tesis de octavio...

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECÁNICA

Y ELÉCTRICA UNIDAD AZCAPOTZALCO

ANÁLISIS Y SOLUCIÓN A LA FRACTURA DE LA FLECHA DE ACOPLAMIENTO DEL REDUCTOR A UN

COMPRESOR DE CO2, EN UNA PLANTA DE FERTILIZANTES

TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE:

INGENIERO MECÁNICO

PRESENTA: OCTAVIO ROBERTO CARRIÓN CHÁVEZ

ASESORES: ING. JOSÉ GUADALUPE TORRES Y ORTEGA

ING JORGE FIDEL RAMÍREZ ROBLES

MÉXICO, D. F. DICIEMBRE, 2013

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DEDICATORIA

A mi esposa y a mis hijos por los que he luchado para darles cosas mejores espirituales, morales y económicas que los hagan mejores humanos y que sean

felices.

AGRADECIMIENTO

A mis padres (que en paz descansan) por haberme dado la vida, mi educación y

consejos para ser un mejor ser humano.

A mi Alma Mater, la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Instituto Politécnico Nacional; a mis profesores de la ESIME que contribuyeron a mi

formación profesional y que recordaré con mucho afecto.

Así también mi más sincero agradecimiento para el M. en C. José Guadalupe Torres y Ortega quien me apoyó íntegramente a desarrollar este trabajo, por sus

sugerencias, respaldo profesional y paciencia durante el tiempo para elaborar esta tesis. Así también al Ing. Jorge Fidel Ramírez Robles quien contribuyó para terminar

este trabajo para mi titulación profesional.

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ÍNDICE GENERAL CAPITULO 1. 1 1. Generalidades 2

1.1 Planteamiento del problema. 2 1.2 Equipos que constituyen una planta de fertilizantes 2 1.3 Descripción de equipos y maquinas de una planta de fertilizantes 5

1.3.1. Turbina de vapor 5 1.3.2. Compresores 6 1.3.3. Compresor alternativo 7 1.3.4. Compresor centrifugo 9 1.3.5. Compresor axial 10 1.3.6. Compresor rotativo 12 1.3.7. Compresores soplantes 13 1.3.8. Bombas 14 1.3.9. Reductores de velocidad 23 1.3.10. Calderas 27

1.4. Procesos básicos en la instalación de equipos y maquinaria. 31 CAPITULO 2. 32 2. El mantenimiento a equipos y maquinaria 33 2.1. Mantenimiento 33

2.1.1. El mantenimiento industrial 33 2.2. Mantenimiento predictivo 34 2.3. Mantenimiento preventivo 34 2.4. Mantenimiento correctivo 34

CAPITULO 3 36 3. Teorías de falla en la ingeniería mecánica 37 3.1. Teoría del esfuerzo normal máximo 37 3.2. Teoría del esfuerzo cortante máximo 38 3.3. Flechas 41 3.4. Proyecto de flechas cortas (cargas de torsión) 41 3.5. Transmisión de potencia mediante flechas 42 3.6. Vibraciones mecánicas 44 3.7. Fundamentos de la vibración 45 3.8. Propiedades de las maquinas que afectan la vibración 46 3.9. Características de la vibración 47 3.10. Frecuencia. 47 3.11. Desplazamiento 48 3.12. Velocidad 48 3.13. Aceleración 49 3.14. Fase 49

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3.15. Resonancia 49 3.16. Uso del análisis/monitoreo de las vibraciones 50 3.17. Medición de la vibración 51 3.18. Medición de las características de la vibración 52 3.19. Medición del desplazamiento 53 3.20. Medición de la frecuencia 53 3.21. Medición de la velocidad 54 3.22. Medición de la aceleración 54 3.23. Desbalance 55 3.24. Desalineación 57 3.25. Selección del mejor indicador 58 3.26. Selección del tipo de transductor 59 3.27. Tolerancias de vibración 60 3.28. Balanceo 60 3.29. Desbalance estático 61 3.30. Desbalance de par 62 3.31. Desbalance cuasi estático 62 3.32. Desbalance dinámico 62 3.33. Herramientas y Métodos de balanceo 62 CAPITULO 4 64 4. Descripción de los equipos que intervienen en el problema 65 4.1. Reductor de velocidad 65 4.2. Compresor de CO2 65

CAPITULO 5 68

5. Análisis y solución a la falla de la flecha de acoplamiento 69 5.1. Antecedentes 69 5.2. Verificación y corrección del alineamiento 72 5.3. Análisis final de la fractura de la flecha 73

CONCLUSIONES 76 BIBLIOGRAFÍA 79 GLOSARIO 80 ANEXOS 90

ANEXO A 90 CURRICULUM VITAE 101

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ÍNDICE DE FIGURAS

PAG Figura 1. Turbina de vapor 6 Figura 2. Compresor horizontal de movimiento alternativo 7 Figura 3. Compresor centrifugo 9 Figura 4. Vista interna de un compresor centrífugo 10 Figura 5. Compresor axial 11 Figura 6. Compresores Rotatorios 12 Figura 7. Bomba Centrifuga 14 Figura 8. Bomba de émbolo 16 Figura 9. Funcionamiento de la bomba de émbolo 17 Figura 10. Bomba de Engranes 18 Figura 11. Bomba de diafragma 18 Figura 12. Bomba de paletas 19 Figura 13. Funcionamiento de la bomba de paletas 19 Figura 14. Bomba centrifuga 20 Figura 15. Impelente de una bomba centrífuga 20 Figura 16. Elementos constructivos de una bomba centrífuga 21 Figura 17. Funcionamiento de la bomba centrífuga 21 Figura 18. Caudal contra presión de la bomba centrífuga 22 Figura 19. Bomba de hélice 22 Figura 20. Reductor de velocidad 23 Figura 21. Reductor de múltiples etapas engranes paralelos 24 Figura 22. Reductor sin fin 25 Figura 23. Reductor montado sobre flecha 25 Figura 24. Motor reductor de velocidad 26 Figura 25. Caldera acuotubulares (de tubos de agua) 27 Figura 26. Caldera piro tubular (tubos de humo) 28 Figura 27. Esquema de una caldera acuotubular (tubos de agua) 29 Figura 28. Representación grafica de la teoría del esfuerzo normal máximo 38 Figura 29. Circulo de Mohr 39 Figura 30. Representación grafica del esfuerzo cortante máximo 40 Figura 31. Barra sometida a torsión 41 Figura 32. Transmisión de potencia 43 Figura 33. Grafica de Frecuencia 47 Figura 34. Rotor fuera de balance 55 Figura 35. Ejemplo de Excentricidad 56 Figura 36. Flecha de acoplamiento 69 Figura 37. Visita de ultima fractura de la flecha 70 Figura 38. Extremo de la flecha que va acoplada al engrane del reductor 71 Figura 39. Extremo de la flecha acoplada al engrane de baja del reductor 71 Figura 40. Fecha montada en el engrane con brida de acoplamiento al compresor 72

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ÍNDICE DE TABLAS

PAG. TABLA 1. Plantas productoras de fertilizantes y productos intermedios 3 TABLA 2. Norma ISO 2372 para niveles aceptables de vibración 58 TABLA 3. Resumen de transductores de vibración comunes 59 TABLA 4. Muestreo 66 TABLA 5. Lecturas de alineamiento 72 TABLA 6. Datos de des alineamiento 72 TABLA 7. Muestreo 73 TABLA 8. Turbina – reductor – compresor 74 TABLA 9. Lecturas de alineamiento compresor / reductor 74 TABLA 10. Lecturas de alineación reductor / compresor 75

