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Ciencias de los Procesos Industriales
Proceedings T-I
Oscar Vargas Directores Humberto Ramos
ECORFAN®
Ciencias de los Procesos Industriales Volumen I
Para futuros volúmenes:
http://www.ecorfan.org/proceedings/
ECORFAN Ciencias de los Procesos Industriales
El Proceedings ofrecerá los volúmenes de contribuciones seleccionadas de investigadores que
contribuyan a la actividad de difusión científica de la Universidad Tecnológica del Suroeste de
Guanajuato y la National Chengchi University en Taipei, República de China para su área de
investigación en Ciencias de los Procesos Industriales. Además de tener una evaluación total, en las
manos de los directores de la Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato se colabora con
calidad y puntualidad en sus capítulos, cada contribución individual fue arbitrada a estándares
internacionales (LATINDEX-DIALNET-ResearchGate-DULCINEA-CLASE-HISPANA-Sudoc-
SHERPA-UNIVERSIA-eREVISTAS), el Proceedings propone así a la comunidad académica , los
informes recientes sobre los nuevos progresos en las áreas más interesantes y prometedoras de
investigación en Ciencias de los Procesos Industriales.
Oscar Vargas • Humberto Ramos
Editores
Ciencias de los Procesos Industriales
Proceedings T-I
National Chengchi University- Taipei, República de China. Abril, 2015.
ECORFAN®
Editores
Oscar Vargas
National Chengchi University- Taipei, República de China
Humberto Ramos
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
ISBN: 978-607-8324-93-4
Sello Editorial ECORFAN: 607-8324
Número de Control PCPI: 2015-04
Clasificación PCPI (2015): 010415-101
©ECORFAN-Spain.
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utilizada en cualquier forma o medio, ya sea gráfico, electrónico o mecánico, incluyendo, pero sin limitarse a lo
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relevante en leyes y regulaciones de México y por lo tanto libre para el uso general de la comunidad científica
internacional. PCDN es parte de los medios de ECORFAN (www.ecorfan.org)
Prefacio
Una de las líneas estratégicas de la política pública ha sido la de impulsar una política de ciencia,
tecnología e innovación que contribuya al crecimiento económico, a la competitividad, al desarrollo
sustentable y al bienestar de la población, así como impulsar una mayor divulgación científica y
tecnológica, a través de distintos medios y espacios, así como la consolidación de redes de
innovación tecnológica. En este contexto, las Instituciones de Educación Superior logran
constituirse como un elemento articulador de la investigación, ciencia y tecnología. El Subsistema
de Universidades Tecnológicas y Politécnicas, a través de diferentes Universidades que lo
conforman, de manera permanente y decidida vienen propiciando el surgimiento y desarrollo de
grupos de investigación, gestionando los apoyos necesarios para que los mismos puedan incursionar
de manera adecuada en el campo de la investigación aplicada, la vinculación con pertinencia con los
sectores productivos y promoviendo la participación activa de la razón de ser de nuestras
instituciones, los estudiantes, así como impulsar el desarrollo tecnológico regional.
Este volumen I contiene 5 capítulos arbitrados que se ocupan de estos asuntos en Ciencias
de los Procesos Industriales.
Villegas y Barrón realizan un análisis sobre la optimización de turbinas de gas en la
Universidad Tecnológica de Salamanca, para poder generar una mayor potencia y por consiguiente
un ahorro energético; Zavala y López presentan una recopilación a manera de análisis para poder
conceder un producto y calidad que cumpla con los estándares más importantes en cuanto a calidad
se refiere; Rodríguez presenta un estudio sobre de la importancia de mantener y mejorar el
funcionamiento de una máquina de vapor de las plantas de energía; Almanza postula una serie de
medidas para utilizar y mantener en óptimo rendimiento las máquinas de soldar así como los
diversos tipos de soldaduras existentes; Ramírez realiza una amplia investigación sobre el óptimo
mantenimiento de los tornos así como su uso con distintos tipos de soldadura.
Quisiéramos agradecer a los revisores anónimos por sus informes y muchos otros que
contribuyeron enormemente para la publicación en éstos procedimientos repasando los manuscritos
que fueron sometidos. Finalmente, deseamos expresar nuestra gratitud a la Universidad Tecnológica
del Suroeste de Guanajuato en el proceso de preparar esta edición del volumen.
República de China. Oscar Vargas
Abril, 2015 Humberto Ramos
Contenido Pág.
Procesos Industriales
Optimización de las turbinas a gas, para la Universidad Tecnológica de Salamanca
Optimizar el proceso para la calidad del producto
Mantenimiento a turbina de vapor
Manual de seguridad de soldadura por arco de metal protegido
Manual de mantenimiento de torno convencional y aplicación algunos tipos de
soldadura
1 - 20
21- 50
51 - 86
87 - 106
107 - 126
Apéndice A.Consejo Editor Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
127
Apéndice B. Consejo Editor ECORFAN
128 - 130
Apéndice C. Comité Arbitral Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato 131 - 134
1
Optimización de las turbinas a gas, para la Universidad Tecnológica de
Salamanca
Mónica Villegas & Abraham Barrón
M. Villegas & A. Barrón
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato Carretera Valle de Santiago-Huamimaro Kilómetro 1.2, 20 de
Noviembre, 38400 Valle de Santiago, Gto.
O. Vargas, H. Ramos (eds.). Ciencias de los Procesos Industriales, Proceedings-©ECORFAN- Spain, Madrid, 2015.
2
Abstract
In this work will be announced about gas turbines along with the optimization of the same,
therefore the gas turbines used in the CFE Cuautla Morelos are machines for the generation of
electrical energy or work which has advantages one of which is more compact installations not need
water among other advantages, but it is also known as must disadvantages and one of them is that it
requires expensive gear makes an elevating fuel consumption among others.
Introducción
Por lo tanto la optimización en el rendimiento es una de nuestra propuesta ya que para modificar la
potencia de una turbina de gas se debe alterar, principalmente, dos parámetros: el flujo másico que
pase a través de los álabes de la turbina y la temperatura del fluido de trabajo a la entrada del rotor.
Así mismo, es posible incrementar la eficiencia y la potencia de un ciclo simple recuperando la
energía remanente en los gases de escape mediante un recuperador de calor ya que este esquipo
produce vapor que puede ser expandido en el mismo eje de la turbina de gas o en otro eje mediante
una turbina de vapor. Dicho lo anterior, se trabajara en una propuesta de optimización de las
turbinas a Gas para un mejor funcionamiento, ya que como en la planta de la CFE en Cuautla
Morelos está empezando, queremos que acepten nuestra propuesta dada a conocer en el presente
trabajo.
Objetivo general:
Mediante este manual, optimizar la parte de capacitación para el personal que entrara a
laborar a la central termoeléctrica de Cuautla Morelos ubicada en la comunidad de Huesca, siendo
esta una empresa en proceso de construcción, el personal requiere de capacitación específica de
turbinas de gas. La finalidad del manual es agilizar la fase de capacitación mediante conceptos
específicos.
Objetivos específicos:
Recopilar información referente al uso de las turbinas de gas, aplicadas a las centrales
termoeléctricas.
Lograr ser guía del personal, para la optimización de las turbinas de gas.
Mediante este manual, capacitar adecuadamente al operario para lograr un eficiente arranque
y operación.
Entregar un manual con información específica, sin necesidad de perder tanto tiempo en
buscarla.
1 Marco teórico
El objetivo de esta máquina es convertir energía calórica contenida en el combustible utilizado, en
energía mecánica (trabajo mecánico) en el eje de la misma. La Turbina está compuesta de los
siguientes elementos:
1.- Un compresor de flujo axial.
2.-Una o varias cámaras de combustión (según el fabricante).
3
3.- La turbina a gas.
4.-Sistemas auxiliares para su operación:
a) Sistemas de lubricación.
b) Sistemas de alimentación de combustible.
c) Sistema de regulación de velocidad.
d) Sistema de puesta en marcha y parada.
e) Sistema de protección de máquina.
f) Sistema de acoplamiento hidráulico.
g) Sistema de virado (virador).
5.-Motor de lanzamiento
1.1 Esquema de la turbina de gas
Figura 1 Esquema de una turbina de gas
Ignitorplug: Bujía de encendido.
Burner: Quemador
Exhaust: Exhausto
Turbine wheels: Ruedas de la turbina
Turbine nozzles: Toberas
Bearings: Cojinetes
Oilfeed: Alimentación de combustible
Combustionchamberliner: Cámara de combustión (recubrimiento)
Oilreturn: Retorno.
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Air scroll: Cámara de circulación de aire
Starter motor: Iniciador
Fuel control: Control de combustible
Gearbox: Caja de velocidades
Air intake: Toma de aire
Compressorwheel: Rueda del compresor
Diffuser: Difusor
1.2 Descripción de los componentes de la turbina de gas
La turbina de combustión está integrada por estos elementos básicos:
Un Compresor Axial de 16 etapas.
Un Sistema de Combustión con 16 cestos para los combustores individuales alineados en
forma de un anillo en la carcasa del combustor.
Una Turbina de Gas del tipo de reacción con 4 pasos.
Un sistema eléctrico de arranque, que es un paquete autosuficiente ensamblado sobre una
plataforma dentro de un recinto de protección contra la intemperie. El paquete contiene el motor
para girar el eje del generador con la turbina, el motor de arranque y el convertidor de torsión para
acelerar hasta una velocidad de auto sostenimiento.
Un sistema de Válvulas de Sangrado de Alta Presión y Baja Presión de las Etapas No. 10 y 6
del Compresor Axial.
Sistema de Alabes Guías de Entrada variable IGV´s que modulan desde 0 ~ 100% (53 ~ 0 °,
respectivamente).
Sistema de Control de Temperatura de las Cavidades No. 2, 3 y 4 de la turbina de gas,
alimentado de las etapas, alimentado de las etapas 13, 10 y 6 del Compresor Axial.
Supervisorio de turbina de gas.
Los instrumentos para la medición de los parámetros del supervisorio de las turbinas de gas
se utilizan para monitorear aquellas variables que, debido a su importancia o estado crítico, se
requieren tener en constante vigilancia para evitar daños parciales o totales de la turbina de gas.
Objetivos:
Identificar el monitoreo de las variables más importantes y críticas.
Identificar valores de alarma y disparo.
5
Interpretar la tendencia de los parámetros del supervisorio con respecto a velocidad y carga
de la turbina de gas.
Identificar las causas y consecuencias por valores no adecuados.
Figura 1.1 Partes principales que se monitorean del supervisorio de la turbina de gas
1.3 Monitoreo de vibraciones
En las Turbinas de Gas las vibraciones se monitorean en sus chumaceras de carga, que mediante el
uso de unos detectores de gran sensibilidad se registra el desplazamiento Radial del rotor del
Turbogrupo.
Figura 1.2 Monitoreo de vibraciones en turbina de gas
Sensores más empleados para las medidas de vibraciones:
Acelerómetros Piezoeléctricos.
Sensor Electrodinámico de Velocidad.
6
Captadores de Desplazamiento por Corrientes de Foucault.
Un análisis de vibraciones puede realizarse de acuerdo a lo siguiente:
Figura 1.3
Evaluación del estado de la máquina.
Figura 1.4
Parámetros importantes para el diagnóstico de maquinaria
7
Figura 1.5
Otros parámetros:
Nivel sonoro.
Desplazamiento por dilatación en eje o carcasa.
Temperatura.
Velocidad de giro.
Parámetros de proceso: Presión, Carga, Flujo e Intensidad.
Causas de vibraciones en turbina de gas:
Figura 1.6
Consecuencias de las vibraciones.
Al presentarse vibraciones muy altas se ocasionarían daños sumamente graves e
irreversibles en la turbina, llegando inclusive a inutilizarla.
8
Figura 1.7 Turbina dañada
1.4 Monitoreo de temperatura de drenes y metales en chumaceras
La fricción del aceite lubricante y la flecha de la turbina de gas en altas velocidades, causan un
calentamiento de aceite a la salida de las chumaceras.
Figura 1.8 Monitoreo de las temperaturas de drenes y metales
Causas de alta temperatura de drenes en chumacera turbina de gas
9
Figura 1.9
Monitoreo de temperatura de metales de chumaceras.
Como complemento del monitoreo de la temperatura de drenes, se monitorea también la
temperatura de metales en chumaceras.
Figura 1.10 Monitoreo de la temperatura de metales en chumaceras
Consecuencias de alta temperatura de metales y drenes en chumaceras.
Un valor excesivo de temperatura en éstas variables, nos indica rozamiento entre metal y
metal de la chumacera situación que originaría daños sumamente graves e irreversibles en la
turbina, llegando inclusive a inutilizarla.
10
Figura 1.11 Chumacera dañada de turbina de gas
Valores de alarma de temperatura de metales en chumaceras:
Chumaceras generador lado excitador y lado turbina
Alarma: >107 °C
Auto descarga: >110 °C
Disparo: >113 °C
Chumacera de empuje
Alarma: >107 °C
Auto descarga: >110 °C
Disparo: >113 °C
Chumaceras turbina lado generador y lado escape
Alarma: >93 °C
Identificación de los parámetros operativos que afectan el desempeño de la unidad
Turbogas.
La determinación de las acciones correctivas que reduzcan las desviaciones al régimen
térmico requiere del reconocimiento de aquellas variables operativas que afectan el desempeño de
los equipos principales y auxiliares de la unidad de generación turbo gas.
Es importante que la formación del Operador de Unidad se complemente con la adquisición
de estos criterios para optimizar el desempeño de la unidad, tanto para la contribución en la mejora
de los indicadores de desempeño de la central, así como para la evaluación del propio desempeño
laboral.
El desarrollo de este tema se divide en dos partes:
11
1. Identificación de las variables operativas y los valores normales que definen el
desempeño más óptimo de la unidad de generación turbo gas.
2. Reconocimiento de las curvas de desviación al Régimen Térmico y a la Potencia de
Salida provocada por cada una de las variables operativas cuando se desvían de su valor normal.
Régimen térmico en central Turbogas
El régimen térmico es una medida de rendimiento o desempeño térmico de la operación de
los equipos principales de un proceso termoeléctrico. El régimen térmico se representa bajo la
siguiente expresión:
RT =CS / W = calor suministrado/ potencia eléctrica
Con base en esta relación de energías se determina claramente que si aumenta el flujo de
combustible, que es la principal fuente de energía calorífica al ciclo, para una misma potencia o
incluso para una menor, el régimen térmico se incrementa. Como conclusión de esta relación directa
de energías del proceso termoeléctrico, se tiene que al aumentar el Régimen Térmico de la unidad
es desfavorable para el proceso desde el punto de vista operativo, ya que esto significa mayor
consumo de energía calorífica para una misma potencia dada o menor de la esperada, además de
reducir la eficiencia térmica del proceso e incrementar significativamente los costos de operación, y
los índices de contaminación. Por ello es importante vigilar el Régimen Térmico para optimizar al
máximo la operación de la unidad, pero la pregunta sería ¿que origina que aumente el Régimen
Térmico de la unidad? La respuesta puede ser cualquiera de los siguientes aspectos:
Alto consumo de combustible con relación a una potencia dada.
Disminución de la potencia por problemas en el desempeño de los equipos principales.
Incremento del calor rechazado por problemas en el desempeño de los equipos principales.
Condiciones ambientales.
Régimen térmico óptimo (R.T.O.)
El régimen térmico óptimo es aquel que resulta con la unidad operando en las condiciones
óptimas o las de diseño, aunque también pueden ser las que generen el mejor rendimiento, como es
el caso de las unidades nuevas y limpias. En general una máquina se considera “Nueva” y “Limpia”
si tiene menos de 250 horas de operación.
Los procedimientos de prueba y los métodos de cálculo se fijan de acuerdo con el código de
prueba de desempeño de ASME (Sociedad de Ingenieros Mecánicos de los E.U.A.). Antes de
proceder a efectuar las pruebas, debe inspeccionarse y calibrarse todo la instrumentación de la
planta. En general los parámetros de control que se consideran durante la prueba de régimen
térmico óptimo, aplicado a la unidad turbo gas, se presentan en la siguiente Tabla:
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Tabla 1 Instrumentación para la prueba de desempeño térmico de la UTG
No. Parámetro
1 Temperatura de entrada al compresor
2 Presión Barométrica
3 Humedad relativa del aire
4 Perdida de presión estática en la entrada del compresor
5 Presión diferencial de la espiral de entrada del compresor
6 Presión del casco del combustor
7 Flujo de combustible
8 Temperatura del combustible
9 Presión de combustible
10 Poder calorífico del combustible
11 Temperatura de gases de escape
12 Velocidad de la maquina
13 Potencia activa bruta del generador
14 Potencia reactiva del generador
15 Potencia de equipos auxiliares
16 Posición de IGV’s
Todas estas variables favorecen o desfavorecen el régimen térmico de la unidad, en mayor o
menor grado, en función a que suba o baje el valor de dicha variable con respecto a su valor óptimo.
Posteriormente se mostrara, con ayuda de gráficas y curvas, el impacto al régimen térmico de la
unidad así como a la potencia y eficiencia térmica, que origina cada una de las variables. Otro
aspecto que influye notablemente en el Régimen Térmico de la unidad, es el rendimiento con que se
mantiene trabajando el equipo y cuyas condiciones óptimas deseables son las siguientes:
Turbina de gas:
Alabes sin depósitos ni erosión, típico de los primeros pasos.
Hermeticidad correcta; sellos con huelgos dentro de tolerancia.
Parámetro de control: rendimiento interno.
Compresor axial:
Alabes limpios y que no presenten desgaste.
Huelgos radiales y axiales dentro de tolerancia.
Parámetro de control: rendimiento interno.
Variables que afectan al régimen térmico óptimo de la unidad
El criterio de vigilancia de la eficiencia está basado en el principio de que la unidad tiene un
régimen térmico óptimo, que se obtiene en las condiciones óptimas o de diseño descritas en la Tabla
2, en las que aporta su mejor rendimiento. Para una verificación posterior, se determinan las
desviaciones parciales (o factores de corrección) en función de un conjunto de curvas o graficas que
representan el efecto aislado que un parámetro de control tiene sobre el régimen térmico o en la
carga de la unidad al operar fuera de las condiciones de diseño ya especificadas. Si el factor de
corrección es mayor que 100% significa un aumento en el régimen térmico y en la carga de salida.
Por el contrario, un factor de corrección menor que 100% significa que disminuye el régimen
térmico y también la carga de salida.
13
Finalmente, se multiplican entre si todos los factores de corrección individuales para obtener
un factor de corrección que representa el efecto global de la prueba en el régimen térmico o en la
carga de salida. En la siguiente Tabla se explican cada uno de los parámetros implicados y su efecto
en el régimen térmico y en la carga de salida de la unidad, además del programa de cálculo de las
desviaciones correspondientes.
Tabla 1.1 Parámetros que afectan el régimen térmico
PARAMETRO DE CONTROL VALOR OPTIMO
Temperatura del aire de entrada al compresor (°C). 37
Humedad especifica del aire (Kg Agua/Kg aire seco). 0.0172
Presión Barométrica (mBar). 847
Velocidad turbina (rpm). 3600
Relación C/H (adim). 3.14
Relación I/CH (Adam). 0.0369
Perdida de presión estática en la entrada (mBar). 8.176902
Temperatura del escape (°C). 595
Degradación turbina de gas (Horas Operación Equivalente). 0.0005
Recuerda:
La turbina de gas es una planta de potencia que produce gran cantidad de energía con poco
peso y tamaño.
Puede funcionar con una gran variedad de combustibles: gas natural, diésel, naphtam,
metano gasóleos vaporizados.
El costo de operación de la planta de potencia y el coste de la energía depende de varios
factores: costo del combustible, eficiencias de funcionamiento, costos de mantenimiento y costo
inicial.
La máquina acciona una carga la cual se encuentra montada en el eje de la misma.
La carga podrá ser de diversos tipos, tales como: un generador eléctrico, una bomba de gran
potencia, un compresor, un suplante de aire, etc.…
Según el tipo de cargas de que se trate podrá existir una caja reductora de velocidad entre la
máquina y la carga, caso de que la carga sea un generador eléctrico, bien explicado como (planta
propulsora).
La aplicación correcta de los criterios expuestos en este instructivo, redundara en la
posibilidad de diagnosticar el funcionamiento de la unidad para una mejor toma de decisiones por
parte del Operador de Unidad y/o del Jefe de Turno. A fin de complementar este análisis se requiere
de valorar el desempeño del equipo principal que corresponda determinando las necesidades de
mantenimiento con base en los resultados obtenidos
1.5 Ventajas de la turbina de gas
a) Muy buena relación potencia vs. Peso y tamaño.
b) Bajo costo de instalación.
c) Rápida puesta en servicio.
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d) Es una máquina rotante (no tiene movimientos complejos como son los movimientos roto
alternativos de los motores de combustión interna).
e) Al ser una máquina rotante el equilibrado de la misma es prácticamente perfecto y simple, a
diferencia de máquinas con movimiento alternativos.
f) Menos piezas en movimiento (comparado con los motores de combustión Interna).
g) Menores pérdidas por rozamiento al tener menores piezas en movimiento.
h) Sistema de lubricación más simple por lo expresado anteriormente.
i) Bajas presiones de trabajo (es la máquina térmica que funciona a más baja presiones).
j) El proceso de combustión es continuo y se realiza a presión constante en la
cámara de combustión (diferente a los motores de combustión interna).
k) Pocos elementos componentes: compresor, cámara/s de combustión y turbina propiamente dicha.
l) No necesitan agua (diferente a las turbinas a vapor que requieren de un condensador).
m) Permiten emplear diferentes tipos de combustibles como kerosene, gasoil, gas natural, carbón
pulverizado, siempre que los gases de combustión no corroan los álabes o se depositen en ellos.
n) El par motor es uniforme y continuo.
Desventajas de la turbina de gas.
Bajo rendimiento térmico (alto consumo específico de combustible) debido a:
1.- Alta pérdida de calor al ambiente que se traduce por la alta temperatura de salida de los
gases de escape por chimenea, entre 495ºC a 560 ºC.
2.-Gran parte de la potencia generada por la turbina es demandada por el compresor axial, en
el orden de las ¾ partes, o sea un 75% de la potencia total de la turbina.
Figura 1.12 Funcionamiento de la turbina de gas
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Funcionamiento de una turbina de gas.
1.- Entra el aire en la zona de comprensión.
2.- El aire comprimido entra en la cámara de combustión.
3.- Se produce la ignición del gas, expandiéndose al salir de la cámara de combustión.
4.- A medida q el gas sale de la cámara, pierde presión, pero gana en velocidad.
5.- En su camino de salida atraviesa los álabes de la turbina, Haciendo girar su eje, que puede
mover a su vez el eje de un alternador para producir la corriente eléctrica.
Ciclo Brayton.
El Ciclo Brayton describe el comportamiento ideal de un motor de turbina de gas.
Las etapas del proceso son las siguientes:
Admisión.- El aire frío y a presión atmosférica entra por la boca de la turbina.
Compresor.- El aire es comprimido y dirigido hacia la cámara de combustión mediante un
compresor (movido por la turbina). Puesto que esta fase es muy rápida.
Cámara de combustión.- En la cámara, el aire es calentado por la combustión del queroseno.
Puesto que la cámara está abierta el aire puede expandirse.
Turbina.- El aire caliente pasa por la turbina, a la cual mueve. En este paso el aire se
expande y se enfría rápidamente.
Escape.- Por último, el aire enfriado (pero a una temperatura mayor que la inicial) sale al
exterior. Técnicamente, este es un ciclo abierto ya que el aire que escapa no es el mismo que entra
por la boca de la turbina, pero dado que sí entra en la misma cantidad y a la misma presión, se hace
la aproximación de suponer una recirculación. En este modelo el aire de salida simplemente cede
calor al ambiente y vuelve a entrar por la boca ya frío.
Figura 1.13 Turbina
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Figura 1.14 Esquema ciclo Brayton
1.6 Optimización de las turbinas a gas
Los ciclos reales son ciclos básicos, convenientemente modificados incluyendo las combinaciones
entre ellos constituyen diferentes alternativas existentes para mejorar el rendimiento de térmico de
los ciclos.
Turbinas de ciclo combinado.
El plan general de una planta de ciclo combinado se puede organizar de acuerdo a las
diferentes posibilidades. El número de unidades turbo gas por unidad de vapor varía de 1-1 a 4-1.
Hay tres variables de vapor para la fase de diseño:
a. - sin quemar combustible adicional.
b. - con la quema de combustible adicional para el control de calor.
c. - con la quema de combustible adicional para aumentar el calor y la presión de vapor.
Figura 1.15
La configuración más usada para aumentar la potencia y eficiencia de una turbina de gas el
ciclo combinado, Este utiliza un recuperador de calor generador de vapor acoplado a la salida de los
gases de escape de la turbina para producir vapor que será expandido en una turbina de vapor. Los
principales equipos que requieren un ciclo combinado son: Una turbina de vapor, un condensador
de superficie, un sistema de enfriamiento, un generador eléctrico adicional y numerosos sistemas
auxiliares.
17
Figura 1.16 Partes del ciclo combinado
Una de las mayores desventajas que presenta el ciclo combinado es la alta inversión capital
que implican. Con el fin de salvar esta dificultad se han ideado ciclos de potencia diferentes para
recuperar la energía disponible en los gases de escape un una turbina de gas. Una de las ventajas de
este tipo de plantas es la posibilidad de construirlas en dos etapas.
La primera etapa, turbo gas, puede ser terminada en un corto período de tiempo y la planta
inicia operaciones de inmediato y posteriormente, la construcción de la unidad de vapor puede ser
terminado, y completar así el ciclo combinado. Por lo cual decidimos dar otra propuesta para la
mejora del ciclo combinado que son los siguientes.
Ciclo Stig (Steam Injected Gas Turbine System)
Se denomina ciclo combinado en la generación de energía .El ciclo STIG proporciona una
alternativa eficiente a un relativamente bajo costo para recuperar la energía de los gases de escape
de una turbina de gas .Este sistema utiliza un recuperador de calor acoplado a la salida de los gases
de escape de la turbina para generar vapor que sería inyectado en la cámara de combustión de la
misma turbina de gas.
El propósito de esta configuración es incrementar el flujo másico que pasa a través de los
álabes de la turbina, que son los encargados de transmitir la energía del fluido del trabajo, en este
caso, la mezcla de gases de combustión y vapor sobrecalentado, al rotor.
La gran cantidad de agua requerida para la formación de vapor representa un problema
importante, debido a que no hay recuperación del agua utilizada por lo cual el ciclo STIG también
conocido como el Ciclo Cheng, en el que el vapor generado en la caldera de recuperación de calor),
se inyecta en la cámara de combustión y se expande, mezclado con los productos de la combustión,
en una única turbina.
Ciclo Cheng.
En este sistema Cheng opera como un carburador, en un motor de gasolina, al momento de
inyectar vapor sobrecalentado dentro de la cámara de combustión de la turbina para alcanzar la
mayor eficiencia y potencia posibles.
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En esta técnica, la combustión de gas calienta la mezcla de aire y vapor a la temperatura de
trabajo de la turbina de combustión y permite su operación a temperaturas superiores a 1.450°c
(2650°f).
