UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA “JOSÉ SIMEÓN CAÑAS”

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO POR

ANÁLISIS DE VIBRACIONES EN EQUIPOS CRÍTICOS DE LA INDUSTRIA AZUCARERA

TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA LA

FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

PARA OPTAR AL GRADO DE

INGENIERO MECÁNICO

POR

MELVIN ENRIQUE CASTELLANOS TORRES MAX FRANCISCO SÁNCHEZ MIRANDA

MAYO 2005 SAN SALVADOR, EL SALVADOR, C.A.

RECTOR JOSÉ MARÍA TOJEIRA, S.J.

SECRETARIO GENERAL RENÉ ALBERTO ZELAYA

DECANO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA CELINA PÉREZ RIVERA

COORDINADOR DE LA CARRERA DE INGENIERÍA MECÁNICA

MARIO CHÁVEZ

DIRECTORES DEL TRABAJO

RODRIGO GUERRA Y GUERRA WERNER RAMÍREZ

LECTOR

MARIO CHÁVEZ

AGRADECIMIENTOS

Queremos agradecer a SETISA por brindarnos su ayuda y su experiencia de trabajo, agradecemos

al Ingeniero Rodrigo Guerra y Guerra por otorgarnos su confianza y al Ingeniero Werner Ramírez

por compartir sus conocimientos en el tema. Agradecemos a Salvador Flores Claros por su aporte

fundamental en la realización de este documento y agradecemos a todos nuestros profesores que

nos ofrecieron su confianza y ayuda a lo largo de toda nuestra carrera universitaria.

DEDICATORIA

Esta tesis va dedicada con mucho cariño, para todos aquellos que hicieron posible el culminar esta

etapa de mi vida. Primeramente, le doy gracias a Dios, por darme fortaleza en los momentos

críticos de mis estudios. A mi mamá la Virgen María, por ese ejemplo de fidelidad ante la

adversidad. Gracias a mis padres Oscar y Mirna, cuyo amor, oraciones y apoyo incondicional me

ayudaron a cumplir esta meta. A mis hermanos: Patricia, José, Oscar y Mónica, por la confianza y

apoyo que me brindaron durante mi carrera. A mis sobrinitas: Nicole y Daniela, por el amor más

puro que ellas me brindan. A mi abuelita, tíos y primos, por su ayuda y apoyo. A mis amigos…..,

son muchos pero a todos les agradezco su apoyo.

Melvin Enrique Castellanos Torres

DEDICATORIA

Ante todo quiero darle las gracias a Dios por darme la fuerza necesaria para salir adelante con mis

estudios y mantenerme con buena salud. Quiero darles las gracias a mis padres Ismael y Lilian por

apoyarme en todos los sentidos, gracias por su amor, su paciencia, su entrega y sus regaños.

Gracias papá por todos tus consejos, tu ejemplo ha sido mi inspiración. Gracias a mi hermano Isma

por todo su apoyo y cariño. Esta tesis va dedicada a mi abuelito Chimino, mi abuelita Menche y a

Mamá-Alicita. Los amo mucho.

Max Francisco Sánchez Miranda

SUMARIO

El presente documento es una guía específica para la implementación de un Plan de

Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones en los Ingenios Azucareros. Se presenta el

marco teórico necesario para que el lector pueda comprender con facilidad los elementos que

intervienen en la planeación, ejecución y evaluación de un programa de Mantenimiento Predictivo.

El trabajo esta fundamentado en la experiencia de trabajo que posee la empresa SETISA en el

Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones de las máquinas de los ingenios azucareros.

RESUMEN EJECUTIVO

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO POR ANÁLISIS DE

VIBRACIONES EN EQUIPOS CRÍTICOS DE LA INDUSTRIA

AZUCARERA

LA INDUSTRIA AZUCARERA

La agroindustria azucarera es uno de los sectores más importantes del sector agropecuario y de la

economía salvadoreña. Actualmente en el país existe La Asociación Azucarera de El Salvador, la

cual vela por el estricto cumplimiento de los tratados y convenios nacionales e internacionales

sobre el azúcar, mieles y derivados. Su objetivo primordial es promover y fortalecer la Agroindustria

del Azúcar y sus derivados, fomentando la armonía, eficiencia y productividad de sus asociados,

contribuyendo así al desarrollo económico y social de El Salvador. Otro rubro derivado del la

producción de azúcar, es la generación de energía eléctrica, a partir de bagazo de caña, permite

que los ingenios sean capaces de suplir su demanda de energía para la producción de azúcar.

La rutina o ciclo de operación de un ingenio azucarero se repite a lo largo del año, este se puede

dividir en las siguientes etapas: periodo de zafra, cierre de zafra, periodo de mantenimiento y

pruebas a equipos.

PROCESO DE PRODUCCIÓN

La obtención de azúcar a partir de la caña puede ser dividida en las siguientes operaciones que

siguen el orden correspondiente: recepción y preparación de la materia prima, picado, molienda,

calentamiento y clarificación, filtración, evaporación, tachos y cristalización, centrifugación, secado

y enfriamiento y empacado.

La caña de azúcar constituye el tipo de biomasa con mayor importancia y potencial como

combustible ya que es una fuente no contaminante y de bajo costo. Es por eso que los ingenios

utilizan ciclos Rankine para suplir su propia demanda y para ayudar a la demanda nacional de

electricidad.

i

TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES

Una máquina ideal no produciría vibraciones, ya que toda la energía se emplearía en el trabajo a

realizar. Unos de los fenómenos más comunes que producen vibraciones en una máquina rotativa

en los ingenios azucareros son: el desbalance dinámico, el desalineamiento, la flojedad y las fallas

en las chumaceras. Para poder resolver y corregir todos los problemas que ocasionan las

vibraciones mecánicas, se han diseñado diferentes técnicas de análisis de vibraciones que

estudian el comportamiento de las vibraciones. Con el uso de análisis de vibraciones, se logra

determinar con bastante precisión las condiciones a la que esta sometida una máquina rotativa.

Los fundamentos básicos en los que se basa el análisis de vibraciones son el movimiento armónico

simple de los cuerpos y el Teorema de Fourier. Para poder realizar análisis de vibraciones en las

máquinas de un ingenio azucarero, se están utilizando equipos de medición digitales tanto rms o

analizadores de vibraciones avanzados, es necesario tomar las lecturas de la magnitud de las

vibraciones, su frecuencia, velocidad y aceleración. Con estas lecturas de datos se podrá realizar

el estudio de los espectros, y compararlos con los límites permisibles para poder determinar su

estado actual. Los límites permisibles están regidos por normas internacionales para los diferentes

elementos.

EQUIPOS CRITICOS EN LOS INGENIOS AZUCAREROS

Los ingenios azucareros poseen una gran cantidad de equipos rotativos de diferentes grados de

criticidad. Una máquina se considera menos crítica en cuanto más puede ser obviada en el

proceso. Para determinar su grado de criticidad, se toman en cuenta los siguientes criterios: el

costo del equipo, importancia dentro del proceso y complejidad de mantenimiento. Además de

estos, se consideran otros parámetros como: Costos de reparación, costos de pérdida de

producción y, el más importante, el potencial de daño a las máquinas del resto del proceso. Es muy

importante resaltar que en algunos casos los costos de criticidad no se pueden estimar en dinero,

pues muchas veces son daños a personal o al medio ambiente.

Los equipos críticos de un ingenio azucarero son: El turbogenerador, el tiro inducido y el tiro

forzado, la bomba de inyección de calderas, la transmisión de los molinos, las centrífugas y los

ventiladores del secador de azúcar.

PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES

El mantenimiento predictivo considera a cada máquina por separado. Sustituyendo las revisiones

periódicas por medidas periódicas que pueden seguir en detalle el desarrollo del estado de

funcionamiento de cada máquina en concreto. Con la medida regular de las vibraciones se puede

detectar el nacimiento de irregularidades y seguir su desarrollo. Además, esas medidas se pueden

extrapolar para predecir cuando se alcanzarán niveles de vibración inaceptables y cuando se debe

revisar la máquina. A esto se le llama Monitoreo de Tendencias y permite al profesional programar

las reparaciones con suficiente anticipación.

ii

Un plan de mantenimiento predictivo (PMP) basado en análisis de vibraciones aplicado a

máquinas rotativas en los ingenios trae consigo muchas ventajas, tanto desde el punto de vista

económico, como en la producción.

Para identificar cuales máquinas se van a monitorear, cada cuanto tiempo, qué capacitación se le

dará al personal, que equipo y que sensores se necesitan, es necesario un diseño adecuado del

programa de mantenimiento predictivo. Estos criterios dependen de cada ingenio y de la

complejidad de la maquinaria que posea. Una vez conocida las clases y los periodos de monitoreo,

se puede generar la tabla de equipos críticos, con las acciones de mantenimiento predictivo a

realizar. Los pasos que implementar un plan de Mantenimiento son: Planificación, establecimiento

de medidas administrativas y técnicas, operación, revisión y evaluación y mejoramiento continuo.

Parte del programa de mantenimiento predictivo que ejecutan los diferentes ingenios, deben

contemplar la necesidad recurrir a empresas especializadas en el análisis de vibraciones, cuando

se da el caso que el equipo de mantenimiento no puede encontrar el problema en una máquina en

particular. Una de las empresas que brindan este servicio es SETISA (Servicios Técnicos de

Ingeniería).

iii

ÍNDICE Pag.

Resumen Ejecutivo............................................................................................................ i

Índice................................................................................................................................. iv

Siglas................................................................................................................................. vi

Abreviaturas...................................................................................................................... vii

Simbología........................................................................................................................ viii

Índice de figuras.....................................................................................................……… ix

Índice de tablas................................................................................................................ x

Prólogo............................................................................................................................. xi

1. Descripción de la industria azucarera........................................................................ 1

1.1 Rutina de operación de la industria azucarera................................................... 3

1.1.1 Periodo de zafra..................................................................................... 3

1.1.2 Cierre de zafra........................................................................................ 4

1.1.3 Periodo de mantenimiento...................................................................... 4

1.1.4 Pruebas de equipos................................................................................ 4

2. Descripción del proceso de producción..................................................................... 5

2.1. Recepción de la caña de azúcar y preparación................................................. 5

2.2. Picado................................................................................................................. 5

2.3. Molienda.............................................................................................................. 5

2.4. Calentamiento y clarificación.............................................................................. 6

2.5. Filtración............................................................................................................. 7

2.6. Evaporación........................................................................................................ 7

2.7. Tachos y cristalización........................................................................................ 7

2.8. Centrifugación..................................................................................................... 8

2.9. Secado................................................................................................................ 9

2.10. Enfriamiento y empacado................................................................................. 9

2.11. Generación de vapor para fuerza mecánica

y generación eléctrica........................................................................................ 9

3. Técnicas para el análisis de vibraciones

3.1 Las maquinas y las vibraciones........................................................................... 13

3.2 Causa de las vibraciones................................................................................... 13

3.3 Efectos de las vibraciones mecánicas............................................................... 14

3.4 Principios básicos para el análisis de vibraciones............................................. 15

3.4.1 Movimiento armónico simple de los cuerpos.......................................... 15

3.4.2 Teorema de Fourier................................................................................ 16

3.5 Componentes de una señal de vibraciones...................................................... 17

3.5.1 Dominio de tiempo.................................................................................. 17

iv

3.5.2 Dominio de frecuencia............................................................................. 18

3.5.3 Espectro de fase..................................................................................... 20

3.6 Descripción del proceso para la toma de datos................................................ 20

3.6.1 Equipos necesarios para análisis de vibraciones................................... 21

3.6.1.1 Equipo de medición para toma de datos...................................... 21

3.6.1.2 Tipos de sensores........................................................................ 22

3.6.2 Toma de datos........................................................................................ 23

3.6.3 Normas internacionales para el criterio de severidad............................. 24

3.6.4 Análisis de espectro................................................................................ 27

4. Equipos críticos en los ingenios azucareros.............................................................. 29

5. Programa de mantenimiento predictivo en análisis de vibraciones (PMP AV)

5.1 Mantenimiento predictivo en un ingenio azucarero........................................... 31

5.2 Rentabilidad y ventajas del mantenimiento

predictivo en los ingenios azucareros................................................................ 31

5.3 Clases de monitoreos para equipos de ingenios............................................... 33

5.3.1 Monitoreo continuo general....................................................................... 33

5.3.2 Monitoreo continuo de frecuencias........................................................... 33

5.3.3 Monitoreo periódico.................................................................................. 33

5.4 Periodos de monitoreo....................................................................................... 34

5.5 Selección de equipos a ser monitoreadas......................................................... 34

5.6 Expediente de la maquinaria............................................................................. 36

5.7 Informes de análisis de vibraciones.................................................................. 37

5.8 Archivos de datos de las vibraciones................................................................. 37

5.9 Implementación de un programa de mantenimiento predictivo......................... 37

5.10 Capacitación al personal de mantenimiento

y operarios de equipos en ingenios azucareros................................................ 38

5.11 Servicios externos de mantenimiento para ingenios......................................... 39

5.11.1 Solicitud de análisis de vibraciones......................................................... 39

5.11.2 Cotización de la empresa contratista (SETISA)....................................... 39

5.11.3 Listado de equipo a analizar..................................................................... 39

5.11.4 Análisis de espectros................................................................................ 40

5.11.5 Preparación de informe escrito................................................................ 40

5.12 Reporte de servicio de análisis de vibraciones a un ingenio............................. 40

Conclusiones..................................................................................................................... 58

Recomendaciones............................................................................................................. 60

Glosario............................................................................................................................. 61

Referencias....................................................................................................................... 63

Bibliografía........................................................................................................................ 65

v

SIGLAS OMC: Organización Mundial de Comercio

ICC: Iniciativa de la Cuenca del Caribe

AICA: Azucareros del Istmo Centroamericano

OIA: Organización Internacional del Azúcar

PROCAÑA: Asociación de Productores de Caña de El Salvador

SETISA: Servicios Técnicos de Ingeniería

ISO: International Organization for Standardization PMP AV: Programa de Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones

FFT: Fourier Form Transform

vi

ABREVIATURAS pH: Potencial de Hidrogeno

Hp: Caballos de potencia RMS: Root Mean Square

CPM: Ciclos por minuto W: Watt

KW: Kilowatt

MW: Megawatt

RPM: revoluciones por minuto

TM: Toneladas métricas Psi: Libras por pulgada cuadrada

vii

SIMBOLOGIA

χ: Desplazamiento horizontal.