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CAPÍTULO 1

Generalidades

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CAPITULO 1

1. GENERALIDADES

1.1 Planteamiento del problema. En este primer capítulo se describe el principal objetivo de este trabajo, donde se explica cual fue el problema principal de falla, en los equipos que en su conjunto contribuían en que la flecha presentaba fractura. La elaboración de este trabajo tiene como finalidad, explicar la aplicación principal de ingeniería en la descripción, análisis y solución a la fractura de una flecha de acoplamiento de un reductor a un compresor para CO2, que se fracturó dos veces en un periodo muy corto, después de casi 20 años de operación, por lo que se procedió a analizar la causa, para solucionar el problema definitivamente y asegurar que no se volviera a romper dicha flecha. En el caso de la rotura de la flecha, como ya se había roto 2 veces en menos de 3 años, se consideró que había otra causa que originaba la rotura y no el diseño de la flecha tanto en dimensiones como en el material. Por esta razón se enfocó toda la atención en la otra posible causa de la rotura de la flecha como es el des alineamiento del reductor y el compresor. Como esto ya había efectuado y reportaba datos muy cercanos a los que marca el manual tome la decisión de independizar completamente las maquinas dejándola libres para facilitar su movimiento, pero lo más importante fue corregir la posición de la flecha de acoplamiento dejándola rígida con respecto al engrane de baja , para de esta manera estar seguros de las mediciones que se tomaran fueran las correctas y así se encontró que dichos equipo por el paso del tiempo y las misma roturas anteriores presentaban un muy fuerte des alineamiento, originando esto que la flecha que es muy robusta se flexionara en cada giro de la misma tratando de estar derecha buscando siempre su alineamiento con respecto al eje del compresor y debido a la robustez de la chumacera de apoyo de ambos ejes no repercutía en otro síntoma detectable como vibración o temperaturas altas por rozamiento. Determinando que esta era la causa de dicha rotura, por lo que convencido de ello se procedió a corregir dicha anomalía, resolviéndose el problema definitivamente. 1.2 EQUIPOS QUE CONSTITUYEN UNA PLANTA DE FERTILIZANTES

1. Turbinas de vapor y gas de 20 hasta 3,500 HP y de 1,800 a 12,000 rpm. 2. Compresores Centrífugos de aire y gas 7 a 12 pasos, de 7 a 24 kg/cm² de presión de

descarga y de 7,000 a 12,000 rpm. 3. Compresores alternativos de aire y gas de 2 y 4 pasos de 7 a 150 kg/cm² de presión de

descarga y de 40 a 15,000 pies³/min.

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4. Bombas Centrifugas para agua, amoniaco y ácidos de 4 a 400 hp de 1 a 7 pasos con presiones de 50 Kg/cm²

5. Bombas Alternativas para amoniaco de 250 a 500 hp con presiones de descarga de 150 a 450 Kg/cm²

6. Reductores de Velocidad de doble y triple reducción de 20 a 3,500 hp 7. Calderas de producción de vapor de tubos de humo de tubos de agua de 10,000 a

100,000 lbs. De vapor/hora y presiones de 14 a 50 Kg/cm² 8. Reactores, Cambiadores de calor, Vaporizadores, Cristalizadores, Agitadores, Cribas,

Elevadores, Bandas Transportadoras, Ensacadoras, Básculas etc. 9. Taller de Maquinas Herramientas Tornos, Fresadoras, Mandriladoras, Taladro Radial,

Cepillos, Balanceadora etc. Es importante resaltar que de acuerdo a las necesidades que implica proveer, en este caso a una planta de fertilizantes, es necesario que se localice cerca de refinerías de PEMEX, por lo que esta planta está situada a 5 kilómetros de Minatitlán Estado de Veracruz y aproximadamente a 20 kilómetros del puerto de Coatzacoalcos. Ocupa un área de 35.7 hectáreas y está adyacente a las instalaciones del Complejo Petroquímico Cosoleacaque de PEMEX Las razones principales por lo que se escogió este lugar para la instalación de la Unidad, fueron la existencia de la planta de Amoniaco, CO₂ y Gas suministradas por PEMEX, la disponibilidad de Roca Fosfórica y Muriato importada de Estados Unidos transportada en barcos hasta el Rio Coatzacoalcos, que son la materia prima para los Fertilizantes, todo a bajo costo y el fácil acceso al mercado interno por Camiones, Ferrocarril y Barcos . Los Ferrocarriles Nacionales de México, tienen su estación de “Higueras” a 7 kilómetros de la Unidad y su red comunica a esta zona con el resto del País entroncando en Coatzacoalcos con el Ferrocarril del Sureste que comunica a los Estados de Tabasco, Campeche y Yucatán. Los mercados de la costa del Pacífico y del Golfo de México son accesibles por vía marítima, ya sea por el puerto Salina Cruz o por el Rio y Puerto de Coatzacoalcos. CAPACIDAD INSTALADA.- En la unidad se cuenta con la siguientes Plantas Productoras de Fertilizantes y productos intermedios Tabla 1. Plantas Productoras de Fertilizantes y productos intermedios

PLANTAS CAPACIDAD T. Anuales ÁCIDO NÍTRICO 1 50 ÁCIDO ´NITRICO 2 50

SOLUCIÓN DE NITRATO DE AMONIO 127 NITRATO DE AMONIO (33.5 %N) 100

UREA PRILADA 247

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Datos técnicos la planta cuenta con un compresor de CO₂ tipo alternativo marca Nuovo Pignone de 4 pasos de compresión de 5 pistones (2 primer paso, 1 segundo paso, 1 tercer paso y 1 del 4 paso). Cuyo funcionamiento es para recibir el CO₂ ( materia prima para la producción de urea ) de la empresa PEMEX a 250 gr./cm² de presión a una temperatura no mayor de 30 ºC, lo comprime hasta 155 Kg./cm² y lo inyecta en el fondo de un Reactor donde reacciona con un flujo de Amoniaco liquido ( que es suministrado por una bomba de tres pistones alternativa), produciendo Carbamato de Amonio que mediante una serie de Cambiadores de Calor, Evaporadores y sistemas de vacio es convertido en Urea liquida la que es bombeada a una Canastilla que al girar a cierta velocidad ( aproximadamente 250 rpm ) la proyecta en el interior de una Torre de Prilado de aproximadamente 15 m. de diámetro por 45 m. de altura poniéndose en contra corriente con un tiro de aire originado por 6 Extractores de aspas movidos por motores eléctrico ubicados en la parte superior de dicha torre. Al ponerse en contacto las gotas de Urea fundida con el tiro de aire se enfrían estas y se vuelven pequeñas esferas que se denominan Prill , el cual cae sobre dos bandas transportadoras y estas a la vez transportan el producto mediante otras 6 bandas transportadoras más pequeñas pero de hasta 250 m. de longitud, hasta el almacén donde es envasada en sacos de 50 Kg. cada uno y vendida a los consumidores (la Urea es el principal Fertilizante proveedor del Nitrógeno necesario para los cultivos agrícolas en general). Características.- Es un Compresor Alternativo de 5 pistones con 4 pasos de compresión de doble efecto marca Nuovo Pignone movido por un Reductor de Velocidad de doble reducción marca Maag con relación de velocidad de 20:1 y este a su vez movido por una Turbina de Vapor de 3,600 hp marca Nuovo Pignone que gira a 5,000 rpm. El CO₂ lo recibe de la empresa paraestal PEMEX a 250 grs/cm² y el Primer Paso lo comprime a 3.9 Kg./cm² pasa atreves de un Pulmón Amortiguador y después por un Interenfriador Tubular utilizando Agua como medio de enfriamiento. Después de enfriado el gas, pasa al Segundo Paso de compresión donde lo comprime hasta 14.5 Kg./cm² descargándolo a un Segundo Pulmón Amortiguador y después al Segundo Interenfriador tubular utilizando agua como medio de enfriamiento. Después de enfriado el gas pasa al Tercer Paso de compresión donde lo comprime hasta 50 Kg./cm² descargándolo a un Tercer Pulmón Amortiguador y después al Tercer Interenfriador Tubular utilizando agua como medio de enfriamiento. Después de enfriado el gas pasa al Cuarto Paso de Compresión donde lo comprime hasta 155 Kg./cm² descargándolo al Cuarto Pulmón Amortiguador y después de pasar atreves de un filtro para retirarle impurezas principalmente aceite ( pues los 5 pistones están lubricados con Aceite ), el CO₂ es conducido por una tubería de 4 “ de diámetro de cedula 160 hasta la parte inferior del reactor donde se pone en contacto con el Amoniaco Liquido suministrado por una Bomba Alternativa de 3 pistones marca Uraca y a partir de este momento iniciarse una serie de reacciones hasta lograr el producto terminado que es la Urea Prill.