En consecuencia, el incremento de potencias es debido no solo al aumento de flujo másico a
través de las maquina sino también a las elevadas temperaturas de los gases a la entrada del rotor de
la turbina. En este proceso el vapor trabaja sinérgicamente con la mezcla de aire-combustible, lo
cual eleva su potencia térmica.
Las diferencias entre el sistema tradicional de inyección de vapor y el ciclo cheng consiste
básicamente en que este último inyecta mayores cantidades de vapor ya que no solo lo usa para
incrementar la potencia de salida, sino también para reemplazar parte del aire de sangrado del
compresor en la misión de enfriar los combustores. Además de esto, el sistema Cheng es aplicable
tanto en turbinas modernas y de gran capacidad.
Figura 1.17 Ciclo Stig Y Cheng
Ventajas Del Ciclo Cheng.
Flexibilidad de operación.
El ciclo Cheng es capaz de adaptar la producción de energía térmica y eléctrica a las
necesidades de la industria, manteniendo un rendimiento aceptable. Esto se consigue tanto
regulando la cantidad de vapor inyectado en las cámara de combustión de la turbina (lo que
caracteriza al ciclo Cheng), como variando el grado de postcombustión de la caldera de
recuperación. Esta flexibilidad posibilita, asimismo, la adaptación del ciclo cogenerativo a futuras
variaciones en las necesidades de la industria.
Medio ambiental.
Se trata fundamentalmente de la importante disminución de emisiones de NOx, que según la
cantidad de vapor inyectado, puede ser hasta un 75 por 100 del total emitido por una turbina de gas
convencional.
Modelo.
1.-Ciclo simple
19
Figura 1.18 Esquema de una turbina de gas y caldera de recuperación
Figura 1.19 Esquema del ciclo Cheng
Permite aumentar la producción de vapor manteniendo constante la de energía eléctrica,
mientras que quede oxígeno en los gases de escape para poder quemar combustible adicional.
Cuando aumenta el grado de post-combustión, también lo hace la temperatura de los gases de
escape, y que al superar estos los 800°c, es obligatorio incorporar a la caldera de recuperación una
cámara de combustión refrigerada con pantallas de agua. El ciclo Cheng provee eficiencias de ciclo
combinado a costos de ciclo simple basándose en que la eficiencia pico del ciclo se logra a una
única relación de flujo másico entre el vapor sobrecalentado y el aire comprimido en la cámara de
combustión. Es así como este ciclo alcanza incrementos en la potencia de salida y la eficiencia de
hasta el 80 y 40%, respectivamente.
1.7 Conclusiones
Como hemos comprendido los generadores térmicos que operan turbinas de gas en ciclo simple se
ven en la obligación de buscar alternativas, diferentes al costoso ciclo combinado, que les permitan
permanecer dentro de un mercado que ha demostrado aceptar sólo unidades eficientes y
competitivas. En atención a esta necesidad se presentan los ciclos STIG y Cheng, que al
incrementar el flujo másico a través de los álabes de la turbina logran aumentos considerables en la
eficiencia y potencia de los sistemas de producción de energía con turbinas de gas.
El aumento en el flujo másico a través de la turbina y la disminución del trabajo demandado
por el compresor, que se logran enfriando el aire en la succión del mismo, además de incrementar la
potencia representan la alternativa más económica para mejorar la eficiencia y la competitividad de
las turbinas de gas.
Lo anterior teniendo en cuenta que con estos sistemas es posible alcanzar incrementos en la
potencia de salida alrededor del 20% con inversiones de capital comparativamente bajas.
20
1.8 Referencias
Advantages of gas turbine general electric company EE.UU.
Energía mediante vapor, aire o gas w. H. Severns; h. E. Degler; j. C. Miles editorial reverté s.a.
Barcelona – España
Gas turbine power plants siemens aktiengesellschaft Erlangen – Germany
Industrial gas turbines single shaft john brown engineering ltd. London – England
Manual de operación y mantenimiento de turbina John Brown engineering ltd. London – England
Motores térmicos r. Martínez de vedia editorial Reverte s.a. Barcelona – España
The industrial gas turbine john brown engineering ltd. London – England
21
Optimizar el proceso para la calidad del producto
José Zavala & Karina López
J. Zavala & K. López
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato Carretera Valle de Santiago-Huamimaro Kilómetro 1.2, 20 de
Noviembre, 38400 Valle de Santiago, Gto.
O. Vargas, H. Ramos (eds.). Ciencias de los Procesos Industriales, Proceedings-©ECORFAN- Spain, Madrid, 2015.
22
Abstract
This project is to strengthen and expand the program zero defects in the company Fujikura, through
implementation of methodologies, analysis, daily meetings and involvement of operators integrating
into a new environment of harmonious and coherent work across the key factors successful
installation of quality culture in the company. The development of this project seeks progress and
improvement of the company using available resources to achieve our goal to meet customer needs
in order to optimize the process for product quality The objective of this project is to replace the old
process quality for a better quality system, controlled, precise and practical to improve production
levels. In addition to these benefits we obtain better quality and lower costs. Implement quality
reports for identification and troubleshooting to eliminate silent and reduce stoppages in production
line, which will increase the efficiency of the plant.
Therefore the project was developed specifically as follows:
1. Establishment of Standard Zero Defects.
Awareness and sensitivity towards zero defects.
Formation of teams.
2. Monitoring and Process Assurance.
Strengthen Process.
Clearly define and establish responsibilities in the process.
Establish monitoring of the process.
Measure the process and act systematically Vs. What not met.
3. Troubleshooting
Introducción
El éxito de la implementación de la filosofía cero defectos requiere de una alta comunicación con
todo el personal involucrado, una organización está compuesta por diferentes procesos y por
diversas actividades que juntas forman la organización, esto requiere que el personal este
organizado y sea entrenado en la solución de problemas. Este proyecto se conforma del diseño de
un plan 5 D’S para la solución de problemas y la introducción al programa CERO DEFECTOS,
además del desarrollo de propuestas de mejora al proceso y la reducción de la condición actual de
los PPM’s. Para poder llevar a cabo este proyecto elaboramos formatos en el cual registramos la
producción, los defectos de calidad, el ausentismo diario, la rotación del personal, 5 D’S. En base a
la información recopilada se modificaron estaciones de trabajo y se elaboraron nuevos métodos
operatorios Tanto las organizaciones como las personas enfrentamos nuevas situaciones y
circunstancias. Algunas de ellas podemos rechazarlas y seguir adelante; otras son de tal dimensión y
peso, que requieren que nos adaptemos a ellas y las aceptemos.
Los términos “cliente,” “cambio” “competitividad” actualmente adquieren una relevancia
particular. El reto no es como evitar el cambio sino, ¿Cómo lograr que el cambio inevitable sea
saludable? ¿Cómo planear para que ese cambio sea renovador y satisfactorio?
23
Fujikura.
Es una empresa de ramo automotriz dedicada a la manufactura, diseño de arneses eléctricos
que maneja las tecnologías TSUNAGU. Algunos de sus clientes más importantes son Valeo Toluca,
Ford, WV, entre otros.
Misión: Nuestra primera responsabilidad es ayudar a sostener y desarrollar el negocio de
nuestros clientes, procurándoles productos y servicios mediante las tecnologías "tsunagu".
Nuestra segunda responsabilidad es para los hombres y las mujeres de la familia fujikura,
que se esfuerzan constantemente por desarrollar productos y soluciones que aporten valor al campo
de las tecnologías "tsunagu”
Nuestra tercera responsabilidad es para con las comunidades en las que vivimos.
Visión: Fujikura tiene como objetivo ser el socio con más credibilidad para nuestros clientes
mediante las tecnologías "tsunagu". Fujikura continúa desarrollando productos y soluciones útiles e
innovadoras como pionero en las tecnologías "tsunagu". Cada individuo adquiere un papel
protagonista (propiedad) y aspira a tener capacidad profesional de carácter global
Valores:
Búsqueda permanente de la Calidad Total, con "CERO DEFECTOS".
Mejora Continua a través de la participación de los empleados del grupo.
Estrecha relación y permanente Colaboración con Clientes y proveedores.
Implicación de todos los Proveedores en estos valores.
Implicación de todo el personal en el respeto de las normas de Medio Ambiente, Seguridad e
Higiene en el trabajo.
Justificacion: En la industria automotriz se fabrican arneses eléctricos donde se aplican
normas de calidad muy exigentes, en este caso la planta FUJIKURA en el cual se llevara a cabo el
proyecto de estadías tiene problemas con los defectos de calidad lo que provoca mudas, paros en las
líneas de producción, lo cual afecta con pérdidas económicas y disminuye la eficiencia de la planta.
Con el fin de mejorar la productividad y disminuir los defectos de calidad; implementamos y
desarrollamos propuestas de mejora al proceso y además de diseñar un plan para el análisis de los
mayores defectos. Se hicieron cambios en la estaciones de trabajo con el fin de organizar de manera
estratégica para aumentar la productividad y elaboramos métodos para la solución de problemas. La
meta de este proyecto es disminuir los defectos de calidad, reducir paros en las líneas, aumentando
la eficiencia de la planta.
Objetivo general:
Diseñar, desarrollar e implementar planes para mejorar la calidad del producto a través de la
sensibilización e involucramiento de los operarios para lograr la filosofía cero defectos.
Objetivos específicos:
Sensibilización del trabajador hacia CERO DEFECTOS.
24
Introducción de las áreas al programa cero defectos.
Desarrollar propuestas de mejora al proceso.
Diseño de un plan 5 D’S para la solución de problemas.
Reducir la condición actual de PPM’s.
2 Fundamento teórico
Figura 2
ISO (Organización Internacional para la estandarización) es una federación mundial de organismos
de normas internacionales (Miembros de ISO). El trabajo de preparación de Normas Internacionales
se realiza normalmente a través de comités técnico de ISO. Cada organismo miembro interesado en
algún tema para el cual se haya establecido un comité técnico tiene derecho a ser representado en
dicho comité. Organizaciones internacionales, gubernamentales y no gubernamentales el enlace con
ISO también toman parte en los trabajos, de preparación.
ISO colabora estrechamente con la comisión electrotécnica internacional (IEC) en todos los
temas sobre normalización electrotécnica. Las normas internacionales son bosquejadas de acuerdo
con las reglas ofrecidas en las directrices de ISO/IEC parte 3.La tarea principal de los comités
técnicos es elaborar las Normas Internacionales. Normas Internacionales preliminares y adoptadas
por comités técnicos son distribuidas a los organismos miembros para votación. La publicación
como una Norma Internacional requiere de la aprobación de al menos del 75% de los organismos
miembros que emitieron su voto. En otras circunstancias, particularmente cuando haya algún
requerimiento de mercado urgente para dichos documentos, el comité técnico puede decidir
publicar otros tipos de documentos normativos:
Una Especificación Disponible Públicamente de ISO (ISO/PAS) representa un acuerdo entre
expertos técnicos dentro de un grupo de trabajo de ISO y es aceptada para publicación si se aprueba
por el 50% de los miembros del comité en cuestión y los votos emitidos.
Una Especificación Técnica de ISO (ISO/TS) representa un acuerdo entre los miembros de
un comité técnico y es aceptada para publicación si se aprueba por dos/tres de los miembros del
comité que hayan emitido algún voto.
25
Generalidades:
Requerimientos de Sistemas de Administración de Calidad - ISO 9001: 2008
Generalidades:
La adopción de un sistema de administración de calidad debiera ser una decisión estratégica
de una organización.
El diseño e implementación del sistema de administración de calidad de una organización es
influenciada por:
a) Su medio ambiente organizacional, cambios en dicho medio ambiente, y los riesgos asociados
con medio ambiente mismo.
b) Sus diferentes necesidades.
c) Sus objetivos particulares.
d) Los productos que ofrece.
e) Los procesos que emplee.
f) Su tamaño y estructura organizacional.
No es intención de esta Norma Internacional el implicar uniformidad en las estructuras de
los sistemas de administración de calidad o uniformidad en la documentación. Los requerimientos
de sistemas de administración de calidad especificados en ésta Norma Internacional son
complementarios a los requerimientos de los productos. La información marcada como “NOTA” es
para lineamientos en el entendimiento o clarificación del requerimiento asociado. Está Norma
Internacional puede ser usada por partes internas y externas, incluyendo organismos de
certificación, para evaluar la habilidad de las organizaciones de cumplir con los requerimientos de
los clientes, los estatutarios y regulatorios que apliquen a los productos, y los requerimientos
propios de las organizaciones mismas. Los principios de administración de calidad establecidos en
ISO 9000 e ISO 9004 han sido tomados en consideración durante el desarrollo de esta Norma
Internacional.
2.1 Requerimientos de Sistemas de Administración de Calidad - ISO 9001: 2008
Enfoque de Procesos
Esta Norma Internacional promueve la adopción de un enfoque de procesos en el desarrollo,
implementación y mejoramiento de la efectividad de un sistema de administración de calidad, para
mejorar la satisfacción de los clientes, cumpliendo con sus requerimientos. Para que una
organización funcione en forma efectiva, tiene que determinar y administrar un cierto número de
actividades relacionadas. Una actividad o conjunto de actividades que hacen uso de recursos, y
administradas a fin de permitir la transformación de entradas en salidas/resultados, puede ser
considerado como un proceso. A menudo, el resultado de un proceso integra directamente la entrada
de un proceso siguiente. La aplicación de un sistema de procesos dentro de una organización, junto
con la identificación e interacciones de dichos procesos, y su administración para producir los
resultados deseados, puede ser referida como el “enfoque de procesos”.
26
Una ventaja del enfoque de procesos es el control continuo que ofrece sobre el enlace entre
los diferentes procesos individuales dentro del sistema de procesos mismos, así como en su
combinación e interacción. Cuando se use dentro de un sistema de administración de calidad, tal
enfoque hace énfasis en la importancia de:
a) Entender y cumplir requerimientos.
b) La necesidad de considerar procesos en términos de valor agregado.
c) Obtener resultados del desempeño y efectividad de los procesos, y el mejoramiento continuo de
los procesos en base a la medición de objetivos.
Acercamiento al Proceso
Figura 2.1 Modelo de un proceso basado en el sistema de administración de calidad
El monitorear la satisfacción del cliente requiere de la evaluación de información
relacionada con la percepción del cliente si la organización ha cumplido con los requerimientos del
cliente. Esta Norma Internacional especifica los requerimientos para un sistema de administración
de calidad.
La documentación del sistema de administración de calidad debe incluir:
a) Declaraciones documentadas de una política de calidad y objetivos de calidad.
b) Un manual de calidad.
c) Procedimientos documentados requeridos por esta Norma Internacional.
d) Los documentos necesarios para que la organización asegure una planeación efectiva, operación
y control de sus procesos, y registros requeridos por esta Norma Internacional.
Especificaciones de Ingeniería:
27
La organización debe tener un proceso para asegurar la revisión oportuna, distribución e
implementación de todas las especificaciones / normas del cliente y los cambios basados sobre el
programa requerido por el cliente.
Planeación: La alta gerencia debe asegurar que los objetivos de calidad, incluyendo aquellos
necesarios para cumplir con los requerimientos para el producto estén establecidos en las funciones
y niveles relevantes dentro de la organización. Los objetivos de calidad deben ser medibles y
consistentes con la política de calidad.
Eficiencia de los procesos: La alta administración debe monitorear los procesos de
elaboración de los productos y de soporte mismo para asegurar su efectividad y eficiencia.
Recursos Humanos: El personal que realiza trabajo que afecta la calidad del producto debe
ser competente sobre bases de una educación apropiada, capacitación, habilidades y experiencia.
Entrenamiento: La organización debe establecer y mantener procedimientos documentados
para identificar necesidades de Entrenamiento y lograr competencia en todo el personal que ejecute
actividades que afecten la calidad de los productos. El Personal que ejecute tareas asignadas
específicas debe de estar calificado, conforme sea requerido, con particular atención a la
satisfacción de los requerimientos de los clientes.
Entrenamiento en el trabajo: La organización debe ofrecer entrenamiento en el trabajo para
personal en trabajos nuevos o modificados que afecten la calidad de los productos, incluyendo
personal contratista o de agencias. El personal cuyo trabajo pueda afectar la calidad debe ser
informado de las consecuencias con los clientes de no conformidades con requerimientos de
calidad.
Motivación de empleados: La organización debe contar con un proceso para motivar a los
empleados a lograr objetivos de calidad, realizar mejoramientos continuos y crear un ambiente que
promueva la innovación. Dicho proceso debe incluir la promoción de conocimientos de calidad y
técnicas a lo largo de toda la organización. La organización debe contar con un proceso para medir
el alcance en el cual su personal esté consciente de la relevancia e importancia de sus actividades y
como contribuyen al logro de los objetivos de calidad
Revisiones de diseños y desarrollos.
En etapas apropiadas, Deben conducirse revisiones sistemáticas de diseños y desarrollos y
de acuerdo con disposiciones planeadas para:
a) evaluar la habilidad de los resultados de los diseños y desarrollos para cumplir con
requerimientos.
b) identificar cualquier problema y proponer acciones necesarias.
Los participantes de tales revisiones Deben incluir representantes de las áreas o funciones
involucradas con las etapas de diseño y desarrollo a ser revisadas.
Monitoreo: Deben definirse, analizarse y reportarse con resultados de resúmenes las
mediciones en las etapas especificadas del diseño y desarrollo, como una entrada o punto para las
revisiones directivas.
28
La Organización: Debe preparar instrucciones de trabajo documentadas para todos los
empleados, que tengan responsabilidades en la operación de los procesos y que impacten en la
calidad de los productos. Estas instrucciones deben estar accesibles para su uso y aplicación en las
estaciones de trabajo.
Verificaciones de ajustes/puestas a punto de los trabajos.
Deben verificarse ajustes en los trabajos cuando se ejecuten tales como corridas iniciales,
cambios de material o cambios en el trabajo mismo. Deben estar disponibles instrucciones de
trabajo para personal de ajustes.
La Organización II.
Debe usar métodos estadísticos de verificación cuando apliquen. Debe verificar equipo de
proceso clave y ofrecer recursos para el mantenimiento de equipos/maquinaria, y desarrollar un
efectivo y planeado sistema de mantenimiento preventivo total. Como mínimo, este sistema debe
incluir lo siguiente.
Actividades de mantenimiento planeadas.
Empaque y conservación de equipo, herramentales.
Disponibilidad de partes de reemplazo para equipo de manufactura clave.
Documentación, evaluación y mejoramiento de objetivos de mantenimiento.
La organización debe utilizar métodos de mantenimiento predictivo para mejorar
continuamente la efectividad y eficiencia del equipo de producción
Mejoramiento de los procesos de manufactura: El mejoramiento continuo debe enfocarse al
control y reducción de la variación en las características de los productos y parámetros de los
procesos de manufactura.
Mejora continua: La organización debe mejorar continuamente la efectividad del sistema de
administración de calidad a través del uso de la política de calidad, objetivos de calidad, resultados
de auditorías, análisis de datos, acciones correctivas y preventivas y revisión gerencial.
Mejora continua de la organización: La mejora del proceso de manufactura debe enfocarse
continuamente sobre el control y reducción de la variación de las características del producto y los
parámetros del proceso de manufactura
Acciones correctivas.
Requerimientos de Sistemas de Administración de Calidad - ISO 9001: 2008.
Acciones correctivas.
La organización Debe tomar acciones para eliminar las causas de no conformidades, a fin de
prevenir su recurrencia. Las acciones correctivas Deben ser apropiadas a los efectos de las no
conformidades encontradas. Debe establecerse un Procedimiento Documentado para definir
requerimientos para:
29
a) Revisar no conformidades (incluyendo quejas de los clientes).
b) Determinar las causas de no conformidades.
c) Evaluar la necesidad de acciones para asegurar que las no conformidades no vuelvan a ocurrir.
d) Determinar e implementar acciones necesarias.
e) Registrar los resultados de acciones tomadas.
f) Revisar la efectividad de las acciones correctivas tomadas.
Solución de problemas: La organización debe contar con un proceso definido para la
solución de problemas que conduzca a la identificación y eliminación de causas raíz. Si existe algún
marco de solución de problemas prescrito por el cliente,
A prueba de errores: La organización debe usar métodos a prueba de errores en su proceso
de acciones correctivas.
Impacto de las acciones correctivas: La organización debe aplicar acciones correctivas y
controles implementados en otros procesos y productos similares, para eliminar las causas de no
conformidades.
Análisis/Pruebas de producto rechazado.
La organización debe analizar partes rechazadas por las plantas de manufactura de los
clientes, de instalaciones de Ingeniería y distribuidores. La organización debe minimizar el tiempo
de ciclo de este proceso. Los registros de estos análisis deben mantenerse y estar disponibles cuando
se soliciten. La organización debe ejecutar análisis e iniciar
Acciones correctivas para prevenir su recurrencia.
Acciones preventivas. La organización Debe determinar acciones para eliminar las causas de
no conformidades potenciales, a fin de prevenir su ocurrencia. Las acciones preventivas Deben ser
apropiadas a los efectos de los problemas potenciales. Debe establecerse un Procedimiento
Documentado para definir requerimientos para:
a) Determinar no conformidades potenciales y sus causas.
b) Evaluar la necesidad de acciones para prevenir la ocurrencia de no conformidades.
c) Determinar e implementar acciones necesarias.
d) Registrar los resultados de acciones tomadas.
e) Revisar la efectividad de las acciones preventivas tomadas.
2.2 Conocimiento y colaboración
Trabajo en equipo. El trabajo en equipo es una modalidad de articular las actividades laborales de
un grupo humano en torno a un conjunto de fines, de metas y de resultados a alcanzar.
30
El trabajo en equipo implica una interdependencia activa entre los integrantes de un grupo
que comparten y asumen una misión de trabajo. Mientras el trabajo en equipo valora la interacción,
la colaboración y la solidaridad entre los miembros, así como la negociación para llegar a acuerdos
y hacer frente a los posibles conflictos; otros modelos de trabajo sólo dan prioridad al logro de
manera individual y, por lo tanto, la competencia, la jerarquía y la división del trabajo en tareas tan
minúsculas que pierden muchas veces el sentido, desmotivan a las personas y no siempre han
resultado eficientes.
El trabajo en equipo se caracteriza por la comunicación fluida entre las personas, basada en
relaciones de confianza y de apoyo mutuo. Se centra en las metas trazadas en un clima de confianza
y de apoyo recíproco entre sus integrantes, donde los movimientos son de carácter sinérgico. Se
verifica que el todo es mayor al aporte de cada miembro. Todo ello redunda, en última instancia, en
la obtención de resultados de mayor impacto. Los equipos son un medio para coordinar las
habilidades humanas y generar con acuerdo respuestas rápidas a problemas cambiantes y
específicos. El término equipo deriva del vocablo escandinavo skip, que alude a la acción de
"equipar un barco". De alguna forma, el concepto evoca al conjunto de personas que realizan juntas
una tarea o cumplen una misión. A partir de este origen etimológico, y por extensión, puede decirse
en el contexto de este módulo que trabajar en equipo implica la existencia de:
Un objetivo, una finalidad o una meta común.
Un grupo de personas comprometidas con esa convocatoria.
Un grupo de personas con vocación de trabajar en forma asertiva y colaborativa.
Una convocatoria explícita generadora de intereses movilizadores y de motivaciones
aglutinantes.
La construcción de un espacio definido por un saber-hacer colectivo (espacio donde se
pueden identificar situaciones problemáticas, juzgar oportunidades, resolver problemas, decidir
acciones, llevarlas a cabo y evaluarlas).
Una comunicación fluida entre los miembros del equipo y su entorno.
Una instancia efectiva para la toma de decisiones.
Una red de conversaciones, comunicaciones e intercambios que contribuyen a concretar una
tarea.
2.3 Sistema Kanban
Antecedentes. Aunque el origen de esta herramienta no es muy claro se deduce de a partir del
sistema de producción Toyota, este es un revolucionario sistema adoptado por las compañías
japonesas después de la crisis petrolera de 1973. La compañía Toyota lo empezó a utilizar a
principios de los años 50s, dicho sistema se conceptualiza: a) Manufactura justo a tiempo, b) Fuerza
de trabajo flexible y c) Pensamiento creativo; para lograr el funcionamiento del sistema Toyota
entre otros puntos básicos se encuentra el sistema Kanban el cual tuvo que originarse como
herramienta de apoyo para implementación del sistema Toyota. KANBAN: Control y mejora de
procesos KANBAN significa en japonés “etiqueta de instrucción”.
31
En la actualidad, si una empresa no es lo suficientemente flexible para adaptarse a los
cambios del mercado se podría decir que estará fuera de competencia en muy poco tiempo. Pero,
¿qué es ser flexible?, de acuerdo a su definición literal es: “que se puede doblar fácilmente, que se
acomoda a la dirección de otro”, esto aplicado a manufactura se traduciría, “que se acomoda a las
necesidades y demanda del cliente, tanto de diseño, calidad como de entrega”.
Una de las problemáticas más comunes respecto a la planeación de la producción es producir
lo necesario en el tiempo necesario, sin sobrantes ni faltantes, para lograr esto se necesita un plan,
un plan flexible, un plan para ser modificado, un plan que se pueda modificar rápidamente. Un plan
de producción es influenciado tanto externamente como internamente. Las condiciones del mercado
cambian constantemente. Para responder a estos cambios, se deben dar instrucciones
constantemente al área de trabajo. Dado que queremos producir en un sistema justo a tiempo, las
instrucciones de trabajo deben ser dadas de manera constante en intervalos de tiempo variado. La
información más importante en el área de trabajo es: cuánto debemos producir y de cuál producto
en ese momento.
Es muy importante que los trabajadores sepan que están produciendo, que características
llevan, así como qué van a producir después y qué características tendrá. Muchas compañías
manufactureras japonesas visualizaron el ensamble de un producto como un proceso continuo desde
el diseño, manufactura, distribución de ventas hasta el servicio al cliente. Para muchas compañías
del Japón el corazón de este proceso es el KANBAN, quien directa o indirectamente maneja mucho
de la organización manufacturera. El sistema fue originalmente desarrollado por Toyota en la
década de los 50`s como una manera de manejar el flujo de materiales en una línea de ensamble.
Durante las pasadas décadas el proceso KANBAN, que se define como “un sistema de
producción altamente efectivo y eficiente”, ha desarrollado un ambiente de óptima manufactura
envuelto en competitividad global.
¿Qué es KANBAN?
Es muy común la asociación de KANBAN = JIT (Justo a tiempo “Just In Time”) o
KANBAN = CONTROL DE INVENTARIOS, esto no es cierto, pero si está relacionado con estos
términos. KANBAN funcionará efectivamente en combinación con otros elementos del JIT, tales
como la calendarización de producción mediante etiquetas, la buena organización del área de
trabajo y el flujo de la producción. KANBAN es una herramienta basada en la manera de funcionar
de los supermercados. KANBAN significa en japonés “etiqueta de instrucción”.
