIVO EN FLOTAS DE MAQUINARIA PESADA
Autora:
Carolina Altmann
El presente trabajo aborda la importancia del análisis de lubricantes, como herramienta, a la hora de llevar adelante una estrategia de Mantenimiento Proactivo, para el caso de flotas de maquinaria pesada. La filosofía del mantenimiento Proactivo conduce a detectar y eliminar las causas que originan fallas en la maquinaria. El análisis de aceite permite conocer tanto la salud del lubricante, como el estado de contaminación y desgaste del sistema, así como también, reconocer las causas que provocan las fallas, para poder eliminarlas, aumentando de ésta forma, la confiabilidad.
1. Confiabilidad y Mantenimiento Proactivo
En los últimos tiempos, se ha empezado a hablar del concepto de confiabilidad, en la medida que se comprendió que no era suficiente lograr una alta disponibilidad, sino también disminuir al mínimo la probabilidad de falla de las máquinas críticas durante la operativa, es decir lograr conseguir una alta confiabilidad. La no disponibilidad tiene fuerte impacto en la operativa y asociados altos costos de no disponibilidad. Las consecuencias de una falla pueden ir desde el lucro cesante o pérdida de producción, pasando por las horas hombre improductivas de operaciones, hasta la degradación y rotura de los propias máquinas. Una alta disponibilidad no implica necesariamente una alta confiabilidad, pero una alta confiabilidad si implica una buena disponibilidad y seguridad, en la medida que la maquinaria presenta una baja probabilidad de falla. Para el caso de la maquinaria pesada, la confiabilidad será el producto de la confiabilidad individual de cada sistema que la compone.
Estrategias de Mantenimiento
Durante muchos años, el tipo de mantenimiento predominante ha sido el Preventivo, que consiste en la sustitución o reparación de componentes a intervalos fijos determinados ya
sea en base a recomendaciones del fabricante del equipo o por estadísticas extraídas de los historiales. Pero esto no garantiza los niveles de confiabilidad requeridos en la actualidad, al mismo tiempo que lleva a un sobrecosto por sustitución de partes o lubricantes cuando todavía se encuentran aptos para el uso.
El Mantenimiento Predictivo se enfoca a los síntomas de falla que se identifican utilizando las distintas técnicas tales como análisis de lubricantes, análisis de vibraciones, y ensayos no destructivos como: radiografías, ultrasonido, termografía, etc. que permiten detectar los síntomas de inicio de falla de la maquinaria. El mayor beneficio de la utilización de éstas herramientas, es que se logra una alerta temprana que permite planificar una parada para corregir el problema, alcanzando de ésta manera una mayor disponibilidad de la maquinaria y una reducción del número de fallas catastróficas. El objetivo de un Programa de Monitoreo de Condición (MBC) es conocer la situación de la maquinaria. Las técnicas de monitoreo miden variables físicas que son indicadoras de la condición de la máquina, que son analizadas comparando con el rango de valores normales para evaluar las condiciones de deterioro. El monitoreo de condición estudia la evolución de los parámetros seleccionados en el tiempo, con la finalidad de identificar la existencia de tendencias que indiquen la presencia de una falla. En ésta medida un Programa de Monitoreo de Condición puede generar los siguientes beneficios:
• Detectar condiciones que motivar una falla • Detectar problemas en la maquinaria • Evitar fallas catastróficas
• Diagnóstico de causa de falla • Proyección de vida útil
Para llevar adelante una estrategia de Monitoreo de Condición se debe evaluar los equipos de acuerdo a su criticidad y como afecta su confiabilidad, disponibilidad, los costos de no disponibilidad, los costos no confiabilidad, y la seguridad a la operativa, de manera de que los costos de aplicación de la estrategia sean menores a los que se tratan de evitar. Existen casos en que los costos de no disponibilidad y no confiabilidad pueden llegar a justificar el diseño y la utilización de un esquema de redundancia de equipos como alternativa para responder ante una eventual falla, sin pérdidas de producción, aumentando de ésta manera la confiabilidad del sistema Siempre que el rendimiento de
un equipo se mantenga dentro del rango normal, según los requerimientos operativos, se considera que el activo está cumpliendo su función. Cada una de las herramientas que utiliza el Monitoreo de Condición tendrá que ser seleccionada de acuerdo a su capacidad de identificar las causas de falla.
Las técnicas de Monitoreo de Condición se pueden clasificar en:
• Inspecciones de la maquinaria • Medición del desempeño
• Monitoreo de las condiciones dinámicas de la maquinaria • Monitoreo de partículas de desgaste
El período P-F, tal como se puede apreciar en la Figura Nº 1, es el período de tiempo entre el punto donde es detectada la falla potencial y el punto donde se convierte en una falla funcional. El punto P, primer momento en que la causa de falla es detectable por la técnica utilizada, y F es el punto de falla es decir el momento en que el equipo llega al límite inferior del rango normal de desempeño.
Resulta más conveniente la selección de la herramienta con la que se obtenga el mayor período P-F que permita:
• Tomar acciones para evitar las consecuencias de la falla
• Planificar una acción correctiva, de manera de disminuir las pérdidas de producción • Tomar acciones para eliminar la causa de falla
La filosofía del Mantenimiento Proactivo, a pesar de utilizar las mismas herramientas que un Programa de Monitoreo de Condición, se enfoca a las causas y no a los efectos de las mismas, a diferencia del Mantenimiento Predictivo. Al igual, que para el caso del Monitoreo de Condición debe enfocarse a las máquinas críticas, efectuar un análisis de modos de falla, consecuencias, síntomas y efectos (FMECA), y determinar los objetivos de control para cada una de ellas, los tipos de análisis que se efectuarán, y las medidas