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1.3 DESCRIPCIÓN DE EQUIPOS Y MÁQUINAS DE UNA PLANTA DE FERTILIZANTES: 1.3.1 Turbina de Vapor. Una turbina de vapor es una maquina motora, que transforma la energía de un flujo de vapor en energía mecánica a través de un intercambio de cantidad de movimiento entre el fluido de trabajo (entiéndase el vapor) y el rodete órgano principal de la turbina, que cuenta con palas o alabes los cuales tienen una forma particular para poder realizar el intercambio energético. Las turbinas de vapor están presentes en diversos ciclos de potencia que utilizan un fluido que pueda cambiar de fase, entre éstos el más importante es el Ciclo Ranking, el cual genera el vapor en una caldera de la cual sale en unas condiciones de elevada temperatura y presión. En la turbina se transforma la energía interna del vapor en energía mecánica, que típicamente, es aprovechada para mover en este caso un reductor de velocidad y este un compresor alternativo. En una turbina se pueden distinguir dos partes, el rotor y el estator. El rotor está formado por ruedas de álabes unidas al eje y que constituyen la parte móvil de la turbina. El estator también está formado por álabes, no unidos al eje sino a la carcasa de la turbina. El término turbina de vapor es muy utilizado para referirse a una maquina motora la cual cuenta con un conjuntos de alabes para transformar la energía del vapor, también al conjunto del rodete y los álabes directores. La clasificación de las turbinas de vapor puede hacerse según la forma de aprovechamiento de la energía contenida en el flujo de vapor (reacción o acción), según el número de etapas (multietapa o mono etapa), según la dirección del flujo de vapor (axiales o radiales), si existe o no extracción de vapor antes de llegar al escape y por último por la presión de salida del vapor (contrapresión, escape libre o condensación). Turbina de vapor de reacción: En la turbina de reacción la energía mecánica se obtiene de la aceleración del vapor en expansión. Las turbinas de este tipo cuentan con dos grupos de palas, unas móviles y las otras fijas. Las palas fijas están colocadas de forma que cada par actúa como una boquilla a través de la cual pasa el vapor mientras se expande, llegando a las palas de las turbinas de reacción, que se montan en un tambor que actúa como eje de la turbina. Su funcionamiento consiste en impulsar el vapor a través de las toberas fijas hasta alcanzar las palas, que absorben una parte de la energía cinética del vapor en expansión, lo que hace girar el rotor y con ella el eje al que está unida. Las turbinas de acción habituales tienen varias etapas, en las que la presión va disminuyendo de forma escalonada en cada una de ellas.

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En la Unidad Minatitlán contábamos con 7 turbinas parecidas a la de la Fig. 1 y era el responsable de todo su mantenimiento tanto preventivo como correctivo, muy raro este ultimo pues cada año en los paros anuales de la planta se aplicaba un mantenimiento preventivo muy riguroso que incluía el desarmado completo de la turbina, limpieza del rotor con chorro de arena, balanceo dinámico checado de holguras de sellos y chumaceras, así como ajuste de disparo por sobre velocidad.

Figura 1. Turbina de vapor

Estas Turbinas reciben vapor saturado a 230 ºC y una presión de 24 kg. /cm.² producido por 3 calderas de tubos de agua, con capacidades de 50,000, 60,000 y 100,000 lbs. de vapor por hora, que le proporcionan la energía para su movimiento alcanzando velocidades hasta de 8,000 rpm, para mover a su vez a un compresor centrifugo o uno alternativo, los cuales suministran la materia prima, el aire para la producción de ácido nítrico y el CO₂ para la producción de Urea. 1.3.2 Compresores.

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de

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temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable

Figura 2. Compresor horizontal de movimiento alternativo

1.3.3 Compresor alternativo .

El compresor alternativo es uno de los tipos que mayor rendimiento alcance en la mayoría de las aplicaciones. Adicionalmente se le puede dotar de un sistema de control de carga con objeto de mantener su rendimiento a carga parcial. La práctica totalidad de los gases comerciales pueden tratarse con este tipo de compresor, al no presentar problemas con gases corrosivos. Los cilindros de compresión son generalmente del tipo lubricado, aunque si la necesidades del proceso lo requieren se puede ir a un tipo no lubricado. En compresores donde la relación de compresión es muy elevada, la compresión se realiza en varios pasos. De esta forma se pretende reducir el perfil de temperatura del sistema, consiguiendo un mejor control del mismo. Con el objeto de compensar las fuerzas de inercia de los pistones y otros elementos móviles que provocan vibraciones en el equipo, se instalan sistemas de equilibrado del equipo, tales como volantes de inercia, cigüeñales contra rotantes, etc. Los compresores alternativos deben ser alimentados con gas limpio, recomendándose el uso de filtros en la alimentación. No permiten trabajar con gases que puedan arrastrar gotas de líquido con ellos, aunque sí con vaporizado siempre que no exista el riesgo de condensación dentro del cilindro. La presencia de líquido dentro del cilindro es peligrosa para el equipo, ya que al ser incompresible el cigüeñal de la máquina puede resultar dañado al intentar hacerlo. Adicionalmente