A: Amplitud.

ω: Velocidad Angular

t : Tiempo

φ: Angulo de Fase

χ1: Desplazamiento en la señal de entrada

χ2: Desplazamiento en la señal de salida

Α1: Amplitud en la señal de entrada

Α2 : Amplitud en la señal de salida

φ1: Angulo de fase en la señal de entrada

φ2: Angulo de fase en la señal de salida.

viii

ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1: Ingenios y zonas productoras de caña de azúcar en El Salvador.

Figura 2.1: Picadoras.

Figura 2.2: Molinos.

Figura 2.3: Tanque clarificador.

Figura 2.4: Filtros.

Figura 2.5: Evaporadores.

Figura 2.6: Tachos.

Figura 2.7: Centrifugas de primera.

Figura 2.8: Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la quema de

bagazo de caña de azúcar.

Figura 2.9: Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la quema de

bagazo de caña de azúcar (Utilizando vapor para otros procesos).

Figura 3.1: Componentes mecánicos de un ingenio azucarero

Figura 3.2: Vibración armónica simple senoidal continua

Figura 3.3: a) Vibración continua de muchas frecuencias; b) Vibración irregular

(No periódica)

Figura 3.4: Componentes de un movimiento armónico simple

Figura 3.5: Gráfico de una señal de vibración en tres dimensiones

Figura 3.6: Gráfico una señal de vibración en el dominio del tiempo

Figura 3.7: Representación del espectro de vibraciones de una señal de vibración

Figura 3.8: Diagrama de flujo de proceso de análisis de vibraciones

Figura 3.9: Analizador de espectros HP 3560 A

Figura 3.10: Colocación de sensor de vibraciones en a) Dirección Vertical, b) Dirección Horizontal,

c) Dirección Axial.

ix

ÍNDICE DE TABLAS

TABLA 1: Categorías de las maquinas a partir de su velocidad

TABLA 2: Severidad de los equipos a partir su velocidad y clase

TABLA 3: Matriz de equipos críticos para el monitoreo de vibraciones

TABLA 4: Monitoreo para equipos críticos en un ingenio azucarero

TABLA 5: Matriz de aplicación del monitoreo de vibraciones a equipos no críticos

x

PRÓLOGO

A continuación se hace una breve descripción del contenido de cada capitulo, el cual ha sido

ordenado para facilitar al lector la comprensión de los elementos fundamentales y la estructura del

Análisis de Vibraciones para el Mantenimiento Predictivo en los ingenios azucareros.

CAPITULO 1: DESCRIPCION DE LA INDUSTRIA AZUCARERA Este es un capitulo introductorio, en el cual se hace una breve descripción del Sector Azucarero de

nuestro país y de los elementos que lo componen. Se hace además una explicación de la rutina de

operación de un ingenio azucarero.

CAPITULO 2: DESCRIPCION DEL PROCESO DE PRODUCCION DEL AZUCAR

En este apartado, se explica el proceso de producción del azúcar y se describen las partes y las

máquinas que componen dicho proceso. Se muestra también como se desarrolla el proceso de

producción de energía eléctrica para suplir el consumo propio y para alimentar a la red nacional, a

través de combustible biomásico (bagazo de caña) dentro del ingenio azucarero.

CAPITULO 3: TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES

En este capitulo se estudiarán brevemente los fundamentos teóricos en los que se basa el Análisis

de Vibraciones, las diferentes formas de visualización del fenómeno de las señales de vibración;

así como también el proceso para el Análisis de Vibraciones. También se presentan las Normas

Internacionales utilizadas como guía a la hora de realizar un Análisis de Vibraciones.

CAPITULO 4: EQUIPOS CRITICOS EN LOS INGENIOS AZUCAREROS Se presentan los equipos críticos que existen en un Ingenio Azucarero, mostrando la categoría de

criticidad que posee cada equipo; explicando brevemente su grado de importancia dentro del

proceso de operación de un ingenio.

xi

CAPITULO 5: PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN ANALISIS DE VIBRACIONES (PMP AV)

En este capitulo se desarrollan todos los elementos que debe tener un Programa de Mantenimiento

Predictivo de Análisis de Vibraciones, tales como: clases de monitoreos, períodos de monitoreo,

equipos a ser monitoreados, historiales de análisis de vibraciones, capacitaciones y servicios

realizados por empresas externas.

xii

1. DESCRIPCIÓN DE LA INDUSTRIA AZUCARERA

La caña de azúcar es actualmente el cultivo con rentabilidad sostenible más importante en El

Salvador, creando oportunidades de desarrollo social y económico en las zonas rurales a través de

empleos.

La agroindustria azucarera es uno de los sectores más importantes del sector agropecuario y de la

economía salvadoreña, ya que constituye una cadena productiva integrada que genera un factor

multiplicador importante desde la producción primaria de caña de azúcar, el transporte, la

transformación industrial, hasta la comercialización de sus productos y subproductos en los

mercados internos y mundial.

Constantemente se hacen esfuerzos para la renovación de las plantaciones, la inversión en

investigación, transferencia de tecnología, el mejoramiento de la eficiencia agrícola e industrial, la

unión y armonía en la cadena de producción y comercialización; a través de los agricultores,

ingenios, distribuidores mayoristas y minoristas y consumidores finales.

La consolidación de una industria Azucarera eficiente es vital para el país, con un futuro promisorio

por sus implicaciones económicas y ambientales. Por ejemplo, la futura producción de etanol

aliviará el costo del petróleo importado y reducirá las emisiones de gases nocivos para la población

y gases de efecto invernadero.

El Salvador produce tres tipos de azúcar: cruda, blanca y refinada. La azúcar cruda es de color

amarillo y natural con un 97% y 98% de sacarosa, es decir su grado de pureza. El azúcar refinado

es la azúcar más pura con cristales de 99.90% de polarización, que es el porcentaje de sacarosa

que contiene cada granito de azúcar.

Actualmente en el país existe La Asociación Azucarera de El Salvador, la cual vela por el estricto

cumplimiento de los tratados y convenios nacionales e internacionales sobre el azúcar, mieles y

derivados. Su objetivo primordial es promover y fortalecer la Agroindustria del Azúcar y sus

derivados, fomentando la armonía, eficiencia y productividad de sus asociados, contribuyendo así

al desarrollo económico y social de El Salvador.

1

La Asociación Azucarera de El Salvador está conformada por nueve ingenios que generan el 100%

de la producción nacional de azúcar. Estos ingenios producen azúcar cruda, blanca y refinada.

Actualmente la producción nacional de azúcar está dividida en nueve ingenios distribuidos por todo

el país: ( Fig. 1.1)

Ingenio Central Izalco

Ingenio Chanmico

Ingenio Chaparrastique

Ingenio El Ángel

Ingenio San Francisco

Ingenio Jiboa

Ingenio La Cabaña

Ingenio La Magdalena

Ingenio Colima

Esta Asociación establece relaciones con otras entidades públicas y privadas, nacionales e

internacionales, que tengan relación con los agremiados, tales como la Organización Mundial de

Comercio (OMC), la Iniciativa de la Cuenca del Caribe (ICC ó CBI por sus siglas en inglés), los

Azucareros del Istmo Centroamericano (AICA), la Organización Internacional del Azúcar (OIA ó

ISO por sus siglas en inglés), la asociación de Productores de Caña de El Salvador (PROCAÑA),

la Asamblea Legislativa y el Gobierno de la República a través de sus ministerios, especialmente

los de Economía, Agricultura y Ganadería y Medio Ambiente, entre otros.

.

FIGURA 1.1 Ingenios y zonas productoras de caña de azúcar en El Salvador

2

Los ingenios Central Izalco y El Ángel poseen refinerías para la producción de azúcar refinado. La

importancia de este azúcar radica en que es un producto de exportación no tradicional, el cual

tiene mayor cotización que los demás azúcares.

Los datos mas recientes presentados por la página electrónica de la Asociación Azucarera de El

Salvador, muestran que en la Zafra 2001/2002 el área cosechada fue de aproximadamente 92,000

manzanas, moliéndose 4, 932,516 toneladas de caña, que produjeron 474,518 toneladas métricas

(TM) de azúcar y 38, 876,306 galones de melaza. De la producción total, se exportaron 242,000

TM de azúcar.

Otro rubro derivado del la producción de azúcar, es la generación de energía eléctrica, a partir de

bagazo de caña, permite que los ingenios sean capaces de suplir su demanda de energía para la

producción de azúcar. La mayoría de los ingenios en El Salvador son autosuficientes en energía.

En algunos ingenios, se ha invertido en la instalación de calderas eficientes adicionales y

turbogeneradores para producción de energía eléctrica fuera del período de zafra. Debido a la

demanda de generación de energía en el país, el potencial de proyectos en este rubro es bastante

atractivo en un esquema de co-inversión con ingenios los cuales cuentan con instalaciones que ya

operan exitosamente dentro de la red nacional.

1.1 RUTINA DE OPERACIÓN DE LA INDUSTRIA AZUCARERA La caña tarda aproximadamente 7 meses en alcanzar su madurez para la cosecha o zafra como se

le conoce al período de alta intensidad laboral.

1.1.1 Periodo de zafra (Entre los meses de Noviembre y Marzo)

Este es el período en el cual se lleva a cabo la transformación de la caña de azúcar en sus

productos derivados, tales como el azúcar, jugos y mieles. Aquí toda la maquinaria de dicho

proceso, que se mencionará mas adelante, debe de estar operando en óptimas condiciones con el

fin de evitar paros innecesarios. Durante este período, la maquinaria trabaja las 24 horas sin

descansar y todo debe de estar en su mejor estado de funcionamiento. Para esto se aplican

técnicas de mantenimiento predictivas, preventivas y correctivas. Actualmente se busca a que la

mayoría de actividades de mantenimiento sean de carácter predictivo, en la cual se incluyen

técnicas como el monitoreo de vibraciones mecánicas.

Para algunos ingenios, este es el periodo en el cual también comienza su producción de energía

eléctrica a partir del bagazo de la caña, supliendo así su propia demanda de energía y el resto

venderlo a los distribuidores. Esto es provechoso porque aporta al sistema nacional energía

3

durante los meses del verano o zafra que coinciden con la baja en la capacidad de las centrales

hidroeléctricas.

1.1.2 Cierre de zafra (A finales de Marzo)

En este periodo se finaliza la producción de azúcar, a los equipos se les realiza un monitoreo

general con el fin de revisar su estado e identificar los elementos que necesiten futura reparación o

recambio. Además se realiza un balance económico, el cual medirá las ganancias generadas

durante el periodo de zafra.

1.1.3 Periodo de mantenimiento (Entre los meses de Abril y Octubre) En este período se realiza una inspección minuciosa a los equipos que se identificaron con algún

daño o avería durante el periodo de cierre de zafra. Se les aplica un mantenimiento correctivo a

aquellos que muestran mayor deterioro y se les realiza su respectivo mantenimiento preventivo a

los demás. En los Ingenios mas grandes, aquellos equipos que no mostraron ninguna falla

mediante las técnicas de análisis predictivo por medio de vibraciones mecánicas u otras técnicas,

se consideran en un buen estado y no se les realiza mayor labor de mantenimiento con el fin de

reducir gastos. En los Ingenios pequeños no se practica el Mantenimiento Predictivo en toda su

extensión.

Todo mantenimiento sigue un plan programado, el cual ha sido elaborado para garantizar la

mínima cantidad de fallas durante su periodo de funcionamiento.

1.1.4 Pruebas de equipos (Antes de la zafra)

En este periodo se realiza una verificación del estado en que se dejó el equipo después de haberle

realizado su mantenimiento respectivo. Se ponen a funcionar las máquinas y se comprueba su

estado en operaciones de arranques y paradas. Si se detectan fallas en este periodo se debe

proseguir a una reparación extraordinaria hasta alcanzar su correcto funcionamiento.

Una vez que a todos los equipos se les ha aprobado un buen funcionamiento se consideran listos

para empezar el proceso o periodo de zafra.

4

2. DESCRIPCION DEL PROCESO DE PRODUCCIÓN DE LA AZÚCAR El proceso de fabricación de azúcar no ha cambiado desde hace algún tiempo y no es probable

que cambie en forma radical dentro de poco, pero tiene potencial para ser optimizado.

Generalmente, la obtención de azúcar a partir de la caña puede ser dividida en las siguientes

operaciones: Recepción y Preparación de la materia prima, Molienda, Calentamiento y

Clarificación, Evaporación, Cristalización, Centrifugación y Secado.