La etiqueta KANBAN contiene información que sirve como orden de trabajo, ésta es su
función principal, en otras palabras es un dispositivo de dirección automático que nos da
información acerca de qué se va a producir, en qué cantidad, mediante qué medios y cómo
trasportarlo. Los sistemas Kanban consisten en un conjunto de formas de comunicarse e
intercambiar información entre los diferentes operarios de una línea de producción, de una empresa,
o entre proveedor y cliente. Su propósito es simplificar la comunicación, agilizándola y evitando
errores producidos por falta de información. El ejemplo más común de “Kanban” son las etiquetas
que se les incorporan a los productos mientras son fabricados, para que posteriormente quede
identificado a dónde tienen que enviarse o qué características tiene. Los “Kanban” también pueden
ser ordenes de trabajo, es decir, incluir información acerca nos dé información acerca de qué
operaciones se deben hacer y con cada producto, en qué cantidad, mediante qué medios y como
transportarlo. En la actualidad, en la mayoría de empresas se han automatizado los métodos
Kanban, de forma que, por ejemplo, se pueden colocar etiquetas con códigos de barras o QR que, de
forma informatizada, al pasar los productos por cada punto de control, el sistema los localiza
automáticamente y da las órdenes necesarias para que cada ítem llegue a su destino.
32
Método Kanban – Disminuir retrasos y crear un sistema de producción eficiente.
La metodología Kanban está enfocada a crear un sistema de producción más efectivo y
eficiente, enfocándose principalmente en los campos de la producción y la logística.
Principios Kanban.
El sistema Kanban funciona bajo ciertos principios, que son los que a continuación se
enumeran:
1. Eliminación de desperdicios.
2. Mejora continua.
3. Participación plena del personal.
4. Flexibilidad de la mano de obra.
5. Organización y visibilidad.
Funciones de KANBAN.
Son dos las funciones principales de KANBAN: control de la producción y mejora de los
procesos. Por control de la producción se entiende la integración de los diferentes procesos y el
desarrollo de un sistema JIT, en la cual los materiales llegarán en el tiempo y calidad requerida en
las diferentes etapas de la fabricación, incluso de ser posible incluyendo a los proveedores. Por
mejora de los procesos se entiende facilitar la optimización en las diferentes actividades de la
empresa mediante el uso de KANBAN, esto se hace mediante técnicas de ingeniería (eliminación
de desperdicio, organización del área de trabajo, reducción de set-up, utilización de maquinaria
versus utilización en base a demanda, manejo de multiprocesos, poka-yoke, mecanismos a prueba
de error, manteniendo preventivo, mantenimiento productivo total, etc. ) con la consecuente
reducción de los niveles de inventario.
Básicamente KANBAN nos servirá para lo siguiente:
Poder empezar cualquier operación estándar en cualquier momento.
Dar instrucciones basadas en las condiciones actuales del área de trabajo.
Prevenir que se agregue trabajo innecesario a aquellas órdenes ya empezadas y prevenir el
exceso de papeleo innecesario.
Otra función de KANBAN es la de movimiento de material, la etiqueta KANBAN se debe
mover junto con el material, si esto se lleva a cabo correctamente se lograran los siguientes puntos:
Priorizar la producción. EL KANBAN con más importancia se pone primero que los demás.
Facilitar el control del material.
Es importante que el personal encargado de producción, control de producción y compras
comprenda como un sistema KANBAN va a facilitar su trabajo y mejorar su eficiencia, mediante la
reducción de la supervisión directa.
33
Básicamente los sistemas KANBAN pueden aplicarse en plantas con producción repetitiva.
Antes de implementar KANBAN es necesario desarrollar una producción que suavice el flujo actual
de material.
Esta producción deberá ser practicada en la línea de ensamble final, si existe una fluctuación
muy grande en la integración de los procesos el KANBAN no funcionará y por el contrario se
creará un desorden.
También tendrán que ser implementados sistemas de reducción de set-ups, de producción de
lotes pequeños, jidoka, control visual, poka-yoke, manteniendo preventivo, etc., todo esto es
prerrequisito para la introducción del KANBAN.
Además se deberán tomar en cuenta las siguientes consideraciones antes de implementar
KANBAN:
Determinar un sistema de calendarización de producción para ensambles finales que permita
desarrollar un sistema de producción mixto y etiquetado.
Se debe establecer una ruta de KANBAN que refleje el flujo de materiales, esto implica
designar lugares para que no haya confusión en el manejo de materiales. Debe ser obvio cuando el
material está fuera de su lugar.
Se debe tomar en cuenta que aquellos artículos de valor especial deberán ser tratados
diferentes.
Se debe tener buena comunicación desde el departamento de ventas a producción para
aquellos artículos cíclicos o de temporada que requieren mucha producción, de manera que se avise
con bastante anticipación.
El sistema KANBAN deberá ser actualizado constantemente y mejorado continuamente.
Implementación de KANBAN en cuatro fases:
Fase 1. Entrenar a todo el personal en los principios de KANBAN, y los beneficios de usar
KANBAN.
Fase 2. Implementar KANBAN en aquellos componentes con más problemas para facilitar
su manufactura y para resaltar los problemas escondidos. El entrenamiento con el personal continúa
en la línea de producción.
Fase 3. Implementar KANBAN en el resto de los componentes, esto no debe ser problema
ya que para esto los operadores ya han visto las ventajas de KANBAN, se deben tomar en cuenta
todas las opiniones de los operadores ya que ellos son los que mejor conocen el sistema. Es
importante informarles cuando se va estar trabajando en su área.
Fase 4. Esta fase consiste de la revisión del sistema KANBAN, los puntos de re orden y los
niveles de re orden, es importante tomar en cuenta las siguientes recomendaciones para el
funcionamiento correcto de KANBAN:
Ningún trabajo debe ser hecho fuera de secuencia.
Si se encuentra algún problema notificar al supervisor inmediatamente.
34
2.4 Desarrollo del proyecto
Diseño y elaboración de planes de acción enfocados a eliminar los defectos de calidad. Para la
primera fase de la ejecución del proyecto, se convoca a una reunión de todo el equipo de trabajo y
se da a conocer el plan de desarrollo del proyecto para dar inicio con el desarrollo del mismo.
Figura 2.2 Planeación de la implementación del programa cero defectos
Con el objetivo de crear hábitos, autoconocimiento, conciencia, romper paradigmas, y tener
clara la visión y misión, comprometidos a lograr un objetivo común significativo, sumando
esfuerzos para explotar posibilidades medibles comunes tanto de desempeño como de desarrollo y a
través de la responsabilidad y trabajo en equipo.
Establecer metodología para llevar acabo el entrenamiento:
La introducción al programa cero defectos por la línea se lograron mediante las pláticas
diarias enfocadas en la prevención de defectos.
Después de la capacitación de los supervisores se comenzó la difusión del programa en el
área piloto (puertas delanteras JNF).
En la siguiente tabla, organizamos cada etapa del proceso para la implementación del
programa cero defectos, en la cual cada operación pedimos la cooperación del equipo
multidisciplinario, (formado por el jefe de producción, ingeniería, industrialización.)
35
Tabla 2 Etapas de la programación para implementar el CD
Fuente: Elaboración propia
36
Para evitar cualquier confusión acerca de quién es el responsable de qué parte de la tarea, la
tabla 2. Indica el desglose de las tareas y la asignación cometido a una persona en particular.
Dentro de la estructura general de responsabilidad, cada encargado debe hacerse del cometido que
les ha asignado, por ejemplo, el entrenamiento a los supervisores, introducción al programa CD, etc.
Esta también reducirá en gran medida el riesgo de responsabilizar a más de un encargado de la
misma tarea o de una parte. En estos grupos, todas las decisiones relacionadas con un proyecto se
alcanzan a través de un esfuerzo colectivo y todos los miembros del equipo son responsables del
resultado de su trabajo; ésta es una de las virtudes fundamentales del trabajo en equipo. Elegir a la
persona adecuada para cada una de las tareas requiere una evaluación cuidadosa de su experiencia y
aptitudes. Diferentes tipos de tareas exigen aptitudes diferentes. Por ejemplo, para un trabajo puede
ser más importante la velocidad que la precisión, o viceversa. El candidato idóneo para una tarea en
concreto puede no existir, en cuyo caso la elección supondrá necesariamente cierto riesgo El estilo y
valor de cada encargado son decisivos para obtener la confianza y compromiso de los operarios.
Para tomar sus decisiones, deben adoptar una actitud colaboradora y receptiva que consista en
mostrar su confianza al personal dándole muestras de que valora sus opiniones. Asimismo, deben
ser visible y mostrarse todo lo accesible que pueda, demostrando que quiere escuchar a los demás
Ya que para que el personal confíe encada encargado, antes el encargado debe confiar en el
personal.
2.5 Enfoque al programa cero defectos
Cero defectos en pocas palabras. Es un error, una equivocación, un descuido; Entonces, “Cero
defectos” no significan perfección, ni siquiera significa que los errores no se volverán a presentar,
lo que significa es que ni los errores ni los defectos son aceptables. Los errores y defectos son
causados por una o la combinación de las siguientes situaciones: Falta de conocimiento, falta de
habilidad, una mala actitud, y los problemas en el lugar de trabajo. El Supervisor que tiene un
estándar de desempeño de cero defectos, trabajará para mejorar la actitud y habilidad en sus
colaboradores para lograr su objetivo. La recompensa estará en lograr cero defectos en el trabajo.
Nuestro enfoque está dirigido a la prevención de defectos, los costos de calidad nuestro objetivo
determinar educar e implementar la filosofía. La finalidad es que la gente Corrija sus errores y
aprenda de ellos: Mostrando una actitud positiva cuando descubra que ha cometido un error, o
cuando los demás le señalan sus errores y Acepte la crítica constructiva.
Figura 2.3 Muestra la metodología de entrenamiento supervisor- operario
Motivamos al personal trabajar en la mejora para evitar errores porque:
Su capacidad para evitar errores afecta mucho y sus errores pueden infligir altos costos y en
casos generar decepción, frustración tanto para ellos mismos como a los demás. Los
concientizamos a que revisaran su propio trabajo: revise siempre la calidad de su trabajo antes de
entregarlo. Sea una persona de “hacer / revisar “. Y así adquirieran este hábito. Otro punto fue a
que la persona se anticípese a las equivocaciones y evítelas.
37
Ya que el operario debe asegúrese de entender las actividades que va a realizar. Y cuando se
presente un problema, este Pregunte a las personas indicadas para el seguimiento de las actividades.
Logrando implantar objetivos claros para su calidad personal. Dar instrucciones claras de lo que
quiere en su primera lección como profesor. Esta primera lección suele provocar una ligera pérdida
de motivación en el operario porque pone a prueba su habilidad. Reconocer el trabajo bien hecho es
crucial para mantener el nivel de compromiso y de satisfacción profesional de su personal
Tabla 2.1 Factores de motivación
Determinar el personal que será considerado para la capacitación. Después de las juntas,
iniciamos con la formación de equipos de trabajo, la definición de indicadores así como el
despliegue del estándar de trabajo cero defectos.
Figura 2.4 Formación de equipos de trabajo
38
Establecer piloto para evaluar el aprendizaje de los involucrados. Se eligió un área
determinada para iniciar el programa de implantación de la filosofía cero defectos, el área piloto es
puertas delanteras del jnf ya que cuenta con los índices más altos en ppm’s.
Figura 2.5 Área de puertas delanteras del jnf
Después de haber establecido el programa cero defectos se comenzó con la transferencia del
programa a otra área, definimos los indicadores: minuta de juntas, ausentismo, rotación, ppm,
producción.
Figura 2.6 formatos de los indicadores
Dentro de la empresa en las áreas piloto manejamos el llenado de 5 gráficos con su
respectivo indicador; la información recopilada muestra la meta de producción así como los
defectos diarios, la producción real, además del porcentaje de ausentismo y el de rotación. . El
primer gráfico de nombre minuta de juntas donde el supervisor es el encargado de llenar la
información diariamente, los gráficos de rotación, de ppm’s, ausentismo y producción son llenados
por cada uno de los líderes de equipos de trabajo.
Gráfico 2 Minuta de juntas
39
Gráfico 2.1 Gráfico de producción
Gráfico 2.2 Gráfico de PPM’s
Gráfico 2.3 Gráfico de Rotación de personal
Generación de documentación ya oficial a considerar para transferir a las demás áreas.
La gente integrada en equipos acelera la atención y solución a los problemas así como el
proceso de mejora continua. Los asociados participan más cuando se les involucra y cuando se les
permite entender el porqué de las cosas y el cómo hacerlas.
Plan de transferencia en base a áreas con mayor cantidad de PPM´s.
40
El programa cero defectos también se implementaron en otras áreas como asientos NMS,
ASIENTOS JNF, puertas traseras pq35, comenzando con la capacitación del supervisor, auditor de
calidad y el facilitador, y el operador.
2.6 Plan de entrenamiento y formatos al personal involucrado.
La primera fase fue entrenamiento en el llenado de los formatos indicadores con el fin de llevar un
control por día, semana y mes de los defectos de calidad, la producción, el ausentismo y la rotación
de personal.
Figura 2.7 Muestra personal encargado de llenar los indicadores
Determinar quiénes les darán seguimiento a su implementación en el punto de uso. Tener
iniciativa es una cualidad ideal en cualquier líder potencial; examine su equipo para descubrir
quiénes tienen iniciativa y téngalos en cuenta para ocupar los puestos de más responsabilidad.
Recuerde que alguien con ideas y opiniones sólidas a veces puede estar en desacuerdo con su
superior. Un empleado que está dispuesto a expresar este desacuerdo demuestra confianza en sí
mismo: una cualidad deseable que debe estimularse.
El desacuerdo no es una insubordinación y no debe ser tratado como tal. Trabajamos junto
con los supervisores de área para la selección de los líderes que llevaran a cabo el llenado de
indicadores, con el objetivo que el operador tenga la habilidad de desarrollar habilidades para
trabajar en equipo, como de una manera efectiva. Reuniones diarias con los líderes y supervisores
para asegurar su implementación. Para lograr el objetivo del programa, diariamente a inicio de turno
nos reuníamos con el supervisor y los líderes de los equipos para retroalimentar y buscar soluciones.
Claro que debíamos verificar que esta capacitación hacia los operarios sea la adecuada y la
necesaria para la realización de la tarea. Para que el empleado se sienta satisfecho con su trabajo, es
esencial que experimente una sensación de logro. Las reuniones regulares para intercambiar
opiniones son útiles para mantener la motivación del líder. Pues es claro que se Debe tratar a todos
con el mismo respeto con el que espera que lo traten a usted, porque su personal es su aliado.
41
Al mandar a realizar una actividad, el supervisor demuestra respeto pues confía una parte de
su trabajo a otra persona. El supervisor debe escuchar a sus líderes en caso que ellos manifiesten
sus opiniones acerca de cómo realizar la tarea y demostrar que escucha sus sugerencias.
Involucrar al personal.
Si el personal se siente excluido de las decisiones que influyen en su trabajo, eso puede
generar sentimientos de desmotivación y rencor. Por lo tanto, conceda a sus trabajadores la
posibilidad de participar en la definición de los métodos de trabajo antes de aplicar cualquier
cambio. Pueden participar dando su opinión para equipar la oficina o para definir los
importantísimos objetivos a largo plazo. Si consulta al personal todos los cambios que pretende
aplicar, se ganará su dedicación y confianza. Análisis semanal y seguimiento de los 3 mayores
defectos. Se estableció la metodología para las juntas diarias de los equipos de trabajo formados
anteriormente: 1.-la secuencia de la reunión donde definíamos el horario para las juntas. 2.-
contramedidas aplicadas o por aplicar y 3.-resultados.
Figura 2.8 Muestra capacitación al supervisor
Dentro de la capacitación a los supervisores retomamos los temas como sensibilización al
trabajador y como saber delegar.
Una delegación eficaz supone el estímulo de una mayor responsabilidad y puede
proporcionar un mayor nivel de satisfacción al delegado. Delegar es delegar poder, y ése es un buen
motivo para trabajar mejor. La capacidad de su personal no se desarrollará salvo que les
proporcione tareas que aumenten su experiencia y confianza.
Trabajarán mejor en un ambiente estructurado, en el que todos sean conscientes de las
responsabilidades que les han sido delegadas, y donde tengan los medios necesarios para realizar las
tareas con eficiencia “para iniciar los equipos de trabajo fue necesario que los líderes de los
distintos equipos tengan una claro entendimiento de cd y en especial de “la gente como parte
esencial que une el sistema “tengan un plan maestro claro para la implementación y le den
seguimiento continuamente.
Calidad proporcione estratificación de los defectos por área, conector, cavidad, circuito, etc.
Junto con el equipo de trabajo conformado por auditor de calidad, y facilitador del área se
eligió un líder del área piloto para ser capacitado y entrenado para llevar el control de los defectos
diariamente.
42
Figura 2.9 Muestra la lista de discrepancia de defectos diarios
Llevar a cabo reunión con todo los involucrados y notificar de la situación semanal, en la
reunión elaboramos un diagrama de Ishikawa a fin de encontrar el problema y buscar soluciones.
Figura 2.10 Diagrama de Ishikawa para la solución de defectos
Presentar acciones que se han implementado en junta semanal – enfoque resolver
problemas. Durante las reuniones notificamos al personal las acciones correspondientes, eliminando
así obstáculos que impidan una producción eficiente, lo que trajo también como resultado una
mejora, en cuanta eliminación de defectos de calidad durante los procesos productivos.
Figura 2.11 Reunión diaria con el operador
También la capacitación consistió en que el operador debe saber Conseguir la información y el
material básico necesario para realizar sus actividades apropiadamente. Y que debe consultar a su
jefe para asegurarse de que u tiene toda la información necesaria o material adecuado. Además que
debe Pregunte a su jefe quien tomara las decisiones mientras él/ella está fuera o esté ausente o quien
más puede ayudarle. Por ultimo debe Planificar su ritmo de trabajo y el orden en el que realizara las
actividades para que otros no se queden parado por el operador.
43
Elaborar planes de acción enfocados a eliminar los defectos detectados. Implementamos el
formato 5’Ds .en las áreas piloto y capacitamos al equipo multidisciplinario (supervisor, auditor de
calidad, facilitador, líderes de equipo) en el llenado del formato.
Tabla 2.2 formato 5 D’s
Fuente: elaboración propia
2.7 Proyecto puertas delanteras de puestos estacionarios a conveyor
Trabajamos junto con el departamento de ingeniería en este gran proyecto donde primeramente se
tomaron tiempos de las actividades de cada operador, además también se diseñó el plano del
conveyor de puertas delanteras jnf.
44
Figura 2.12 El área de puertas delanteras jnf antes del cambio
Anteriormente los puestos de trabaja estaban posicionado en filas consecutivas por lo cual
estaba más reducido el espacio, provocando más esperas, mudas, interrumpiendo el flujo del
material que se pretende con este proyecto es agilizar el flujo de material, aumentar la producción y
reducir el inventario. Tras varios costeos y después de que gerencia autorizo el permiso y el
presupuesto se comenzó con el proyecto, donde el departamento de producción junto con el de
ingeniería, industrialización y calidad colaboraron para poder llevarlo a cabo. La segunda fase fue
ensamblar la cadena, colocar los tableros y el material y reacomodar a las personas y se le dio orden
a cada operador de la actividad que le correspondía, se validaron los tableros y cambiaron ayudas
visuales.
Figura 2.13 Plano del proyecto conveyor de puertas delanteras jnf
Se estuvo trabajando diariamente con esta área, al final se obtuvo éxito con este proyecto ya
que se consiguió aumentar la productividad con menos personal, más organizado el trabajo se
eliminaron movimientos innecesarios, ahora las estaciones de trabajo están balanceadas y se
incrementó la eficiencia.
45
Figura 2.14 Muestra el ensamble de la cadena y el después del cambio
Además diseñamos un formato indicador para cada tablero con banderillas de cuatro colores,
que funcionan como señalamientos, con el fin de evitar pérdidas de tiempo ya que la banderilla
color blanco indica que se está trabajando normalmente y no se tiene ningún problema, la banderilla
verde indica la presencia de un auditor de calidad, la banderilla roja indica que requiere al personal
de mantenimiento y la banderilla amarilla indica la falta de material.
Figura 2.15 Muestra la colocación de banderillas en tableros del área puertas delanteras JNF
Figura 2.16 Muestra la mejora en el área de puertas delanteras jnf. Agilizando el proceso
Para evitar problemas con la mezcla de referencias diseñamos tarjetas con el número de cada
una de las referencias.
46
Figura 2.17 Muestra capacitación al operador para el uso de tarjetillas
Diseñamos un separador el cual colocamos en el puesto de trabajo ya que este puesto es
donde se inicia el proceso para el ensamble de arneses así que , en este puesto el operador coloca la
tarjeta en el tablero indicando el tipo de arnés que sale del puesto. Parte de nuestro proyecto
también consistió en el mejoramiento de los puestos de trabajo, para facilitar la disposición de las
ayudas visuales para el ensamble de circuitos se colocó una porta visual.
Figura 2.18 Muestra la colocación de la porta visual en puesto de sub-conjuntos
La parte esencial fue la capacitación con los operadores del programa cero defectos, cada
inicio de semana se retroalimentaba al operador y se concientizaba sobre los costos de los defectos.
Figura 2.19 Muestra la capacitación al programa cero defectos
47
Comparación entre ambos turnos.
Nos dimos a la tarea de comparar ambos turnos ver cuál era el turno que cometía menos
defectos además de observar cual era el método que utilizada el turno que mejor trabajaba, o que
hacía de diferente que el otro afín de buscar soluciones.
Figura 2.20 Muestra comparación entre ambos turnos
La contribución por los autores de éste reporte de estadía fue la implementación del
programa cero defectos, y diseño de formato para la solución de problemas, las cuales hoy en día se
logró con éxito la implementación de los mismos, y mejoramiento de las áreas, permitiendo a la
organización comenzar a adquirir la experiencia en la integración de este sistema de calidad con lo
que podrá evaluar la situación actual de la empresa y determinar si continuar su implementación en
futuros proyectos, y/o continuar con la investigación y aplicación de otros programas.
2.8 Resultados
Al final del reporte de estadía obtuvimos los siguientes resultados como se muestra en las tablas y
graficas:
Tabla 2.2 Reporte de producción del área puertas delanteras JNF
Área piloto: puertas delanteras jnf.
Mes Agosto Septiembre Octubre Noviembre
Ppm´s 1489.7 1414.2 892.2 622.7
Producción 26850 26870 26900 27300
Defectos 40 38 24 17
Fuente: elaboración propia
En fujikura Somos Agentes del Cambio, donde nos preocupamos por la seguridad del
trabajador, nuestra meta siempre será la excelencia, nuestro objetivo es Cero Defectos, trabajamos
con Gente de Calidad, que ensamblan Productos de Calidad, Somos Gente con Pasión por la
Excelencia.
48
Gráfico 2.4 Grafica de los ppms
Fuente: elaboración propia
El programa cero defectos una herramienta completa de la calidad y eficiente, satisfaciendo
las necesidades del proyecto y dando pie a incrementar su alcance agregando otras funciones que
abarquen a todos los procesos, podemos ver el cumplimiento de nuestro objetivo obteniendo así una
mejora de 58.2%, reduciendo más de la mitad los ppm’s que se tenían anteriormente.
Gráfico 2.5 Control de ppm’s
Fuente: elaboración propia
Fórmula para calcular la eficiencia
2
Tabla 2.3 Calculo de mejora
Fuente: elaboración propia
49
Gráfico 2.6 Demostración de los resultados después de implementar el programa cero defectos
2.9 Conclusiones
La razón principal del programa cero defectos es optimizar los procesos y asegurar la calidad del
producto. La mejora continua y los métodos 5D’s para la solución de problemas aumentan la
eficiencia de las áreas, la clave está en la constancia y el compromiso con la empresa, el
seguimiento a los problemas y la búsqueda de soluciones cada día junto con el trabajo en equipo.
2.10 Referencias
ISO 9001: 2008, sistemas de administración de calidad - requerimientos
ISO 9004:– 1), administrando para el éxito sostenido de una organización – un enfoque de
administración de calidad
ISO 10001: 2007, administración de calidad – satisfacción de los clientes – lineamientos para
códigos de conducta para organizaciones
ISO 10002: 2004, administración de calidad – satisfacción de los clientes – lineamientos para el
manejo de quejas en las organizaciones
ISO 10003: 2007, administración de calidad – satisfacción de los clientes – lineamientos para la
resolución de disputas externas a las organizaciones
ISO 10005: 2005, sistemas de administración de calidad – lineamientos para planes de calidad
ISO 10006: 2003, sistemas de administración de calidad – lineamientos para administración de
calidad en proyectos
ISO 10007: 2003, sistemas de administración de calidad – lineamientos para administración de
configuraciones
[9] ISO 10012: 2003, sistemas de administración de mediciones – requerimientos para procesos y
equipo de medición
ISO/TR 10013: 2001, lineamientos para documentación de sistemas de administración de calidad
ISO 10014: 2006, administración de calidad – lineamientos para comprender los beneficios
financieros y económicos
50
ISO 10015: 1999, administración de calidad – lineamientos para entrenamiento
ISO/TR 10017: 2003, guía sobre técnicas estadísticas para iso 9001: 2000
ISO 10019: 2005, lineamientos para la selección de consultores de sistemas de administración de
calidad y el uso de sus servicios
ISO 14001: 2004, sistemas de administración ambiental – requerimientos con guías para su uso
ISO 19011: 2002, lineamientos para auditorias de sistemas de administración de calidad y/o
ambiental
ISOIEC 60300-1: 2003, administración de la facilidad de dependencia – parte 1: sistemas de
administración de la facilidad de dependencia
IEC 61160: 2006, revisiones de diseños
ISO/IEC 90003: 2004, ingeniería de software – lineamientos para la aplicación de iso 9001: 2008 a
software de Computadora
Principios de administración de calidad 2), ISO, 2001
Por publicarse. (Revisión de ISO 9004: 2000) Disponible del sitio Web: http://www.iso.org.
http://www.iso.org
http://www.tc176.org
http://www.iso.org/tc176/sc2
http://www.iso.org/tc176/ISO9001AuditingPracticesGroup
www.visionindustrial.com.mx./.../Kanban-control-y-mejora-de-procesos.html
www.pdcahome.com/metodo-Kanban/
ww2.educarchile.d/User Files/P001/File/modulo09.pdf.
www.uaeh.edu.mx/docencia/Tesis/icbi/..../Sistema%20KANBAN.pdf.
Lewis, J Perelman, Kanban to Kanbrain, ASAP
Management begins at the workplace, Kanban/ Just in time of Toyota, 3ra Edition.
Mark Keaton, A new look of the Kanban production control system. Production and Inventory
Management Journal. 1995.
51
Mantenimiento a turbina de vapor
Luis Rodríguez
L. Rodríguez
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato Carretera Valle de Santiago-Huamimaro Kilómetro 1.2, 20 de
Noviembre, 38400 Valle de Santiago, Gto.
O. Vargas, H. Ramos (eds.). Ciencias de los Procesos Industriales, Proceedings-©ECORFAN- Spain, Madrid, 2015.
52
Abstract
Electricity is essential to modern life, so it is vital the generating power plants, which can be
hydroelectric, geothermal, nuclear, wind and combined cycle; each is based power generation for
“turbines " ; these are divided into steam turbines and gas turbines. The function of the turbines in
power generation lies in converting thermal energy of a fluid, which may be liquid or gaseous
nature, into mechanical energy transmitted by a shaft to the generator.