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la lubricación de las paredes del cilindro puede ser destruida por el líquido que pudiera entrar en él. Para solucionar el problema en la alimentación al compresor se instalan depósitos amortiguadores con separadores de humedad, en los que se retira el posible contenido líquido que pudiera arrastrar el gas de alimentación. Los compresores alternativos suministran un flujo pulsante de gas. En algunas aplicaciones esto es contraproducente. Este problema se soluciona disponiendo a la salida de cada paso de compresión un depósito antipulsante, en el que se atenúan las variaciones de presión en el flujo, así como de un enfriador para permitir que la temperatura no afecte el siguiente paso de compresión. Un compresor alternativo (también conocido como de pistón) es una máquina que se puede clasificar dentro de los de tipo de desplazamiento (frente a los dinámicos), y dentro de éstos en la categoría de los de movimiento alternativo frente a los rotativos. Este clasificación se debe a la manera en que consigue comprimir los gases: un motor con movimiento giratorio mueve, a través de un cigüeñal y una biela, un embolo o pistón con un movimiento oscilante entre dos puntos comúnmente denominados puntos muertos (superior e inferior). El aumento de presión se consigue disminuyendo el volumen ocupado por el gas, durante la fase de compresión. El ciclo de funcionamiento de un compresor se completa con 3 fases más, dando lugar a cuatro tiempos. Si partimos del punto situado más a la derecha en la que el compresor realiza la compresión hasta que la presión dentro del cilindro supera la presión en el conducto de impulsión, momento en el cual la válvula de impulsión abre y comienza la fase de descarga del gas. Cuando el pistón llega al punto extremo de su carrera la presión dentro del cilindro comienza a descender, lo que provoca el cierre de la válvula de impulsión y la disminución de la presión en el interior del cilindro (fase de expansión). Esta disminución continúa hasta que la diferencia de presiones entre el cilindro y el sistema de aspiración es suficiente como para abrir la válvula de aspiración. Esta fase se denomina aspiración y se prolonga hasta que el pistón alcanza el punto de partida. En la unidad Minatitlán contábamos con un compresor alternativo como el que se muestra en la Fig. 2, el cual comprimía el CO₂ y 8 más pequeños, que eran utilizados para comprimir aire para los instrumentos y paliación de los procesos, de los cuales era el responsable de darles el manteamiento preventivo y correctivo. El compresor recibe el CO₂ de la empresa PEMEX a 250 gr. /cm² y lo comprime a 155kg. /cm² introduciéndolo al fondo de un reactor donde se pone en contacto con el Amoniaco liquido, reaccionando para producir carbamato de amonio que después se convertirá en Urea sólida tipo prill.

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Los otros compresores alternativos se usan para comprimir el aire necesario para toda la instrumentación neumática de las plantas productoras, así como el suministro del aire de paliación indispensable para la operación segura de las plantas. 1.3.4 Compresor Centrifugo

El compresor centrífugo es una turbo máquina que consiste en un rotor que gira dentro de una carcasa provista de aberturas para el ingreso y egreso del fluido. El rotor es el elemento que convierte la energía mecánica del eje en cantidad de movimiento y por tanto energía cinética del fluido. En la carcasa se encuentra incorporado el elemento que convierte la energía cinética en energía potencial de presión (el difusor) completando así la escala de conversión de energía. El difusor puede ser del tipo de paletas sustancialmente radiales, o de caracol. El compresor centrífugo es una máquina en la que el gas es comprimido por la acción dinámica de las paletas giratorias de uno o más rodetes figura 3. El rodete logra esta transmisión de energía variando el momento y la presión del gas. El momento (relativo a la energía cinética) se convierte en energía de presión útil al perder velocidad el gas en el difusor del compresor u otro rodete.

Figura 3. Compresor centrifugo

Un compresor de este tipo está constituido esencialmente por dos partes:

• El rodete, el cual impulsa el gas. • La carcasa, que primero conduce el gas hasta el rodete y después lo recibe de él a una

presión mayor.

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Según el flujo interno de gas dentro del compresor clasificaremos los compresores en:

• Compresores centrífugos. En ellos el flujo de gas es radial y la transferencia de energía se debe predominantemente a un cambio en las fuerzas centrifugas actuantes sobre el gas.

Figura 4. Vista interna de un compresor centrífugo

En ellos el flujo de gas es paralelo al eje del compresor. En ellos el gas es comprimido en pasos sucesivos. Cada paso está compuesto por una corona móvil solidaria al rotor y otra fija perteneciente a la carcasa. La energía se transfiere al gas en forma de momento cinético por la corona móvil, para pasar a continuación a la fija donde transforma su velocidad en presión. En la unidad Minatitlán contamos con 2 compresores centrífugos, que succionan el aire de la atmosfera y lo comprimen a 8.4 kg. /cm², el cual llega hasta un convertidor donde mediante una malla catalizadora de platino y rodio, se hace reaccionar con una corriente de amoniaco formándose oxido nitroso el cual posteriormente en unas torres de absorción se pone en contacto con el agua para formar el acido nítrico. También se cuenta con dos compresores centrífugos que reciben CO₂ de Pemex a una presión de 250 gr/cm², comprimiéndolo a 24 kg. /cm². Para que mediante dos ductos de 18 y 20 plgs. de diámetro cada uno, de aproximadamente 20 km. de longitud conduzcan el CO₂ hasta las dos plantas de Urea de 1,500 t. diarias cada una en Coatzacoalcos Ver. 1.3.5 Compresor Axial.

El compresor axial se desarrollo para utilizarse con turbinas de gas y posee diversas ventajas para servicios en motores de reacción de la aviación. Su aceptación por la industria para instalaciones estacionarias fue lenta; pero se construyeron varias unidades de gran capacidad para altos hornos, elevadores de la presión de gas y servicios en túneles aerodinámicos.

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En los compresores de este tipo (Fig. 5), la corriente de aire fluye en dirección axial, a través de una serie de paletas giratorios de un motor y de los fijos de un estator, que están concéntricos respecto al eje de rotación. A diferencia de la turbina, que también emplea las paletas de un motor y los de un estator, el recorrido de la corriente de un compresor axial va disminuyendo de área de su sección transversal, en la dirección de la corriente en proporción a la reducción de volumen del aire según progresa la compresión de escalón a escalón.

Figura 5. Compresor axial

Una vez suministrado el aire al compresor por el conducto de admisión, pasa la corriente a través de un juego de paletas directores de entrada, que preparan la corriente para el primer escalón de del compresor. Al entrar en el grupo de paletas giratorias, la corriente de aire, que tiene una dirección general axial se detecta en la dirección de la rotación. Este cambio de dirección de la corriente viene acompañado de una disminución de la velocidad, con la consiguiente elevación de presión por efecto de difusión. Al pasar la corriente a través del otro grupo de paletas del estator se lo para y endereza, después de lo cual es recogida por el escalón siguiente de paletas rotatorios, donde continúa el proceso de presurización. Un compresor axial simple puede estar constituido teóricamente por varias etapas según sea necesario, pero esto puede producir que a determinadas velocidades las últimas etapas funcionen con bajo rendimiento y las primeras etapas trabajen sobrecargadas. Esto puede ser corregido ya sea con extracción de aire entre etapas o se puede conseguir mucha mayor flexibilidad y rendimiento partiendo el compresor en dos sistemas rotatorios completamente independientes mecánicamente, cada uno arrastrado por su propia turbina. El compresor de alta tiene paletas más cortos que el de baja y es más ligero de peso. Puesto que el trabajo de compresión de compresor de alta trabaja a mayor temperatura que el de baja se podrán conseguir velocidades más altas antes de que las puntas de las paletas alcancen su número de Mach límite, ya que la velocidad del sonido aumento a mayor temperatura. Por consiguiente el compresor de alta podrá rodar a mayor velocidad que el de baja. El aire al salir del compresor pasa a través de un difusor que lo prepara para entrar a la cámara de combustión.

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Ventajas del compresor rotativo:

• En el rango de 1 a 100 mᶾ/s (según cuál sea la razón de compresión) es el más conveniente desde el punto de vista económico, pues basta una sola unidad. Se le pueden conseguir variaciones relativamente grandes de la capacidad sin que varíe mucho la presión de descarga.

• Ocupan relativamente poco espacio. • Flujo continuo y sin pulsaciones. • Se pueden conectar directamente bien a un motor eléctrico o a una turbina movida por

vapor. • Largos periodos de tiempo entre reparaciones u operaciones de mantenimiento. • No hay contaminación del gas por aceite lubricante.

Desventajas:

• La presión de descarga depende del peso molecular del gas: un cambio imprevisto de la composición puede modificar grandemente la presión de descarga (demasiado baja o demasiado alta).