Para su obtención se requiere de un largo proceso, desde que la semilla de caña germina hasta

que el azúcar se comercializa nacional e internacionalmente. A continuación se detalla el proceso

de fabricación y los componentes principales que intervienen en cada etapa, así como también los

componentes que realizan la labor de generación eléctrica en un ingenio azucarero.

2.1 RECEPCIÓN DE LA CAÑA DE AZÚCAR Y PREPARACIÓN

La caña es transportada por camiones desde las zonas de cultivo hasta el ingenio. Una vez que se

encuentra en el ingenio se procede a ser examinada con el fin de verificar la cantidad de sacarosa,

fibra e impurezas que pueda contener.

2.2 PICADO

Una vez se ha terminado de examinar; se procede a colocar la caña en las bandas transportadoras

que alimentan las picadoras. Estas máquinas están provistas de cuchillas giratorias movidas por

turbinas o motores eléctricos, que cortan los tallos y los convierten en astillas, dándoles un tamaño

uniforme para facilitar así la extracción del jugo en los molinos (Fig. 2.1). En esta parte el elemento

desmenuzador se fija transversalmente a un eje, el cual por su otro extremo se fija a uno de los

soportes que son habituales en las cuchillas picadoras de cañas. También consta de una

desfibradora como preparación para separar el jugo. Tanto las cuchillas como la desfibradora

pueden variar la velocidad de alimentación de tal forma que esté en coordinación con la capacidad

de recuperación de la fábrica.

5

2.3 MOLIENDA

La caña preparada por las picadoras llega al molino, constituido por varios juegos de 3 ó 4 mazas

metálicas en medio de las cuales se hace pasar la caña, se extrae el jugo y se recolecta en

tanques (Fig. 2.2). En el recorrido de la caña por el molino, se le agrega agua a alta temperatura

para saturar los jugos que todavía se encuentran en la fibra y lograr extraerle la sacarosa que

contiene el material fibroso que pasa a través de todas las unidades que componen dicho molino

FIGURA 2.1. Picadoras. FIGURA 2.2. Molinos.

El bagazo que sale de la última unidad de los molinos se conduce a las unidades almacenadoras o

a las calderas para utilizarla como combustible para generar vapor.

Cada molino está equipado con una turbina accionada con vapor de baja presión o a través de

motores eléctricos de alta potencia, un sistema de transmisión y reductores de velocidad. Los

molinos son un tándem de 6 unidades con 4 mazas cada una, en algunos casos. La potencia

requerida esta en función del porcentaje de fibra que contiene.

2.4 CALENTAMIENTO Y CLARIFICACIÓN

La clarificación es el proceso en el cual se le aumenta el pH al jugo de carácter ácido (pH

aproximado: 5,2) obtenido en la etapa de molienda (Fig. 2.3 ). El jugo es tratado con lechada de

cal, la cual eleva el pH con el objetivo de minimizar las posibles pérdidas de sacarosa. Luego se

introduce como sacarato de cal, un compuesto que se obtiene al combinar jugo de caña y cal. Esta

mezcla se prepara en tanques independientes y de allí es bombeada a la zona de alcalización del

jugo, se eleva la temperatura del jugo encalado mediante un sistema de tubos calentadores.

La clarificación del jugo se da por sedimentación. Los sólidos no azúcares se precipitan en forma

de lodo llamado cachaza y el jugo claro queda en la parte superior del tanque.

6

Para esta etapa se aplican los Calentadores y el intercambio de calor de se da a partir de vapor de

escape proveniente de las turbinas con una presión de aproximadamente 20 Psi.

Los Clarificadores, son tanques o depósitos de gran tamaño por los que el jugo circula a una

velocidad lo suficientemente lenta para que el precipitado producido por la reacción de un

floculante y la materia orgánica se asienten en la parte inferior y pueda ser extraído.

2.5 FILTRACIÓN

Después de la clarificación se filtran los Iodos o cachaza, con el fin de retirar los residuos de

azúcar en los lodos. La extracción del azúcar se realiza a través de un proceso de filtración al vacío

(Fig. 2.4 ). Inicialmente a los Iodos se les agrega bagacillo, cal y floculante para aumentar su

filtrabilidad, posteriormente se bombean hacia filtros rotatorios al vacío donde se separan los

sólidos del jugo resultante. Los filtros consisten en un cilindro rotatorio provisto de una superficie

porosa en la que la cachaza se adhiere a la vez que se le rocía agua caliente.

FIGURA 2.3. Tanque clarificador FIGURA 2.4. Filtros. 2.6 EVAPORACIÓN

Esta etapa consiste en concentrar el jugo clarificado, para luego extraerle el agua por medio de

evaporación al vacío (Fig. 2.5). El proceso se desarrolla con ayuda de una batería de evaporadores

colocados en serie (múltiple efecto) logrando así utilizar el vapor producido en un efecto como

vapor de calefacción. En la siguiente fase, los condensados de cada evaporador son llevados

hacia unos tanques colectores para ser utilizados posteriormente como agua de alimentación de

calderas y como agua caliente para el proceso. La concentración permite proceder a la obtención

de los cristales en la siguiente etapa del proceso. El jugo claro usualmente es precalentado antes

de entrar al primer efecto y luego se va concentrando hasta convertirse en meladura al final del

último efecto.

7

La meladura o jugo concentrado que sale del último cuerpo de evaporadores es llevada hacia unos

tanques colectores situados generalmente en la sección de tachos.

2.7 TACHOS Y CRISTALIZACIÓN La cristalización se hace de la siguiente forma: la sacarosa contenida en la meladura se cristaliza

llevándola hasta el nivel metaestable de sobresaturación por evaporación al vacío en evaporadores

de simple efecto (tachos) que están formados por un vaso y una calandria (Fig.2.6). La calandria

esta formada por tubos verticales, Además, estos equipos poseen condensadores barométricos o

bombas de vacío, que contrarrestan el efecto de la elevación del punto de ebullición.

FIGURA 2.5. Evaporadores. FIGURA 2.6. Tachos 2.8 CENTRIFUGACIÓN

Después de dejarse reposar en los cristalizadores, la masa cocida pasa a ser centrifugada para

eliminar el jarabe o miel. Si la masa cocida es de 1ra. o 2da., el jarabe o mieles regresan al

proceso de los tachos, pero si la masa cocida es de 3ra., la miel final obtenida pasa a unos

tanques donde se recolecta para su venta posterior. Si se produce azúcar cruda, el azúcar

obtenida pasa a la bodega luego de pesarse; pero si se está produciendo azúcar blanca, luego de

centrifugada se traslada a la secadora para disminuirle la humedad hasta un 0.05%.

Las máquinas centrífugas están clasificadas en centrífugas de primera, segunda y tercera. Están

constituidas por motores eléctricos de aproximadamente 100 Hp para las de primera clase, unidos

por transmisión directa a la canasta construida de hierro fundido (Fig. 2.7). Las centrifugas de

segunda y tercera clase, poseen motores de 30-40 Hp con transmisión de faja-Polea y la canasta

está construida de acero inoxidable.

8

FIGURA 2.7. Centrifugas de Primera

2.9 SECADO

En la etapa de secado, el azúcar húmedo es transportado por elevadores y bandas para alimentar

las secadoras que son elevadores rotatorios en los cuales el azúcar se pone en contacto con aire

caliente que entra en contracorriente. El azúcar debe tener baja humedad, aproximadamente 0.05

%, para evitar los terrones.

2.10 ENFRIAMIENTO Y EMPACADO

El último paso del proceso, es la etapa de enfriamiento y envasado. El azúcar seca (0.035 % de

humedad) con temperatura cercana a 60 ºC se pasa por las enfriadoras rotatorias inclinadas que

llevan aire frío en contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta 40 - 45 ºC para

conducirla a las tolvas de envase. El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y

presentaciones y se despacha a la bodega de producto terminado.

2.11 GENERACIÓN DE VAPOR PARA FUERZA MECÁNICA Y GENERACIÓN ELÉCTRICA

La caña de azúcar constituye el tipo de biomasa con mayor importancia y potencial como

combustible ya que es una fuente no contaminante y de bajo costo. Es por eso que los ingenios

utilizan ciclos Rankine para suplir su propia demanda y para ayudar a la demanda nacional de

electricidad.

A continuación, se muestra un flujo grama general de un proceso de producción de energía

eléctrica a partir del combustible biomásico (Bagazo)(Fig. 2.8).

9

Figura 2.8. Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la

combustión de bagazo de caña de azúcar.

En el proceso anterior se observa que todo el vapor generado por la caldera se aprovecha en la

generación eléctrica. Todo comienza con el almacenamiento del agua cruda y del bagazo de caña

particulado. Al agua se le da un tratamiento químico para suavizarla y que no genere demasiadas

incrustaciones y desgaste (corrosión) en las superficies por las cuales pasa, tales como

intercambiadores en los condensadores, paredes de la caldera, torres de enfriamiento, etc.

Después se pasa a la caldera donde se da la combustión. Para la combustión se requieren

ventiladores de tiro forzado, los cuales adicionan el aire necesario para la quema del bagazo. Estos

ventiladores constan de motores eléctricos de mediana potencia. A veces constan de un sistema

de transmisión por fajas o de reductores de velocidad y es aquí donde se tendrán los mayores

problemas en cuanto a las vibraciones. Siguiendo con el proceso, se tiene la circulación del agua

10

de alimentación de la caldera por medio del uso de bombas centrifugas de alto caudal con sus

respectivos motores eléctricos. El agua gana suficiente energía para convertirla en vapor al pasar

por el intercambiador de calor de la caldera, el cual se utilizará principalmente para la generación

de energía eléctrica, ya sea para suplir su propia demanda o para ayudar a abastecer la demanda

nacional. Este paso se logra mediante el uso de turbinas de vapor acopladas a los generadores

eléctricos, los cuales realizan la transformación de energía mecánica a energía eléctrica. Luego

esta energía es transmitida a la subestación del ingenio, con el fin de aumentar la potencia

eléctrica para poder ser adicionada a la red nacional o para regular la potencia eléctrica que se

necesita en el ingenio.

Durante la combustión es importante desalojar los gases de emisión y alejarlos suficientemente

para que la disipación de los mismos sea lo más eficiente posible, para esto se utilizan los

ventiladores de tiro inducido. Estos también son accionados por motores eléctricos y en algunos

casos se utilizan sistemas de transmisión de fajas o cajas reductoras. Estos ventiladores impulsan

a los gases de combustión hasta las chimeneas, las cuales tendrán la altura suficiente para que los

gases de combustión sean descargados a una altura en la cual no generan problemas de

contaminación y su disipación sea más efectiva.

Luego de que el vapor pasa por los álabes de la turbina, encargados de absorber toda la energía

térmica y transformarla en energía mecánica, llega a la última etapa en la cual el vapor se

encuentra en estado de vapor saturado (baja presión), estado ideal para que pueda ser trasladado

hasta el condensador, en el cual terminará de perder lo poco de energía que le queda y así pasar a

un estado de liquido saturado. Este se trasladada a la torre de enfriamiento donde llegará a la fase

de líquido comprimido para luego seguir con el ciclo.

En el siguiente esquema se observa otro proceso de generación en el cual parte del vapor

generado se utiliza en la parte de producción de azúcar, donde normalmente es utilizado para

mover los molinos (en el caso que sean activados por turbinas de vapor). (Fig. 2.9)

11

Figura 2.9. Proceso de generación de energía eléctrica a condensación a partir de la

combustión de bagazo de caña de azúcar (Utilizando vapor para otros procesos).

12

3. TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES

3.1 LAS MAQUINAS Y LAS VIBRACIONES

Una máquina ideal no produciría vibraciones, ya que toda la energía se emplearía en el trabajo a

realizar. En la práctica, las vibraciones aparecen como consecuencia de la transmisión de fuerzas

cíclicas por los diversos mecanismos. Los elementos de la máquina reaccionan entre sí,

transmitiéndose las fuerzas por toda la estructura hasta disipar la energía en forma de

vibraciones.(Fig. 3.1)

Un buen diseño producirá bajos niveles de vibración, pero en la medida que la máquina se vaya

desgastando, aparecerán sutiles cambios en sus propiedades dinámicas. Los ejes se desalinean,

los rodamientos se desgastan, los rotores se desbalancean y las holguras aumentan.

FIGURA 3.1. Componentes mecánicos de un ingenio azucarero

En el pasado remoto, los ingenieros de planta podían reconocer por medio del tacto y escucha si

una máquina marchaba con suavidad o si se avecinaba alguna avería. Hoy, debido a que la

mayoría de la maquinaria gira a velocidades en la que la frecuencia de las vibraciones es muy alta,

se hace necesario el uso de instrumentación para detectarlas y medirlas.

13

3.2 CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS

Uno de los fenómenos más comunes que producen vibraciones en una máquina rotativa en los

Ingenios Azucareros es: El desbalance dinámico. Este tipo de vibración mecánica en las

máquinas rotatorias produce fuerzas centrífugas (dirección radial) que cambian de dirección en el

espacio, conforme gira la máquina. El comportamiento de este tipo de fuerza es senoidal (cíclico) y

depende de la frecuencia de vibración de la máquina.

Otro elemento que puede provocar vibraciones es El desalineamiento en los elementos rotativos.

Este caso se da por ejemplo, cuando no existe paralelismo entre un eje y sus chumaceras; lo que

provoca un aumento en la magnitud de vibración de los apoyos o calentamiento en las

chumaceras.