Introducción
Dada la importancia que tiene las turbinas de vapor en una planta generadora de energía, han sido
motivo de innumerables estudios, tanto para mejorar su eficiencia, como también para mantenerlas
en el mejor nivel de funcionamiento. Uno de los problemas más comunes que se presentan en el
proceso de generación de energía es evaluar las turbinas de vapor para conocer su eficiencia. El
desarrollo de nuevas técnicas de mantenimiento de las plantas de energía, ya sean predictivas,
preventivas o correctivas, tiene como reducir el consumo adicional de recursos energéticos de las
plantas por medio de la corrección del mal funcionamiento, y además prolongar la vida útil de los
equipos. En este sentido, se considera viable en muchos de los casos mantener una monitorización
continua de determinados equipos en plata (caldera, turbina, condensador, etc.) Dicha
monitorización tiene como objetivo detectar los deterioros en el comportamiento del equipo y
muchos de los casos permiten emprender acciones con antes de que el deterioro sea mayor.
El objetivo de este trabajo consiste en presentar un criterio de evaluación y diagnóstico de
turbinas de vapor para detectar sus posibles que aparecen durante la operación, en el ciclo de la vida
de las turbinas. Para desarrollar esta metodología se debe saber con precisión los diseños de las
turbinas, los modos de operación, y los parámetros de control, y los conocimientos actuales de
operación. También esto implica tener en cuenta el proceso de degradación física y química de los
materiales del equipo, así como la incorrecta operación de la planta, como posibles causas de la
desviación del funcionamiento respecto a las condiciones del diseño que proporciona las
operaciones la turbina. Las turbinas de vapor hoy en día se diseñan con mayor grado de
confiabilidad y adaptabilidad, con ellas se sigue manteniendo adecuado, periódico y programado en
las mejores condiciones; ya que de lo contrario se tendrán fallas inesperadas. Dentro de las causas
principales de paradas de las turbinas de vapor se consideran las paradas forzadas, las diferidas y las
paradas planeadas. Es evidentemente necesario tener mayor conocimiento de las fallas, de los
posibles efectos adversos y de la naturaleza de las soluciones a los problemas, esto se logra con la
inspección de la integridad. El registro de las fallas en las turbinas de vapor a través del tiempo es
una estadística para evaluar el comportamiento y asegurar cada vez con mayor certeza la solución a
la falla que se puede originar. Con la finalidad de mejorar la confiabilidad y asegurar la
disponibilidad de la turbina de vapor y hacer más eficiente la planta de generación, se diseñan
evaluaciones a la máquina para que estas operen en excelentes condiciones.
3 Mantenimiento de turbina de vapor
Objetivos generales
El objetivo por el que me he decidido a hacer este proyecto ha sido para adquirir conocimientos
sobre el mantenimiento de las turbinas de vapor, ya que una de las grandes salidas al mercado
laboral son las centrales eléctricas y en ellas encontramos turbinas de vapor conectadas a un
generador para producir la electricidad y otra motivación es el haber hecho mi proyecto para
adquirir mi título profesional sobre la turbina de vapor ya que en la industria eléctrica; esta turbina
es muy fundamental en la producción de energía eléctrica y su mantenimiento también.
53
Una de las cosas que me ha llamado la atención es que hasta ahora no se ha hecho ningún
proyecto final de carrera sobre el mantenimiento de este tipo de máquinas, con lo que, ha sido un
aliciente más para llevarlo a cabo.
Objetivos específicos:
Para poder lograr una buen funcionamiento de una turbina de vapor, es necesario conocer
muy bien de que estamos hablando, así que hablaremos acerca de ¿cómo dar mantenimiento a una
turbina de vapor?, y así mismo conocer las partes de una turbina y ¿Qué tipos de mantenimientos
hay para mantener la turbina en un buen funcionamiento? Al igual que sucede en otras máquinas
térmicas, detrás de cada avería grave suele haber una negligencia de operación o de mantenimiento,
ya que las turbinas suelen ser equipos diseñados a prueba de operadores. Los principales problemas
que pueden presentarse en una turbina de vapor se indican a continuación:
Alto nivel de vibraciones.
Desplazamiento excesivo del rotor por mal estado del cojinete de empuje o axial.
Fallos diversos en la instrumentación.
Vibración en reductor o alternador.
Fuga de vapor.
Funcionamiento incorrecto de la válvula de control.
Dificultad o imposibilidad de la sincronización.
Bloqueo del rotor por curvatura del eje.
Gripaje del rotor.
3.1 Planteamiento del tema
La generación de energía eléctrica es de mucha importancia para el desarrollo del país, la industria
eléctrica constituye una infraestructura obligada para el desarrollo industrial en general y para el
desarrollo social. Las centrales termoeléctricas por su número y capacidad son muy importantes en
el sistema eléctrico del país, todo el equipo de una central termoeléctrica es importante, pero de
acuerdo a su participación directa en la obtención del objetivo, así como por su tamaño y costo se
clasifica a los siguientes equipos como principales:
Generador de vapor.
Turbina de vapor.
Generador eléctrico.
El presente trabajo se dirige a la inspección de integridad de la turbina de vapor. Debido a
ésta importancia del equipo de una central termoeléctrica, es necesario prevenir cualquier falla en la
turbina de vapor, ya que, junto con las otras, es de vital importancia para la continua operación de la
misma. Actualmente, en la capacidad de generación de energía eléctrica se tienen las siguientes
divisiones:
54
Turbinas de vapor ____________ 1300 Mw.
Turbinas de gas ____________ 150 Mw.
Turbinas hidráulicas ____________ 700Mw.
Motor diesel ____________ 60Mw.
Puede observarse la importancia que tienen las turbinas de vapor en el ámbito de la
generación eléctrica, por ello conocer su estado y mantener su operación se hace de capital
importancia. Actualmente se cuenta con mucha buena información clasificada y preciada para
conocer los problemas y fallas bajo operación de las turbinas de vapor, y además de conocer el tipo
de mantenimiento aplicable (preventivo y correctivo). Con éste cúmulo de información se logran
analizar las causas de las fallas de turbina, logrando así elaborar, distribuir y establecer
recomendaciones adecuadas que prolongan la vida útil de las centrales de generación, así como su
disponibilidad. En base a la información recabada, los análisis de fallas y las recomendaciones
establecidas surge una nueva estrategia para alcanzar mayor tiempo de vida útil, menores paros de
operación y mayor disposición de la central generadora, dicha estrategia es la "inspección de
integridad"
¿Cómo se realiza la inspección de integridad?
¿Cuáles son las partes involucradas dentro de la turbina para realizar la inspección?
¿Qué fallas pueden presentarse en la turbina de vapor?
Estas y otras cuestiones serán aclaradas y explicadas en el desarrollo del presente trabajo,
tratando de exponerlo en una forma práctica y sencilla.
3.2 Marco teórico
La energía eléctrica se produce fundamentalmente mediante el uso de turbinas de vapor, turbinas de
gas, turbinas hidráulicas, motores diesel, etc. La turbina de vapor permite alcanzar la mayor
capacidad de generación. Debe quedar claro que éste empleo no es el único de las turbinas de vapor,
también existen aplicaciones en donde una planta de proceso tiene necesidad de grandes cantidades
de calor, las industrias petroquímicas y otras. Actualmente en la producción de energía eléctrica se
encuentran turbinas con capacidad hasta de 1300 Mw en una instalación, la necesidad de energía
eléctrica en México es de aproximadamente 30 000 Mw y se espera un estancamiento en 36
000Mw, si existe más control demográfico.
En la potencia total de una red de un país cualquiera, se requiere que no exista una
dependencia total de las turbinas de vapor no mayor al 50% de la máxima capacidad. Las ventajas
de las turbinas de vapor son su alta potencia y su excelente realización dentro del ciclo Clousus-
Rankine. Así mismo, pueden operar a altas r.p.m. y la instalación puede ser pequeña. Además de
que la potencia de la turbina puede ser muy regulada, lo que es positivo cuando se utiliza para
accionar equipos mecánicos. Al hablar de una turbina de vapor, se presentan en general de una
turbina con fluido agua-vapor, que en comparación con otros fluidos (por ejemplo: mercurio,
amoniaco o fluidos frío-criogénicos) tiene las siguientes ventajas:
Agua es extremadamente barata.
55
Agua no venenosa.
Agua es muy manejable y poco corrosiva.
Las curvas de la presión de vapor permanecen muy favorables.
La turbina de vapor se ocupa en el país para producir más del 50%, y actualmente en el
mundo se ocupa un 80%, como generadoras de electricidad. Regionalmente contamos con una
generación total de energía de 26288.99Gw-hr, y de ella las plantas termoeléctricas proporcionan
26035.21 Gwhr. (Más del 95%).
Tabla 3
La economía y la factibilidad de estas aplicaciones dependen de la confiabilidad de las
turbinas de vapor y de la capacidad de los modelos y disposiciones geométricas seleccionadas para
mejorar una condición dada del vapor, con la capacidad deseada de rendimiento o salida.
En la actualidad la industria eléctrica y otras se están enfrentando a una intensa competencia
global, la cual a su vez, se ha creado una necesidad de equipo de menor costo. Producir éste equipo,
sin comprometer la calidad, la eficiencia y la confiabilidad, no es fácil y solo los mejores
fabricantes del mundo industrial tienen la capacidad para abordar la tarea. De igual importancia sólo
se puede esperar que el ingeniero de proyecto o usuario del equipo, informado y perspicaz logre la
combinación correcta de éstos dos requisitos deseables y aparentemente contradictorios: bajo costo
y alta calidad. El mercado de la electricidad en el mundo está de cara a la competencia global
causada por la privatización y desregulación, y ha llegado el tiempo cuando cada productor de
energía debe tener plantas de energía competitivas para darse abasto con la severa situación. Bajo
éstas circunstancias, las plantas de energía eléctricas del país, han sido operadas por más de 10 años
y es muy probable que el deterioro de cada componente, por envejecimiento, proceda gradualmente.
56
Esto podría estar relacionado con la causa de accidentes críticos e interrupciones no
esperadas de generación. Y esto a su vez acarrearía graves pérdidas económicas, para mayor
compresión tenemos el siguiente cuadro comparativo para el estado de Veracruz.
Tabla 3.1
Para evitar estos problemas por adelantado, es importante establecer la estrategia de
mantenimiento y preservar la "confiabilidad y disponibilidad" de las centrales generadoras de
energía eléctrica. La "inspección de integridad" es un recurso para un mantenimiento preventivo
contribuyendo a las mejoras de rendimiento del equipo para aumentar la calidad de operación. Esta
"inspección de integridad" es necesaria porque una planta de energía eléctrica que ha operado por
un largo plazo (100 000 horas) presenta las siguientes clases de deterioro:
Por envejecimiento de los componentes.
Del material de fabricación.
Del comportamiento de la calidad.
Al aplicar dicha inspección se va a prevenir un paro inesperado o no programado. Al carecer
de la "inspección de integridad" aparecerá un accidente originando un paro inesperado acarreando
las siguientes consecuencias:
Pérdida de generación de energía.
Costo adicional de reparación.
Disminución de la disponibilidad.
La inspección de integridad por las turbinas de vapor analiza las fallas presentadas en las
turbinas de vapor y en base a estas experiencias (estadísticas) se trata de prevenir la aparición de las
mismas.
57
Gráfico 3 Clasificación de fallas de turbina
Figura 3 Modos y daños por envejecimiento
Principios de funcionamiento.
El vapor entra a una tobera en donde se expansiona, obteniéndose un chorro de vapor con
gran velocidad.
En el principio de acción o de impulso la tobera se encuentra fija y el chorro de vapor se
dirige en contra de una paleta móvil. La fuerza del chorro actúa sobre la paleta y la impulsa,
produciendo el movimiento de la rueda.
En el principio de reacción la tobera se encuentra montada en la rueda y puede moverse
libremente. La alta velocidad del vapor de salida provoca una reacción en la tobera, haciendo que la
rueda se mueva en sentido opuesto al chorro de vapor.
58
Partes principales.
Rotor. Parte móvil que lleva montadas las ruedas con paletas o las toberas móviles.
Toberas fijas. Transforman la presión del vapor en velocidad.
Carcasa. Cubierta o envolvente en donde van montadas las toberas fijas.
Figura 3.1 Clasificación de turbinas de vapor
Las turbinas de acción y las de reacción pueden estar formadas por varios pasos o etapas. El
vapor que sale de una rueda de álabes pasa a otra y así sucesivamente, se les llama turbinas de
etapas múltiples, entonces se tiene un rotor con varias ruedas y sus respectivos discos de toberas.
Las turbinas combinadas están formadas por ruedas de dos tipos, las primeras ruedas son de acción
y las últimas son de reacción. El recalentamiento permite seguir aprovechando el vapor en otras
etapas de la turbina, o en otra turbina. Se extraen pequeñas cantidades de vapor en el recorrido
interno de una turbina de varias etapas. El vapor se aprovecha en otros procesos (calentadores de
agua; de aire, etc.) las extracciones aumentan la eficiencia de la central. La presión del vapor de las
extracciones va disminuyendo según su localización en la turbina.
Turbina compuesta.
Los tipos de turbinas anteriores pueden agruparse en diferentes formas de tal manera que
cuando el vapor sale de una turbina entra otra y así sucesivamente. Entonces cada turbina será un
componente del grupo y se dice que forman una turbina compuesta.
Figura 3.2 Recalentamiento de vapor para las turbinas
59
Figura 3.3 Turbina con extracciones
Figura 3.4 Turbinas con y sin condensador
Figura 3.5 Turbina según el flujo de vapor
Figura 3.6 Turbinas compuestas
60
Figura 3.7 Ejemplo de una turbina típica de una central termoeléctrica (Diagrama simplificado)
Participación de la turbina de vapor en la central termoeléctrica.
Todo el equipo de una central termoeléctrica es importante, pero de acuerdo a su
participación directa en la obtención del objetivo, así como por su tamaño y costo, se clasifica a los
siguientes equipos como principales.
Equipo principal de una central termoeléctrica:
Generador de vapor.
Turbina de vapor.
Condensador.
Generador Eléctrico.
La turbina de vapor es el más simple, eficiente y completo de las máquinas de vapor.
Comparadas con otras máquinas, que tienen las siguientes ventajas:
Ocupa poco espacio.
Es bastante eficiente.
Funcionamiento relativamente silencioso y sin vibraciones.
61
Figura 3.8 Partes principales de una termoeléctrica
Elementos auxiliares de una turbina de vapor. De los elementos fundamentales de una
turbina, existen otros elementos auxiliares que son tan importantes como los anteriores. Estos son
los siguientes:
Pistón de equilibrio.
Cojinetes o chumaceras.
Sistema de regulación o gobierno.
Sistema de lubricación.
Sistema de sellado.
Dispositivos de protección.
Pistón de equilibrio. En todas las turbinas de reacción existe un empuje axial, que tiende a
desplazar el rotor hacia el sentido del flujo de vapor. En la zona de entrada de vapor a la turbina de
alta presión, el rotor está configurado para formar un pistón de equilibrio o émbolo de
compensación el cual está diseñado para producir el empuje hacia la terminal de entrada de vapor a
la turbina, estando en condiciones normales.
Cojines o chamuceras. Hay dos tipos de cojinetes en las turbinas de vapor, las cuales se
conocen como cojinetes principales o de carga y el cojinete de empuje. Los cojinetes de carga
soportan el peso del rotor de la turbina, impidiéndole cualquier movimiento del mismo en una
dirección vertical. Sin embargo, si el rotor no está perfectamente balanceado, los cojinetes estarán
sometidos a vibraciones considerables que puedan sobrecargarlos. Están lubricados por aceite
forzado a presión y no solamente tienen por objeto su lubricación, sino mantenerlos a la temperatura
de operación correcta.
62
El cojinete de empuje tiene como función absorber los empujes axiales a lo largo del eje y
mantener el rotor en su posición correcta con respecto a las partes fijas de la turbina. Sistema de
regulación o de gobierno. La función de los reguladores en las turbinas es la de mantener constante
la velocidad de rotación de la misma al variar la carga. Es decir mantener la condición de operación.
Para el caso de los generadores de corriente alterna se exige una frecuencia constante para lo cual
debe mantenerse con mucha exactitud la velocidad de giro de la turbina. En general existen dos
tipos de reguladores:
Regulador centrífugo o de bolas.
Regulador hidráulico.
Regulador centrífugo o de bolas. Como su nombre lo indica, el regulador centrífugo está
compuesto por unos contrapesos adheridos a la flecha, que se mueven hacia adentro o hacia fuera
dependiendo de la velocidad de la turbina. Este movimiento de balanceo se aprovecha para que, por
medio de un mecanismo, se abra o se cierre la válvula de admisión a la turbina manteniendo la
velocidad constante. Regulador hidráulico. Los reguladores hidráulicos operan regularmente
mediante bombas centrífugas o de engranes montados directamente sobre la flecha de la turbina.
Estas bombas trabajan con el aceite lubricante de la propia máquina, y tienen dos funciones que
desempeñar, lubricar las chumaceras de la máquina y sirven como gobierno de la misma.
Sistema de lubricación. Para la lubricación, existen dos sistemas diferentes:
Sistema de lubricación con anillo.
Sistema de lubricación a presión.
El sistema con anillo levantador de aceite consiste solamente en la colocación de anillos en
las chumaceras de tal manera que al girar levantan el aceite del recipiente de la chumacera y lo
depositan en el interior de ésta. Para mantener una temperatura adecuada del aceite lubricante, se
coloca un serpentín en la caja de aceite de la chumacera por el interior del cual circula agua. La
cantidad necesaria de ésta se controla por medio de una válvula.
El sistema de lubricación a presión está constituido por una bomba, la cual impulsa el aceite
lubricante hasta las chumaceras de la máquina. Previamente el lubricante pasa por un enfriador para
mantener la temperatura deseada y por un filtro para evitar que las impurezas lleguen a las
chumaceras. De las chumaceras regresa el aceite caliente por gravedad al tanque de aceite.
El sistema de sellado. En las partes del eje o rotor que sale de la envolvente, se requiere de la
instalación necesaria de empaquetaduras, ya que en el lado de alta presión no permiten fugas de
vapor hacia la atmósfera y ya en el lado de baja presión para evitar la entrada de aire, por
consiguiente pérdida de vacío en el condensador. Los sellos o empaquetaduras se utilizan también
en las carcasas y rotores entre los álabes fijos y los móviles. Los sellos son laberintos, donde el
vapor se va estrangulando en los diferentes pasos hasta reducir su presión. Para evitar fugas de
vapor por los claros que quedan entre la carcasa de la turbina y la flecha se han ensayado varios
sistemas de sellos, pero el más usual, y que se ha popularizado más por su sencillez es el que está
constituido por anillos de carbón. Están formados por varias secciones sostenidas en su periferia por
un resorte de acero. Es importante que las superficies de unión sean esmeriladas perfectamente y
solamente se coloca entre ellas un material sellante plástico, cuya característica principal debe ser
su resistencia a las altas temperaturas, es decir, que no debe endurecerse y formarse quebradizo.
63
Dispositivos de protección. Existen ciertas condiciones de operación que deben ser evitadas
por las turbinas por su alto grado de riesgo como son las vibraciones, velocidad excesiva de giro,
bajo vacío, operar sin lubricación, excesivo desplazamiento axial, alto nivel en los calentadores de
alta y baja presión y otras más. Es por eso que las turbinas cuentan con las siguientes protecciones:
disparo por bajo vacío, por alto nivel en el calentador de alta presión y baja presión, por solenoide,
por altas vibraciones, por sobre velocidad. La protección de sobre velocidad cuando por cualquier
causa, a una turbina de vapor se le disminuye la carga en forma repentina, tendera a aumentar su
velocidad de rotación, hasta valores muy altos, que podrían en peligro las partes de que está
formada, e inclusive ocasionar su destrucción total. Para evitar daño se han diseñado los
dispositivos "de sobre velocidad" los cuales mediante mecanismos, al alcanzar la turbina una
velocidad predeterminada, cierra en forma momentánea la válvula de admisión de vapor, llamada
de cierre rápido, haciendo que la turbina se pare. Este dispositivo de sobre velocidad se calibra para
que opere generalmente con una velocidad de 10 a 15% mayor que la velocidad de trabajo.
Válvula centinela. Es una válvula de seguridad pequeña instalada en la parte superior de la
carcasa y su función es la de operar una alarma cuando la presión en la caja de la turbina alcanza
valores peligrosos, avisando en esta forma que hay algo anormal en la operación de la turbina.
Válvula de relevo atmosférica. Esta válvula de seguridad se instala entre la brida de escape
de la turbina y la primera válvula de bloqueo en la línea de escape, y su función es la de proteger la
carcasa de la turbina. Esta válvula deberá ser de un tamaño suficiente que permita el paso de la
cantidad máxima de vapor que pasa por la turbina, sin que se eleve la presión arriba de valores
permisibles.
3.3 Panorama general
Las etapas de la turbina de vapor: Los escalonamientos de las turbinas tienen por objeto disminuir la
velocidad del rodete conservando una velocidad de los álabes próxima al vapor óptimo con relación
a la velocidad del chorro, es decir, esencialmente una mitad de la velocidad del chorro en los
rodetes de las turbinas de acción con un solo escalonamiento, y la equivalente a la velocidad del
chorro en los rodetes de reacción.
La velocidad de un chorro de vapor puede ser muy elevada, dependiendo de la presión y la
temperatura iniciales del vapor, así como también de la contrapresión. Si toda la energía se
transformase en trabajo útil con un solo escalonamiento, sería necesario que la turbina girase a una
velocidad comprendida entre 20 000 y 40 000 r.p.m. Tal velocidad exigiría un reductor mecánico de
dimensiones desproporciónales. Los dos tipos de escalonamiento utilizados corrientemente son: de
presión y de velocidad. En el primer caso la caída de presión se produce en grupos de toberas, de
forma que la velocidad resultante del vapor es suficientemente baja para ser absorbida por una
velocidad razonable de rodete. Este proceso se repite tantas veces como sea necesario para
expansionar el vapor completamente, y se denomina comúnmente escalonamiento Rateau.
El escalonamiento de velocidad consiste en producir una gran caída de presión en un grupo
de toberas y utilizar la velocidad resultante del vapor en tantos grupos de álabes como sean
necesarios. Este método de escalonamiento se conoce por principio de Curtis. La figura 1.a
representa una turbina de acción con dos escalonamientos de presión (Rateau) y la figura 1.b, otra
con dos escalonamientos de velocidad Curtis. La capacidad de transformación de energía del
escalonamiento Curtis es más grande que la del escalonamiento Rateau con menos escalonamientos
y con una construcción más económica. Sin embargo el principio Rateau es más eficiente.
64
Figura 3.9 Escalonamiento de velocidad o Curtis
Turbina de acción (a)
Escalonamiento de presión RATEAU (b)
Construcción de una sola válvula contra válvulas múltiples.
Se encuentran unidades de una sola válvula, cuando lo justifican las consideraciones
económicas de la planta. Cuando se usan, segmentos por separado del aro de toberas se controlan
por medio de válvulas de corte de accionamiento manual. Pueden especificarse las válvulas
manuales para consumo reducido de vapor con carga parcial o sobre carga, o bien, para la carga de
diseño con presiones reducidas de vapor. Las turbinas de válvulas múltiples limitan en forma
automática la caída de presión a través de las válvulas reguladoras, con lo que se minimiza en
consecuencia la perdida por estrangulación. El beneficio principal de una turbina de válvulas
múltiples es el hecho de que las boquillas que forman un arco corto son alimentadas por una sola
válvula, lo cual permite una mejor relación de velocidades que aquélla que se obtendría si todas las
toberas disponibles se alimentaran con la misma cantidad de vapor. Los diseños de los mecanismos
de distribución por las válvulas escalonarán la apertura de éstas de modo que las válvulas
subsiguientes sólo se abrirán cuando la válvula anterior esté por completo abierta. Las turbinas de
válvulas múltiples constituyen la mejor selección si se anticipan cambios frecuentes en la carga o
salidas variables, o bien, cuando los flujos volumétricos de admisión serán elevados.
Las turbinas de una sola etapa se encuentran en seis clases de construcción.
La clase 1 es adecuada para presiones no mayores que 250 psig (17.2 bar) y para
temperaturas que no sobrepasen 500°F (260°C)
65
Las clases 2 y 3 incorporan características de construcción adecuadas para una presión
máxima de 700psig (48.3 bar). El límite de temperatura para la clase 2 es de 650°F, y de 750°F para
la clase 3 (343 y 399 °C respectivamente).
Para presiones superiores a 700 psig (48.3 bar), la fundición se forma a partir de un patrón
diferente y, de lo contrario, se utilizan características de construcción adecuadas para una presión
máxima de hasta 900psig (62 bar).
Se requieren la clase 4,5 y 6, dependiendo de la temperatura.
La clase 4 es adecuada hasta para una temperatura máxima de 750°F (399°C).
La clase 5 se puede usar hasta 825° F (440° C).
La clase 6 hasta 900° F (482° C)
3.4 Tipos y controles
En las figuras 1.4.a hasta 1.4.h se muestran diseños sin condensación con su escape hacia un
cabezal del cual se usa el vapor para el proceso o para alimentar una turbina de presión más baja. En
las figuras 1.4.e hasta 1.4.h se representan unidades de condensación, con el escape a la presión más
baja que puede obtenerse, usando agua o aire como un sumidero de calor.
En las figuras 1.4.a y 1.4.e se ilustran las turbinas recta sin condensación y recta de
condensación, tipos sencillos en los que no se extrae flujo de la turbina entre su admisión y su
escape. En las figuras 1.4.b y 1.4.f se muestran las variaciones siguientes más simples, en las que se
dispone de vapor para el proceso proveniente de una extracción no controlada, o no automática.
La presión de la extracción es proporcional al flujo que pasa más allá de esa extracción, a
través de la unidad hasta su escape, y, de este modo, está relacionada con el flujo de vapor de
admisión y la propia extracción.
Las variaciones pueden incluir dos o más de esas extracciones no controladas. En la figura
3.10 se ilustran unidades con extracción automática que suministra vapor de proceso a una presión
controlada.
Las válvulas de control de la extracción regulan el flujo hacia la sección de escape de la
turbina. Si un aumento en la demanda del proceso hiciera que la presión de la extracción cayera por
debajo del valor de ajuste, la válvula se cierra, con lo que se reduce el flujo hacia la sección de
escape, elevando la presión de la extracción y desviando un flujo adicional hacia esa extracción.
En la figura 3.10 se muestran unidades de doble extracción automática, en las que un
segundo juego de válvulas internas de control de la extracción da lugar a una extracción controlada
a dos presiones. Aun cuando no se muestra aquí, la triple extracción automática es una variación
adicional.
66
Figura 3.10
Recta sin condensación. La configuración más sencilla de una turbina de vapor es el diseño
de recta sin condensación. La salida de la turbina es función de las condiciones iniciales del vapor,
de la presión de escape de la propia turbina y de la demanda de vapor del proceso. La producción de
potencia de este tipo de unidad queda limitada por la demanda del proceso, a menos que se cree una
demanda artificial mediante el uso de un desfogue del vapor en el escape.