• Se necesitan velocidades de giro muy altas. • Aumentos relativamente pequeños de la pérdida de carga en la tubería de impulsión

pueden provocar grandes reducciones de la capacidad. • Se necesita un sistema complicado para evitar las fugas y para la lubricación.

1.3.6 Compresores Rotativos.

Se denominan compresores rotatorios a aquellos grupos que producen aire comprimido por un sistema rotatorio y continuo, es decir, que empujan el aire desde la aspiración hacia la salida, comprimiéndolo.

Figura 6. Compresores Rotatorios

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Se distinguen los siguientes tipos: Compresores de tornillo.- Esencialmente se componen de un par de rotores que tienen lóbulos helicoidales de engrane constante. La compresión por motores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de lóbulos en espira a la manera de un tornillo sin fin. Acoplando dos motores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo, y haciéndolos girar en sentidos opuestos se logra desplazar el gas, paralelamente a los dos ejes, entre los lóbulos y la carcasa. Las revoluciones sucesivas de los lóbulos reducen progresivamente el volumen de gas atrapado y por consiguiente su presión, el gas así comprimido es forzado axialmente por la rotación de los lóbulos helicoidales hasta 1ª descarga. Compresores de paletas deslizantes.- El motor es excéntrico en relación a la carcasa o el cilindro, y lleva una serie de aletas que se ajustan contra las paredes de la carcasa debido a la fuerza centrífuga. Este tipo de compresores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual está ubicado en forma excéntrica un motor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares se deslizan libremente dentro de las ranuras de forma que al girar el motor la fuerza centrifuga empuja las paletas contra la pared del cilindro. El gas al entrar, es atrapado en los espacios que forman las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica es comprimida al disminuir el volumen de estos espacios durante la rotación. 1.3.7 Compresores Soplantes.

Se conocen como compresores de doble motor o de doble impulsor aquellos que trabajan con dos motores acoplados, montados sobre ejes paralelos, para una misma etapa de compresión. Una máquina de este tipo muy difundida es el compresor de lóbulos mayor conocida como "Roots", de gran ampliación como alimentador de los motores diesel o compresores de gases a presión moderada. Los motores, por lo general, de dos o tres lóbulos están conectados mediante engranajes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcasa; con el movimiento de los motores de la máquina, por donde sale, no pudieron regresarse debido al estrecho juego existente entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno. En la unidad Minatitlán contábamos con 4 compresores como el de la Figura 6 y era el encargado de darles el mantenimiento preventivo y correctivo.

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Estos compresores o sopladores como se conocían comúnmente se encargaban de su ministrar el aire para los fluidizadores o transportadores de roca molida a los silos y al tren de reacción de la planta de Acido Fosfórico.

Figura 7. Bomba Centrifuga

1.3.8 Bombas.

Siempre que tratemos temas como procesos químicos, y de cualquier circulación de fluidos estamos, de alguna manera entrando en el tema de bombas. El funcionamiento en sí de la bomba será el de un convertidor de energía, o sea, transformara la energía mecánica en energía cinética, generando presión y velocidad en el fluido. Existen muchos tipos de bombas para diferentes aplicaciones. Los factores más importantes que permiten escoger un sistema de bombeo adecuado son: presión última, presión de proceso, velocidad de bombeo, tipo de gases a bombear (la eficiencia de cada bomba varía según el tipo de gas). Las bombas se clasifican en tres tipos principales:

1. De émbolo alternativo 2. De émbolo rotativo 3. Roto dinámicas

Los dos primeros operan sobre el principio de desplazamiento positivo y el tercer tipo debe su nombre a un elemento rotativo, llamado rodete, que comunica velocidad al líquido y genera presión, estas son de desplazamiento no positivo. Se dice que una bomba es de desplazamiento positivo, cuando su órgano propulsor contiene elementos móviles de modo tal que por cada revolución se genera de manera positiva un volumen

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dado o cilindrada, independientemente de la contrapresión a la salida. En este tipo de bombas la energía mecánica recibida se transforma directamente en energía de presión que se transmite hidrostáticamente en el sistema hidráulico. En las bombas de desplazamiento positivo siempre debe permanecer la descarga abierta, pues a medida que la misma se obstruya, aumenta la presión en el circuito hasta alcanzar valores que pueden ocasionar la rotura de la bomba; por tal causal siempre se debe colocar inmediatamente a la salida de la bomba una válvula de alivio o de seguridad. Con una descarga a tanque y con registro de presión. Se dice que una bomba es de desplazamiento No positivo cuando su órgano propulsar no contiene elementos móviles; es decir, que es de una sola pieza, o de varias ensambladas en una sola. A este caso pertenecen las bombas centrífugas, cuyo elemento propulsor es el rodete giratorio. En este tipo de bombas, se transforma la energía mecánica recibida en energía hidro-cinética imprimiendo a las partículas cambios en la proyección de sus trayectorias y en la dirección de sus velocidades. Es muy importante en este tipo de bombas que la descarga de las mismas no tenga contrapresión pues si la hubiera, dado que la misma regula la descarga, en el caso límite que la descarga de la bomba estuviera totalmente cerrada, la misma seguiría en movimiento no generando caudal alguno trabajando no obstante a plena carga con el máximo consumo de fuerza motriz. Bombas de impulsión. Para muchas necesidades de la vida diaria tanto en la vida doméstica como en la industria, es preciso impulsar sustancias a través de conductos, los aparatos que sirven para este fin se conocen como bombas de impulsión. Aunque en la práctica se pueden bombear gases e incluso sólidos en suspensión gaseosa o líquida, para los intereses de esta página se consideran bombas solo las máquinas diseñadas para trasegar líquidos. La diversidad de estas máquinas es extensa, aquí solo trataremos de manera elemental las más comunes. Clasificación de las bombas.- Todas las bombas pueden clasificarse en dos grupos generales:

1. Bombas de desplazamiento positivo. 2. Bombas de presión límite.

Las bombas de desplazamiento positivo no tienen límite de presión máxima de impulsión, esta presión de salida puede llegar a valores que ponen en peligro la integridad de la bomba si el conducto de escape se cierra completamente. Para garantizar el funcionamiento seguro de ellas, es necesaria la utilización de alguna válvula de seguridad que derive la salida en caso de obstrucción del conducto. Si el ajuste es apropiado, estas bombas pueden bombear el aire de su interior y con ello, crear la suficiente depresión en el conducto de admisión como para succionar el líquido a bombear desde niveles más bajos que la posición de la bomba, aun cuando estén llenas de aire. Se caracterizan porque el caudal de bombeo casi no es afectado por la presión de funcionamiento.

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Se pueden clasificar en:

• Bombas de émbolo. • Bombas de engranes. • Bombas de diafragma. • Bombas de paletas.

Las bombas de presión límite son aquellas que impulsan el líquido solo hasta determinada presión, a partir de la cual el caudal es cero. Estas bombas pueden funcionar por un tiempo relativamente largo sin averías con el conducto de salida cerrado. Existe en ellas una dependencia generalmente no lineal entre el caudal bombeado y la presión de descarga. Las más comunes son:

• Bombas centrífugas. • Bombas de hélice • Bombas de diafragma con resorte.