Otra fuente importante que puede llegar a producir aumento en las vibraciones es: La Flojedad. Este fenómeno se da cuando existen desajustes en los elementos de transmisión, tales como:

fajas, cadenas, ruedas dentadas y acoples. Estos desajustes provocan que los elementos se

aflojen, iniciando un proceso de aumento de la magnitud de vibración en los elementos de apoyo

(chumaceras).

Una causa muy común de vibraciones consiste en las fallas en las Chumaceras. Debido a que

estos elementos son los que soportan la carga de los ejes, están propensos a fallar por desgaste,

calentamiento o por consecuencia de desalineamientos y desbalances en los ejes.

3.3 EFECTOS DE LAS VIBRACIONES MECÁNICAS

Los efectos que producen las vibraciones mecánicas en los ingenios azucareros son

contraproducentes, tanto para sus equipos, como para el personal y para las estructuras que lo

soportan. Una vibración excesiva, puede ocasionar:

• Pérdida de la capacidad del personal de operación del ingenio de realizar eficientemente

sus actividades, lo que retarda la producción y esto incurre en pérdidas económicas para

los ingenios.

• Riesgo de accidente para el personal que labora cerca de los equipos operando bajo

condiciones de vibraciones altas. Por ejemplo, operadores trabajando cerca de los molinos.

• Reducción de la vida útil de los equipos en forma considerable, lo que hace menos

rentable la producción.

14

• La existencia de vibraciones indica que la máquina no opera en óptimas condiciones, por lo

que el consumo de energía se incrementa e incurre en perdidas para los ingenios.

• Generación de ruidos excesivos, que producen daños al personal, lo cual está penalizado

por la legislación laboral.

Para poder resolver y corregir todos los problemas que ocasionan las vibraciones mecánicas, se

han diseñado diferentes Técnicas de Análisis de vibraciones que estudian el comportamiento de

las vibraciones. Con el uso de Análisis de Vibraciones, se logra determinar con bastante precisión

las condiciones a la que esta sometida una máquina rotativa.

3.4 PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES

El Análisis de Vibraciones requiere de toda la información necesaria del equipo que se desea

monitorear. La información útil para el análisis es:

• El tipo de rodamientos.

• Las velocidades de giro.

• Las condiciones de apoyo.

• Potencia del equipo.

• Condiciones de Carga.

En la actualidad, el análisis de vibraciones se realiza a través de dispositivos electrónicos. Los

fundamentos básicos en los que se basa el Análisis de Vibraciones son:

3.4.1 Movimiento Armónico Simple de los cuerpos

Como ya sabemos, toda vibración mecánica simple tiene un comportamiento periódico repetitivo

en el tiempo; por lo que podemos decir que una vibración mecánica sigue la tendencia de una

función senoidal. (Fig. 3.2)

La forma general como se puede representar un movimiento armónico simple es:

χ = Α sen (ωt + φ) (Εc. 3.1)

Las componentes principales de una vibración mecánica en función de una onda senoidal, son:

Amplitud de la vibración: Es el desplazamiento que tiene un punto o un cuerpo desde su

posición de equilibrio.

15

Frecuencia de Vibración: Es el número de vueltas que realiza un elemento rotatorio por unidad de

tiempo.

Período: Es el tiempo que tarda un elemento en dar una vuelta (ciclo).

FIGURA 3.2. Vibración armónica simple senoidal continua 3.4.2 Teorema de Fourier

El teorema de Fourier, es un método matemático utilizado para transformar una función periódica

cualquiera, a una única serie trigonométrica uniformemente convergente a dicha función, llamada

Serie de Fourier.

Gráficamente, podemos ver el comportamiento de una señal analizada por el teorema de Fourier:

(Fig. 3.3)

FIGURA 3.3. a) Vibración continua de muchas frecuencias; b) Vibración irregular

(No periódica)

16

La forma matemática como se puede representar el teorema de Fourier es:

Señal de Entrada:

χ1 = Α1 sen (ω1t(2π) + φ1(π/180)) (Εc. 3.2)

Señal de Salida:

χ2 = Α2 sen (ω2t(2π) + φ2(π/180)) (Εc. 3.3)

Donde el comportamiento total de la vibración, viene dado por la suma algebraica de las señales.

Basándose en estos principios físicos y matemáticos, se puede proceder a analizar de una manera

mas profunda el fenómeno de las vibraciones.

3.5 COMPONENTES DE UNA SEÑAL DE VIBRACIONES

En una máquina, las señales de vibraciones son la suma de las aportaciones de diferentes señales

generadas por su respectiva fuente de excitación, las cuales se presentan como una sola señal. El

análisis de vibraciones busca separar el conjunto de señales en sus componentes más

importantes. Existen dos formas de poder visualizar las señales de vibraciones en un equipo en

general:

• Dominio de Tiempo

• Dominio de Frecuencia

3.5.1 Dominio de tiempo

Este tipo de visualización es muy útil para análisis de señales impulsivas, tal es el caso de las

señales originadas en baleros, debido a defectos en los engranajes y para las relaciones de fases

de las señales.

El problema con este tipo de visualización se da cuando existen mas de un componente en una

señal de vibración; ya que su presentación gráfica Amplitud versus Tiempo no permite observar las

dos señales por separado, sino que la superposición de ambas.

17

Las variables utilizadas para definir la señal de vibración en un Dominio de tiempo son: (Fig. 3.4)

• Pico (Cero-Pico): Es el valor máximo de la amplitud en dirección positiva.

• Pico-Pico: Es la distancia que hay entre un pico positivo y un pico negativo. Su equivalente

es 2 veces la Amplitud.

• RMS: Es el valor efectivo de una señal de vibración. Se toma como la medida de la

Potencia de la vibración.

• Tiempo de Observación: Tiempo de duración de la medición de una señal. Es el número de

muestras, multiplicado por el periodo de una señal muestreada.

FIGURA 3.4. Componentes de un movimiento armónico simple

3.5.2 Dominio de frecuencia

Es la representación en tres dimensiones de una señal de vibración. Los ejes de análisis son:

Amplitud, tiempo y Frecuencia.

A través de esta visualización, se pueden observar diferentes señales a diferentes frecuencias en

un mismo gráfico en tres dimensiones. (Fig.3.5)

18

FIGURA 3.5. Gráfico de una señal de vibración en tres dimensiones

Para un gráfico de dos dimensiones Amplitud versus Tiempo, no se pueden observar las dos

componentes de la señal de vibración, debido a que las superpone y solo se visualiza la unión de

ambas componentes. (Fig. 3.6)

FIGURA 3.6. Gráfico una señal de vibración en el dominio del Tiempo

Para un gráfico de dos dimensiones Amplitud vrs. Frecuencia, muestra solo los picos máximos

(Amplitud) de las componentes de la señal de vibración. Esta representación tiene el nombre de

Espectro de vibraciones.( Fig. 3.7)

FIGURA 3.7. Representación del espectro de vibraciones de una señal de vibración

19

El gráfico del espectro de vibraciones, es la visualización que más nos interesa estudiar, porque a

través de ella se pueden observar tanto la magnitud de cada componente de vibración; así como

también a la frecuencia a la que ocurre.

A través del método de Análisis del Espectro de Vibraciones, se pueden realizar diagnósticos más

precisos en una máquina; esto debido a que se puede analizar cada componente de la señal que

genera vibraciones. Cada componente puede llegar a generar diferente tipo de vibración a

diferente frecuencia.

3.5.3 Espectro de fase

Su función es tomar los datos de la amplitud de vibración a distintas frecuencias. El espectro de

fase permite observar la relación entre las fases absolutas de las distintas componentes de

vibración. A cada componente de vibración le corresponde una fase.

Una de sus ventajas, es que nos permite diferenciar los efectos de dos componentes distintas a

una misma frecuencia.

20

3.6 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO PARA EL ANÁLISIS DE VIBRACIONES A continuación se presentará un flujo grama del proceso de análisis de Vibraciones de máquinas

en un ingenio azucarero: (Fig. 3.8)

FIGURA 3.8. Diagrama de flujo de proceso de análisis de vibraciones En la actualidad, para poder realizar análisis de Vibraciones en las máquinas de un ingenio

azucarero, se están utilizando equipos de medición digitales. Para poder realizar dichos análisis, es

necesario tomar las lecturas de la magnitud de las vibraciones, su frecuencia, velocidad y

aceleración. Con estas lecturas se podrá realizar el estudio de los espectros, y así determinar el

estado del equipo.

Análisis de vibraciones

Toma de Datos

Comparación con Norma

Análisis de Espectro

Medida Correctiva

SEGUIMIENTO

Sobre Norma

Bajo Norma

21

3.6.1 Equipos necesarios para análisis de vibraciones 3.6.1.1 Equipo de medición para toma de datos

Los equipos para el análisis de la vibración, dependiendo de su grado de complejidad pueden ser

de dos tipos:

1.- Medidores de Vibración RMS: Estos equipos solo proporcionan un valor de magnitud. Son

empleados mayormente para llevar registros generales. Con este tipo de equipos no es posible

realizar diagnósticos. Los hay fijos y portátiles.

2.- Analizadores de Vibración: Estos equipos proporcionan el espectro de vibración, con este

equipo es posible realizar diagnósticos. Los hay fijos y portátiles

El proceso de toma de datos es independiente del equipo, ya sea un Medidor RMS o un Analizador

de vibraciones. En esta sección se describe dicho proceso.

Para el ejemplo de aplicación, (sección 5.12), se utilizará un Analizador de Señales marca Hewlett

Packard modelo HP3530 A perteneciente a SETISA (Fig.3.9), empresa dedicada al Análisis de

Vibraciones, que incluye entre sus clientes Ingenios Azucareros.

FIGURA 3.9. Analizador de Espectros HP 3560A 3.6.1.2 Tipos de sensores Dependiendo del grado de criticidad dentro del proceso, así como también de su costo, los

responsables del mantenimiento de los equipos de un ingenio deben seleccionar los sensores

22

adecuados para un buen monitoreo de los mismos. Los sensores utilizados para el monitoreo de

las vibraciones en los ingenios azucareros son:

• Sensores de Desplazamiento

• Sensores de Velocidad

• Sensores de Aceleración

Otro parámetro importante para la selección de los sensores, es el tipo de monitoreo que se desea

realizar. Con todo lo antes mencionado, los tipos de sensores a utilizar son:

• Monitoreo continuo: Sensores Fijos

• Monitoreo Periódico: Sensores Portátiles.

3.6.2 Toma de datos

Cuando los datos se toman con un equipo RMS, generalmente se obtiene una Amplitud de la

Vibración (mm/seg., g). Algunos pueden proporcionar la Frecuencia domínate en ciclos por minuto

(CPM).

Cuando los datos se toman en un equipo Analizador de Vibraciones, se obtienen: un espectro de

Amplitud de la Vibración vrs. la Frecuencia, en donde la Amplitud de la vibración puede estar en

unidades de Velocidad (mm/seg.) o Aceleración (g) así como la Frecuencia en ciclos por minuto

(CPM) o Hz.

El lugar o ubicación en el cual se toman las mediciones de vibración se denomina Puntos. Estos

Puntos se ubican en la carcaza de los rodamientos, elementos de transmisión de potencia y en la

estructura de un elemento rotatorio. Se seleccionan los puntos por medio de un criterio personal o

bien empleando manuales generales. Es necesario conocer la forma adecuada como se deben

tomar los datos para que el análisis de vibraciones sea efectivo, de lo contrario los datos serán

erróneos.

En cada punto se toman tres mediciones (Fig. 3.10), que se denominan por su relación con el eje

de la máquina a analizar. Para maquinas con ejes horizontales como las transmisiones de molino o

ventiladores de tiro por ejemplo, se toman en las direcciones:

• Dirección Vertical, es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma vertical

• Dirección Horizontal, también radialmente al eje, pero el sensor colocador en posición

horizontal

• Dirección Axial, el sensor se coloca en la misma dirección del eje.

23

En la siguiente figura se puede observar con mayor detalle, las direcciones de colocación del

sensor durante la toma de datos.

Figura 3.10. Colocación de sensor de vibraciones en a) Dirección vertical, b) Dirección

horizontal, c) Dirección axial.

Para maquinas con ejes verticales como las centrifugas, se toman en las direcciones,:

• Dirección Horizontal Frontal es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma

horizontal al frente del eje.

• Dirección Horizontal Lateral es decir radialmente al eje, con el sensor colocado en forma

Lateral al frente del eje.

• Dirección Axial, el sensor se coloca en la misma dirección del eje.

El objetivo de analizar estas componentes, es conocer el comportamiento de las vibraciones es las

diferentes direcciones, ya que proporcionan información para analizar el fenómeno que producen

las vibraciones.

Los datos posteriormente de ser ingresados al equipo de medición tanto RMS o Analizador de

Vibraciones, son comparados con los límites permisibles para poder determinar su estado actual.

Los límites permisibles están regidos por normas internacionales para los diferentes elementos.

3.6.3 Normas internacionales para el criterio de severidad.

A través de los años, se han ido actualizando las diferentes Normas Internacionales que controlan

los criterios de severidad en las vibraciones de un elemento. Una de las instituciones

internacionales encargada de estandarizar los limites, es la norma ISO en la aplicación para

vibraciones mecánicas.

c) a) b)

24

Algunas Normas utilizadas para el análisis de vibraciones son:

• ISO2954 (1975) Ed. 1 Estado actual 90.93 TC 108/SC 3 “Vibraciones Mecánicas de

maquinaria rotatoria y reciprocante—Requerimientos de instrumentos para medir la

severidad de la vibración”.