En la figura 3.4 se muestra una sección transversal de una turbina típica de vapor sin
condensación. En la caja superior se muestran las válvulas de admisión de disco con movimiento
vertical, las que se colocan en posición mediante levas. La caja está formada por dos mitades, cada
una de ellas fabricada a partir de una sola pieza fundida en acero. El pedestal frontal, mostrado a la
izquierda, contiene el cojinete de empuje, la primera chumacera y los aparatos de control.
67
La turbina se encuentra anclada en su extremo de escape. La expansión térmica de la carcasa
es absorbida por el soporte flexible que está por debajo del pedestal frontal. La trayectoria del vapor
es el correspondiente a la de acción, del tipo de rueda y diafragma, en el que las paletas móviles van
montadas en la periferia de las ruedas maquinadas a partir de una forja maciza. Los diámetros de las
empaquetaduras entre las ruedas se hacen pequeños para minimizar las fugas por las
empaquetaduras entre las etapas. Una flecha de diámetro pequeño actúa para minimizar los
esfuerzos térmicos transitorios, con lo que optimiza las características de arranque y de carga. La
mayor parte de la caída de presión en las etapas tiene lugar a través de las toberas en los diafragmas
estacionarios. Las empaquetaduras de anillo, apoyadas mediante resortes, se sellan contra la flecha
giratoria. A la derecha se muestra el acoplamiento sólido hacia la carga impulsada.
Figura 3.11 Vista de la sección transversal de turbina de vapor típica de transferencia mecánica
Sin condensación con extracción automática. Las plantas industriales que tienen demandas
de vapor a dos o más niveles de presión se pueden beneficiar con el uso de estas turbinas. Éstas
proporcionan la flexibilidad para responder de manera automática a las variaciones en las demandas
de vapor, tanto en la extracción como en el escape. De condensación con extracción automática.
Estas unidades proporcionan flexibilidad adicional en la operación y la capacidad de controlar la
generación de energía eléctrica, así como las presiones en los cabezales para los procesos. Resultan
muy adecuadas para los sistemas de generación por terceros, debido a su capacidad para manejar las
variaciones en los requisitos del vapor que se extrae, manteniendo al mismo tiempo la entrega de
energía eléctrica a la empresa de servicio. Se puede determinar su tamaño para que generen
electricidad considerablemente en exceso de la asociada con los flujos de extracción de vapor.
Cuando el flujo de extracción o de admisión son mayores que el 25% del flujo a través de la
turbina, normalmente se usa un mecanismo automático de distribución por válvulas de extracción/
admisión. En la figura 3.12 se muestra una turbina de vapor de condensación y una sola extracción
automática. Se trata de una máquina de una sola carcasa y flujo sencillo, con dos cojinetes. En esta
máquina se utilizan válvulas de levantamiento por leva y una caja de toberas de 360°. Esta última
por lo general se aplica en las turbinas con presiones de admisión de más de 900psig. (62.0 bar). En
esta turbina también se utiliza una construcción de casco doble entre la caja de toberas de admisión
y las válvulas de extracción. Este diseño de casco doble limita la presión y la temperatura del vapor
a las que se expone la carcasa exterior, proporciona la mayor flexibilidad en la carcasa de la turbina,
requerida por las máquinas que deben tolerar variaciones en el proceso. La configuración del
mecanismo de distribución por las válvulas en la extracción de la figura 3.5 también es un diseño de
válvula de disco con movimiento vertical, con un mecanismo de levantamiento por varilla. La caja
de vapor es un diseño fabricado que se encuentra dividida para hacer pasar el flujo desde cada
válvula hacia un número especificado de toberas en el diafragma de extracción.
68
El rango de control para estas válvulas es + 10% de la presión normal en esa etapa. El
beneficio principal del mecanismo interno de distribución por válvulas en la extracción es su
capacidad para controlar el flujo, desde una amplia abertura hasta sólo una pequeña, hacia la
sección de condensación, según se requiera para mantener fría esa sección.
Figura 3.12 Turbina de condensación con una sola extracción automática
En la figura 3.13 se muestra una turbina de vapor de condensación con doble extracción
automática. Es una máquina de una sola carcasa y flujo sencillo, con dos cojinetes. La carcasa
comprende un casco de acero fundido, después de la segunda extracción, usando una unión vertical,
los componentes superiores e inferior de la carcasa están atornillados entre sí con una unión
horizontal. Las válvulas de admisión son de disco con movimiento vertical, con un mecanismo de
levantamiento por varilla. Las válvulas de extracción que se ilustran para la primera extracción son
de carrete interior. Con las válvulas de carrete, un árbol de levas horizontal y externo levanta cuatro
vástagos verticales. Cada vástago coloca en posición dos válvulas internas de carrete, cada una de
ellas en las mitades superior e inferior de la turbina.
Las válvulas están diseñadas para abrir en forma secuencial, suministrando la ventaja de
eficiencia de las admisiones de arcos parciales múltiples hacia el grupo de la etapa inmediato
corriente abajo. Para la segunda extracción, se muestra una válvula de extracción de flujo axial. Las
válvulas de rejilla o de flujo axial son adecuadas para aplicaciones de baja presión y altos flujos
volumétricos.
El beneficio adicional es el claro relativamente corto que se requiere. En el extremo de baja
presión, que es el extremo de propulsión, se muestra un aparato de palanca para el arranque que se
usa para hacer girar la flecha cuando la turbina se está enfriando. A menudo se utilizan estos
aparatos en turbinas de elevada temperatura de admisión, por arriba de 850°F (455°C), y cuando el
claro del cojinete es mayor que 150pulgadas (3810mm).
La turbina con doble extracción automática que se muestra en la figura 1.7 tiene el mismo
mecanismo de distribución por válvulas en la admisión que la máquina antes descrita pero, para la
primera extracción, tiene uno de estos mecanismos de levantamientos de levas, con una caja fundida
de toberas. Éste es el diseño que se usa normalmente para presiones modernas de extracción, que
van desde 650 hasta 250 psig. (45 a 17bar). En la segunda extracción se usa el diseño de válvula de
carrete levantada por varilla.
El volumen del vapor aumenta con rapidez conforme ese vapor se expande hasta la presión
del condensador. Por lo tanto, la longitud de las paletas (álabes que forman el rotor de la turbina) se
incrementa con rapidez entre la admisión de la sección de LP y las paletas de la última etapa.
69
Figura 3.13 Turbina de condensación con doble extracción
Turbinas de acción y de reacción. Históricamente, las turbinas de vapor se han dividido en
turbinas de acción y de reacción, con base en el aspecto termodinámico (figura 14), y en de flujo
axial y radial. La turbina de acción es adecuada para volúmenes pequeños de flujo. El subsiguiente
aumento gradual, pero siempre acelerado, en el consumo de electricidad condujo a un rápido
aumento gradual en las capacidades unitarias de las turbinas de las estaciones generadoras. Al
principio, las salidas requeridas para las impulsiones mecánicas permanecieron más modestas,
siendo la mayor de estas turbinas del tipo de acción. En los años que siguieron, las turbinas de
reacción también empezaron a ser utilizadas para impulsiones mecánicas. Las cuales llegaron a ser
las más grandes en servicio, que impulsaban bombas y compresores. Las diferencias esenciales
entre los dos tipos se pueden considerar en dos categorías: termodinámicas y de construcción.
Figura 3.14 Acción y reacción
Para comparar los diseños de acción y reacción, resulta útil tomar una característica
adimensional, siendo el más adecuado el coeficiente volumétrico. Si en primer lugar se compara el
empalletado de acción (curva a) con el de reacción, con sellado en la punta, es decir, sin aro de
refuerzo, (curva b) se llega a la relación expresada en la tabla 3 también, a partir del gráfico 3.1, se
puede ver que, con la turbina de reacción, es posible tener una mejora apreciable en la eficiencia, en
especial con los bajos coeficientes volumétricos, al usar aros de refuerzo (curva c). Sobre bases
económicas, esta técnica se ha convertido en una práctica estándar para las turbinas de estaciones
generadoras, por encima de cierta capacidad.
70
El costo y la experiencia con velocidad variable son aspectos posibles, para hallar la
eficiencia global de la turbina de reacción, también se deben tomar en cuenta las pérdidas debidas al
émbolo compensador de empuje. Sin embargo, contemplado en su conjunto, se mantienen el hecho
de que la máquina de acción tiene sus ventajas cuando, se mantiene el hecho de que la máquina de
acción tiene sus ventajas cuando sus capacidades son bajas, en tanto que para las capacidades
nominales medianas y elevadas, resulta importante especificar, los méritos de la construcción del
tipo de reacción.
Tabla 3.2 Comparación básica entre las turbinas de acción y de reacción
Gráfico 3.1
Comparación de la eficiencia del empaletado de acción y de
Reacción: a= empaletado de acción; b= empaletado de reacción con sellado
En las puntas; c=empaletado de reacción con aro de refuerzo; =coeficiente
Volumétrico =v/r u; v= volumen del flujo; r=radio (centro del paso de los
Álabes; u= velocidad de rotación
3.5 Diseño
Rotor. La construcción y el comportamiento del rotor son vitales en la determinación de si una
turbina se comporta en forma apropiada. Las diferencias en los dos tipos de máquinas se pueden
resumir como sigue:
Tipo de acción:
Los rotores se componen de discos, hechos en general a partir de una pieza maciza.
71
Desde el punto de vista de la vibración, los discos son estructuras independientes y se debe
considerar su comportamiento en el diseño. En servicio, las vibraciones de estos discos se
sobreponen a la vibración del rotor. Esto puede dar por resultado un patrón complejo de vibración.
Los defectos del material pueden exigir que se deseche el rotor completo.
Con los rotores de disco de diámetro relativamente pequeño, los cambios rápidos en la
temperatura, por ejemplo en el arranque, vienen acompañados de una mayor tendencia a la
distorsión.
La masa principal del rotor se encuentra en su centro. Dado que los álabes se fijan en el
exterior de los delgados discos, cuando se balancea, un rotor de este tipo es un tanto más sensible a
la distribución uniforme de la masa de los álabes que un rotor de reacción.
Tipos de reacción:
Los rotores se producen en la forma de un tambor maquinado a partir de una pieza maciza o
compuesta por forjas separadas. Se han construido en secciones soldadas entre sí.
El rotor se puede tratar térmicamente en forma uniforme, por lo tanto, en todo él se pueden
lograr excelentes propiedades de resistencia.
El rotor se puede sujetar a pruebas con mucha facilidad.
En el caso de rechazos, las secciones se pueden reemplazar con facilidad y Rapidez.
En el rotor se distribuyen los esfuerzos en forma pareja.
Si el rotor de una turbina de reacción se produce a partir de una pieza maciza, se presenta la
misma situación del rotor del tipo de acción, en el caso de defectos en el material.
Velocidad crítica.
Precisamente tan básica como la cuestión de cuál es la clase de turbia más adecuada, es la
cuestión de si la velocidad del rotor debe encontrarse por arriba o por debajo del valor crítico. Los
dos tipos se han construido en forma su crítica y supercrítica y no se puede manifestar lógicamente
una clara preferencia por uno o por el otro. Al comparar los dos tipos de máquinas, se puede
suponer que el castigo en la eficiencia con la operación su crítica es mayor en el caso de la turbina
de acción.
La razón de este hecho es que al aumentar la velocidad crítica del rotor, tiene que agrandarse
los diámetros de los cubos, con lo cual se aumentan mucho las pérdidas por fugas, que de lo
contrario sería un punto a favor de la construcción de acción. Además, los siguientes requisitos son
esenciales para la operación confiable de cualquier rotor:
Diseño apropiado del rotor y de los cojinetes.
Selección correcta del tipo de cojinete.
Balanceo excelente.
Empaletado.
72
Aparte del rotor, el empaletado de las turbinas de acción de reacción muestran las
diferencias más marcadas. Por su naturaleza, la máquina de reacción requiere del 75 al 85% más
etapas que una de acción, para la misma caída térmica. A pesar de esto, las carcasas de los dos tipos
tienen aproximadamente la misma longitud, debido que una sola etapa de reacción es mucho más
corta en la dirección axial que una etapa de acción, en donde los álabes móviles y el espacio entre
los mismos abarcan más longitud.
Vibración.
Si se desea examinar el comportamiento del empaletado en operación normal, basta con
considerar los esfuerzos dinámicos sobre los álabes. Las fuerzas estáticas (la fuerza centrífuga y la
ejercida por el flujo) se pueden predecir con exactitud suficiente, las fallas de los álabes casi se
deben por completo a los esfuerzos dinámicos. Aun cuando, en teoría, no se puede producir un
conjunto de álabes sin resonancia, es posible diseñar y fabricar empaletado de modo que se eviten
las resonancias peligrosas y no se presenten esfuerzos inaceptablemente elevados. Las condiciones
necesarias se pueden considerar por separado para las etapas con admisión parcial y plena.
Etapas de control.
En esencia, las condiciones en la etapa de control, con admisión parcial, son las mismas para
los dos tipos de máquinas. Para garantizar que esta etapa funciona de manera confiable:
Bajo nivel de esfuerzos.
Diseño cuidadoso de la fijación de los álabes.
Álabes unidos para formar segmentos o paquetes.
Daños a los alabes.
Se ha sugerido que los álabes móviles de una turbina de acción se encuentran sujetos a una
mayor tendencia a vibrar que los de una turbina de reacción. En ocasiones, ha salido a la superficie
esta disputa en las estadísticas acerca de los daños en los álabes.
En una de éstas se lista un caso de daños a los alabes de acción por cada millón de horas de
funcionamiento del componente, en tanto que ese índice para las turbinas de reacción fue sólo de
una vez por cada 3.8 millones de componente-hora. Si también se toman en consideración el
número de componentes (número de etapas), el promedio para una turbina de acción parecería ser
de un caso de daño de los álabes en 25,000h de operación, contra uno en56, 000 h, para la turbina
de reacción.
Empuje axial.
En circunstancias normales, en una turbina de acción, el empuje axial es pequeño porque
nada de la caída de presión, o sólo una parte pequeña de ella, ocurre en los álabes móviles. No
obstante, puede cambiar la distribución de la presión en la turbina: por ejemplo, debido a la
presencia de depósitos sólidos sobre los álabes. En ese caso, pueden surgir fuerzas considerables de
empuje y éstas pueden presentar un peligro mayor para la turbina de acción que para la máquina de
reacción, en virtud de que la presión más elevada en el frente de la fila móvil actúa sobre todo el
disco.
73
Los agujeros maquinados en los discos tienden a equilibrar estas diferencias de presión. Las
variaciones en el empuje no presentan problemas en las turbinas de reacción, si cada carcasa de las
mismas se les coloca su propio émbolo compensador, lo cual siempre es el caso con las turbinas de
una sola carcasa. El émbolo compensador suele formarse con varios diámetros escalonados, de
modo que las condiciones anormales de empuje, causadas por depósitos de minerales o por cambios
en los gastos de extracción no tengan efecto, o ese efecto sea pequeño, sobre la confiabilidad de la
turbina.
3.6 Mantenimiento
Mantenimiento preventivo: Una turbina de vapor es un equipo especialmente agradecido con el
mantenimiento preventivo. Al ser un equipo en general bien conocido (es la máquina térmica más
antigua), los fabricantes suelen haber resuelto ya la mayor parte de sus problemas de diseño. Por
tanto, una operación cuidadosa y un adecuado plan de mantenimiento programado se traducen
necesariamente en una alta disponibilidad.
Figura 3.15 Rotor de turbina durante una revisión
Mantenimiento operativo diario.
Comprobación de alarmas y avisos.
Vigilancia de parámetros (niveles de vibración, revoluciones, temperaturas de entrada y
salida del vapor, presiones de entrada y salida, presión, temperatura y caudal de aceite de
lubricación, presión de vacío del depósito de aceite de lubricación, comprobación de nivel de aceite,
presión diferencial de filtros, entre otros).
Inspección visual de la turbina y sus auxiliares (fugas de aceite, fugas de vapor, fugas de
agua de refrigeración, ruidos y vibraciones anormales, registro de indicadores visuales).
Mantenimiento Quincenal
Inspección visual de la turbina.
Inspección de fugas de aceite.
Limpieza de aceite (si procede).
Comprobación del nivel de aceite.
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Inspección de fugas de vapor.
Inspección de fugas de agua de refrigeración.
Lectura de vibraciones (amplitud).
Inspección visual de la bancada.
Purga de agua del aceite de lubricación.
Inspección visual del grupo hidráulico de aceite de control.
Inspección visual del sistema de eliminación de vahos.
Tareas de mantenimiento de carácter mensual
Muestra de aceite para análisis.
Purga de agua del aceite.
Comprobación de lubricación de reductor y de alternador.
Análisis del espectro de vibración en turbina, reductor y alternador, a velocidad nominal.
Revisión anual. Si se realizan todas las actividades que se detallan en esta lista, en realidad
se están eliminando todas las causas que provocan las averías más frecuentes. Si se compara esta
lista de tareas con la lista de averías más frecuentes se puede comprobar que esta revisión está
orientada a evitar todos los problemas habituales de las turbinas. La razón de la alta disponibilidad
de estos equipos cuando se realiza el mantenimiento de forma rigurosa es que realmente se está
actuando sobre las causas que provocan las principales averías.
Figura 3.16 Analizador de vibraciones
Análisis del espectro de vibración de turbina, reductor y alternador, a distintas velocidades y
en aceleración. Se verifica así la posible ausencia de problemas en cojinetes, el estado de la
alineación y el equilibrado de los tres equipos. Es importante tener en cuenta que es mucho más
adecuado realizar el análisis con los detectores de posición del eje con los van equipados las
turbinas, en vez de hacerlo con sensores tipo ‘acelerómetro’ que se instalan en la carcasa.
75
Inspección boroscópica de álabes. Con esta tarea se comprueba el estado de los álabes, las
posibles incrustaciones que puedan haber aparecido en la superficie de éstos y defectos en algunos
de ellos, por roces o impactos.
Apertura de cojinetes y comprobación del estado. Cambio de cojinetes si procede. La mayor
parte de los cojinetes pueden cambiarse o revisarse sin necesidad de abrir la turbina. Esto garantiza
un funcionamiento ausente de vibraciones causadas por el mal estado de los cojinetes de apoyo y/o
empuje.
Cambio de aceite, si procede (según análisis). Si es necesario se sustituye el aceite, pero no
es habitual cambiar el aceite de forma sistemática sin haber detectado síntomas de que está en mal
estado. Esta acción evita trabajar con un aceite en mal estado y garantiza la ausencia de problemas
de lubricación.
Cambio de filtros de aceite. Esto garantiza el buen estado del aceite y la filtración de
partículas extrañas.
Inspección de la válvula de regulación de turbina. Esto garantiza el buen estado de los
elementos internos de la válvula, su correcto funcionamiento, y la comprobación del filtro de vapor
de la válvula, lo que hará que la regulación sea la correcta, no haya problemas de sincronización ni
de regulación y no pasen elementos extraños a la turbina que puedan haber sido arrastrados por el
vapor.
Inspección del grupo hidráulico. Cambio de filtros y de aceite, si procede.
Inspección del sistema de eliminación de vahos. El funcionamiento a vacío del depósito de
aceite garantiza que los vapores que se produzcan, especialmente los relacionados con el agua que
pueda llevar mezclado el aceite, se eliminan. Eso ayudará a que la calidad del aceite de lubricación
sea la adecuada.
Comprobación de pares de apriete de tornillos. El apriete de los tornillos de sujeción a la
bancada y los tornillos de la carcasa, entre otros, deben ser revisado. Esto evitará, entre otros,
problemas de vibraciones debidos a un deficiente anclaje.
Comprobación de alineación de turbina-reductor y reductor-alternador. Se haya detectado o
no en el análisis de vibraciones, es conveniente comprobar la alineación mediante láser al menos
una vez al año. Esto evitará problemas de vibraciones.
Comprobación del estado de acoplamiento turbina reductor y reductor-alternador. La
comprobación visual de estos acoplamientos elásticos evitará entre otros efectos la aparición de
problemas de vibración.
Calibración de la instrumentación. Muchas de las señales incorrectas y medidas falsas que
provocarán un mal funcionamiento de la turbina pueden ser evitados con una calibración
sistemática de toda la instrumentación.
Inspección visual de los sellos laberínticos, por si se hubieran dañado desde la última
inspección.
76
Comprobación de la presión del vapor de sellos. La presión de sellos debe estar regulada a
una presión determinada, ni más ni menos. Una menor presión hará que el vapor escape al exterior,
se pierda energía y se puedan provocar algunos daños (en algunos casos la contaminación del
aceite, al entrar ese vapor en el cojinete, que suele estar muy cerca; en otros, puede afectar a algún
sensor de medida no preparado para recibir el vapor caliente).
Termografía de la turbina. Esta prueba, a realizar con la turbina en marcha, permitirá saber
si se están produciendo pérdidas de rendimiento por un deficiente aislamiento o por fugas de vapor.
Limpieza y mantenimiento del cuadro de control. Curiosamente, muchas averías en sistemas
eléctricos y electrónicos están causados por la suciedad. Mantener los cuadros en su correcto estado
de limpieza garantiza la ausencia de estos problemas.
Inspección del virador. El virador es un elemento importantísimo durante las paradas. Un
mal funcionamiento supondrá una dificultad o imposibilidad de arrancar la turbina. La inspección es
sencilla y garantiza el correcto arranque tras una parada.
Prueba de potencia. Al finalizar la inspección será conveniente comprobar las prestaciones
de la turbina, especialmente la potencia máxima que es capaz de alcanzar.
Limpieza de alternador. La limpieza interior del alternador especialmente los que se
refrigeran por aire, suelen realizarlo empresas especializadas, con productos especiales. Garantiza la
ausencia de graves averías.
Verificación eléctrica del alternador. Es necesario verificar tanto el alternador como sus
protecciones. En el caso de que el personal habitual no tenga los conocimientos oportunos es
conveniente realizarlo con empresas especializadas.
Cambio de filtros del alternador. Los filtros de aire del alternador, especialmente en los
refrigerados con aire, tienen como misión garantizar que aire en contacto con los bobinados está
limpio. La comprobación del estado de estos filtros y su sustitución aprovechando la parada anual
suelen garantizar la ausencia de problemas en la filtración del aire.
Figura 3.17 Rotor de turbina durante una revisión
77
Figura 3.18 Cojinete de apoyo radial
Figura 3.19 Alineación por láser de turbina de vapor
Principales repuestos:
Del análisis de las averías que puede sufrir una turbina se deduce el material que es
necesario tener en stock para afrontar el mantenimiento. Todas las piezas que la componen pueden
dividirse en cuatro categorías:
Tipo A: Piezas que es necesario tener en stock en la planta, pues un fallo supondrá una
pérdida de producción inadmisible. Este, a su vez, es conveniente dividirlo en tres categorías:
Material que debe adquirirse necesariamente al fabricante del equipo. Suelen ser piezas
diseñadas por el propio fabricante.
Material estándar. Es la pieza incorporada por el fabricante del equipo y que puede
adquirirse en proveedores locales.
Consumibles. Son aquellos elementos de duración inferior a un año, con una vida fácilmente
predecible, de bajo coste, que generalmente se sustituyen sin esperar a que den síntomas de mal
estado. Su fallo y su desatención pueden provocar graves averías.
Tipo B: Piezas que no es necesario tener en stock, pero que es necesario tener localizadas.
En caso de fallo, es necesario no perder tiempo buscando proveedor o solicitando ofertas. De esa
lista de piezas que es conveniente tener localizadas deberemos conocer, pues, proveedor, precio y
plazo de entrega.
78
Tipo C: Consumibles de uso habitual. Se trata de materiales que se consumen tan a menudo
que es conveniente tenerlos cerca, pues ahorra trámites burocráticos de compra y facilita la
operatividad del mantenimiento.
Tipo D: Piezas que no es necesario prever, pues un fallo en ellas no supone ningún riesgo
para la producción de la planta (como mucho, supondrá un pequeño inconveniente).
En cuanto a los criterios de selección del stock, hay que tener en cuenta cuatro aspectos:
Criticidad del fallo. Los fallos críticos son aquellos que, cuando suceden, afectan a la
seguridad, al medioambiente o a la producción. Por tanto, las piezas necesarias para subsanar un
fallo que afecte de manera inadmisible a cualquiera de esos tres aspectos deben ser tenidas en
cuenta como piezas que deben integrar el stock de repuesto.
Consumo. Tras el análisis del histórico de averías, o de la lista de elementos adquiridos en
periodos anteriores (uno o dos años), puede determinarse que elementos se consumen
habitualmente. Todos aquellos elementos que se consuman de forma habitual y que sean de bajo
coste deben considerarse como firmes candidatos a pertenecer a la lista de repuesto mínimo. Así,
los elementos de bombas que no son críticas pero que frecuentemente se averían, deberían estar en
stock (retenes, rodetes, cierres, etc.). Determinados elementos sensores, como termopares, sensores
de posición, presos tatos, etc., que trabajan en condiciones difíciles que por tanto sufren averías
frecuentes, suelen formar parte de este stock por su alto consumo. Por último, aquellos consumibles
de cambio frecuente (aceites, filtros) deberían considerarse.
Plazo de aprovisionamiento. Algunas piezas se encuentran en stock permanente en
proveedores cercanos a la planta. Otras, en cambio, se fabrican bajo pedido, por lo que su
disponibilidad no es inmediata, e incluso, su entrega puede demorarse meses. Eso puede suponer
una alta indisponibilidad del motor, en caso de llegar a necesitarse. Por tanto, aquellas piezas
necesarias para la reparación de un fallo no crítico cuya entrega no sea inmediata y pueda
demorarse durante meses, podría ser interesante que en algunos casos formaran parte del almacén
de repuesto.
Coste de la pieza. Puesto que se trata de tener un almacén con el menor capital inmovilizado
posible, el precio de las piezas formará parte de la decisión sobre el stock de las mismas. Aquellas
piezas de gran precio (grandes ejes, coronas de gran tamaño, equipos muy especiales) no deberían
mantenerse en stock en la planta, y en cambio, deberían estar sujetas a un sistema de mantenimiento
predictivo eficaz. Para estas piezas también debe preverse la posibilidad de compartirse entre varias
plantas. Algunos fabricantes motores ofrecen este interesante servicio.
Teniendo en cuenta todo esto, las piezas que suelen mantenerse en stock para afrontar el
mantenimiento de una turbina de vapor son los siguientes:
79
Tabla 3.3 Repuestos
Descripción del repuesto habitual para turbinas de vapor
Juego de cojinetes radiales y axiales
Tarjetas de entradas/salidas del sistema de control
Sellos de carbón (si los tiene)
Válvula de admisión: elementos internos de la válvula, set completo + filtro de vapor
Instrumentación:
-Sensores de velocidad y posición (pick-up)
-Sensores de temperatura y termopares
-Sensores de presión
-Transmisores
Manómetros y termómetros visuales
Filtros de aceite y aire
Filtros de aire del alternador
Válvulas manuales y trampas de vapor
Causas principales de paradas forzadas:
Con respecto a la categoría más costosa y que causa más problemas, la de las paradas
forzosas, el resumen de un análisis anual de 60 turbogeneradores durante un periodo de dos años
aporta los siguientes datos:
Principales causas de las paradas forzosas.
Causa porcentaje del tiempo de paro forzoso.