Veamos ahora algunas características de cada una de ellas. Bombas de émbolo.- En estas bombas el líquido es forzado por el movimiento de uno o más pistones ajustados a sus respectivos cilindros tal y como lo hace un compresor. En la fig. 8 se muestra de cómo se produce el bombeo, observe el movimiento de las válvulas de entrada y salida con el movimiento del pistón. Durante la carrera de descenso del pistón, se abre la válvula de admisión accionada por el vacío creado por el propio pistón, mientras la de descarga se aprieta contra su asiento, de esta forma se llena de líquido el espacio sobre él. Luego, cuando el pistón sube, el incremento de presión cierra la válvula de admisión y empuja la de escape, abriéndola, con lo que se produce la descarga. La repetición de este ciclo de trabajo produce un bombeo pulsante a presiones que pueden ser muy grandes

Figura 8. Bomba de émbolo

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En la Fig. 9 abajo se muestra una de este método, observe como en este caso la impulsión es axial, y hay una válvula colocada en el centro del pistón. Esta válvula permite el paso desde la cámara inferior del cilindro a la cámara superior durante la carrera de descenso, luego, cuando el pistón sube se cierra, y el agua es impulsada hacia arriba por el pistón. Otra válvula en la parte inferior del cilindro permite la entrada del agua a este cuando el pistón sube y crea succión debajo, pero se cierra cuando este baja, obligando al agua a cambiar de la cámara inferior a la superior del pistón a través de la válvula central

Figura 9. Funcionamiento de la bomba de émbolo

Bombas de engranes.- Hay diferentes variantes de las bombas de engrane, pero la más común es la que se muestra en la Fig. 10. En un cuerpo cerrado están colocados dos engranes acoplados de manera que la holgura entre estos y el cuerpo sea muy pequeña. El accionamiento de la bomba se realiza por un árbol acoplado a uno de los engranes y que sale al exterior. Este engrane motriz arrastra el otro. Los engranes al girar atrapan el líquido en el volumen de la cavidad de los dientes en uno de los lados del cuerpo, zona de succión, y lo trasladan confinado por las escasas holguras hacia el otro lado. En este otro lado, zona de impulsión, el líquido es desalojado de la cavidad por la entrada del diente del engrane conjugado, por lo que se ve obligado a salir por el conducto de descarga. La presión a la salida en estas bombas es también pulsante como en las bombas de pistones, pero los pulsos de presión son en general menores en magnitud y más frecuentes, por lo que puede decirse que tienen un bombeo mas continúo que aquellas.

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Este tipo de bombas es muy utilizado para la impulsión de aceites lubricantes en las máquinas y los sistemas de accionamiento hidráulico.

Figura 10. Bomba de Engranes

Bombas de diafragma.- En la Fig. 11 se muestra de forma esquemática un funcionamiento de estas bombas. El elemento de bombeo en este caso es un diafragma flexible, colocado dentro de un cuerpo cerrado que se acciona desde el exterior por un mecanismo reciprocante. Este movimiento reciprocante hace aumentar y disminuir el volumen debajo del diafragma, observe que un par de válvulas convenientemente colocadas a la entrada y la salida fuerzan el líquido a circular en la dirección de bombeo. Como en las bombas de diafragma no hay piezas friccionantes, ellas encuentran aplicación en el bombeo de líquidos contaminados con sólidos, tal como los lodos, aguas negras y similares.

Figura 11. Bomba de diafragma

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Bombas de paletas.- Utilicemos el esquema de la Fig. 12 para la descripción de las bombas de paletas. Dentro de un cuerpo con una cavidad interior cilíndrica se encuentra un rotor giratorio excéntrico por donde entra el movimiento a la bomba. En este rotor se han practicado unos canales que albergan a paletas deslizantes, construidas de un material resistente a la fricción. Cada paleta es empujada por un resorte colocado en el fondo del canal respectivo contra la superficie interior de la cavidad del cuerpo. Este resorte elimina la holgura entre la paleta y el interior de la bomba, con independencia de la posición del rotor, y además compensa el desgaste que puede producirse en ellas con el uso prolongado. Cuando el rotor excéntrico gira, los espacios entre las paletas de convierten en cámaras que atrapan el líquido en el conducto de entrada, y lo trasladan al conducto de salida. Observe que, debido a la excentricidad, del lado de la entrada, la cámara se agranda con el giro y crea succión, mientras que del lado de la salida, la cámara se reduce y obliga al líquido a salir presurizado

Figura 12. Bomba de paletas

En la Fig. 13 puede verse el funcionamiento de una de estas bombas utilizando solo dos paletas para simplificar. La debida hermeticidad de las paletas y el cuerpo se garantiza por la presión del resorte colocado entre ellas.

Figura 13. Funcionamiento de la bomba de paletas

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Bombas centrífugas.- Como el nombre lo indica, estas bombas utilizan la fuerza centrífuga inducida al líquido por un impelente con paletas que gira a alta velocidad dentro de un cuerpo de dimensiones y forma adecuados fig. 14.

Figura 14. Bomba centrifuga

Este impelente se mueve confinado en el interior de un cuerpo en forma de espiral conocido como voluta, que dirige el líquido impelido por la fuerza centrífuga a la salida. En la Fig. 15 se muestra una foto de uno de estos impelentes.

Figura 15. Impelente de una bomba centrífuga

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El mostrado en la figura es del tipo abierto. Observe las aletas curvas que forman parte de él. Cuando el impelente gira dentro del líquido, sus paletas lo atrapan por el borde interior (cerca del centro) y lo conducen dirigido por el perfil de la paleta. Debido al giro a alta velocidad, el fluido adquiere un movimiento circular muy rápido que lo proyecta radialmente con fuerza, el cuerpo entonces completa el trabajo dirigiéndolo al conducto de salida. En la Fig. 16 se presenta un esquema ilustrativo del impelente y el cuerpo que puede servir para entender, y en la figura 9 un esquema animado que de manera muy elemental sirve para ilustrar como una bomba centrífuga impulsa el líquido. En este caso las paletas se han representado rectas, pero el principio de funcionamiento es el mismo.

Figur-a 16. Elementos constructivos de una bomba centrífuga

Las bombas centrífugas por su modo de operar fig.17, solo pueden generar presiones de salida limitadas, está claro, la presión la genera la fuerza centrífuga, por lo que su máximo valor dependerá de esta, la que a su vez depende de la velocidad de giro y del diámetro del impelente, de manera que a mayor velocidad y diámetro, mayor presión final.

Figura 17. Funcionamiento de la bomba centrífuga

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Como la velocidad de giro y el diámetro del impelente no pueden aumentarse indefinidamente sin que peligre su integridad física, entonces estas bombas, no pueden generar presiones muy altas como lo hacen las de desplazamiento positivo. Otra característica que las distingue, es que el caudal bombeado depende de la presión de salida, de forma que a mayor presión menos caudal. La Fig. 18 muestra un gráfico típico de la relación presión-caudal de estas bombas.

Figura 18. Caudal contra presión de la bomba centrífuga

Bombas de hélice.- Las bombas de hélice se comportan en principio igual que las centrífugas, con la diferencia de que las presiones de trabajo son menores. En el esquema de la derecha (Fig. 19) se muestra un esquema simplificado de una bomba de hélice, o bombas axiales. Observe la construcción, una hélice de palas de empuje axial está confinada con escasa holgura en un cuerpo cilíndrico acodado, esta hélice al girar empuja el líquido hacia la salida. Estas bombas encuentran aplicación en aquellas situaciones en las cuales la bomba está sumergida, o por debajo del nivel del líquido a bombear y donde se necesiten grandes caudales de bombeo a bajas presiones. En la unidad Minatitlán se contaba con cerca de 100 bombas centrifugas de diversos tipos y capacidades cuya función era de trasladar distinto fluidos como agua, amoniaco, soluciones y ácidos a las distintas etapas de cada uno de los procesos de elaboración de los fertilizantes.