• ISO 1940-1 (2003) Ed.2 Estado Actual 60.60 TC 108 “Vibraciones Mecánicas—Balance en

los Requerimientos de Calidad para Rotores en estado constante”. Parte 1: Especificación

y verificación de balance de tolerancias.

La norma internacional utilizada por la empresa SETISA es: ISO 10816-1.

La Norma ISO 10816-1 ha reemplazado a la Norma ISO 2372 como guía general para

mediciones fuera de limite y para la evaluación de vibraciones mecánicas en maquinas

industriales típicas. Una vez que ha sido definida la clasificación general de las maquinas, su

aplicación, la técnica de montaje; las condiciones de operación deben ser facturadas dentro de los

parámetros de aceptación del criterio de evaluación aplicado. Para esta Norma, las medidas de la

velocidad pueden ser categorizadas así:

Categoría Características

CLASE I La máquina puede ser separada en conductor y el conducido, o unidades

conjuntadas que abarcan maquinaria de movimiento de hasta 15 KW (20 HP

aproximada)

CLASE II Maquinaria (motores eléctricos 15 KW (20 HP) hasta 75 KW (100 HP), sin

cimentación especial, o motores montados rígidamente o máquinas con 300 KW

(400 HP) montados con fundación especial.

CLASE III

Las máquinas grandes con conductores primarios (turbinas, motores eléctricos,

etc.) y otras maquinarias con ensambles rotatorios grandes y montadas en

fundaciones rígidas y pesadas que son razonablemente derechas en la dirección

de la vibración.

CLASE IV

Incluye grandes conductores primarios y otras grandes maquinarias con grandes

ensambles rotatorios montados en fundaciones las cuales son relativamente

suaves en la dirección medida de la vibración, (turbogeneradores y turbinas de gas

mayor que 10 MW (13500 HP)

TABLA 1: Categorías de las maquinas a partir de su velocidad

25

Los rangos típicos relacionados con la categoría de la máquina, tanto para valores RMS como

pico, se muestra en la tabla siguiente.

Severidad de la velocidad CRITERIOS DE VELOCIDAD LIMITE Y CLASES DE

MAQUINAS

Maquinas grandes

Mm/seg RMS

In/seg RMS

mm/seg Pico

In/seg Pico

Maquinas pequeñas Clase I

Maquinas medianas Clase II

Soportes rígidos Clase III

Menos soportes rígidos Clase IV

0.28 0.011 0.51 0.02

0.45 0.018 0.76 0.03

0.71 0.028 1.02 0.04

Bueno

1.12 0.044 1.52 0.06

Bueno

1.8 0.071 2.54 0.10 Satisfactoria

Bueno

2.8 0.11 4.06 0.16 Satisfactoria

Bueno

4.5 0.177 6.35 0.25

Satisfactoria (alerta)

Satisfactoria

7.1 0.280 10.16 0.40

Satisfactoria(alerta)

Satisfactoria

11.2 0.441 15.75 0.62

Satisfactoria (alerta)

18.0 0.709 25.40 1.00

Satisfactoria (Alerta)

28.0 1.102 39.62 1.56

45.0 1.772 63.75 2.51

Inaceptable (parada)

Inaceptable (parada)

Inaceptable (parada)

Inaceptable (parada)

Descripción de criterios: Magnitud de la vibración baja, se dice que el rango es Bueno, es decir que el peligro de falla

es mínimo. Magnitud de la vibración Satisfactoria, la maquina se encuentra en los límites normales. Magnitud de la vibración es Satisfactoria Alerta, esto indica que la vibración se encuentra

cerca de los límites recomendados. Magnitud de la vibración es Intolerable (Parada), la posibilidad de falla es alta y debe

someterse a revisión la máquina de inmediato. TABLA 2: Severidad de los equipos a partir su velocidad y clase

En conclusión, el personal encargado de realizar el análisis de vibraciones decidirá en base a

experiencia los criterios a cuales apegarse, los que en general son los presentados en esta

sección; sin embargo, en la práctica es necesario conocer en base a experiencia los limites

apropiados para cada máquina, ya que en algunas ocasiones las normas internacionales no son

suficientes.

En los puntos que se consideren importantes, se procede al diagnóstico del problema por medio de

la revisión de espectros. De estos análisis surgen las correspondientes acciones correctivas.

26

3.6.4 Análisis de espectro Cuando se detecta que las vibraciones se encuentran sobre el límite, se procede a realizar un

diagnóstico para conocer cual es la causa, a través del método de Análisis del Espectro de

Vibraciones, tomando como base “Cartas de diagnostico” como los encontrado en manuales del

tema. El objetivo del análisis es generar una acción correctiva, posterior a la realización de la

correspondiente medida de mantenimiento, se corrobora su eficacia por medio de otro análisis de

vibraciones

27

28

4. EQUIPOS CRÍTICOS EN LOS INGENIOS AZUCAREROS Los ingenios azucareros poseen una gran cantidad de equipos rotativos de diferentes grados de

criticidad. Una máquina se considera menos crítica en cuanto más puede ser obviada en el

proceso. Para determinar su grado de criticidad, se toman en cuenta los siguientes criterios: el

costo del equipo, importancia dentro del proceso y complejidad de mantenimiento. Además de

estos, se consideran otros parámetros como: Costos de reparación, costos de pérdida de

producción y, el más importante, el potencial de daño a las máquinas del resto del proceso. Es muy

importante resaltar que en algunos casos los costos de criticidad no se pueden estimar en dinero,

pues muchas veces son daños a personal o al medio ambiente.

Basándose en los registros de la empresa SETISA en el área de análisis de vibraciones en

ingenios azucareros, podemos presentar la siguiente matriz de equipos críticos a consideración, la

cual es una guía para determinar el tipo de monitoreo que se le puede aplicar a una máquina o a

un grupo de máquinas según su estado de criticidad y la distribución del conjunto:

Descripción Categoría

Turbogenerador Uno de los elementos más caros y de vital

importancia en el proceso de generación de

electricidad

Critica, costosa

Tiro Inducido y Tiro Forzado

Elemento de mediano costo, cuya falla

producirá un paro completo en el proceso del

ingenio

Critico, ligeramente costoso,

difícil reconstrucción

Bomba de inyección de Calderas

Elemento indispensable para el proceso del

ingenio y la generación de vapor

Critico, Barato, fácil

reconstruir

Transmisión de Molinos

Uno de los elementos mas costosos del

proceso, cuya falla causaría una gran perdida

económica

Critica, costosa

29

Centrífugas

Elementos de costo intermedio, cuya falla

reduciría la capacidad de producción del

ingenio

Critico, ligeramente costosa,

difícil reconstrucción

Ventiladores del Secador de azúcar

Elemento de mediano costo, cuya falla

reduciría la capacidad de producción del

ingenio

Critico, ligeramente costoso,

difícil reconstrucción

Tabla 3: Matriz de Equipos Críticos para el monitoreo de Vibraciones

Es importante resaltar que existen equipos dentro de un ingenio que se consideran no críticos

(picadoras, tachos, etc.), pero no por eso se les resta importancia.

En resumen podemos decir que los ingenios azucareros poseen equipos que son sumamente

importantes y críticos para el proceso de producción de azúcar, que justifican una inversión

razonable para mantener su productividad. Es importante determinar el grado de criticidad de los

equipos, para evitar en el futuro, perdidas económicas, debido a la mala práctica de mantenimiento

ejecutada. Para poder garantizar el buen funcionamiento de estos equipos, será necesario aplicar

un plan de mantenimiento predictivo, el cual se estudiara en el siguiente capitulo.

30

5. PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN ANÁLISIS DE VIBRACIONES (PMP AV)

5.1 MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN UN INGENIO

La práctica tradicional de mantenimiento de las máquinas en la industria se pueden agrupar en dos

grandes métodos: Empleo hasta avería (Mantenimiento Correctivo) y Mantenimiento Preventivo

Temporal (mantenimientos que se realizan a intervalos de tiempo prefijados).

La experiencia ha probado que, en la mayor parte de los casos, el método de mantenimiento

preventivo temporal es antieconómico. El régimen de averías de muchas máquinas no se mejora

sustituyendo de forma regular las piezas desgastadas. Al contrario, con frecuencia se reduce la

fiabilidad de las máquinas recién revisadas, debido a la interferencia humana. Como no se puede

prever el régimen real de averías de cada máquina, el mantenimiento preventivo temporal no se

puede aplicar con total eficacia. Se necesita un método individual, un mantenimiento según el

estado de la maquinaria o mejor conocido como un mantenimiento predictivo.

Este método considera a cada máquina por separado. Sustituyendo las revisiones periódicas por

medidas periódicas que pueden seguir en detalle el desarrollo del estado de funcionamiento de

cada máquina en concreto. Como ya hemos dicho, las vibraciones mecánicas son excelentes

indicadores del estado de funcionamiento de un equipo y esta es la razón por la que el monitoreo

según Estado emplee como referencia la medida de las vibraciones. "El axioma del Mantenimiento

según Estado es que la reparación solo es necesaria cuando las medidas así lo indican". Esto

coincide además con la opinión de los técnicos de que es imprudente interferir la marcha de las

máquinas que van bien.

Con la medida regular de las vibraciones se puede detectar el nacimiento de irregularidades y

seguir su desarrollo. Además, esas medidas se pueden extrapolar para predecir cuando se

alcanzarán niveles de vibración inaceptables y cuando se debe revisar la máquina. A esto se le

llama Monitoreo de Tendencias y permite al profesional programar las reparaciones con suficiente

anticipación.

31

5.2 RENTABILIDAD Y VENTAJAS DEL MANTENIMIENTO PREDICTIVO EN LOS INGENIOS AZUCAREROS

El mantenimiento predictivo, modulador de las acciones correctivas y preventivas, necesita nutrirse

de información procedente de los sistemas de monitorización de los ingenios. En los últimos años

se han producido importantes avances en este campo, incrementando así la confiabilidad de su

maquinaria y de la misma empresa.

Un plan de mantenimiento predictivo (PMP) basado en análisis de vibraciones aplicado a

máquinas rotativas en los ingenios trae las siguientes ventajas:

Se eliminan desmontajes innecesarios: debido a que el análisis de vibraciones se puede realizar

con la máquina en funcionamiento, es posible monitorear sus componentes internos sin necesidad

de desmontar piezas.

Reducción de tiempos de paro: mediante el análisis de vibraciones se pueden detectar desde el

inicio las fallas de componentes en las máquinas, por lo que es posible corregir el problema en los

períodos normales de mantenimiento de la máquina sin necesidad que esta llegue a fallar.

Se evitan daños destructivos: es posible anticipar daños catastróficos en equipos críticos que

podrían provocar grandes paros de producción y daños al personal, ya que permite seguir la

evolución de un defecto en el tiempo. También es posible implementar paros automáticos de la

máquina al sobrepasar las vibraciones críticas sensadas por un transductor permanente.

La verificación del estado de la maquinaria, tanto realizada de forma periódica como de forma

accidental, permite preparar un archivo histórico del comportamiento mecánico.

Permite el análisis estadístico del sistema.

Reducción de costos: mediante un PMP se pueden reducir los costos de seguridad en dos

sentidos; garantía de producción continua; y garantía de confiabilidad en la maquinaria, incluyendo

una mejor seguridad industrial.

Estos beneficios en el mantenimiento no significan que el personal que lo realizaba pierda sus

empleos. Se les traspasa a la realización de las medidas y, además, tendrán tiempo para

reparaciones y comprobaciones mas completas en las máquinas que se desmonten para revisión,

con lo cual se aumenta la vez la fiabilidad de las máquinas a largo plazo. Las precipitadas

reparaciones que solo se corregían con una solución temporal se hacen así algo del pasado. El

técnico de mantenimiento tendrá que valorar la relación coste / rendimiento de la medida de las

vibraciones para el mantenimiento según estado.

32

5.3 CLASES DE MONITOREO PARA EQUIPOS DE INGENIOS

Una herramienta para el monitoreo de vibraciones es graficar la magnitud contra el tiempo para las

mediciones realizadas con el fin de determinar un rango admisible fuera del cual generalmente se

indicará un problema en la máquina. Este límite se debe determinar a partir de las especificaciones

del fabricante o de normas.

5.3.1 Monitoreo continuo general

Este tipo de monitoreo se aplica de forma continua a una máquina concreta mediante la colocación

permanente de transductores (generalmente detectores de proximidad o acelerómetro), quedando

en todo momento controlada. Se emplea, sobre todo, para tener un aviso inmediato de todo

cambio brusco que se pueda producir en la maquinaria, cuyo funcionamiento continuo es vital para

la producción. Los fallos se detectan inmediatamente, o a los pocos minutos, y disparan señales de

alerta o alarma en la sala de control para que se tomen mediadas adecuadas antes de que se

produzca una rotura grave.

5.3.2 Monitoreo continuo de frecuencias

Los sistemas de monitoreo continuo están diseñados para monitorear de forma permanente los

elementos principales de un equipo, tal es el caso de chumaceras, cajas de transmisión y otros

elementos rotatorios dentro de un turbogenerador. Una de las formas como se puede tener un

constante monitoreo, es a través de sensores de frecuencia, el cual registra las diferentes señales

de vibración a distinta frecuencia, para luego poder determinar las causas de dichas señales. Con

este tipo de monitoreo se pueden prevenir daños en los equipos, al conectar el sensor a un panel

que puede encender una alarma. Como complemento a este tipo de monitoreo, se puede incluir

monitoreos periódicos de análisis de espectros para equipos con monitoreo continuo.