1. Depósitos internos en la ruta del vapor 50
2. Inducción o inyección de agua 21
3. Alimentación de aceite lubricante 16
4. Sistema de control 4
5. Problemas varios en las válvulas de la turbina
6. Sistema hidráulico de alta presión 2
7. Diversos problemas electrónicos en la turbina
8. Problemas varios en el generador 2
9. - Sistema estático de excitación 0.5
10. Problemas eléctricos varios en la turbina.
11. Varios 0.4100
80
Es evidente que los depósitos en la ruta del vapor, los problemas de inducción o inyección
de agua y las fallas del sistema de lubricación representan el 87% del total el tiempo perdido por
paradas forzosas. También es importante notar que estas causas específicas reflejan en gran parte la
calidad del diseño de la central, y de las condiciones generales ambientales y de explotación. Si bien
es cierto que existe una necesidad constante de mejorar el diseño de los turbogeneradores, también
es evidente que para lograr una mejora general en la disponibilidad de las máquinas es necesario
considerar las funciones y condiciones de explotación. Algunas razones de fallas no figuran en la
lista de las causas principales de paradas forzosas, que son, en realidad, conspicuas por su ausencia.
Entre las faltantes se encuentran los cambios en la alineación, vibraciones, fallas de álabes y
toberas, y grietas en la carcasa de fundición. Estos no son errores de omisión; estadísticamente y en
la práctica, estas simplemente no son causas significativas de paradas forzosas.
Paradas diferidas.
Las paradas diferidas son menos críticas en cuanto a su impacto en el funcionamiento de la
central, aunque en si pueden causar problemas considerables. Las causas más prominentes de dicho
tipo de paradas son:
Causas de paradas diferidas:
1. Fugas en el sistema de lubricación o en el sistema hidráulico.
2. Fugas en el enfriador (aceite/ aire/ hidrógeno)
3. Cambio en la calidad de respuestas o eficacia del sistema de control
4. Mal funcionamiento de los instrumentos
5. Mal funcionamiento de algún componente eléctrico, electrohidráulico o mecánico-hidráulico no
crítico
6. Cambio prolongado en el nivel de temperatura de los cojinetes
7. Cambio prolongado en el nivel de las vibraciones
8. Fuga de vapor
Causas de paradas planeadas:
1. Abertura programadas con inspección y mantenimiento completos
2. Inspección y mantenimiento parciales o limitados programados
3. Efectos de las prácticas de explotación de la central (depósitos, corrosión, etc.)
Históricamente, el tiempo de las paradas planeadas representa perdida más grande en la
disponibilidad de las unidades turbogeneradoras. Con las inspecciones principales, incluyendo una
abertura de la turbina, programada cada tres años, el tiempo de las paradas planeadas variara, sobre
una base anual prorrateada, desde aproximadamente 50 horas para una unidad de 5 000 kW hasta
aproximadamente 12 horas para una unidad de 40 000 kW.
81
Evidentemente, en cualquier caso determinado, el tiempo de inspección es afectado en un
grado considerable por las demandas de mantenimiento general de la central, la disponibilidad de
piezas de repuesto, las condiciones laborales locales, y una variedad de otros factores. Estas
consideraciones externas pero muy reales hacen que la interpretación de los tiempos de paradas
indicados en los estudios periódicos sea un proceso un tanto incierto, pero los tiempos indicados
anteriormente parecen ser razonablemente representativos de los casos normales. Los trabajos
limitados de inspección y mantenimiento del turbogenerador se planean habitualmente para que
coincidan con otras paralizaciones breves programadas de la central. Cuando planean debidamente
como parte de un programa de mantenimiento total integrado de los turbogeneradores, las
inspecciones parciales pueden representar un factor clave en la reducción de la duración de las
inspecciones principales y en la prolongación de los intervalos entre inspecciones.
Recomendaciones:
El fin de las siguientes recomendaciones es el de reducir al mínimo la probabilidad de que
surjan problemas en los álabes de la última etapa debidos al funcionamiento con alta presión de
escape, y para contribuir a la certidumbre de que la acción de alarma y disparo será iniciada
oportunamente:
1. Evítense las presiones de escape superiores a 5 pulgadas hga
2. Las pruebas de telemetría han revelado amplitudes de vibración bajo cargas livianas con alta
presión del escape que podrían, en un álabe seriamente erosionado por el agua o con una grieta por
tenso corrosión, resultar en una falla por la prolongación de tales discontinuidades.
3. La alarma de vacío deberá fijarse a 5 pulgadas hga si durante el funcionamiento la presión en el
escape aumenta por sobre 5 pulgadas hga, la carga deberá reducirse hasta que se restablezca el
vacío correcto. Debido al riesgo de vibraciones u oscilaciones aerodinámicas, la reducción de la
carga para mejorar la presión en el escape no deberá llagar a menos del 30% de la capacidad
nominal mientras la presión supere las 5 hga, si la presión en el escape excede las 5hga al
alcanzarse el 30% de la capacidad nominal, la unidad deberá ser disparada, asegurándose de que
todas las válvulas de la turbina se cierren antes de que se abra el disyuntor principal, para evitar un
incidente de exceso de velocidad.
4. El ajuste del disparo por vacío debe reducirse de 10pulgadas hga a 7.5 pulgadas hga. Esto
ofrecerá una medida adicional contra el funcionamiento inadvertido a presiones muy superiores a 5
pulgadas hga. La verificación y reajuste de la alarma y del disparo deben hacerse prontamente.
5. El vacío de puesta en marcha debe ser el mejor que se pueda lograr, debiéndose evitar presiones
en el escape superiores a 5 pulgadas hga.
6. El vacío no debe interrumpirse antes de que la velocidad se reduzca a 2000-2500 RPM para las
turbinas con las velocidades nominales de 30003600 RPM, y a 900-1200 RPM para las velocidades
nominales de 1500- 1800 RPM. En el caso de una condición de emergencia que requiera que la
turbina sea detenida lo más pronto posible, puede ser necesario interrumpir el vacío inmediatamente
para reducir al mínimo las averías generales que pudiera sufrir la unidad.
Alta temperatura de escape:
La unidad puede funcionar continuamente bajo carga liviana cuando la temperatura de la
cubierta del escape es 175°F. Debe recordarse que hay dos razones para controlar la temperatura del
escape:
82
1. Para impedir que la temperatura elevada levante el cojinete debido a la dilatación del acero más
caliente desde la línea del suelo hasta su junta horizontal en las patas laterales. Esto cargaría al
cojinete, causando una posible inestabilidad.
2. La segunda razón es impedir un enfriamiento rápido de la carcasa del escape, la cual es de
construcción más liviana que el rotor, causando una dilatación diferencial entre el rotor y la carcasa
que podría afectar la tolerancia axial entre las partes giratorias y las estacionarias.
Condiciones anormales en la admisión.
Debe mencionarse que pueden surgir los siguientes problemas en el caso de periodos
prolongados de condiciones poco comunes en la admisión.
1. Las presiones y/o temperaturas elevadas aumentan los esfuerzos de trabajo de las piezas a
contener la presión. Las mismas pueden, si son lo suficientemente altas, aumentar la fluencia del
material y causar cambios permanentes en las piezas. Eso podría causar fugas de vapor u otros
cambios en los espacios libres que afectaran el juego radial y axial de las partes.
2. El funcionamiento a baja temperatura tiene el efecto, bajo cualquier carga determinada, de
desplazar la región húmeda de la unidad hacia la admisión y de aumentar el contenido de humedad
en las etapas del escape. Este efecto puede verse como una erosión acelerada en los diafragmas y en
los álabes más largos.
Recomendaciones para un programa efectivo de Inspección.
El propósito de un programa de observación o supervisión es el de identificar el deterioro
del servicio o de la condición física, usando como referencia una norma establecida anteriormente.
El primer paso en la preparación de un programa de inspección es identificar la relación que existe
entre causa y efecto; este proceso comienza con la presunción de que existe un problema
determinado.
Se establece el efecto probable, se identifican los síntomas detectables y, finalmente, se
selecciona un procedimiento apropiado de diagnóstico. Esta es a la secuencia usada para desarrollar
esta información sobre rotores de turbinas; y deja ver cómo puede reunirse esta información
básica para servir de guía en la planificación de la instrumentación y de los procedimientos de
diagnóstico.
Niveles de inspección:
Algunas condiciones que reflejan las buenas condiciones físicas de la maquinaría se pueden
determinar con las mediciones cuantitativas hechas con las herramientas o instrumentos disponibles
actualmente. Otras condiciones deben ser evaluadas mediante alguna otra forma de inspección que
requiere que se saque de servicio el equipo, ya sea con desmontaje parcial o sin él. Un programa
bien planeado de inspecciones parciales, en que cada una de las cuales tenga como final
determinación o verificación de una condición especifica es, por lo tanto, una parte esencial de
cualquier programa completo de inspección de la maquinaria. Todo programa debe reconocer que
hay varios niveles prácticos de inspección. Esta condición se efectúa clasificando los
procedimientos de diagnóstico en tres niveles de inspección:
1. En servicio.
2. Parada/inspección parcial.
83
3. Parada/abertura total.
El objetivo es destacar las oportunidades para obtener el máximo de información con la
máquina en servicio. Un programa efectivo de inspección es más que una simple colección de
sensores y de instrumentos indicadores y registradores. La información, una vez adquirida, es inerte
hasta que ha sido analizada, y el análisis es de poco valor hasta que es interpretado. La
interpretación generalmente involucra o una comparación con valores aceptables o la aplicación de
un criterio experimentado. En cualquier de los dos casos, se implica el uso de límites apropiados u
otras normas de evaluación.
Límites.
El análisis y la interpretación apropiados de los datos de la inspección son orientados por los
límites de su significado. Hay tres clases de límites que deben considerarse:
1. Límites firmes.
2. Límites de cambios en etapas.
3. Límites de tendencias.
En algunos casos, varios de los límites anteriores pueden tener relación con una misma
condición, pero en diferentes oportunidades. Un límite firme es fijo; no es negociable, no varía con
el tiempo, y normalmente no debe ser excedido, dependiendo de la naturaleza del problema, cada
fabricante provee límites firmes apropiados a su equipo. He aquí algunos valores típicos. Esta
tabulación no es completa, pero es ilustrativa de la naturaleza general y nivel de los límites firmes.
Los cambios en etapas derivan su significado del hecho que es una señal de cambio. Un
cambio significativo es lo suficientemente grande como para no entrar dentro de una banda de
dispersión, y persiste. La mayoría de los cambios que se observan en situaciones típicas son
transitorios y no persisten. Un cambio en etapa que persiste puede no implicar una acción
inmediata, pero plantea la cuestión de su causa. Los cambios en etapas deben relacionarse con las
condiciones de funcionamiento de punto de referencia para separar los causados por el deterioro de
la máquina de los causados por variaciones en los parámetros del funcionamiento, tales como la
carga o temperatura inicial del vapor. La capacidad para predecir tendencias cuando se observan los
cambios es particularmente importante para la planificación del mantenimiento. La observación de
los cambios progresivos, debidamente relacionados con las condiciones de referencia, es una
indicación segura de que hay alguna clase de deterioro.
Como en el caso de los cambios de etapa, la magnitud de la variación entre observaciones
sucesivas debe ser lo suficientemente grande como para que no se encuentre dentro de una banda de
dispersión, y de los cambios sucesivos deben ser en la misma dirección, aumentando o
decreciendo constantemente.
Cuando estos términos son extrapolados hasta los límites del deterioro, la inspección o
mantenimiento pueden programarse de acuerdo con una base planificada.
84
Figura 3.20 Partidas de inspección
85
Renglones de mantenimiento.
Válvulas de cierre.
Válvulas de control.
Carcasas.
Cajas de empaquetadura.
Cajas de descarga o de escape.
Diafragmas.
Tobera plana.
Rotor.
Huelgo y alineamiento.
Chumaceras y sellos.
Sistema de sello de vapor.
Soporte delantero.
Dispositivos reguladores.
Montaje de propulsión o de ensamblaje de accionamiento.
Bombas de aceite y tanque de aceite.
Dispositivos externos.
Control electro hidráulico.
3.7 Conclusiones
Con base a lo anterior, se puede concluir que realizando una inspección de integridad en las turbinas
de vapor, se reducen en gran medida las paradas forzadas por fallas inesperadas. El mantenimiento
adecuado es de una importancia definitiva para lograr la vida de la turbina de vapor, evitar tiempos
de interrupción y reducir a un mínimo las faltas de producción.
Un programa bien planeado de inspecciones parciales en cada una de las cuales tenga como fin la
determinación o verificación de una condición específica es, por tanto, una parte esencial de
cualquier programa de inspección integral. Se recomienda llevar a cabo un registro o historial del
comportamiento de las turbinas de vapor, para posteriores consultas de apoyo.
86
3.8 Referencias
www.cdigital.uv.mx (PDF)
www.renovetec.com/mantenimientoturbinasvapor
87
Manual de seguridad de soldadura por arco de metal protegido
Luis Almanza
L. Almanza
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato Carretera Valle de Santiago-Huamimaro Kilómetro 1.2, 20 de
Noviembre, 38400 Valle de Santiago, Gto.
O. Vargas, H. Ramos (eds.). Ciencias de los Procesos Industriales, Proceedings-©ECORFAN- Spain, Madrid, 2015.
88
Abstract
This project was proposed by the misuse or bad habit of some workers who do not follow exactly
the rules to be followed when using machine tools that currently exist in the workshop including
safety equipment that must carry the started to work in the workshop.
What should be done so that shop workers apply the established rules?
Introducción
La soldadura (se define por soldadura a la unión de dos o más metales por medio de otro metal) en
ingeniería, procedimiento por el cual dos o más piezas de metal se unen por aplicación de calor con
o sin aporte de otro material, llamado metal de aportación, cuya temperatura de fusión es inferior al
de las piezas que han de soldarse.
Principios de funcionamiento
La soldadura por arco de metal protegido es por mucho el más ampliamente utilizado de los
proceso de soldadura por arco. Aprovecha el calor del arco para derretir el metal base y la punta de
un electrodo consumible cubierto. El electrodo y el trabajo forman parte de un circuito eléctrico que
se ilustra en la figura.
Este circuito comienza con la fuente de potencia eléctrica e incluye los cables de soldadura,
un porta electrodos, una conexión con la pieza de trabajo, la pieza de trabajo (soldamento) y un
electrodo de soldadura por arco. Uno de los 2 cables de la fuente de potencia se conecta al trabajo,
el otro se conecta a la porta electrodos. La soldadura se inicia cuando se enciende un arco eléctrico
cuando entre la punta del electrodo y el trabajo. El intenso calor de arco derrite la punta del
electrodo y la punta del trabajo cerca del arco.
En la punta del electrodo se forman con rapidez pequeños glóbulos de metal fundido los
cuales se transfieren a través del chorro del arco hasta el charco de soldadura fundida. De esta forma
se deposita metal de aporte conforme el electrodo se va consumiendo. El arco se mueve sobre el
trabajo con una longitud y velocidad de desplazamiento apropiadas, derritiendo y di fusionando una
porción del metal base y añadiendo continuamente le metal de aporte. Puesto que el arco es uno de
los más calientes que produce las fuentes de calor comerciales (se han medido temperaturas por
encima de los 5000° C (9000°F) en su centro), la fusión del metal base se efectúa en forma casi
instantánea al iniciarse el arco. Si la soldadura se hace en posición plana u horizontal la
transferencia de metal es inducida por la fuerza de gravedad, la expansión de gas, fuerzas eléctricas
y electromagnéticas y la tensión superficial. Si se suelda en otras posiciones la gravedad actuara
oponiéndose a las demás fuerzas.
Objetivos.
Objetivo general: Analizar la seguridad al operar máquinas de soldar para proteger al
personal en general.
Objetivos específicos:
Aplicar las mejoras de seguridad en el área de soldadura.
Comparar los resultados de las mejoras aplicadas.
89
Dar seguimiento a las mejoras
4 Marco teórico
La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos de
soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el Oriente Medio. La soldadura
fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año 310 y
pesando 5.4 toneladas métricas. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con la que
los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En 1540,
Vannoccio Biringuccio publicó a de la pirotecnia, que incluye descripciones de la operación de
forjado.
Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y la industria continuó
creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo
XIX. En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por
arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y
un americano, C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de
carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P. Strohmenger
lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y en 1919, la
soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser popular por otra
década.
4.1 Soldadura por arco de metal protegido
Figura 4 Electrodo actuando.
Seguridad en soldadura al arco.
Cuando se realiza una soldadura al arco, durante la cual ciertas partes conductoras de
energía eléctrica están al descubierto, el operador tiene que observar con especial cuidado las reglas
de seguridad, a fin de contar con la máxima protección personal y también proteger a las demás
personas que trabajan a su alrededor. En la mayor parte de los casos, la seguridad es una cuestión de
sentido común. Los accidentes pueden evitarse si se cumplen las siguientes reglas:
Protección personal: Siempre utilice todo el equipo de protección necesario para el tipo de
soldadura a realizar.
El equipo consiste en:
Mascara de soldar, protege los ojos, la cara, el cuello y debe estar provista de filtros
inactínicos de acuerdo al proceso e intensidades de corriente empleadas.
90
Guantes de cuero, tipo mosquetero con costura interna para proteger manos y muñecas.
Coleto o delantal de cuero, para protegerse de salpicaduras y exposición a rayos ultravioletas
del arco.
Polainas y casaca de cuero, cuando es necesario hacer soldadura en posiciones vertical y
sobre cabeza deben usarse estos aditamentos para evitar las severas quemaduras del metal fundido.
Zapatos de seguridad, que cubran los tobillos para evitar el atrape de salpicaduras.
Gorro, protege el cabello y el cuero cabelludo, especialmente cuando se hace soldadura en
posiciones.
Figura 4.1 Protección personal
Importante: Evite tener en los bolsillos todo material inflamable como fósforos, encendedores o papel celofán. No use
ropa de material sintético, use ropa de algodón.
Protección de la vista: La protección de la vista es un asunto tan importante que merece
consideración aparte. El arco eléctrico que se utiliza como fuente calorífica y cuya temperatura
alcanza sobre los 4.000°c, desprende radiaciones visibles y no visibles. Dentro de estas últimas
tenemos aquellas de efecto más nocivo como los rayos ultravioleta e infrarrojo.
Figura 4.2 Protección de la vista
El tipo de quemadura que el arco produce en los ojos no es permanente aunque si es
extremadamente dolorosa. Su efecto es como tener “arena caliente en los ojos”
91
Para evitarla, debe utilizarse un lente protector (vidrio inactínico) que ajuste bien y, delante
de éste, para su protección, siempre hay que mantener una cubierta de vidrio transparente la que
debe ser sustituida inmediatamente en caso de deteriorarse.
A fin de asegurar una completa protección el lente protector debe poseer la densidad
adecuada al proceso e intensidad de corriente utilizada la siguiente tabla le ayudara a seleccionar el
lente adecuado:
Tabla 4
Seguridad al usar una maquina soldadora.
Antes de usar la máquina de soldar al arco debe guardarse ciertas precauciones, conocer su
operación y manejo como también los accesorios y herramientas adecuadas. Para ejecutar el trabajo
con facilidad y seguridad deben observarse ciertas reglas muy simples.
Maquina soldadora (fuente de poder).
Recomendaciones para la instalación, operación y mantención:
Sólo personal calificado debe realizar la instalación eléctrica del equipo.
No instale o ponga el equipo cerca o sobre superficies combustibles o atmosferas
inflamables.
No sobrecargue el cableado de su instalación eléctrica.
Respete el ciclo de trabajo que requiere su equipo para permitir su periodo de enfriamiento.
Recuerde que el periodo de trabajo continuo de su equipo depende del amperaje utilizado.
Revise cuidadosamente el automático y el circuito de alimentación.
Cubra los bornes de la máquina de soldar.
Asegúrese que el cable de soldadura posea la sección y las características necesarias para
conducir la corriente que se requiere, no utilice cables en mal estado o inadecuado.
92
Desconecte la energía eléctrica cuando realice la conexión del enchufe del equipo a la fuente
de energía.
Circuitos con corriente:
En la mayoría de los talleres el voltaje usado es 220 ó 380 volts. El operador debe tener en
cuenta el hecho de que estos son voltajes altos, capaces de inferir graves lesiones. . Por ello es muy
importante que ningún trabajo se haga en los cables, interruptores, controles, etc., antes de haber
comprobado que la máquina ha sido desconectada de la energía, abriendo el interruptor para des
energizar el circuito. Cualquier inspección en la máquina debe ser hecha cuando el circuito ha sido
des energizado.
Figura 4.3 Circuitos con corriente
Línea a tierra.
Todo circuito eléctrico debe tener una línea a tierra para evitar que la posible formación de
corrientes parásitas produzca un choque eléctrico al operador, cuando éste, por ejemplo, llegue a
poner una mano en la carcasa de la máquina. Nunca opere una máquina que no tenga su línea a
tierra.
Cambio de polaridad.
El cambio de polaridad se realiza para cambiar el polo del electrodo de positivo (polaridad
invertida) a negativo (polaridad directa). No cambie el selector de polaridad si la maquina está
operando ya que al hacerlo saltara el arco eléctrico en los contactos del interruptor destruyéndolos.
Si su máquina soldadora no tiene selector de polaridad, cambie los terminales cuidando que ésta no
esté energizada.
Cambio de rango de amperaje.
Cuando se está soldando, esto puede producir daños en las tarjetas de control, u otros
componentes tales como tiristores, diodos, transistores, etc.
En máquinas tipo clavijeros no se debe cambiar el amperaje cuando el equipo está soldando
ya que se producen serios daños en los contactos eléctricos, causados por la aparición de un arco
eléctrico al interrumpir la corriente.
93
Figura 4.4 Cambio de rango de amperaje
Circuito de soldadura.
Cuando no está en uso la porta electrodos, nunca debe ser dejado encima de la mesa o en
contacto con cualquier otro objeto que tenga una línea directa a la superficie donde se suelda. El
peligro en este caso es que el porta electrodo, en contacto con el circuito a tierra, provoque en el
transformador del equipo un corto circuito. La soldadura no es una operación riesgosa si se respetan
las medidas preventivas adecuadas, esto requiere un conocimiento de las posibilidades de daño que
pueden ocurrir en las operaciones de soldar y una precaución habitual de seguridad por el operador.
Figura 4.5 Circuito de soldadura
4.2 Seguridad en operaciones de soldadura
Condiciones ambientales que deben ser consideradas.
Riesgos de incendio: En el lugar de trabajo pueden estar presentes atmosferas peligrosas,
siempre tenga presente que existe el riesgo de incendio si se juntan los 3 componentes del triángulo
del fuego (combustible, oxígeno y calor) observe que basta que se genere calor (ni siquiera es
necesaria una chispa) y recuerde que existen substancias con bajo punto de inflamación, algunas
recomendaciones prácticas para prevenir riesgos de incendio son las siguientes:
Nunca se debe soldar en la proximidad de líquidos inflamables, gases, vapores, metales en
polvo o polvos combustibles. Cuando el área de trabajo contiene gases, vapores o polvos, es
necesario mantener perfectamente aireado y ventilado el lugar mientras se suelda.
Antes de iniciar un trabajo de soldadura siempre identifique las potenciales fuentes
generadoras de calor y recuerde que éste puede ser transmitido a las proximidades de materiales
inflamables por conducción, radiación o chispa.
Utilice equipo de protección personal. Disponga siempre de un extintor en las cercanías del
área de trabajo.
94
Los equipos de soldar se deben inspeccionar periódicamente y la frecuencia de control se
debe documentar para garantizar que estén en condiciones de operación segura.
Las condiciones de trabajo pueden cambiar, realice test tan a menudo como sea posible para
identificar potenciales ambientales peligrosos.
Figura 4.6 Seguridad en operaciones de soldadura
Ventilación.
Soldar en áreas confinadas sin ventilación adecuada puede considerarse una operación
arriesgada, porque al consumirse el oxígeno disponible, a la par con el calor de la soldadura y el
humo restante, el operador queda expuesto a severas molestias y enfermedades.
Figura 4.7 Ventilación
Humedad.
La humedad entre el cuerpo y algo electrificado forma una línea a tierra que puede conducir
corriente al cuerpo del operador y producir un choque eléctrico. El operador nunca debe estar sobre
una poza o sobre suelo húmedo cuando suelda, como tampoco trabajar en un lugar húmedo.
Deberá de conservar sus manos, vestimenta y lugar de trabajo continuamente secos.
95
Figura 4.8 Humedad
Posiciones de la soldadura:
Figura 4.9 Posiciones de la soldadura
Figura 4.10 Uniones de tuberías
Esquemas básicos
96
Figura 4.11 Esquemas básicos
Figura 4.12 Variaciones de bisel
Almacenamiento del electrodo.
Previamente definiremos los siguientes conceptos:
• Condiciones de almacenamiento: son aquellas que se deben observar al almacenar en cajas
cerradas.
• Condiciones de mantención: son las aquellas que se deben de observar una vez que los
electrodos están fuera de sus cajas.
Figura 4.13 Almacenamiento del electrodo
Condiciones de almacenamiento y mantención de electrodos.
97
Tabla 4.1
Recomendaciones para el resecado de electrodos.
Reacondicionamiento o resecado: aquellos electrodos que han absorbido humedad más allá
de los límites recomendados, por la norma requieren ser reacondicionados a fin de devolver a los
electrodos sus características.
Esta se realiza en hornos con circulación de aire, en el momento de introducir lo electrodos
en el horno la temperatura no debe superar los 100°C.
Tabla 4.2
4.3 Problemas y defectos comunes en la soldadura al arco
Mal aspecto. Causas probables:
1. Conexiones defectuosas.
98
2. Recalentamiento.
3. Electrodo inadecuado.
4. Longitud de arco y amperaje inadecuado.
Recomendaciones:
1. Usar la longitud de arco, el ángulo (posición) del electrodo y la velocidad de avance adecuados.
2. Evitar el recalentamiento.
3. Usar un vaivén uniforme.
4. Evitar usar corriente demasiado elevada.
Figura 4.14 Mal aspecto
Penetración excesiva.
Causas probables:
1. Corriente muy elevada.
2. Posición inadecuada del electrodo.
Recomendaciones:
1. Disminuir la intensidad de la corriente.
2. Mantener el electrodo a un ángulo que facilite el llenado del bisel.
Figura 4.15 Penetración excesiva
Salpicadura excesiva:
Causas probables:
1. Corriente muy elevada.
99
2. Arco muy largo.
3. Soplo magnético excesivo.
Recomendaciones:
1. Disminuir la intensidad de la corriente.
2. Acortar el arco.
3. Ver lo indicado para “arco desviado o soplado”.
Figura 4.16 Salpicadura excesiva
Arco desviado.
Causas probables:
1. El campo magnético generado por la CC produce la desviación del arco (soplo magnético).
Recomendaciones:
1. Usar CA.
2. Contrarrestar la desviación del arco con la posición del electrodo, manteniéndolo en un ángulo
apropiado.