Figura 19. Bomba de hélice

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1.3.9 Reductores de Velocidad.-

Las máquinas que funcionan con un motor, necesitan que la velocidad del motor sea adecuada para funcionar. Los motores tienen diferentes necesidades de velocidad, por esta razón se utilizan los reductores de velocidad. Un reductor de velocidad es también llamado motor reductor. Los reductores de velocidad son los encargados de regular la velocidad adecuada a través de engranajes especializados para esto.

Figura 20. Reductor de velocidad

• Engrasado de por vida.- Se emplean grasas estables y resistentes al envejecimiento. Apto sólo para reductores de baja velocidad.

• Lubricación por baño de aceite.- Los engranajes quedan parcialmente sumergidos en el aceite contenido en el cárter. Su movimiento crea una atmósfera oleosa que llega a todos los elementos a lubricar. Se emplea en reductores estándar de velocidad moderada. Para otras velocidades no es adecuado ya que el aceite se caliente excesivamente.

• Lubricación por inyección de aceite a presión.- Se lubrica inyectando aceite sobre el contacto entre ruedas dentadas y otras zonas del reductor que necesitan lubricación (cojinetes, etc.).

Sistema costoso porque requiere un circuito de aceite con bomba, filtro y frecuentemente radiador. Se emplea para reductores de gran potencia.

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Trenes de engranajes de ejes fijos:

• Ejes paralelos: Engranajes cilíndricos (dentado recto o helicoidal). • Ejes concurrentes: Engranajes cónicos (dentado recto, helicoidal y espiral). • Ejes cruzados: Engranajes hipoidales y de tornillo sin fin. • Combinación de las anteriores

Trenes de engranajes de ejes móviles (epicicloidales):

• De simple etapa • De múltiples etapas

Figura 21. Reductor de múltiples etapas engranes paralelos

Reductores de ejes paralelos:

• Relaciones de transmisión entre 1 y 8 por cada etapa • Potencia y velocidad elevadas • Rendimiento elevado: 93-99 % por etapa, función del acabado superficial de los

engranajes, tipo de lubricación, etc.

Valor típico: 95 %

• Engranajes de aceros tallados y con tratamiento de endurecimiento superficial (cementado, nitrurado, etc.)

• Para potencias y velocidades bajas: engranajes sinterizados y de material plástico.

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Tipos de reductores. Existen diferentes tipos de reductores de velocidad y diferentes formas de clasificarlos:

• por el tipo de engranaje • por disposición de los ejes • por sistema de fijación.

La clasificación por el tipo de engranaje se puede dividir en diferentes clasificaciones como: sin fin-corona, engranajes, reductores planetarios y reductores cicloidales; aunque los más usuales son los tres primeros.

Figura 22. Reductor sin fin

Un reductor sin fin es uno de los tipos de velocidad más sencillo, se compone por una corona de bronce en la cual en el centro se ha embutido un eje de acero. Un reductor de velocidad de engranajes tiene como ventaja el gran rendimiento energético, su menor mantenimiento y su menor tamaño. La clasificación por disposición de los ejes lento y rápido puede identificarse por la posición del eje lento del reductor al eje rápido del mismo. La clasificación por el sistema de fijación se puede diferenciar entre el sistema de fijación fijo o pendular o montado sobre flecha Figura 24

Figura 23. Reductor montado sobre flecha

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Usos.- Los reductores de velocidad se los utiliza para todo tipo de maquinas, aunque sean grandes o pequeñas, las maquinas son el corazón de una industria y para ello se necesita que estas funcionen bien. Sin los reductores de velocidad o motor reductores las máquinas pueden fallar en su funcionamiento. El gran desarrollo que han tenido los motores reductores ha ocasionado que las fábricas compitan mucho más para lograr cada vez más un buen control de calidad. Estos motores reductores son implementados en diferentes tipos de industria desde grandes maquinarias hasta pequeñas industrias que fabrican medicamentos. Para que estas diferentes máquinas funcionen en excelente estado se implementan los reductores de velocidad que permiten que los diferentes motores funcionen a diferentes velocidades para los que fueron fabricados. Los motores reductores ocasionan diferentes tipos de beneficios como una regularidad perfecta de la velocidad, como también la potencia, mayor eficiencia en la transmisión, mayor seguridad en la transmisión, mayor rigidez en el montaje y menor tiempo necesario para la instalación. Gracias a la invención de estos reguladores de velocidad la industria ha crecido mucho y ha logrado mejor calidad y eficacia.

Figura 24. Motor reductor de velocidad

En la unidad Minatitlán se contaba con más de 50 reductores de todos tipos, potencias y relaciones de velocidad. En la planta de Urea se cuenta con un reductor de velocidad de doble reducción de engranes helicoidales, paralelos con lubricación forzada, de 3,500 hp de potencia y una relación de velocidad de 20:1, el cual se encarga de reducir la velocidad de la turbina de 5,000 rpm al compresor de CO₂ que gira a 250 rpm, también cuenta con 2 reductores de triple reducción de engranes rectos, paralelos con lubricación forzada, de 350 hp de potencia y una relación de velocidad de 6:1, el cual se encarga de reducir la velocidad de un motor eléctrico que gira 1,200 rpm a las bombas de 3 pistones de movimiento alternativo que bombean el amoniaco al reactor.

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Fui el responsable del mantenimiento de los mismos para mantenerlos operando siempre, pues la falla de uno de ellos obliga al paro de la planta. Afortunadamente teniendo ciertos cuidados como el revisar periódicamente el nivel de aceite, eliminar las fugas del mismo por los retenes así como la verificación periódica de ruidos y temperaturas de los baleros para programar su reparación y evitar los paros emergentes, estos equipos son de una operación muy segura. Los reductores de velocidad son de una importancia fundamental pues ellos son los que mueven los compresores, bombas y equipos clave sin los cuales no pueden operar las planta productoras.

Figura 25. Caldera acuotubulares (de tubos de agua)

1.3.10 Calderas.

La caldera es una máquina o dispositivo de ingeniería diseñado para generar vapor. Este vapor se genera a través de una transferencia de calor a presión constante, en la cual el fluido, originalmente en estado líquido, se calienta y cambia su fase. La caldera es todo aparato de presión donde el calor procedente de cualquier fuente de energía se transforma en energía utilizable, a través de un medio de transporte en fase líquida o vapor. La caldera es un caso particular en el que se eleva a altas temperaturas un set de intercambiadores de calor, en la cual se produce un cambio de fase. Además, es recipiente de presión, por lo cual es construida en parte con acero laminado a semejanza de muchos contenedores de gas. Debido a las amplias aplicaciones que tiene el vapor, principalmente de agua, la caldera es muy utilizada en la industria, a fin de generarlo para aplicaciones como:

• Esterilización (tindalización): era común encontrar calderas en los hospitales, las cuales generaban vapor para "esterilizar" el instrumental médico; también en los comedores, con capacidad industrial, se genera vapor para esterilizar los cubiertos, así como para elaborar alimentos en marmitas (antes se creyó que esta era una técnica de esterilización).

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• Para calentar otros fluidos, como por ejemplo, en la industria petrolera, donde el vapor es muy utilizado para calentar petróleos pesados y mejorar su fluidez.

• Generar electricidad a través de un ciclo Rankine. La caldera es parte fundamental de las

centrales termoeléctricas.

Es común la confusión entre caldera y generador de vapor, pero su diferencia es que el segundo genera vapor sobrecalentado. Historia.- Cuando James Watt observó que se podría utilizar el vapor como una fuerza económica que remplazaría la fuerza animal y manual, se empezó a desarrollar la fabricación de calderas, hasta llegar a las que actualmente tienen mayor uso en las distintas industrias.