5.3.3 Monitoreo periódico

Este monitoreo se lleva acabo con analizadores FFT. Para máquinas en las cuales resulta muy

elevado el costo de realizar un monitoreo continuo, esta es una muy buena opción, así como

también si se quiere llevar acabo monitoreos donde no es necesario hacer un análisis de

espectros. Aunque se realiza con un costo no tan elevado para monitoreos continuos, presenta la

desventaja de que si la falla se presenta de una forma rápida es imposible poder predecirla con

cierta anticipación. Otra desventaja que presenta el método es que si se quiere hacer una medición

puntual que varía con la carga mecánica, es muy difícil realizar dicha medición. Siempre que se

realice un paro de mantenimiento se recomienda llevar acabo un monitoreo periódico antes y

33

después de dicho mantenimiento, también si se realiza una sustitución de alguna pieza, cambio en

las condiciones de carga mecánica y en periodos normales de funcionamiento, en el intervalo de

tiempo mas breve posible.

5.4 PERIODOS DE MONITOREO

El periodo de monitoreo que debe realizarse a un equipo, dependerá de sus horas de operación,

de su historial de operación y las condiciones de diseño presentadas por el fabricante. Los criterios

en los que se basa el establecimiento de periodos de monitoreo son:

Monitoreo Diario o semanal: Equipos con alta criticidad que están sometidos a condiciones de

operación severo, defectos de diseño o falta de información en su historial de operación.

Monitoreo Mensual: Máquinas con criticidad intermedia, en condiciones normales de operación,

con defectos de diseño mínimos o despreciables.

Monitoreo Anual: Todos los equipos con criticidad mínima o para los que su fabricante garantiza

larga vida.

Es importante mencionar que toda máquina a medida se incremente sus horas de operación, será

necesario reducir los intervalos de monitoreo hasta su reparación, evitando con ello la falla en el

equipo.

Los intervalos de las medidas periódicas vienen dictados por el tiempo medio ordinario de trabajo

entre fallos de la máquina. Se debe programar un mínimo de seis medidas en ese periodo para

disponer de una razonable capacidad de predicción. Con máquinas nuevas, para las que no se

disponga de orientación dada por el fabricante, se debe realizar un control más frecuente, por

ejemplo cada uno o dos meses, según el ciclo de trabajo, hasta que se normalice.

5.5 SELECCIÓN DE EQUIPOS A SER MONITOREADOS

Para identificar cuales máquinas se van a monitorear, cada cuanto tiempo, qué capacitación se le

dará al personal, que equipo y que sensores se necesitan, es necesario un diseño adecuado del

programa de mantenimiento predictivo. Estos criterios dependen de cada ingenio y de la

complejidad de la maquinaria que posea. (Capítulo 4: Equipos Críticos de un Ingenio)

Cada máquina se considera individualmente para decidir los puntos que ofrecerán medidas

representativas: las carcasas de los cojinetes suelen ser muy adecuadas. Además las normas

nacionales e internacionales sobre vibraciones en las máquinas giratorias contienen también

sugerencias de interés.

34

35

Los puntos de medida se preparan para la colocación del sensor de vibraciones (acelerómetro) y

se identifican con un número. Lo mejor es usar medios de fijación permanentes en forma de

soportes roscados sobre la misma máquina, o montar placas roscadas que se pegan a la misma.

La secuencia en que se debe monitorear cada punto de medida viene especificada en el informe

de las medidas, junto con los detalles sobre las condiciones en que la máquina deba estar

trabajando. Esto es muy importante, ya que las sucesivas medidas solo señalarán tendencias si se

realizan en las mismas condiciones de trabajo. Análogamente, se debe normalizar para cada

máquina la posición de los mandos de la instrumentación de medida.

Una vez conocida las clases y los periodos de monitoreo, se puede generar la tabla de equipos

críticos, con las acciones de mantenimiento predictivo a realizar. En ella se detallarán los periodos

de monitoreo para una máquina sola o para varias. La tabla que se presenta a continuación,

resume las labores predictivas en los equipos críticos de un ingenio Azucarero.

Descripción Categoría Máquina única Varias

máquinas cercanas

Varías máquinas

distanciadas

Turbogenerador

Uno de los elementos

más caros y de vital

importancia en el proceso de generación de electricidad

Critica, costosa

Monitoreo general

continuo, complementado con monitoreo

periódico frecuencias o

adición de colector de

datos con filtro en red

Monitoreo continuo

general con colector de datos con

filtro

Monitoreo continuo

general con colector de datos con

filtro

Tiro Inducido y Tiro Forzado

Elemento de mediano

costo, cuya falla producirá

un paro completo en

el proceso del ingenio

Critico, ligeramente

costoso, difícil reconstrucción

Monitoreo continuo general

o monitoreo periódico de frecuencias

Monitoreo continuo

general con colector de datos con

filtro

Monitoreo continuo general o monitoreo

periódico de frecuencias

Bomba de inyección de

Calderas

Elemento indispensable

para el proceso del ingenio y la

generación de vapor

Critico, Barato, fácil reconstruir Monitoreo

periódico de frecuencias o llamar a un

consultor según necesidad

Monitoreo continuo general o monitoreo periódico

de frecuencias

Monitoreo continuo general o monitoreo

periódico de frecuencias

TABLA 4: Monitoreo para equipos críticos en un ingenio azucarero

Descripción Categoría Máquina única Varias

máquinas cercanas

Varías máquinas

distanciadas

Transmisión de Molinos

Uno de los elementos

mas costosos del proceso,

cuya falla causaría una gran perdida económica

Critica, costosa

Monitoreo general

continuo, complementado con monitoreo

periódico frecuencias o

adición de colector de

datos con filtro en red

Monitoreo continuo

general con colector de datos con

filtro

Monitoreo continuo

general con colector de datos con

filtro

Centrífugas

Elementos de costo

intermedio, cuya falla

reduciría la capacidad de producción del ingenio

Critico, ligeramente

costosa, difícil reconstrucción

Monitoreo continuo general

o monitoreo periódico de frecuencias

Monitoreo continuo

general con colector de datos con

filtro

Monitoreo continuo general o monitoreo

periódico de frecuencias

Ventiladores de Secador de

azúcar

Elemento de mediano

costo, cuya falla reduciría la capacidad

de producción del ingenio

Critico, ligeramente

costoso, difícil reconstrucción

Monitoreo continuo general

o monitoreo periódico de frecuencias

Monitoreo continuo

general con colector de datos con

filtro

Monitoreo continuo general o monitoreo

periódico de frecuencias

TABLA 4: (Continuación) Monitoreo para equipos críticos en un ingenio azucarero En el caso de equipos que no son críticos en un ingenio azucarero, se utilizan otros criterios.

Según la distribución del conjunto y su costo, se presenta la siguiente matriz para aplicarlo en el

monitoreo de Vibraciones:

Máquina única Varias máquinas cercanas

Varías máquinas distanciadas

No crítica, no costosa

Ignorar, remplazar cuando falla

Ignorar, remplazar cuando falla

Ignorar, remplazar cuando falla

No critica, ligeramente costosa

Monitoreo periódico de frecuencias o llamar a

un consultor según necesidad

Monitoreo continuo general o monitoreo

periódico de frecuencias

Monitoreo periódico de frecuencias

TABLA 5: Matriz de aplicación del monitoreo de vibraciones a equipos no críticos

5.6 EXPEDIENTE DE LA MAQUINARIA

El expediente documentado de la maquinaria debe ser lo más completo posible y este deberá

incluir la línea base de vibraciones, incluyendo todo el historial de mantenimiento y especificaciones

36

técnicas que brinden los manuales de los equipos. Se define como línea base, la tendencia máxima

de un nivel de vibración sin filtro que debe tener una máquina en el momento de su monitoreo.

Dicha línea base debe ser para todas las frecuencias fundamentales de vibraciones. En el historial

de mantenimiento se tienen que poner las fallas de las máquinas, los mantenimientos realizados,

así como también las labores correctivas y también el espectro de vibraciones antes y después de

los mantenimientos realizados, todo esto con el fin de determinar las diferentes causas que puedan

originar causas de vibraciones. También las especificaciones de los manuales sirven para calcular

frecuencias fundamentales de vibraciones y para conocer las características de diseño.

5.7 INFORMES DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES

La información que debe contener un reporte de análisis de espectro individual consiste en:

• Fecha, máquina analizada, localización y nombre del operador

• Esquema de la máquina con los puntos de medición

• Lecturas de vibración horizontal, vertical y axial absolutas o sin filtro.

• Lecturas de vibración horizontal, vertical y axial a las frecuencias principales de las

componentes de la máquina.

• Los espectros de vibraciones de las tres direcciones en cada punto.

En el Ejemplo del Inciso 5.12 puede verse esto con mayor claridad

5.8 ARCHIVO DE DATOS DE VIBRACIONES

Preparar un archivo de los datos obtenidos en el análisis de vibraciones es muy útil para poder

tener una base de datos de cada máquina y poderlo ocupar como futuras referencias. Es necesario

archivarlos de forma ordenada e individual para su fácil acceso. Por otro lado es importante tener

bases de datos, para poder llevar el monitoreo de su estado general y para la elaboración de la

línea de tendencia de los equipos. Con estas lecturas se puede comparar con los datos recientes y

así se puede monitorear las frecuencias de los elementos críticos tales como baleros, engranes o

alabes. La interpretación de los espectros de vibración, serán útiles para determinar la existencia

de desalineamiento, desbalance dinámico, estado de los motores, etc. Es necesario generar

reportes y almacenar el estado general de las máquinas, de los componentes que producen

frecuencias principales y otros problemas determinados a partir de análisis de espectros y de fase.

5.9 IMPLEMENTACIÓN DE UN PROGRAMA DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO Cuando ya se tienen establecidas las actividades y los periodos de monitoreo de los equipos de un

37

Ingenio Azucarero, es necesario diseñar el plan de Mantenimiento para poder atender a las

exigencias de operación del ingenio.

Los pasos que implementar un plan de Mantenimiento son:

• Planificación: Consiste en la formulación de un plan que establezca objetivos, metas de las

actividades a realizar y los encargados de dichas labores; esto con el fin de realizar una labor

de mantenimiento ordenada.

• Establecimiento de medidas administrativas y técnicas: Es necesario que exista una

estructuración administrativa eficiente, en el cual se asignen las funciones, se contrate el

personal de mantenimiento especializado para las tareas asignadas y la capacitación del

personal existente para operar de forma eficiente. Es necesario una estructura de soporte

técnico que sea capaz de responder ante cualquier emergencia durante el periodo de zafra.

Algunos servicios de mantenimiento deberán ser subcontratados a empresas especializadas.

En el caso de Análisis Predictivo de Vibraciones, algunos ingenios contratan a la empresa

SETISA, para que monitoree sus equipos. Algunas otras optan por crear sus propios

departamentos de Mantenimiento Predictivo de Análisis de Vibraciones, para minimizar sus

costos.

• Operación, Revisión y Evaluación: Una vez iniciado la implementación del plan de

mantenimiento, es necesario que el responsable del área de mantenimiento verifique que las

actividades se estén realizando. El monitoreo y la revisión de la ejecución del plan es muy

importante para poder evaluar los resultados del plan implementado.

• Mejoramiento Continuo: Después de un cierto periodo de operación del plan de mantenimiento

que podría ser al final de una zafra, es necesario hacer una evaluación de resultados para ver

el grado de efectividad obtenido con el plan. Las recomendaciones de mejora que se hagan,

deberán ser acatadas con el fin de hacer más eficientes las actividades de mantenimiento. Es

muy importante para los ingenios el darle continuidad a los programas de mantenimiento

predictivo, para así minimizar el tiempo de paro de los equipos.

5.10 CAPACITACIÓN AL PERSONAL DE MANTENIMIENTO Y OPERARIOS DE EQUIPOS EN INGENIOS AZUCAREROS Es necesario que los ingenios tengan políticas de capacitación, con la finalidad de preparar mejor al

personal que esta en constante contacto con los equipos. El tipo de capacitación que se debe dar,

irá en función de las habilidades del personal, así como de las necesidades de los ingenios en la

38

tecnificación de sus procesos.

Invertir en el área de capacitaciones, acarrea muchos beneficios a mediano y a largo plazo; debido

a que si el personal esta mejor preparado, le será mas fácil la operación y el mantenimiento de los

equipos del ingenio. Una buena parte del costo de esta actividad puede ser cubierta por el

INSAFORP (Instituto Salvadoreño de Formación Profesional)

5.11 SERVICIOS EXTERNOS DE MANTENIMIENTO PARA INGENIOS AZUCAREROS

Parte del PMP que ejecutan los diferentes ingenios, deben contemplar la necesidad recurrir a

empresas especializadas en el análisis de vibraciones, cuando se da el caso que el equipo de

mantenimiento no puede encontrar el problema en una máquina en particular. Una de las empresas

que brindan este servicio es SETISA (Servicios Técnicos de Ingeniería).

A continuación se describen los pasos que sigue SETISA para ejecutar un servicio de

mantenimiento:

5.11.1 Solicitud de análisis de vibraciones

El primer paso a realizar, es la solicitud de servicio de Análisis de Vibraciones por parte del ingenio

demandante; en la cual se habla inicialmente de los síntomas detectados en los equipos por los

operarios del equipo.

