DIBUJO Y DISEO INDUSTRIAL

Mantenimiento Industrial

SOLUCIONA FALLAS EN EL MANTENIMIENTO DE BOMBAS UTILIZANDO LA METODOLOGA DEL ANLISIS CAUSA RAZ

1. LAS BOMBAS CENTRIFUGAS Y SUS FALLAS COMUNESLas Bombas centrfugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidrulica que transforma la energa mecnica de un impulsor. El fluido entra por el centro del rodete, que dispone de unos labes para conducir el fluido, y por efecto de la fuerza centrfuga es impulsado hacia el exterior, donde es recogido por la carcasa o cuerpo de la bomba, que por el contorno su forma lo conduce hacia las tuberas de salida o hacia el siguiente rodete, su elemento transmisor de energa se denomina impulsor rotatorio llamado rodete en energa cintica y potencial requeridas y es este elemento el que comunica energa al fluido en forma de energa cintica.La mayora de los daos prematuros de una bomba son causados por la contaminacin, por la lubricacin incorrecta o por problemas de alineacin. Tambin porque una bomba puede contaminarse con basuras del fluido que se est bombeando o cuando se manipulan los accesorios de la bomba con las manos sucias. Una forma menos obvia de contaminacin ocurre cuando el aire u otros gases se ven atrapndose la bomba. Las basuras y el aire son la fuente de muchos problemas en las bombas. Por lubricacin incorrecta como la mayora de la maquinaria, las bombas centrfugas necesitan aceite o grasa para lubricar los cojinetes, aunque tambin tienen requerimientos adicionales de lubricacin. Los empaques y sellos de la bomba son a menudo lubricados por el flujo del fluido. Todas estas necesidades de fluido deben satisfacerse estrictamente si se desea obtener una vida til mxima. Los empaques y sellos de la bomba tienen necesidades especficas de lubricacin. Por desalineacin, la frmula de alineacin estricta es a menudo ignorada. La desalineacin de la bomba y del elemento impulsor causa vibracin y un desgaste excesivo de los cojinetes. Tambin impone un esfuerzo innecesario sobre el eje. Las bombas deben ser desalineadas de acuerdo con las especificaciones del fabricante. La bomba y el elemento impulsor deben estar alineados.Las fallas en las bombas son frecuentemente ocasionadas por los ingenieros y operadores de la planta que no reconocen las limitaciones inherentes de capacidad en las bombas. Cuando se opera una bomba con flujo alejado de su Punto de Mxima Eficiencia, se producen anomalas hidrulicas en la carcasa y el impulsor. Estas anomalas, que ocurren en todas las bombas, pueden ocasionar inestabilidad hidrulica, impulsos de vibracin, flexiones del eje, trayendo como resultado desgaste acelerados, fallas prematuras y frecuentes de impulsores, cojinetes y sellos; los cuales, actan bajo estas condiciones como fusibles mecnicos, siendo el resultado final de una cadena de acontecimientos. Por lo que, idealmente el punto de diseo y de operacin deben mantenerse cercanos al Punto de Mejor Eficiencia.Dentro de las fallas frecuentes en bombas se pueden distinguir tres tipos de problemas, hidrulicos inherentes a la bomba, mecnicos e hidrulicos inherentes al sistema. Los problemas hidrulicos inherentes a la bomba surgen cuando esta no puede funcionar de acuerdo con las especificaciones de capacidad, carga y eficiencia. Los problemas mecnicos se refieren a desperfectos mecnicos, los cuales se manifiestan por sntomas como ruido, vibraciones, sobrecalentamiento y pueden llevar a originar problemas de mal funcionamiento hidrulico. En cuanto a los problemas hidrulicos inherentes al sistema, estos son el resultado de fallas en el diseo, procedimientos deficientes de instalacin y colocacin incorrecta de la tubera.Algunos de los eventos tpicos que manifiestan las fallas en las bombas son: No entrega lquido. Entrega menos lquido del esperado. Pierde ceba despus del arranque. No levanta presin. Consume demasiada potencia. Presenta excesivo ruido. Presenta excesiva vibracin. Presenta alta temperatura en la zona de cojinetes y sellos. Presenta excesiva fuga por empaques o sellos mecnicos.Estos eventos que reflejan un mal funcionamiento en la bomba, llaman nuestra atencin debido a la prdida parcial o total de las funciones de la misma, bajo las especificaciones establecidas en su contexto operacional; tal como, la prdida de su funcin principal (entrega de un caudal a una presin requerida), que reflejara un impacto importante sobre el proceso; as como tambin, son importantes las prdidas de otras funciones como la de contencin (fugas al ambiente), que cobran vital relevancia en sistemas que manejan fluidos altamente txicos o voltiles, los cuales requieren especificaciones de seguridad exigentes.