3. Cambiar de lugar la grampa a tierra
4. Usar un banco de trabajo no magnético.
5. Usar barras de bronce o cobre para separar la pieza del banco.
Figura 4.17 Arco desviado
100
Soldadura porosa:
Causas probables:
1. Arco corto.
2. Corriente inadecuada.
3. Electrodo defectuoso.
Recomendaciones:
1. Averiguar si hay impurezas en el metal base.
2. Usar corriente adecuada.
3. Utilizar el vaivén para evitar sopladuras.
4. Usar un electrodo adecuado para el trabajo.
5. Mantener el arco más largo.
6. Usar electrodos de bajo contenido de hidrógeno.
Figura 4.18 Soldadura porosa
Soldadura agrietada:
Causas probables:
1. Electrodo inadecuado.
2. Falta de relación entre tamaño de la soldadura y las piezas que se unen.
3. Mala preparación.
4. Unión muy rígida.
Recomendaciones:
1. Eliminar la rigidez de la unión con un buen proyecto de la estructura y un proceso de soldadura
adecuado.
2. Precalentar las piezas.
3. Soldar desde el centro hacia los extremos o bordes.
101
Figura 4.19 Soldadura agrietada
Combadura.
Causas probables:
1. Diseño inadecuado.
2. Contracción del metal de aporte.
3. Sujeción defectuosa de las piezas.
4. Preparación deficiente.
5. Recalentamiento en la unión.
Recomendaciones:
1. Corregir el diseño.
2. Martillar (con martillo de peña) los bordes de la unión antes de soldar.
3. Aumentar la velocidad de trabajo (avance).
4. Evitar la separación excesiva entre piezas.
5. Fijar las piezas adecuadamente.
6. Usar un respaldo enfriador.
7. Adoptar una secuencia de trabajo.
8. Usar electrodos de alta velocidad y moderada penetración.
Figura 4.20 Combadura
Soldadura quebradiza.
Causas probables:
102
1. Electrodo inadecuado.
2. Tratamiento térmico deficiente.
3. Soldadura endurecida al aire.
4. Enfriamiento brusco.
Recomendaciones:
1. Usar un electrodo con bajo contenido de hidrógeno o de tipo austenítico.
2. Calentar antes o después de soldar o en ambos casos.
3. Procurar poca penetración dirigiendo el arco hacia el cráter.
4. Asegurar un enfriamiento lento.
Figura 4.21 Soldadura quebradiza
Penetración incompleta:
Causas probables:
1. Velocidad excesiva.
2. Electrodo de Ø excesivo.
3. Corriente muy baja.
4. Preparación deficiente.
5. Electrodo de Ø pequeño.
Recomendaciones:
1. Usar la corriente adecuada. Soldar con lentitud necesaria para lograr buena penetración de raíz.
2. Velocidad adecuada.
3. Calcular correctamente la penetración del electrodo.
4. Elegir un electrodo de acuerdo con el tamaño de bisel.
5 Dejar suficiente separación en el fondo de bisel.
103
Figura 4.22 Penetración incompleta
Fusión deficiente.
Causas probables:
1. Calentamiento desigual o irregular.
2. Orden (secuencia) inadecuado de operación.
3. Contracción del metal de aporte.
Recomendaciones:
1. Puntear la unión o sujetar las piezas con prensas.
2. Conformar las piezas antes de soldarlas.
3. Eliminar las tensiones resultantes de la laminación o conformación antes de soldar.
4. Distribuir la soldadura para que el calentamiento sea uniforme.
5. inspeccionar la estructura y disponer una secuencia (orden) de trabajo.
Figura 4.23 Fusión deficiente
Distorsión (deformación):
Causas probables:
1. Calentamiento desigual o irregular.
2. Orden (secuencia) inadecuado de operación.
3. Contracción del metal de aporte.
Recomendaciones:
1. Puntear la unión o sujetar las piezas con prensas.
104
2. Conformar las piezas antes de soldarlas.
3. Eliminar las tensiones resultantes de la laminación o conformación antes de soldar.
4. Distribuir la soldadura para que el calentamiento sea uniforme.
5. Inspeccionar la estructura y disponer de una secuencia (orden) del trabajo.
Figura 4.24 Deformación
Socavado.
Causas probables:
1. Manejo defectuoso del electrodo.
2. Selección inadecuada del tipo de electrodo.
3. Corriente muy elevada.
Recomendaciones.
1. Usar vaivén uniforme en las soldaduras de tope.
2. Usar electrodo adecuado.
3. Evitar un vaivén exagerado.
4. Usar corriente moderada y soldar lentamente.
5. Sostener el electrodo a una distancia prudente del plano vertical al soldar filetes horizontales.
Figura 4.25 Socavado
105
Recomendación.
El operador debe proteger los ojos y la piel de la radiación producida por el arco.se
recomienda usar una careta para soldar con un filtro ocular adecuado, así como ropa oscura
preferiblemente de lana para proteger la piel.
Conviene usar guantes y ropa de cuero para protegerse contra las quemaduras por las
salpicaduras del arco. La quemadura ocular similar a las quemaduras en la piel por el sol, es muy
dolorosa durante un periodo de 24 a 48 horas.
La piel no protegía expuesta al arco también puede quemarse. En caso de quemaduras
severas se debe consultar a un médico.
4.4 Resultados
El presente manual es un material de apoyo para los trabajadores de la compañía específicamente
para los trabajadores que se encuentran ubicados en la sección de soldadura y pailera que,
regularmente es un área bastante transitada debido a que las reparaciones más comunes que realiza
la empresa es en esta área en específico.
Dadas estas circunstancias se requiere de un mayor cuidado para la aplicación correcta de la
soldadura, desde que se va a comenzar el proceso, principalmente la finalidad de este manual es
evitar accidentes para los operadores
Inmediatamente al momento de dar lectura y aplicación al manual los operadores trabajaron
de forma más segura y es algo que se reflejó por completo en el área de soldadura ya que se
comenzaron a evitar la mayoría de los percances que día con día se suscitaban.
4.5 Conclusiones
Al terminar el manual de seguridad se observó que se obtuvieron mejores resultados en eficiencia,
limpieza y trabajo, debido a las mejoras propuestas. Además de la importancia que tomaron los
dueños y la colaboración de los empleados.
Considerada la necesidad, oportunidad y viabilidad del proyecto además contiene
recomendaciones que puede emplearse como guía para evitar algún accidente y a las máquinas de
un desgaste no deseado.
Teniendo en cuenta los recursos técnicos disponibles y el nivel de formación del personal de
la empresa, el plan de mantenimiento preventivo propuesto es apropiado ya que se indica los
procedimientos y pasos para realizar la labor de una manera muy didáctica.
Es muy importante saber cómo operar las máquinas de soldar en general para obtener
buenos resultados en los trabajos realizados, ya que contando con los conocimientos sobre las
máquinas se podrá dar mayor vida útil de estas además de obtener alta calidad en las piezas.
4.6 Referencias
Argentina warez – libros de soldadura www.manualesdesoldadura.blogspot.com
Seguridad de corte con arco de metal protegido: Thielsch, H y Quass, J. “Shielded- metal-arc
cutting and grooving”, en Welding Journal 33(5).
106
Supt. Of Documents, U.S Govt. Printing Office.
U. S. Government Printing Office. Underwater cutting and welding manual, NAVSHIPS 250-692-9
Washington, D.C.
107
Manual de mantenimiento de torno convencional y aplicación algunos tipos de
soldadura
David Ramírez
D. Ramírez
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato Carretera Valle de Santiago-Huamimaro Kilómetro 1.2, 20 de
Noviembre, 38400 Valle de Santiago, Gto.
O. Vargas, H. Ramos (eds.). Ciencias de los Procesos Industriales, Proceedings-©ECORFAN- Spain, Madrid, 2015.
108
Abstract
In this maintenance manual lathe and some types of welding, it will be shown the correct use of the
wheel and as giving a slight maintaining this machine - tool molded parts as this workshop lathe is
used frequently throughout the business day, it requires constant and effective maintenance for
proper operation; in which parts should identify the function of each of them also identify the most
common faults that arise and the most feasible way to solve them. Detect its faults and resolve them
before passing major problems, and that, should a major failure in which they have to perform
corrective maintenance, repair costs will be much higher, and the duration of repair will occur
larger compared if the fault had been detected beforehand and do preventive maintenance.
Introducción
El torno
Figura 5 Torno paralelo
Se denomina torno (del latín tornus, y este del griego τόρνος, giro, vuelta) a un conjunto de
máquinas y herramientas que permiten mecanizar piezas de forma geométrica de revolución. Estas
máquinas-herramienta operan haciendo girar la pieza a mecanizar (sujeta en el cabezal o fijada entre
los puntos de centraje) mientras una o varias herramientas de corte son empujadas en un
movimiento regulado de avance contra la superficie de la pieza, cortando la viruta de acuerdo con
las condiciones tecnológicas de mecanizado adecuadas. Desde el inicio de la Revolución industrial,
el torno se ha convertido en una máquina básica en el proceso industrial de mecanizado. La
herramienta de corte va montada sobre un carro que se desplaza sobre unas guías o rieles paralelos
al eje de giro de la pieza que se tornea, llamado eje Z; sobre este carro hay otro que se mueve según
el eje X, en dirección radial a la pieza que se tornea, y puede haber un tercer carro llamado charriot
que se puede inclinar, para hacer conos, y donde se apoya la torreta portaherramientas. Cuando el
carro principal desplaza la herramienta a lo largo del eje de rotación, produce el cilindrado de la
pieza, y cuando el carro transversal se desplaza de forma perpendicular al eje de simetría de la pieza
se realiza la operación denominada refrenada.
Además se mencionaran algunos tipos de soldadura, las que son utilizadas principalmente en
la industria y la forma adecuada de realizar los trabajos de este tipo, el cual es un proceso de
fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales (generalmente metales o termoplásticos),
usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión), en la cual las piezas son soldadas fundiendo
ambas y pudiendo agregar un material de relleno fundido (metal o plástico), para conseguir un baño
de material fundido (el baño de soldadura) que, al enfriarse, se convierte en una unión fija.
109
La complejidad de los revestimientos de electrodos para proceso SMAW es tal que pequeñas
modificaciones de componentes pueden imprimir apreciables variaciones en el comportamiento en
la soldadura y en la calidad de la unión o el depósito, por lo que, a pesar de la larga historia de este
proceso, aún siguen teniendo vigencia las investigaciones sobre el desarrollo, perfeccionamiento y
desempeño de estos tipos de consumibles.
Dichas investigaciones sobre electrodos revestidos no sustentan su vigencia exclusivamente
en el interés científico de la temática, que obviamente ha evolucionado hacia un grado cada vez
mayor de profundización teórica, pues un número importantes de trabajos reportados presentan un
enfoque de interés comercial, sea con la intención de ampliar el diapasón de materias primas
aplicables a la fabricación de los electrodos o a la mejora de la calidad y eficiencia de éstos o
incluso para trazar estrategias más flexibles de circunstancias de mercado. Ello, sin adentrarnos en
la vigencia del proceso SMAW por su versatilidad como proceso en sí mismo, que lo hacen aún
competente frente a otros procesos en circunstancias determinadas a la par de una mayor
accesibilidad desde el punto de vista económico- financiero.
La importancia del revestimiento en el desempeño de electrodos para proceso SMAW es un
criterio clásicamente establecido, mientras se reconoce por la mayoría de los autores la complejidad
que encierra el desarrollo de un nuevo revestimiento, que obviamente no es ajena al sistema aleante
del electrodo y consecuentemente a la aplicación de éste. A pesar del prolongado período de tiempo
que la temática de desarrollo de electrodos revestidos ha sido abordada, sirvan de ejemplo los
trabajos de, y es tan compleja y diversa la tarea de definir la conjugación del efecto de los
componentes en el revestimiento de un electrodo y su comportamiento, que siguen reportándose
estudios tan recientes. Por otra parte, algunos autores, han estudiado el efecto de componentes
minerales y adiciones metálicas sobre el comportamiento de la estabilidad del arco, y otros reportan
este efecto sobre los procesos de oxidación-reducción .Se reporta, además, la aplicación de dos
capas de revestimiento básico con relaciones variables con el objetivo de mejorar el
comportamiento operacional de los electrodos.
Haciendo un mantenimiento preventivo y evitar el mantenimiento correctivo el taller de
torno y soldadura surgió de la necesidad de proporcionar un servicio de calidad a las empresas,
fabricando productos según las especificaciones del cliente de acuerdo a normas y estándares, en la
actualidad hay demasiados talleres te torno y soldadura, pero el taller se ha mantenido debido a que
en él se realizan trabajos de calidad, entregándolos en tiempo y forma, por lo cual ya lleva más de
15 años laborando. Es empresa 100% mexicana.
5 Objetivos del Proyecto
Objetivo general
Mediante este manual dar a conocer algunas de las fallas existentes más comunes de la
máquina-herramienta (torno) en un taller de manufactura, identificando cada una de las partes y
cuál es su función en el torno, en la cual también está involucrada la soldadura, los diferentes tipos
de soldadura empleados, su uso, observando y analizando el funcionamiento para que este sea el
correcto.
Objetivo especifico
Observar y escuchar el funcionamiento del torno para detectar fallas al momento del
moldeado de piezas y darle mantenimiento y de ser necesario cambiar piezas para un excelente
funcionamiento y que al hablar de soldadura sepamos utilizar la correcta de acuerdo a la necesidad
de la empresa y material, cumpliendo principalmente los siguientes objetivos
110
Optimización del mantenimiento del torno.
Disminución de los costos de mantenimiento.
Maximización de la vida de la máquina.
Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas que se presenten.
Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar.
Evitar accidentes.
Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas.
Conservar los bienes productivos en condiciones seguras preestablecidas de operación.
Balancear el costo de mantenimiento.
Alcanzar o prolongar la vida útil de las maquinarias.
5.1 Marco Teórico
Concepto
Mantenimiento: Las Operaciones de reparación y mantenimiento y acondicionamiento, son
las acciones destinadas a arreglar dispositivos mecánicos o eléctricos que se necesitan reparar, así
como las acciones y rutinas necesarias para mantener el dispositivo en buen estado de
funcionamiento y así prevenir posibles fallas.
Mantenimiento Preventivo: Este tipo de mantenimiento surge de la necesidad de rebajar el
correctivo y todo lo que representa. Pretende reducir la reparación mediante una rutina de
inspecciones periódicas y la renovación de los elementos dañados.
Características: Básicamente consiste en programar revisiones de los equipos, apoyándose
en el conocimiento de la máquina en base a la experiencia y los históricos obtenidos de las mismas.
Se confecciona un plan de mantenimiento para cada máquina, donde se realizaran las acciones
necesarias, engrasan, cambian correas, desmontaje, limpieza, etc.
Ventajas:
Si se hace correctamente, exige un conocimiento de las máquinas y un tratamiento de los
históricos que ayudará en gran medida a controlar la maquinaria e instalaciones.
El cuidado periódico conlleva un estudio óptimo de conservación con la que es
indispensable una aplicación eficaz para contribuir a un correcto sistema de calidad y a la mejora de
los continuos.
Reducción del correctivo representará una reducción de costos de producción y un aumento
de la disponibilidad, esto posibilita una planificación de los trabajos del departamento de
mantenimiento, así como una previsión de los recambios o medios necesarios.
111
Se concreta de mutuo acuerdo el mejor momento para realizar el paro de las instalaciones
con producción.
Desventajas:
Representa una inversión inicial en infraestructura y mano de obra.
El desarrollo de planes de mantenimiento se debe realizar por técnicos especializados.
Si no se hace un correcto análisis del nivel de mantenimiento preventivo, se puede
sobrecargar el costo de mantenimiento sin mejoras sustanciales en la disponibilidad.
Los trabajos rutinarios cuando se prolongan en el tiempo produce falta de motivación en el
personal, por lo que se deberán crear sistemas imaginativos para convertir un trabajo repetitivo en
un trabajo que genere satisfacción y compromiso, la implicación de los operarios de preventivo es
indispensable para el éxito del plan.
5.2 Torno
Historia de los Tornos mecánicos.
Al comenzar la Revolución industrial en Inglaterra, durante el siglo XVII, se desarrollaron
tornos capaces de dar forma a una pieza metálica. El desarrollo del torno pesado industrial para
metales en el siglo XVIII hizo posible la producción en serie de piezas de precisión.
Años 1780: Jacques de Vaucanson construye un torno con portaherramientas deslizante.
Hacia 1797: Henry Maudslay y David Wilkinson mejoran el invento de Vaucanson
permitiendo que la herramienta de corte pueda avanzar con velocidad constante.
1820: Thomas Blanchard inventa el torno copiador.
Años 1840: desarrollo del torno revólver.
En 1833, Joseph Whitworth se instaló por su cuenta en Mánchester. Sus diseños y
realizaciones influyeron de manera fundamental en otros fabricantes de la época. En 1839 patentó
un torno paralelo para cilindrar y roscar con bancada de guías planas y carro transversal automático,
que tuvo una gran aceptación. Dos tornos que llevan incorporados elementos de sus patentes se
conservan en la actualidad. Uno de ellos, construido en 1843, se conserva en el "Science Museum"
de Londres. El otro, construido en 1850, se conserva en el "Birmingham Museum".
Fue J.G. Bodmer quien en 1839 tuvo la idea de construir tornos verticales. A finales del
siglo XIX, este tipo de tornos eran fabricados en distintos tamaños y pesos. El diseño y patente en
1890 de la caja de Norton, incorporada a los tornos paralelos, dio solución al cambio manual de
engranajes para fijar los pasos de las piezas a roscar.
Torno paralelo.
El torno paralelo o mecánico es el tipo de torno que evolucionó partiendo de los tornos
antiguos cuando se le fueron incorporando nuevos equipamientos que lograron convertirlo en una
de las máquinas herramientas más importante que han existido.
112
Sin embargo, en la actualidad este tipo de torno está quedando relegado a realizar tareas
poco importantes, a utilizarse en los talleres de aprendices y en los talleres de mantenimiento para
realizar trabajos puntuales o especiales. Para la fabricación en serie y de precisión han sido
sustituidos por tornos copiadores, revólver, automáticos y de CNC. Para manejar bien estos tornos
se requiere la pericia de profesionales muy bien calificados, ya que el manejo manual de sus carros
puede ocasionar errores a menudo en la geometría de las piezas torneadas.
Estructura del torno.
En la figura 5.1 se muestra un torno paralelo indicando sus partes principales.
Figura 5.1 Torno paralelo o mecánico
1) Bancada, 2) Cabezal fijo 3) Contrapunto, 4) Carro portátil, 5) Cabezal giratorio o Chuck.
El torno tiene cinco componentes principales:
Bancada: sirve de soporte para las otras unidades del torno. En su parte superior lleva unas
guías por las que se desplaza el cabezal móvil o contrapunto y el carro principal.
Cabezal fijo: contiene los engranajes o poleas que impulsan la pieza de trabajo y las
unidades de avance. Incluye el motor, el husillo, el selector de velocidad, el selector de unidad de
avance y el selector de sentido de avance. Además sirve para soporte y rotación de la pieza de
trabajo que se apoya en el husillo.
Contrapunto: el contrapunto es el elemento que se utiliza para servir de apoyo y poder
colocar las piezas que son torneadas entre puntos, así como otros elementos tales como porta broca
o broca para hacer taladros en el centro de los ejes. Este contrapunto puede moverse y fijarse en
diversas posiciones a lo largo de la bancada.
Carro portátil: consta del carro principal, que produce los movimientos de la herramienta en
dirección axial; y del carro transversal, que se desliza transversalmente sobre el carro principal en
dirección radial. En los tornos paralelos hay además un carro superior orientable, formado a su vez
por tres piezas: la base, el charriot y la torreta portaherramientas. Su base está apoyada sobre una
plataforma giratoria para orientarlo en cualquier dirección.
Cabezal giratorio o chuck: su función consiste en sujetar la pieza a mecanizar. Hay varios
tipos, como el chuck independiente de cuatro mordazas o el universal, mayoritariamente empleado
en el taller mecánico, al igual que hay chuck´s magnéticos y de seis mordazas.
113
Equipo Auxiliar:
Se requieren ciertos accesorios, como sujetadores para la pieza de trabajo, soportes y
portaherramientas. Algunos accesorios comunes incluyen:
Plato de sujeción de garras universal: sujeta la pieza de trabajo en el cabezal y transmite el
movimiento.
Plato de sujeción de garras blandas: sujeta la pieza de trabajo en el cabezal a través de una
superficie ya acabada. Son mecanizadas para un diámetro específico no siendo válidas para otros.
Centros o puntos: soportan la pieza de trabajo en el cabezal y en la contrapunta.
Perno de arrastre: Se fija en el plato de torno y en la pieza de trabajo y le transmite el
movimiento a la pieza cuando está montada entre centros.
Soporte fijo o luneta fija: soporta el extremo extendido de la pieza de trabajo cuando no
puede usarse la contrapunta.
Soporte móvil o luneta móvil: se monta en el carro y permite soportar piezas de trabajo
largas cerca del punto de corte.
Torreta portaherramientas con alineación múltiple.
Plato de arrastre: para amarrar piezas de difícil sujeción.
Plato de garras independientes: tiene 4 garras que actúan de forma independiente unas de
otras.
Herramientas de torneado:
Figura 5.2 Broca de centraje de acero rápido
114
Figura 5.3 Herramienta de metal duro soldada
Las herramientas de torneado se diferencian en dos factores, el material del que están
constituidas y el tipo de operación que realizan. Según el material constituyente, las herramientas
pueden ser de acero rápido, metal duro soldado o plaquitas de metal duro (widia) intercambiables.
La tipología de las herramientas de metal duro está normalizada de acuerdo con el material que se
mecanice, puesto que cada material ofrece unas resistencias diferentes.
El código ISO para herramientas de metal duro se recoge en la tabla más abajo. Cuando la
herramienta es de acero rápido o tiene la plaquita de metal duro soldada en el portaherramientas,
cada vez que el filo se desgasta hay que desmontarla y afilarla correctamente con los ángulos de
corte específicos en una afiladora.
Esto ralentiza bastante el trabajo porque la herramienta se tiene que enfriar constante mente
y verificar que el Angulo de incidencia del corte este correcto Por ello, cuando se mecanizan piezas
en serie lo normal es utilizar portaherramientas con plaquitas intercambiables, que tienen varias
caras de corte de usar y tirar y se reemplazan de forma muy rápida.
Movimientos de trabajo en la operación de torneado.
Movimiento de corte: por lo general se imparte a la pieza que gira rotacionalmente sobre
su eje principal. Este movimiento lo imprime un motor eléctrico que transmite su giro al husillo
principal mediante un sistema de poleas o engranajes. El husillo principal tiene acoplado a su
extremo distintos sistemas de sujeción (platos de garras, pinzas, mandrinos auxiliares u otros), los
cuales sujetan la pieza a mecanizar. Los tornos tradicionales tienen una gama fija de velocidades de
giro, sin embargo los tornos modernos de Control Numérico la velocidad de giro del cabezal es
variable y programable y se adapta a las condiciones óptimas que el mecanizado permite.
Movimiento de avance: es el movimiento de la herramienta de corte en la dirección del eje
de la pieza que se está trabajando. En combinación con el giro impartido al husillo, determina el
espacio recorrido por la herramienta por cada vuelta que da la pieza. Este movimiento también
puede no ser paralelo al eje, produciéndose así conos. En ese caso se gira el carro charriot,
ajustando en una escala graduada el ángulo requerido, que será la mitad de la conicidad deseada.
Los tornos convencionales tiene una gama fija de avances, mientras que los tornos de Control
Numérico los avances son programables de acuerdo a las condiciones óptimas de mecanizado y los
desplazamientos en vacío se realizan a gran velocidad.
Profundidad de pasada: movimiento de la herramienta de corte que determina la profundidad
de material arrancado en cada pasada. La cantidad de material factible de ser arrancada depende del
perfil del útil de corte usado, el tipo de material mecanizado, la velocidad de corte, potencia de
la máquina, avance, etc.
115
Nonios de los carros: para regular el trabajo de torneado los carros del torno llevan
incorporado unos nonios en forma de tambor graduado, donde cada división indica el
desplazamiento que tiene el carro, ya sea el longitudinal, el transversal o el charriot. La medida se
va conformando de forma manual por el operador de la máquina por lo que se requiere que sea una
persona muy experta quien lo manipule si se trata de conseguir dimensiones con tolerancias muy
estrechas. Los tornos de control numérico ya no llevan nonios sino que las dimensiones de la pieza
se introducen en el programa y estas se consiguen automáticamente.
5.3 La Soldadura
La soldadura es un proceso de fabricación en donde se realiza la unión de dos materiales,
(generalmente metales o termoplásticos), usualmente logrado a través de la coalescencia (fusión),
en la cual las piezas son soldadas fundiendo ambas y pudiendo agregar un material de relleno
fundido (metal o plástico), para conseguir un baño de material fundido (el baño de soldadura) que,
al enfriarse, se convierte en una unión fija. A veces la presión es usada conjuntamente con el calor,
o por sí misma, para producir la soldadura. Esto está en contraste con la soldadura blanda (en
inglés soldering) y la soldadura fuerte (en inglés brazing), que implican el derretimiento de un
material de bajo punto de fusión entre piezas de trabajo para formar un enlace entre ellos, sin fundir
las piezas de trabajo.
Historia.
La historia de la unión de metales se remonta a varios milenios, con los primeros ejemplos
de soldadura desde la edad de bronce y la edad de hierro en Europa y el Oriente Medio. La
soldadura fue usada en la construcción del Pilar de hierro de Delhi, en la India, erigido cerca del año
310 y pesando 5.4 toneladas métricas. La Edad Media trajo avances en la soldadura de fragua, con
la que los herreros repetidamente golpeaban y calentaban el metal hasta que ocurría la unión. En
1540, Vannoccio Biringuccio publicó a De la pirotechnia, que incluye descripciones de la operación
de forjado.
Los artesanos del Renacimiento eran habilidosos en el proceso, y la industria continuó
creciendo durante los siglos siguientes. Sin embargo, la soldadura fue transformada durante el siglo
XIX. En 1800, Sir Humphry Davy descubrió el arco eléctrico, y los avances en la soldadura por
arco continuaron con las invenciones de los electrodos de metal por un ruso, Nikolai Slavyanov, y
un americano, C. L. Coffin a finales de los años 1800, incluso como la soldadura por arco de
carbón, que usaba un electrodo de carbón, ganó popularidad. Alrededor de 1900, A. P.
Strohmenger lanzó un electrodo de metal recubierto en Gran Bretaña, que dio un arco más estable, y
en 1919, la soldadura de corriente alterna fue inventada por C. J. Holslag, pero no llegó a ser
popular por otra década.
Posiciones del cordón de soldadura eléctrica.
En la ejecución del cordón de soldadura eléctrica, aparecen piezas que no pueden ser
colocadas en posición cómoda. Según el plano de referencia fueron establecidas las cuatro
posiciones siguientes:
116
Figura 5.4 Diferentes angulas para ejecutar la soldadura
Posición plana o de nivel: Es aquella en que la pieza recibe la soldadura colocada en
posición plana a nivel. El material adicional viene del electrodo que está con la punta para abajo,
depositando el material en ese sentido.
Posición horizontal: Es aquella en que las aristas o cara de la pieza a soldar está colocada en
posición horizontal sobre un plano vertical. El eje de la soldadura se extiende horizontalmente.
Posición vertical: Es aquella en que la arista o eje de la zona a soldar recibe la soldadura en
posición vertical, el electrodo se coloca aproximadamente horizontal y perpendicular al eje de la
soldadura.