También los ingenios se ponen en contacto con la empresa, para solicitar el servicio de

mantenimiento programado, que regularmente se ejecuta al principio de la zafra, a la mitad y al

final.

5.11.2 Cotización de la empresa contratista (SETISA) En este instante, se entrega un documento por parte de SETISA, en el cual se detallan los

aspectos tales como:

• Costo del Servicio de Análisis de Vibraciones

• Fecha de toma de Datos y de Entrega del Reporte escrito

5.11.3 Listado de equipos a analizar

Se hace un listado de los equipos a los cuales se les hará el análisis, determinando los puntos de

39

cada máquina, a los cuales se les hará mediciones. Luego hacer una visita a las instalaciones, en

la cual se realiza la Toma de Datos de las señales de vibraciones en su 3 direcciones a los

diferentes equipos.

5.11.4 Análisis de los espectros

Una vez que se han tomado los datos en las tres direcciones, se procede a analizar cada punto

para determinar su magnitud de vibración (picos del espectro), colocándolos en una tabla para un

mejor orden.

Para poder realizar el análisis, se observan los valores más altos dentro de la tabla y se comparan

con los límites permisibles (Ver Tabla 2). Se determina a que clase pertenece cada equipo, se

comparan y se observa en que categoría está la magnitud de la vibración. Dependiendo de la

categoría de la magnitud de vibración, así será necesario prestar mas atención y hacer monitoreos

mas periódicos o si es necesario parar el equipo. Si la magnitud está dentro del límite normado, es

necesario conocer dentro de que categoría esta para poder así indicar las acciones a realizar. Si el

equipo esta fuera de los límites permitidos por la Norma Internacional, es necesario hacer un

análisis más detallado para poder encontrar las causas de la vibración. Este análisis se hará a los

puntos y en la dirección de mayor magnitud, a través de la visualización del comportamiento para

ver el tipo de vibración que se esta provocando.

5.11.5 Preparación de informe escrito

Una vez que se ha concluido en el estado de los equipos, es necesario presentar a los encargados

de Mantenimiento un informe detallado donde se muestren las tablas de magnitudes, la tabla de

estado del equipo, los gráficos de espectros. Luego es necesario poder presentar las

recomendaciones debidamente justificadas, que la empresa SETISA considera necesarios, para

poder corregir o reducir los defectos en los niveles de vibración de los equipos.

La extensión de los reportes dependerá de la cantidad de equipos que se analicen, su historial de

análisis de vibraciones anteriores, así como también de su complejidad.

5.12 REPORTE DE SERVICIO DE ANÁLISIS DE VIBRACIONES DE UN INGENIO

A continuación se presenta un ejemplo de un reporte de Análisis de Vibraciones realizado a

equipos críticos en un ingenio Azucarero:

40

Reporte Análisis de Vibraciones

San Salvador, 23 de Noviembre de 2004

Señores

INGENIO AZUCARERO Presente

Estimados señores:

INTRODUCCIÓN A continuación le enviamos los resultados del Análisis de Vibraciones realizado en las máquinas

principales de la planta del ingenio, que incluyen Turbogenerador 2500W, Centrifuga de Segunda #1, Molino #4, Tiro Forzado Caldera Combustión 2, Bomba Caldera Wilcox, Tiro Inducido Caldera Heine #1. Estos análisis corresponden a la primera visita realizada dentro del

Programa de Mantenimiento Predictivo.

MÉTODO La toma de datos, se realizó los días 21 y 22 de Noviembre del 2004, con los equipos operando

normalmente.

El equipo utilizado es un Analizador de Señales marca Hewlett Packard modelo HP3530 A, que

obtiene lecturas que consisten en gráficos de Amplitud de Vibración en unidades de mm/seg vrs.

Frecuencia en ciclos por minuto (CPM), los gráficos que son llamados comúnmente como

“Espectros de Vibración”, se observan en las hojas anexas del final. En cada punto se midió en

tres direcciones relativas a los eje, es decir en posición horizontal, vertical y Axial, que serán

nombrados como H, V y A respectivamente para los ejes horizontales; así como horizontal1 (al

Frente), horizontal2 (en el Latera) y Axial nombrados respectivamente H1, H2 y A para los ejes

verticales.

Posteriormente a la toma de datos, se comparan los máximos de éstos con los criterios dados por

la norma internacional ISO 10816-1. Los criterios empleados se muestran en la siguiente tabla:

41

Reporte Análisis de Vibraciones

Rango de Velocidades Limites y Clases de Maquinas

mm/seg. Pico

Maquinas medianas Clase II Soportes rígidos Clase III

0.51

0.76

1.02

1.52

Bueno

2.54

Bueno

4.06 Satisfactoria

6.35 Satisfactoria

10.16 Satisfactoria (alerta)

15.75 Satisfactoria (alerta)

25.4

39.62

63.75

Inaceptable (parada) Inaceptable (parada)

CLASE II Maquinaria de motores eléctricos 15 KW (20 hp) hasta 75 KW (100 hp).Para el caso

del ingenio: Los ventiladores de tiro Forzado e inducido, centrifugas, ventilador de

secador, bombas de alimentación.

CLASE III Las maquinas grandes con conductores primarios (turbinas, motores eléctricos, etc.)

y otras maquinarias con ensambles rotatorios grandes y montadas en y fundaciones

rígidas y pesadas. Para el caso del ingenio: Molinos, turbogenerador.

Con la comparación se determina el estado de severidad de la magnitud de vibración; y de esa

forma es posible establecer:

Que la magnitud de la vibración es Intolerable, por lo que si los espectros indican este nivel, la

posibilidad de falla es alta y debe someterse a revisión la máquina de inmediato.

Que la magnitud de la vibración es baja, se dice que el rango es Bueno, o bien que el peligro

de falla es mínimo.

Que la magnitud de la vibración es Satisfactoria, o que se encuentra en los límites normales.

42

Reporte Análisis de Vibraciones

Que la magnitud de la vibración es Satisfactoria Alerta, esto indica que la vibración se

encuentra cerca de los límites recomendados.

En los puntos que se considere importante se procede al diagnóstico del problema por medio de la

revisión de espectros. De estos análisis surgen las correspondientes acciones correctivas.

RESULTADOS

Las hojas de máximos que incluye un esquema de la máquina, donde se señala los puntos de

medición así como los espectros de todas las máquinas se muestran en las hojas al final.

Turbogenerador 2.5 M W: Existe un máximo nivel de vibración en la componente Axial del punto C de la caja de transmisión

de 10.17 mm/s a 4800 CPM. La fuente principal de vibración es el desbalance dinámico del rotor

del generador, además del desalineamiento entre la turbina y la caja de transmisión. Se

recomienda verificar los alineamientos y mantener un monitoreo continuo sobre el nivel de

vibraciones.

Centrifuga de Segunda #1: Existe un nivel severo de vibraciones tanto en el punto A y B del motor (24.9 mm/s radial a 2250

CPM y 24.3 mm/s radial a 2250 CPM respectivamente). Se recomienda verificar el alineamiento de

poleas, así como revisar el estado de las fajas en el caso que no se hayan sustituido. Dado que en

el motor se encuentran componentes de vibración a 2250 CPM (frecuencia de rotación de la

canasta), estos altos niveles de vibración se deben a la transmisión de vibraciones de la canasta al

motor. Del análisis de espectros de la canasta se observa flojedad mecánica por lo que es

necesario reapriete de la sujeción y cambio de los apoyos rodantes.

Molino No 4 Las vibraciones se encuentran en rango “Bueno”, solo se observa rozamiento en el eje de la masa

del molino del reductor descubierto. Se recomienda verificar las condiciones de lubricación en

dicho punto.

Tiro Forzado Caldera Combustión 2 Las vibraciones se encuentran en el nivel “Bueno”, solo se observa un leve desalineamiento entre

la chumacera del punto E y F.

43

Reporte Análisis de Vibraciones

Bomba Caldera Wilcox Las vibraciones en el eje del ventilador se encuentran en rango “Bueno”, sin embargo en el motor

se encuentran en rango “Satisfactorio”, debido a resonancia en la fajas, producido por el alabeo de

la polea del eje del ventilador.

Tiro Inducido Caldera Heine #1 Las vibraciones en el eje del ventilador se encuentran en rango “Bueno”, en la caja reductora y la

turbina de vapor se encuentra en rango “Satisfactorio”. Solo se observa desalineamiento no

severo entre las chumaceras de la turbina.

44

Punto Velocidad Máxima (mm/s)

CPM

H 9.51 1800

V 2.2 1800 A

A 1.78 4800

H 2.02 1800

V 3.44 4800

T U R B I N A B

A 0.75 4800

H 1.75 1800

V 2.14 1800 C

A 10.17 4800

H 7.4 4650

V 9.3 4800 D

A 4.3 4800

C A J A

E H 9.7 4800

V 4.4 4800

A 3.45 4800

H 9.5 4800

V 3.8 4800 F

A 7.47 4800

H 4.9 1800

V 3.79 1800 G

A 5.23 1800

H 4.62 4800

V 3.68 1800

G E N E R A D O R

H

A 6.11 1800

ANALISIS DE VIBRACIONES TURBOGENERADOR

2500 W

PREPARADO POR: JORGE PÉREZ

APROBADO POR:

SIN ESCALA.

REVISADO POR:

FECHA: 23/Nov/2004

HOJA:

1

ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION

TURBINA 4700 RPM

C A J A

GENERADOR 1800 RPM

E F G H

DCB A

LECTURAS DE VIBRACIÓN:

45

70

2

FECHA 23/nov/2004 HOJA

HORIZONTAL 1VERTICALAXIAL

DIRECCIONES

SETISA DE C.V.

ESPECTROS DE VIBRACION - TURBOGENERADOR 2500 KW

TURBINA PUNTO A

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

TURBINA PUNTO B

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DE ALTA PUNTO C

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DE ALTA PUNTO D

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR ALTA PUNTO E

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR ALTA PUNTO F

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO G

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DESCUBIERTO- PUNTO H

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

46

71

Punto Velocidad Máxima (mm/s)

CPM

H 5.5 2250 V 24.9 2250 A A 15.2 2250 H 24.3 2250 V 20.1 2250

B A 3.6 4500 H 5.2 2250 V 2.3 4500

C A 4.1 2250

ANALISIS DE VIBRACIONES CENTRIFUGA

SEGUNDA DE PRIMERA

PREPARADO POR: JORGE PÉREZ

APROBADO POR:

SIN ESCALA.

REVISADO POR:

FECHA:

23/Nov/2004

HOJA: 3

ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION

LECTURAS DE VIBRACIÓN:

MOTOR CANASTA

B

A

C

47

72

FECHA 23/NOV/2004 HOJA

HORIZONTAL VERTICALAXIAL

DIRECCIONES

ESPECTROS DE VIBRACION - CENTIFUGA DE PRIMERA

MOTOR

CANASTA

PUNTO A

0

5

10

15

20

25

30

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

PUNTO B

0

5

10

15

20

25

30

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

PUNTO C

0

2

4

6

8

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

4

48

73

LECTURAS DE VIBRACIÓN:

G

H

K

L

O

P

Masa de Molino

J

I

Reductor de Baja

Turbina de Vapor

Reductor de Alta

A

B

C

D F

M

N

ANALISIS DE VIBRACIONES MOLINO #5

PREPARADO POR: JORGE PÉREZ

APROBADO POR:

SIN ESCALA.

REVISADO POR:

FECHA:

23/Nov/2004

HOJA:

5

ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION

PUNTO DIREC. mm/s PEAK CPMH 1.152 2,325

A V 2.163 4,725A 4.330 4,725H 1.994 4,725

B V 0.875 4,725A 1.024 2,325H 2.933 4,800

C V 0.843 16,650A 1.072 16,650H 2.860 4,800

D V 0.242 4,725A 0.748 4,725H 2.646 4,725

E V 0.940 4,725A 0.986 4,725H 2.935 4,725

F V 0.516 11,925A 1.408 4,800H 1.356 2,250

G V 2.375 7,875A 1.338 2,250H 1.580 2,250

H V 1.184 1,125A 1.902 7,950H 1.833 7,800

I V 0.875 7,800A 1.270 1,650H 1.440 2,250

J V 0.855 1,125A 0.973 2,250H 1.309 3,390

K V 1.059 5,610A 1.100 4,500H 1.997 6,750

L V 1.338 5,610A 0.634 2,250

49

74

6FECHA 23/NOV/2004 HOJA

HORIZONTAL 1VERTICAL- HORIZONTAL 2AXIAL

ESPECTROS DE VIBRACION - MOLINO 4 PUNTOS A AL F

DIRECCIONES

TURBINA PUNTO A

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

TURBINA PUNTO B

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

8.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DE ALTA PUNTO C

0123456789

10

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DE ALTA PUNTO D

0123456789

10

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR ALTA PUNTO E

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR ALTA PUNTO F

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

50

75

7FECHA 23/NOV/2004 HOJA

HORIZONTAL 1VERTICAL- HORIZONTAL 2AXIAL

DIRECCIONES

ESPECTROS DE VIBRACION - MOLINO 4 PUNTOS G AL L

REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO G

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DESCUBIERTO- PUNTO H

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DESCUBIERTO- PUNTO I

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO J

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO K

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

11000

12000

CPM

mm

/seg

REDUCTOR DESCUBIERTO - PUNTO L

0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.55.0

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

11000

12000

CPM

mm

/seg

51

76

MOTOR 1785 RPM

VENTILADOR 900 RPM

G F E D C

A B

PUNTO DIREC. mm/s CPM PUNTO DIREC. mm/s CPM

H 0.395 900 H 1.734 2,775

A V 0.431 5,475 E V 0.375 900

A 0.300 900 A 1.204 2,775

H 0.505 900 H 2.469 900

B V 0.474 21,675 F V 0.741 900

A 0.603 225 A 6.197 900

H 0.546 6,600 H 2.222 900

C V 0.171 900 G V 0.522 900

A 0.649 7,050 A 1.402 900

H 3.340 900

D V 0.646 6,600

A - -

LECTURAS DE VIBRACION

ANALISIS DE VIBRACIONES TIRO FORZADO CALDERA DE

COMBUSTION 2

PREPARADO POR: JORGE PÉREZ

APROBADO POR:

SIN ESCALA.