2. SELLOS MECNICOS. FALLAS PREMATURASLa unidad de sellado cumple la funcin de controlar la fuga del medio de bombeo presurizado dentro de la caja de la bomba; justo en la zona por donde ingresa el eje a la caja de la bomba.Las bombas son selladas de dos formas: Sellado por Prensaestopas Sellado por Sello mecnico Adems se presentan dos tipos especiales de unidad de selladoque son:

Sellado Dinmico Bombas sin sello Los sellos son componentes de las bombas, que evitan que un fluido (liquido o gas) escape al exterior de la misma, a travs de las holguras o claros entre el eje y la carcasa, controlando las emisiones dentro de los rangos establecidas de diseo. Es un elemento que requiere mucha atencin en la industria qumica, petroqumica y refineras, entre otros.En la actualidad existe diversidad de sellos mecnicos que dependen de una aplicacin en particular. Sin embargo, su configuracin bsica est dispuesta de una parte rotativa y una estacionaria, las cuales estn formadas por:a. EL CABEZAL DEL SELLO, es el ensamble de varios componentes, tal como, el anillo primario, sellantes secundarios. (O-Ring, Cuas, Fuelles, etc.), sistema de compensacin de desgaste (Resortes) y sistema de arrastre (Retenedores, Componentes Metlicos Miscelneos). Este cabezal es el lado flexible del sello, que se acomoda a ligeros movimientos axiales y radiales del equipo.b. EL ASIENTO DEL SELLO, es el anillo de desgaste removible en la brida si es estacionario o en la camisa si es rotativo.Las cuales contienen los elementos que forman:a. EL SELLADO PRIMARIO, formado por el anillo primario y el asiento, conocido comnmente como las caras de contacto del sello. Estas caras estn fabricados con materiales como Carburo de Silicio, Carburo de Tungsteno, Carbn Grafitado y Cermica.b. EL SELLADO SECUNDARIO, formado por los elementos los empaques (O-Ring, empaques grafitados, etc.) que evitan la fuga de las partes del sello con el eje y la brida.Tericamente el sello debe funcionar controlando las emisiones a la atmsfera hasta que uno de sus componentes pierda su funcin (Falla el sellado), en el primario se desgastan y/o fracturan las caras y el secundario se deforman, degradan los elementos de empaques.Las mayores causas de estas fallas prematuras son:1. Diseo y seleccin inadecuada del sello.2. Instalacin incorrecta del sello.3. Mala operacin, mantenimiento o funcionamiento inadecuado de los sistemas auxiliares del sello, tales como, lubricacin, fluido amortiguador / barrera, venteos, etc.4. Problemas inherentes al sistema de bombeo, como inestabilidades hidrulicas (asociadas a diseo / seleccin / operacin de la bomba), anomalas mecnicas (relacionadas con instalacin / mantenimiento de la bomba).5. Cambios en las condiciones de servicio (Contexto Operacional), respecto a las especificadas del diseo original.

3. Ejemplo de ACR en falla de sellos mecnicos en bombas centrifugas.

Desarrollemos entonces un ACR para un caso de Falla de una bomba centrifuga multietapas por fugas en los sellos mecnicos, empleando un proceso disciplinado de anlisis con el uso de un rbol lgico.

Lo primero es definir en Evento a Evitar, en este caso Falla de la Bomba; seguidamente respondiendo a la pregunta Cmo puede fallar?, describimos los Hechos, los modos de falla que evidencia la ocurrencia del Evento, como por ejemplo Paro o Atascamiento Sbito, Paro por Alta Vibracin, Paro por Alta Temperatura, Paro por Baja Presin y/o Paro por Fugas. Con lo anterior resumimos el evento en lo que llamamos la caja superior del anlisis. Los Hechos deben soportarse a travs de asignaciones al Equipo Natural de Trabajo (ENT), investigando y manejando datos reales (registros de paros, reparaciones, informes de produccin, etc.), y entrevistas al personal involucrado con la operacin y mantenimiento del equipo. En funcin de optimizar tiempo y recursos, se puede emplear la tcnica de Jerarquizacin de Eventos, aplicando una matriz de Prioridades, basada en Complejidad y Consecuencias, de tal forma de comenzar a resolver el rbol con aquellos hechos de mayores consecuencias pero menor complejidad en su solucin y de esta forma obtener victorias tempranas con los hechos que aportan el mayor impacto al problema.