Posición sobre la cabeza: La pieza colocada a una altura superior a la de la cabeza del
soldador, recibe la soldadura por su parte inferior. El electrodo se ubica con el extremo apuntando
hacia arriba verticalmente. Esta posición es inversa a la posición plana o de nivel.
Movimientos del electrodo.
Esta denominación abarca a los movimientos que se realizan con el electrodo a medida que
se avanza en una soldadura; estos movimientos se llaman de oscilación, son diversos y están
determinados principalmente por la clase de electrodo y la posición de la unión.
Movimiento de zig - zag (longitudinal): Es el movimiento zigzagueante en línea recta
efectuado con el electrodo en sentido del cordón (fig. 5.5). Este movimiento se usa en posición
plana para mantener el cráter caliente y obtener una buena penetración. Cuando se suelda en
posición vertical ascendente, sobre cabeza y en juntas muy finas, se utiliza este movimiento para
evitar acumulación de calor e impedir así que el material aportado gotee.
Figura 5.5
Movimiento circular: Se utiliza esencialmente en cordones de penetración donde se requiere
poco depósito; su aplicación es frecuente en ángulos interiores, pero no para relleno de capas
superiores (fig. 5.6). A medida que se avanza, el electrodo describe una trayectoria circular.
117
Figura 5.6
Movimiento semicircular: Garantiza una fusión total de las juntas a soldar. El electrodo se
mueve a través de la junta, describiendo un arco o media luna, lo que asegura la buena fusión en los
bordes (fig. 5.7). Es recomendable, en juntas chaflanadas y recargue de piezas.
Figura 5.7
Movimiento en zig - zag (transversal): El electrodo se mueve de lado a lado mientras se
avanza. Este movimiento se utiliza principalmente para efectuar cordones anchos (fig. 5.8). Se
obtiene un buen acabado en sus bordes, facilitando que suba la escoria a la superficie, permite el
escape de los gases con mayor facilidad y evita la porosidad en el material depositado. Este
movimiento se utiliza para soldar en toda posición
Figura 5.8
Movimiento entrelazado: Este movimiento se usa generalmente en cordones determinación,
en tal caso se aplica al electrodo una oscilación lateral, que cubre totalmente los cordones de relleno
(Fig. 5.9). Es de gran importancia que el movimiento sea uniforme, ya que se corre el riesgo de
tener una fusión deficiente en los bordes de la unión.
Figura 5.9
5.4 Desarrollo
Mantenimiento de Maquina Herramientas.
Las máquinas herramientas ya sean tornos, fresadoras, rectificadoras, taladros, etc. Y sean
de cualquier tipo o marca, requieren de un mantenimiento para su buen funcionamiento. Es
necesario realizar mantenimientos para evitar importantes averías y posteriores sobrecostos. Si lo
desea, podemos personalizar un servicio de mantenimiento para cada una de sus máquinas y
cuidarnos de avisarles cuando se tenga que realizar su próximo mantenimiento. En la revisión,
realizaremos un exhaustivo diagnóstico de su máquina, verificando todos sus puntos vitales y
solucionando las averías antes de que le provoquen un paro en su producción. Sólo con desmontar
las protecciones, limpiar todas las partes internas de la máquina y verificar todos los puntos de
engrase, una o dos veces al año, usted tendrá su máquina funcionando a pleno rendimiento durante
mucho tiempo.
118
Reparación de tornos.
En el supuesto caso de no existir recambios originales de los tornos, disponemos de talleres
especializados para la fabricación de los mismos, que nos garantizan una alta funcionalidad.
Podemos fabricar cualquier tipo de recambio: Husillos, tuercas, engranajes, manetas, volantes, etc.
Para poder llevar a cabo un buen mantenimiento preventivo del torno a continuación se presentan
una lista de actividades a realizar y con estos puntos se hara una programación de mantenimiento.
Limpieza general.
Inspección visual (ruidos y vibraciones anormales, fugas de aceite, de líquido refrigerante,
conexiones eléctricas, etc.).
Lubricación de los carros móviles y de las guías de deslizamiento.
Inspección de los rodamientos del motor cabezal.
Inspección del cableado eléctrico del motor cabezal.
Inspección del cableado eléctrico del motor, en caso de averías, solicitar su cambio.
Reparación y mantenimiento de todo el sistema eléctrico.
Rectificado y rasqueteado de la bancada, eje transversal y chirrión.
Cambio de rodamientos en el cabezal o ejes secundarios del mismo.
Sustitución de los rodamientos del motor cabezal.
Alineamiento del cabezal, para evitar la conicidad.
Alineamiento del contrapunto.
Nivelación.
Cambio o reparación de los husillos y sustitución de los rodamientos, situados en los
extremos de los husillos.
Reajuste de regles cónicos de los carros.
Rectificación y rasqueteado de la bancada, eje Z y X.
Inspección y ajuste de bandas, en caso de desgaste, en caso de agrietamiento hacer el
cambio.
Inspección de la bomba de refrigerante y nivel del refrigerante.
Inspección de circuito de retorno refrigerante.
Inspección de las instalaciones eléctricas, en caso de averías cambiar los componentes
necesarios.
119
Cambiar de aceite, engrasar engranes.
En el supuesto caso de no existir recambios originales de los tornos, disponemos de talleres
especializados para la fabricación de los mismos, que nos garantizan una alta funcionalidad.
Podemos fabricar cualquier tipo de recambio: Husillos, tuercas, engranajes, manetas, volantes, etc.
Para lubricar las guías se debe utilizar aceite para engrase de guías horizontales y cabezales de
máquinas herramientas. Los datos del aceite a utilizar se muestran en la siguiente tabla
Tabla 5 Características del aceite
Viscosidad ISO Punto de Inflamación °C Punto de congelación °C Índice de viscosidad
Petter SPT-G 68 220 -27 100
Petter SPT-G EP 68 220 -27 100
La soldadura.
Seguridad.
Al realizar este tipo de trabajos hay que tener en cuenta que las radiaciones que se generan
en el arco eléctrico (luminosas, ultravioletas e infrarrojas) puede producir daños irreversibles en la
retina si se fija la vista directamente sobre el punto de soldadura, además de quemaduras en la piel.
Para la protección ocular existen pantallas con cristales especiales, denominados cristales
inactínicos, que presentan diferentes niveles de retención de las radiaciones nocivas en función del
amperaje utilizado, siendo de este modo totalmente segura la actividad. Se clasifican por tonos,
siendo los más utilizados los de tono 11 o 12, se tintan de tono verde o azul y están clasificados
según diferentes normas. Existen caretas automáticas en las que al empezar a soldar
automáticamente se activa la protección y cuando se deja se soldar se quita la protección ocular.
Mantenimiento:
Realizar revisiones regulares de los equipos y maquinaria para optimizar el consumo de
energía y minimizar la emisión de humos y gases y los escapes.
Limpiar periódicamente las lámparas y luminarias para optimizar la iluminación.
Controlar la acometida de agua para detectar fugas y evitar sobreconsumos de agua por
averías y escapes.
Controlar las bombonas de gases para evitar escapes.
Soldadura Electrodo Revestido.
El proceso de soldadura con arco eléctrico con electrodos revestidos (Shielded Metal Arc
Welding - SMAW), consiste en un arco eléctrico que se forma cuando el electrodo hace contacto
con la pieza que se va soldar; el electrodo entonces se va consumiendo a medida que se forma el
cordón de soldadura, cuya protección contra contaminaciones del aire atmosférico se hace por
atmósfera gaseosa y escoria, provenientes de la fusión de su revestimiento.
120
Figura 5.10 Representación esquemática del proceso SMAW
La soldadura con electrodos revestidos se usa en la fabricación, montaje y mantenimiento de
distintos equipamientos y estructuras. El proceso se usa básicamente como operación manual.
Utiliza fuente de energía de corriente continua (rectificador y transformador), porta- electrodos,
cables y electrodos, siendo básicamente un proceso manual. Al soldar, la presión que ejerce el gas
aumenta en el interior de la cavidad del electrodo. Los gases provenientes del metal caliente y del
revestimiento, ejerciendo un efecto de chorro sobre el núcleo de metal fundido. Los gases empujan
el metal fundido del electrodo hacia fuera, en dirección de la pieza de trabajo. El hueco no es
completamente uniforme por lo que es posible que los gases se formen más rápidamente de un lado
que del otro. Por lo tanto, los efectos del chorro actúan sobre el metal en direcciones diferentes. En
ocasiones, la acción es directa sobre el baño, pero otras veces el metal puede brincar hacia los lados.
Figura 5.11 Corte transversal de la zona del arco, que muestra el efecto que éste tiene en la
transferencia de metal y el fundente
De la gama de procesos de soldadura, el proceso SMAW es uno de los más ampliamente
utilizados. Si bien los fabricantes continúan automatizando los procesos para incrementar la
productividad, SMAW se mantiene en gran parte del total de las aplicaciones. Esto es debido a su
versatilidad, bajos costos de accesorios y consumibles, simplicidad de la fuente de potencia, bajos
costos de mantenimiento, durabilidad, relativa simplicidad de operación y fácil configuración
Aplicable a diversos tipos de materiales, tales como: aceros carbono, aceros de baja, media y
alta liga, aceros inoxidables, hierros fundidos, aluminio, cobre, níquel y ligas de los mismos.
Beneficios:
Baja inversión inicial.
Disponibilidad y variedad de consumibles para diversas aplicaciones.
Gran flexibilidad operacional.
Características y aplicaciones del procedimiento.
121
El factor principal que hace del proceso de soldadura con electrodo revestido un método tan
útil es su simplicidad y en consecuencia, su bajo costo.
Otros procesos, como el de soldadura de arco con electrodo de tungsteno y gas inerte, el de
soldadura de arco metálico y gas inerte y el de soldadura de arco con núcleo fundente, no han
podido desplazar del mercado a la soldadura con electrodo revestido. Todo lo que se necesita un
soldador para trabajar con este proceso es una fuente de energía, cables, un porta electrodo y
electrodos.
Figura 5.12 Maquinaria utilizada para la soldadura SMAW
La soldadura TIG.
La soldadura TIG (Tungsten Inert Gas), se caracteriza por el empleo de un electrodo
permanente de tungsteno, aleado a veces con torio o zirconio en porcentajes no superiores a un 2%.
Dada la elevada resistencia a la temperatura del tungsteno (funde a 3410 °C), acompañada
de la protección del gas, la punta del electrodo apenas se desgasta tras un uso prolongado. Los gases
más utilizados para la protección del arco en esta soldadura son el argón y el helio, o mezclas de
ambos. La gran ventaja de este método de soldadura es, básicamente, la obtención de cordones más
resistentes, más dúctiles y menos sensibles a la corrosión que en el resto de procedimientos, ya que
el gas protector impide el contacto entre el oxígeno de la atmósfera y el baño de fusión.
Además, dicho gas simplifica notablemente el soldeo de metales ferrosos y no ferrosos, por
no requerir el empleo de desoxidantes, con las deformaciones o inclusiones de escoria que pueden
implicar. Otra ventaja de la soldadura por arco en atmósfera inerte es la que permite obtener
soldaduras limpias y uniformes debido a la escasez de humos y proyecciones; la movilidad del gas
que rodea al arco transparente permite al soldador ver claramente lo que está haciendo en todo
momento, lo que repercute favorablemente en la calidad de la soldadura.
El cordón obtenido es por tanto de un buen acabado superficial, que puede mejorarse con
sencillas operaciones de acabado, lo que incide favorablemente en los costes de producción.
Además, la deformación que se produce en las inmediaciones del cordón de soldadura es menor.
122
Figura 5.13 Representación esquemática del proceso TIG 4
Características y ventajas del sistema TIG:
No se requiere de fundente y no hay necesidad de limpieza posterior en la soldadura.
No hay salpicadura, chispas ni emanaciones, al no circular metal de aporte a través del arco.
Brinda soldaduras de alta calidad en todas las posiciones, sin distorsión.
Al igual que todos los sistemas de soldadura con protección gaseosa, el área de soldadura es
claramente visible.
El sistema puede ser automatizado, controlando mecánicamente la pistola y/o el metal de
aporte
Equipo:
El equipo para sistema TIG consta básicamente de:
Fuente de poder.
Unidad de alta frecuencia.
Pistola.
Suministro gas de protección.
Suministro agua de enfriamiento.
La pistola asegura el electrodo de tungsteno que conduce la corriente, el que está rodeado
por una boquilla de cerámica que hace fluir concéntricamente el gas protector.
La pistola normalmente se refrigera por aire. Para intensidades de corriente superiores a 200
Amps. Se utiliza refrigeración por agua, para evitar recalentamiento del mango.
Beneficios:
Adecuada para soldaduras de responsabilidad (pase de raíz).
123
El proceso puede ser mecanizado o robotizado.
Facilita la soldadura en lugares de difícil acceso.
Ofrece alta calidad y precisión.
Óptimas resistencias mecánicas de la articulación soldada.
Poca generación de humo.
Soldaduras claras, brillantes y con óptimo acabado, sin usar flujo de limpieza, prescindiendo
de acabado final y reduciendo costos de fabricación.
Soldadura en todas las posiciones.
Versatilidad - suelda prácticamente todos los metales industrialmente utilizados.
Aplicaciones típicas:
Soldeo de la primera pasada de tuberías de aceros aleados, aceros inoxidables y aleaciones
de Níquel.
Soldeo de equipos de Al, Ti y aleaciones de Ni.
Soldeo de tubos a la placa de los intercambiadores de calor.
Soldeo interno de reactores de urea en acero inoxidable y Ti.
Desventajas de la soldadura.
Grietas: Discontinuidades tipo fractura caracterizadas por una punta aguda y una alta razón
longitud/ancho.
Fisuras: Discontinuidades con sólo una ligera separación de las superficies de fractura.
Ojo de Pescado: Discontinuidad que se encuentra en la superficie de fractura de una
soldadura en acero que consiste de un pequeño poro o inclusión rodeada por un área brillante y
redonda.
Segregación: Distribución o concentración no uniforme de impurezas o elementos aleantes
que se producen durante la solidificación de la soldadura.
Agrietamiento Laminar: Un tipo de agrietamiento que ocurre en el metal base o zona
afectada térmicamente que es el resultado de ductilidad inadecuada en el espesor de planchas de
acero.
Soldaduras de clasificación A.W.S.
En términos generales, el fundente de las soldaduras de la clasificación "AWS"
comprendidas entre las 6010, 6011, 6012 y 6013 está fabricado a base de minerales, celulosa y otros
ingredientes.
124
Básicamente la diferencia entre estas soldaduras está en la penetración de las mismas y el
tipo de corriente con que deben usarse. Entre mayor es el contenido de celulosa en el fundente
mayor es la penetración. Así, por ejemplo una soldadura 6010, que contiene más celulosa que una
6013, es una soldadura de mayor penetración. El significado de la numeración de una soldadura
según la clasificación "AWS" tiene que ver directamente con sus características de aplicación, tipo
de corriente con que debe usarse, así como el tipo de depósito. También con base en los números se
define la resistencia a la tracción, resistencia al impacto, alargamiento, límite elástico, entre otras.
En el siguiente apartado se desglosa el siguiente número: AW E-6010
E Electrodo.
60 Significa un mínimo de resistencia a la tracción de 4350 a 5350 Kgs/cm2 (60,000
lb/in2).
1 Significa la posibilidad de aplicación, que en este caso es en todas las posiciones.
0 Significa alta penetración y que se debe aplicar únicamente con polaridad invertida y
corriente continua.
A1 Significa contenido de molibdeno.
B1 - B4 Significa contenido de cromo molibdeno.
C1 - C3 Significa contenido de níquel.
D1 y D2 Significa contenido de manganeso – molibdeno.
M Una clasificación militar generalmente usada para solda aceros de grano fino y extra
fino.
Significado del penúltimo número:
1 Toda posición.
2 Posición plana y horizontal.
3 Sólo soldable en posición plana.
Significado del último número:
0 Alta penetración, para soldarse únicamente con CC polaridad invertida.
1 Alta penetración, para soldarse con CA CC polaridad invertida.
2 Mediana penetración para soldarse con CA y CC, polaridad directa y polaridad
invertida.
3 Ligera penetración, acabado terso, para aplicarse con CA o CC polaridad directa.
4 Penetración mediana, revestimiento con polvo de hierro.
5 Bajo hidrógeno para soldarse con CC, polaridad invertida.
125
6 Bajo hidrógeno, para soldarse con CC o CA, polaridad invertida.
7 Polvo de hierro, bajo hidrógeno con CC, polaridad invertida.
8 Bajo hidrógeno, con polvo de hierro para soldarse con CC, polaridad invertida o con
CA siempre y cuando se tenga un transformador de voltaje.
Los electrodos con 70,000 lb/in2 de resistencia a la tracción o más existen en variedad
común y con índice adicional de letras y números. Por ejemplo el 7018 y el 7018A1.
5.5 Resultados
En el tiempo que se duró en estadías se mantuvo un buen funcionamiento del torno debido a que
cada momento que se oía alguna falla o ya no trabajaba de manera correcta sede le daba su
respectiva revisión de engranes y del Chuck.
En la medida que fuera posible o de manera periódica se le daba su mantenimiento para que
no fallara tan consecutivamente y no hubiera perdidas de trabajo que se tenían que entregar y
también que ocurriera algún accidente con un empleado al momento de que él lo manipulara y que
debido a que no se le brindaba un buen mantenimiento ocurriera este tipo de situaciones.
Por otra parte se le brindaba lubricación a sus engranes; chequeo general y la parte que le
hiciera falta lubricarla también se le brindaba con un aceite especial; aceite Meropa 220,
marca Texaco. Para los elementos a lubricar con grasa lubricante, el tipo que se utiliza es la grasa
NGL1, marca Texaco, sin compuestos de azufre y cloro.
De manera periódica se le brindaba su mantenimiento a la parte eléctrica como es su
iluminación que se usa para medidas más exactas.
Por parte de los tipos de soldadura y su aplicación se le dio un ligero mantenimiento a la
máquina de soldar y se aprendió como se realiza su aplicación y que tipo de soldadura se utiliza
para cada situación que se presenta o trabajo que se vaya a realizar como en estructuras pesadas o
en un simple puerta de una casa convencional.
Y las formas de aplicarla dependiendo del área de trabajo y la construcción.
5.6 Conclusiones
El manual de mantenimiento preventivo del torno paralelo tiene la función de proporcionar
información coherente y clara para el operario, de los pasos a seguir para llevar a cabo un
mantenimiento preventivo.
Para ello en este manual se describen las partes más importantes de la máquina herramienta
además de las actividades que se llevan a cabo para el mantenimiento preventivo. Finalmente se
recomienda llevar el mantenimiento periódicamente por lo menos dos veces por año formando un
equipo de trabajo el cual se encargue de realizarlo.
Además es incluido los tipos de soldadura más comunes utilizadas en la industria, por lo que
se menciona como se debe realizar y el material utilizado, así como el material a utilizar.
126
5.7 Referencias
Enciclopedia de Ciencia y Técnica. Tomo13 Torno. Salvat Editores S.A. ISBN 84-345-4490-3.
http://www.amtce.com.mx/config.
http://www.mantenimiento/mundial.Grimaldi-Simonds.
La Seguridad Industrial Su Administración. AlfaomogaMéxico1985. D. Keith Denton. Seguridad
Industrial. Mc Graw-Hill. 1984. México.
http://www.mantencion.htm.www.mantenimientos.htm.
127
Apéndice A . Consejo Editor Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Aguilera Santoyo- Virginia, PhD
Rectora de la Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato.
Gordillo Sosa- José Antonio, cPhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Contreras Medina-David Israel, cPhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Ingeniería en Negocios y Gestión Empresarial
Corral García-María del Socorro, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mecánica y Mantenimiento Área Industrial
Ramírez Cano- Teresa, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Desarrollo de Negocios y Contaduría
Rivas García-Olimpia Liliana, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Coordinación Académica
Moreno Villanueva-Emanuel, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Ingeniería en Metal Mecánica
Pérez Ríos-Miriam Estelina, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Procesos Alimentarios
128
Apéndice B. Consejo Editor ECORFAN
Ángeles Castro- Gerardo, PhD
Instituto Politécnico Nacional, Mexico
Guzmán Hurtado- Juan, PhD
Universidad Real y Pontifica de San Francisco Xavier, Bolivia
Peralta Ferriz- Cecilia, PhD
Washington University, E.U.A
Yan Tsai- Jeng, PhD
Tamkang University, Taiwan
Miranda Torrado- Fernando, PhD
Universidad de Santiago de Compostela, España
Palacio- Juan, PhD
University of St. Gallen, Suiza
David Feldman- German, PhD
Johann Wolfgang Goethe Universität, Alemania
Guzmán Sala- Andrés, PhD
Université de Perpignan, Francia
Vargas Hernández- José, PhD
Keele University, Inglaterra
Hira- Anil , PhD
Simon Fraser University, Canada
Villasante – Sebastian, PhD
Royal Swedish Academy of Sciences, Suecia
Navarro Frómeta -Enrique, PhD.
Instituto Azerbaidzhan de Petróleo y Química Azizbekov, Rusia
Beltrán Morales -Luis Felipe, PhD.
Universidad de Concepción, Chile
Araujo Burgos -Tania, PhD.
Universita Degli Studi Di Napoli Federico II, Italia
Pires Ferreira Marão- José , PhD
Federal University of Maranhão, Brasil
Luo- Yongli, PhD
Wayland Baptist University, Texas
Pacheco Bonrostro- Joaquín, PhD
Universidad de Burgos, España
129
García y Moisés– Enrique, PhD
Boston University, E.U.A
Raúl Chaparro- Germán , PhD
Universidad Central, Colombia
Ordóñez Gutiérrez -Sergio,PhD.
Université Paris Diderot , Francia.
Gandica de Roa- Elizabeth, PhD
Universidad Católica del Uruguay, Montevideo
Segovia Vargas- María , PhD
Universidad Complutense de Madrid, España
Laguna- Manuel, PhD
University of Colorado, E.U.A
Salgado Beltrán- Lizbeth, PhD
Universidad de Barcelona, España
Quintanilla Cóndor- Cerapio, PhD
Universidad Nacional de Huancavelica, Peru
García Espinosa- Cecilia, PhD
Universidad Península de Santa Elena, Ecuador
Bardey- David, PhD
University of Besançon, Francia.
Ibarra Zavala-Darío,PhD
New School for Social Research,E.U.A
Cobos Campos -Amalia, PhD
Universidad de Salamanca, España
Alvarez Echeverría -Francisco, PhD.
University José Matías Delgado, El Salvador.
Rocha Rangel -Enrique, PhD
Oak Ridge National Laboratory, E.U.A
Tutor Sánchez -Joaquín PhD
Universidad de la Habana, Cuba.
Verdegay Galdeano -José-, PhD
Universidad de Granada, España.
Ruiz Aguilar -Graciela, PhD
University of Iowa, E.U.A
130
Soria Freire -Vladimir, PhD
Universidad de Guayaquil, Ecuador.
Beltrán Miranda -Claudia, PhD
Universidad Industrial de Santander,Colombia
131
Apéndice C. Comité Arbitral Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Barrón Adame- José Miguel, PhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Ramírez Lemus-Lidia, PhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Desarrollo de Negocios Área Mercadotecnia
Ramírez Minguela-José de Jesús, PhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mecánica Área Industrial
Rosales García-Juan, PhD
Universidad de Guanajuato
Ingeniería Eléctrica
Thomson López-Reynaldo, PhD
Universidad de Guanajuato
Gestión Empresarial
Gómez Aguilar- José Francisco, PhD
Universidad Autónoma de México
Materiales
Córdova Fraga- Teodoro, PhD
Universidad de Guanajuato
Físico Médica
Ruiz Pinales- José, PhD
Universidad de Guanajuato
Eletrónica
González Parada- Adrián, PhD
Universidad de Guanajuato
Ingeniería Eléctrica
Guzmán Cabrera- Rafael, PhD
Universidad de Guanajuato
Ingeniería Eléctrica
Ireta Moreno- Fernando, PhD
Universidad de Guanajuato
Ingeniería Eléctrica
Arroyo Figueroa- Gabriela, PhD
Universidad de Guanajuato
Procesos Agroindustriales
132
Mercado Flores- Juan, PhD
Universidad de Guanajuato
Bioquímica de Alimentos
López Orozco- Melva, PhD
Universidad de Guanajuato
Bioquímica de Alimentos
Quintanilla Domínguez-Joel, cPhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Pérez García-Vicente, cPhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Ingeniería en Metal Mecánica
Aguilar Moreno-Antonio Alberto, cPhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mecánica Área Industrial
Rodríguez Muñoz-José Luis, cPhD
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mecánica Área Industrial
Aguirre Puente- José Alfredo, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Huerta Mascote- Eduardo Huerta, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Rico Moreno- José Luis, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Cano Contreras-Martín, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Ferrer Almaraz-Miguel Almaraz, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mecánica Área Industrial
Arreguín Cervantes-Antonio, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mecánica Área Industrial
Ledesma Jaime-Reynaldo, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mecánica Área Industrial
133
Avilés Ferrera-José Josías, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Ingeniería en Mantenimiento Industrial
Mendoza García- Patricia del Carmen, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Desarrollo de Negocios Área Mercadotecnia
Almanza Serrano-Leticia, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Desarrollo de Negocios Área Mercadotecnia
Ramírez Barajas-Alejandro, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Ingeniería en Negocios y Gestión Empresarial
Santamaría Ramírez-Yuridia Guadalupe, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Ingeniería en Negocios y Gestión Empresarial
Uribe Plaza- Guadalupe, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Ingeniería en Negocios y Gestión Empresarial
Silva Contreras-Juan, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Contaduría
Andrade Oseguera-Miguel Ángel, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Contaduría
Ambriz Colín-Fernando, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mantenimiento Área Industrial
Cano Ramírez-Jaime, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mantenimiento Área Industrial
Acosta Navarrete-María Susana, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Procesos Alimentarios
Morales Félix-Verónica, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Procesos Alimentarios
Castañeda Ramírez-José Cristóbal, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Procesos Alimentarios
134
López Ramírez-María Elena, MsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Agricultura Sustentable y Protegida
Guzmán Sepúlveda-José Rafael, MsC
Universidad Autónoma de Tamaulipas
Mecatrónica
Tapia Ortega- José Noé, MsC
Universidad De La Salle Bajío
Coordinador de Maestría en Admón. Educativa
Guía Calderón- Manuel, MsC
Universidad de Guanajuato
Ingeniería Eléctrica
Hernández Fusilier- Donato, MsC
Universidad de Guanajuato
Ingeniería Electrónica
Mosqueda Serrano- Fátima del Carmen, MsC
Universidad Tecnológica del Norte de Guanajuato
Gastronomía
Rodríguez Vargas- María de Jesús, BsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Tecnologías de la Información y Comunicación
Carmona García-Nélida, BsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Desarrollo de Negocios Área Mercadotecnia
Núñez Ledesma- Marcela Alejandra, BsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Diseño y Moda Industrial área Producción
Rodríguez Sánchez-Marcos, BsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Mantenimiento Área Industrial
Maciel Barajas-Gloria Elena, BsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Procesos Alimentarios
Pérez Rios- Lenin Waldir, BsC
Universidad Tecnológica del Suroeste de Guanajuato
Procesos Alimentarios
135