REVISADO POR:

FECHA: 23/Nov/2004

HOJA:

8

ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION

52

77

FECHA 23/NOV/2004 HOJA

HORIZONTAL VERTICALAXIAL

VENTILADOR

DIRECCIONES

ESPECTROS DE VIBRACION - CALDERA COMBUSTION 2 FORZADO INDUCIDO

MOTOR

VENTILADOR

VENTILADOR

PUNTO A

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO B

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO C

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 5000 10000 15000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO D

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

0 5000 10000 15000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO E

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 5000 10000 15000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO F

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0

0 5000 10000 15000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO G

0

1

2

3

4

5

6

0 5000 10000 15000 20000 25000

CPM

mm

/seg

9

53

78

ANALISIS DE VIBRACIONES BOMBA DE INYECCIÓN 1

CALDERA B&W

PREPARADO POR: JORGE PÉREZ

APROBADO POR:

SIN ESCALA.

REVISADO POR:

FECHA: 23/Nov/2005

HOJA: 10

ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION

BOMBA

D C B A

MOTOR

LECTURAS DE VIBRACIÓN:

PUNTO AMPLITUD

MAXIMA mm/seg

CPM

H 4.729 7200 V 1.09 3600 A A 2.2 3600 H 6.682 7200 V 1.01 7200

MOTOR B

A 1.384 3600 H 16.92 3600 V 5.4 3600 C A 9.65 3600 H 24.29 3600 V 1.956 10860

BOMBA D

A 2.86 3600

54

79

FECHA 23/Nov/2004 HOJA

HORIZONTAL VERTICALAXIAL

DIRECCIONES

ESPECTROS DE VIBRACION -BOMBA DE INYECCION CALDERA B&W

MOTOR

BOMBA

PUNTO A

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

PUNTO B

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

PUNTO C

0

4

8

12

16

20

24

28

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

PUNTO D

0.0

4.0

8.0

12.0

16.0

20.0

24.0

28.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

CPM

mm

/seg

11

55

80

PUNTO DIREC. mm/s CPM

H 1.170 3,300

A V 3.873 3,300

A 6.711 3,300

H 2.401 6,600

B V 1.288 3,300

A 6.376 3,300

H 2.149 3,300

C V 4.375 6,600

A 1.712 3,300

H 4.065 6,600

D V 0.890 9,825

A 1.937 3,300

H 0.787 675

E V 0.004 150

A 0.462 2,025

H 0.290 1,275

F V 0.089 675

A 0.450 675

ANALISIS DE VIBRACIONES TIRO INDUCIDO

CALDERA HEINE #1

PREPARADO POR: JORGE PÉREZ

APROBADO POR:

SIN ESCALA.

REVISADO POR:

FECHA: 23/Nov/2004

HOJA: 12

56

LECTURAS DE VIBRACIÓN:

C

H G

A D E F

B

Motor

Ventilado

ESQUEMA DE LA MAQUINA Y PUNTOS DE MEDICION

81

FECHA 23/Noviembre/200HOJA

HORIZONTAL VERTICALAXIAL

DIRECCIONES

ESPECTROS DE VIBRACION - TIRO INDUCIDO HEINE 1

TURBINA DE VAPOR

CAJA REDUCTORA

VENTILADOR

PUNTO A

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO B

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO C

0123456789

10

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO D

0.01.02.03.04.05.06.07.08.09.0

10.0

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

CPM

mm

/seg

PUNTO E

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 10000 20000 30000 40000

CPM

mm

/seg

PUNTO F

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 10000 20000 30000 40000

CPM

mm

/seg

13

57

82

CONCLUSIONES

• El mantenimiento Predictivo por medio del Análisis de Vibraciones debe realizarse antes,

durante y después de cada zafra para minimizar fallos imprevistos.

• La etapa más crítica para un Ingenio azucarero, en la cual hay que centrar toda la atención

a nivel de Mantenimiento Predictivo, es el período de Zafra.

• Debido a que la generación de electricidad a partir de bagazo de caña tiene mucha

relevancia, es necesario que los turbogeneradores se encuentren en óptimas condiciones.

• Las fuentes más comunes de las vibraciones mecánicas en los equipos de un ingenio

azucaro son: Desbalance Dinámico, desalineamiento de ejes, flojedad en elementos de

transmisión, deterioro de chumaceras.

• A través del método de Análisis del Espectro de Vibraciones, se pueden realizar

diagnósticos más precisos en un equipo; pues se puede analizar cada componente de la

señal que genera vibraciones a diferentes frecuencias.

• Las mediciones para el análisis de vibraciones deben realizarse en las direcciones: vertical,

horizontal y axial, para ejes horizontales; y horizontal frontal, horizontal lateral y axial, para

ejes verticales. Lo anterior permite una mayor precisión al monitorear el comportamiento de

las vibraciones en 3 dimensiones.

• Todo los datos medidos para realizar un Análisis de Vibraciones, deben ser comparados

con los limites permisibles de las Normas internacionales, pues es necesario garantizar y

justificar los criterios de Análisis a la hora de dar un diagnostico de un equipo.

• Basándonos en criterios de costo e importancia dentro del proceso de producción del

azúcar, los equipos críticos en un ingenio azucarero son: el Turbogenerador, los

Ventiladores de Tiro Inducido y Tiro Forzado, las Bombas de inyección de las Calderas, la

Transmisión de los Molinos, las Centrifugas y los Ventiladores del Secador de Azúcar.

• Es indispensable que todos los ingenios azucareros apliquen técnicas de análisis predictivo

de vibraciones dentro de sus planes de Mantenimiento Preventivo; pues de esa manera

podrá reducir el número de horas de intervenciones de mantenimiento, mejorando su

producción y obteniendo mayores utilidades.

58

83

• El mantenimiento predictivo de Análisis de Vibraciones debe ser realizarlo por personas o

empresas con amplia experiencia en esta especialidad; ya que es necesario poder

garantizar diagnósticos certeros y fiables a la hora de realizar un análisis de Vibraciones a

un equipo.

• Los reportes de servicio de Análisis de Vibraciones deben presentarse debidamente

justificados y documentados, anexando la Norma utilizada, las tablas de magnitudes y los

gráficos de espectros de los diferentes puntos de la maquina analizada.

59

84

RECOMENDACIONES

• En nuestro país es indispensable que todos los ingenios azucareros, implementen

programas de mantenimiento predictivo dentro de sus programas de Mantenimiento

Preventivo, pues de esa manera se minimizan los costos de paros de producción y de

mantenimiento.

• Para el análisis de vibraciones es necesario contar con las mejores tecnologías, a fin

de poder facilitar la labor del encargado del Análisis de Vibraciones y a su vez poder

medir algún otro parámetro que equipos antiguos no puedan medir.

• Para evitar daños catastróficos y así poder garantizar el buen estado de los equipos, a

todos los equipos críticos se les debe realizar monitoreo general de frecuencia.

• Es muy importante capacitar de forma continua al personal de mantenimiento y a los

operarios de los equipos de un ingenio en el área de Vibraciones Mecánicas, para que

el personal contribuya a anticipar paros en la producción.

60

85

GLOSARIO

Caña de azúcar: Es una gramínea tropical, un pasto gigante emparentado con el sorgo y el maíz

en cuyo tallo se forma y acumula un jugo rico en sacarosa compuesto que al ser extraído y

cristalizado en el ingenio forma el azúcar. La sacarosa es sintetizada por la caña gracias a la

energía tomada del sol durante la fotosíntesis.

Sacarosa: es un disacárido compuesto por una molécula de glucosa (dextrosa) y una de fructosa

(levulosa). Es dextrógira o dextrorrotatoria, lo cual significa que gira a la derecha +66.5° el plano de

la luz polarizada. Al calentar en un medio ácido o por acción de la enzima invertasa se

descompone para formar (+)D-glucosa y (-)D-fructosa, una mezcla de mayor dulzura que gira a la

izquierda -20° el plano de la luz polarizada (levógira, levorrotatoria), invirtiéndolo de derecha a

izquierda y por eso se llama azúcar invertido y al proceso inversión o hidrólisis.

Azúcar: El azúcar es un endulzante de origen natural, sólido, cristalizado, constituido

esencialmente por cristales sueltos de sacarosa, obtenidos a partir de la caña de azúcar

Constituyentes de la caña: El tronco de la caña de azúcar esta compuesto por una parte sólida llamada fibra y una parte

liquida, el jugo, que contiene agua y sacarosa. En ambas partes también se encuentran otras

sustancias en cantidades muy pequeñas.

Las proporciones de los componentes varían de acuerdo con la variedad (familia) de la caña, edad,

madurez, clima, suelo, método de cultivo, abonos, lluvias, riegos, etc. Sin embargo, unos valores

de referencia general pueden ser:

Agua 73 - 76 %

Sacarosa 8 -15 %

Fibra 11-16%

La sacarosa del jugo es cristalizada en el proceso como azúcar y la fibra constituye el bagazo una

vez molida la caña.

Potencial de Hidrogeno ( pH ): Es el grado de acidez o de alcalinidad que posee una sustancia

acuosa.

El bagazo de Caña: es un residuo fibroso del proceso de extracción del jugo; y representa

aproximadamente el 30% del peso de la caña.

Vibración: Las vibraciones en los diferentes elementos de una máquina, son aquellas

perturbaciones producidas por fuerzas cíclicas que varían en magnitud y dirección, o por fuerzas

61

86

puntuales que actúan repentinamente. Las fuerzas de vibración que se generan en un cuerpo no

siempre tienen origen mecánico; en algunos casos son originadas por fuerzas electromagnéticas,

fluidicas o aerodinámicas.

Espectro: Distribución de la intensidad de una radiación en función de una magnitud

característica, como la longitud de onda, la energía, la frecuencia o la masa.

62

87

REFERENCIAS

Los sitios y las empresas visitadas para la realización del presente trabajo fueron:

SETISA (Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. de C.V.)

79 Avenida Norte y 7a. Calle Poniente # 4051, Colonia Escalón, San salvador. El Salvador, C.A.,

Teléfono PBX: (503) 264 4713 – Fax: (503) 263-3734

E-mail: informacion@setisa.com.sv

www.setisa.com.sv

Empresa especializada en el Análisis de Vibraciones en El Salvador. A través de la empresa se ha

podido recopilar toda la información necesaria referente al Análisis de Vibraciones a equipos de

Ingenios Azucareros.

ZUCARMEX

(http://www.zucarmex.com/Proceso.htm)

Empresa Mexicana dedicada a la producción de Azúcar, cuyo proceso de elaboración de azúcar es

muy tecnificado.

International Organization for Standardization (http://www.iso.org/iso/en/StandardsQueryFormHandler.StandardsQueryFormHandler?scope=CAT

ALOGUE&keyword=vibration&isoNumber=&sortOrder=ISO&title=true&search_type=TEXT&search

_term=vibration&languageCode=en)

Empresa dedicada a la estandarización de normas para diferentes aplicaciones. Las normas para

monitoreo de Análisis de Vibraciones han sido adquiridas de esta empresa.

Analizador de Espectros HP 3560A

(http://www.valuetronics.com/Details.cfm?ProdID=8226)

Empresa dedicada a la venta de equipos Analizadores de espectros marca HP. En esta pagina se

puede acceder a los manuales de los equipos

63

88

Análisis de Vibraciones Mecánicas (http://www.balances-dinamicos.com/pages/vm.htm)

En esta página se pueden visualizar los diferentes espectros y mapas de espectros con el fin de

estudiar el fenómeno del Análisis de Vibraciones.

Asociación Azucarera de El Salvador (http://www.asociacionazucarera.com/index.asp)

Gremio de empresarios agroindustriales, donde se recopilo información acerca de la producción de

azúcar y la composición del sector azucarero en El Salvador.

64

89

BIBLIOGRAFIA

Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. DE C.V. [2001] Reporte de análisis de vibraciones realizado

a ingenio azucarero. Ref. REN21_047

Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. DE C.V. Diversos estudios sobre el tema preparados por

dicha empresa

Torres Sánchez, Carlos Eduardo [2000] Mantenimiento Predictivo mediante Análisis de

Vibraciones. Trabajo de graduación presentado para optar al grado de ingeniero

Mecánico en la Universidad Centroamericana “José Simeón Cañas”, San Salvador, El

Salvador

Servicios Técnicos de Ingeniería S.A. DE C.V. [2004] Resumen Trimestral de las Actividades

Realizadas por la División de Ecoenergía (Octubre- Diciembre)

Hewlett Packard, Effective Machinery Measurements Using Dynamics Signal Analyzers, Application

Note 243-1

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