Fig. 1. Matriz Complejidad -ConsecuenciaUna vez, identificados los hechos, nuevamente empleando la pregunta Cmo puede fallar? y comenzamos con el proceso de generar Hiptesis, que representen los mecanismos de fallo (Proceso fsico, qumico u otro, que conlleva a una falla a travs de un deterioro progresivo o sbito), como por ejemplo Desgaste (Erosivo, Adhesivo, Oxidacin o Corrosin) o Fatiga los cuales deben ser verificados a travs de inspeccin directa, manejo de datos (registros de reparaciones, calibraciones, control de calidad, etc.), o el uso de tecnologas de diagnsticos disponibles; tales como, pruebas, ensayos y/o exmenes de laboratorio (Exmenes Metalogrficos, Mecnicos y/o Qumicos a componentes fallados), informes de inspecciones tcnicas (Anlisis de Vibracin, Anlisis de Aceite, Termografa, Ultrasonido, etc.). De esta forma se ir bajando de nivel hasta llegar a los lmites de control del ENT.

En este punto, una vez verificadas y validadas las Hiptesis (convertidas a Hechos), la pregunta se transforma a Por qu Fallo?, en este momento comenzamos a determinar las Causas Races Componente, Laboral y/o Administrativas que desencadenaron las acciones que eventualmente condujeron a la falla, pudiendo introducirse durante su proceso de diseo, manufactura o uso (instalacin, operacin o mantenimiento).

Finalmente emitir recomendaciones e implantarlas, generando un plan de seguimiento y control para medir resultados cuantificando los beneficios

4. ANLISIS CAUSA RAZ EN FALLA DE SELLLOS MECNICOS EN BOMBAS CENTRIFUGAS. Preparamos un rbol de ANLISIS CAUSA RAZ con posibles causas de las fallas en el mantenimiento de bombas.

FALLA DE LA BOMBA

PARO POR ALTA TEMPERATURAPARO POR BAJA PRESINPARO POR ALTA VIBRACIN

PARO POR FUGAS

FUGAS TUBERASFUGAS SELLOS

DESGASTE ADHESIVO

FATIGA

VIBRACION

ORIGEN HIDRALICOORIGEN MECNICO

DESBALANCEDESALINEACIONDEFLEXIONRESONANCIA

EJES DESALINEADOS

ENTRENAMIENTO INADECUADO

HERRAMIENTAS DETERIORADAS

5. CONCLUSIONES

Las Bombas son equipos susceptibles a cambios severos de sus condiciones de operacin, lo cual origina inestabilidades hidrulicas que sbita o progresivamente afectar la integridad de sus componentes mecnicos, igualmente desviaciones en su seleccin, instalacin y mantenimiento ocasionan problemas de origen mecnicos, donde algunos de ellos eventualmente desarrollaran problemas hidrulicos.

En la actualidad los Sellos Mecnicos son excelentes elementos de contencin para evitar los escapes no controlados a la atmsfera en los procesos de manejo de fluidos; sin embargo, requieren de condiciones mnimas de instalacin, mantenimiento y operacin que garanticen la vida esperada del mismo, donde la intervencin humana juega un importante papel.

El uso de procesos de anlisis disciplinados (ACR) y el empleo de la tecnologa disponibles para soportar este proceso de pensamiento (validacin de hiptesis), contribuyen al logro de resultaos exitosos en el control de fallas y gestin del mantenimiento.

Las Bombas centrfugas son siempre rotativas y son un tipo de bomba hidrulica que transforma la energa mecnica de un impulsor en energa mecnica para realizar cierto proceso, se puede utilizar una comparacin de presin y caudal, para determinar si la bomba se encuentra en un buen estado.

La mayora de los daos prematuros de una bomba son causados por la contaminacin, por la lubricacin incorrecta o por problemas de alineacin.

Una forma menos obvia de contaminacin ocurre cuando el aire u otros gases se ven atrapndose la bomba. Las basuras y el aire son la fuente de muchos problemas en las bombas.

Por lubricacin incorrecta como la mayora de la maquinaria, las bombas centrfugas necesitan aceite o grasa para lubricar los cojinetes, aunque tambin tienen requerimientos adicionales de lubricacin.

Dentro de las fallas frecuentes en bombas se pueden distinguir tres tipos de problemas, hidrulicos inherentes a la bomba, mecnicos e hidrulicos inherentes al sistema, Los problemas hidrulicos inherentes a la bomba surgen cuando esta no puede funcionar de acuerdo con las especificaciones de capacidad, carga y eficiencia.