Figura 26. Caldera piro tubular (tubos de humo)

Las primeras calderas tuvieron el inconveniente de que los gases calientes estaban en contacto solamente con su base, y en consecuencia se desaprovechaba el calor del combustible. Debido a esto, posteriormente se les introdujeron tubos para aumentar la superficie de calefacción. Si por el interior de los tubos circulan gases o fuego, se les clasifican en calderas piro tubulares (tubos de humo) y calderas acuotubulares (tubos de agua). Hasta principios del siglo XIX se usó la caldera para teñir ropas, producir vapor para la limpieza, etc., hasta que Papin creó una pequeña caldera llamada "marmita". Se usó vapor para mover la primera máquina homónima, la cual no funcionaba durante mucho tiempo, ya que utilizaba vapor húmedo (de baja temperatura) y al calentarse, ésta dejaba de producir trabajo útil. Luego de otras experiencias, James Watt completó una máquina de vapor de funcionamiento continuo, que usó en su propia fábrica, ya que era un industrial inglés muy conocido. La máquina elemental de vapor fue inventada por Dionisio Papin en 1769 y desarrollada posteriormente por James Watt en 1776.

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Inicialmente fue empleada como máquina para accionar bombas de agua, de cilindros verticales; fue la impulsora de la revolución industrial, la cual comenzó en ese siglo y continúa en el nuestro. Máquinas de vapor alternativas de variada construcción han sido usadas durante muchos años, como agente motor, pero han ido perdiendo gradualmente terreno frente a las turbinas. Entre sus desventajas está la poca velocidad y (como consecuencia directa) el mayor peso por Kw de potencia; necesidad de un mayor espacio para su instalación e inadaptabilidad para usar vapor a alta temperatura. Dentro de los diferentes tipos de caldera, se han construido para tracción, utilizadas en locomotoras para trenes, tanto de carga como de pasajeros. Hay una caldera multi-humotubular con haz de tubos amovibles, preparada para quemar carbón o lignito. El humo, es decir, los gases de combustión caliente pasan por los tubos, cediendo su calor al agua que los rodea. Para medir la potencia de la caldera, y como dato anecdótico, Watt recurrió a medir la potencia promedio de muchos caballos, y obtuvo unos 33,000 libras-pie/minuto o sea 550 libras-pie/seg., valor que denominó Horse Power, potencia de un caballo. Posteriormente, al transferirlo al sistema métrico de unidades, daba algo más de 76 kgm/seg. La Oficina Internacional de Pesos y Medidas de París, resolvió redondear ese valor a 75 más fácil de simplificar, llamándolo "Caballo Vapor" en homenaje a Watt.

Figura 27. Esquema de una caldera acuotubular (tubos de agua)

Acuotubulares: son aquellas calderas en las que el fluido de trabajo se desplaza por tubos durante su calentamiento. Son las más utilizadas en las centrales termoeléctricas, ya que permiten altas presiones a su salida y tienen gran capacidad de generación. Pirotubulares: en este tipo, el fluido en estado líquido se encuentra en un recipiente atravesado por tubos, por los cuales circulan gases a alta temperatura, producto de un proceso de combustión. El agua se evapora al contacto con los tubos calientes productos a la circulación de los gases de escape.

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Elementos, términos y componentes de una caldera:

• Agua de alimentación: es el agua de entrada que alimenta el sistema, generalmente agua de pozo o agua de red con algún tratamiento químico como la desmineralización.

• Agua de condensado: es el agua que proviene del estanque condensador y que representa la calidad del vapor.

• Vapor seco o sobresaturado: Vapor de óptimas condiciones.

• Vapor húmedo o saturado: Vapor con arrastre de espuma proveniente de un agua de alcalinidad elevada.

• Condensador: sistema que permite condensar el vapor.

• Estanque de acumulación: es el estanque de acumulación y distribución de vapor.

• Des aereador: es el sistema que expulsa los gases a la atmósfera.

• Purga de fondo: evacuación de lodos y concentrado del fondo de la caldera.

• Purga de superficie: evacuación de sólidos disueltos desde el nivel de agua de la caldera.

• Fogón u hogar: alma de combustión del sistema, para buscar una mejora continúa de los recipientes y circuitos establecidos por la caldera.

• Combustible: material que produce energía calórica al quemarse.

• Agua de calderas: agua de circuito interior de la caldera, cuyas características dependen de los ciclos y del agua de entrada.

• Ciclos de concentración: número de veces que se concentra el agua de caldera respecto del agua de alimentación.

• Alcalinidad: nivel de salinidad expresada en ppm de CaCO3 que confiere una concentración de iones carbonatos e hidroxilos que determina el valor de pH de funcionamiento de una caldera, generalmente desde 10,5 a 11,5.

• Desoxigenación: tratamiento químico que elimina el oxígeno del agua de calderas.

• Incrustación: sedimentación de sólidos con formación de núcleos cristalinos o amorfos de sulfatos, carbonatos o silicatos de magnesio que merman la eficiencia de funcionamiento de la caldera.

• Dispersante: sistema químico que mantiene los sólidos des cohesionados ante un evento de incrustación.

• Anti incrustante: sistema químico que les permite a los sólidos permanecer incrustantes en solución.

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• Anticorrosivo: sistema químico que brinda protección por formación de filmes protectivos ante iones corrosivos presentes en el agua.

• Corrosión: véase Corrosión

• Índice de vapor/combustible: índice de eficiencia de producción de vapor de la caldera.

En la unidad Minatitlán se contaba con 3 calderas acuotubulares de 50,000, 60,000 y 100,000 lbs. de vapor por hora, 3 calderas acuotubulares, 2 de 3,000 y 1 de 4,000 lbs. de vapor por hora, así como 8 calderas de piro tubulares de 5,000 lbs. de vapor por hora. Mi responsabilidad era darles el mantenimiento correcto para su operación ininterrumpida, pues su operación es de vital importancia para mantener operando las plantas productoras. Las calderas son las que suministran el vapor necesario para el movimiento de las turbinas y por lo tanto la operación de las maquinas más importantes de cada una de las plantas productoras, así como suministrar el calor necesario para cada uno de los procesos productivos de la unidad, así como las piro tubulares son para el enfriamiento de los gases de proceso de las plantas productoras para su control, aprovechando el calor para producir vapor que es utilizado para mover algunos máquinas de las mismas. 1.4 PROCESOS BÁSICOS EN LA INSTALACIÓN DE EQUIPOS Y MAQUINARIA

1. Montaje y puesta en servicio de la instrumentación y control automático de la

producción de 51 Pozos Petroleros y 3 cabezales en el área de flujo.

2. Montaje y puesta en servicio de 3 Turbocompresores de gas amargo en la batería de Samaria 2

3. Cambio de estructura, montaje de bombas, tanques y líneas de proceso para el tratamiento y conducción de agua de mar para inyección a Pozos Petroleros en plataforma.

4. Habilitación, Instalación, Conexión, Pruebas y puesta en servicio de 70 detectores de fuego y gas combustible en pozos petroleros y compresores de gas amargo, con señalización a PLC y radio UHF para su control con señalización visible, audible y de bloqueo

5. Levantamiento de As Built de estructuras, fittings, cromatografías en plataformas Akales 5, 6 y 7, así como 176 válvulas de control marca Fisher

6. Reinicio de operaciones de una planta de Urea Prill de 750 tons. diarias después de más de 10 años de estar fuera de servicio.

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CAPÍTULO 2

El Mantenimiento a Equipos y Maquinaria.

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CAPÍTULO 2 2. EL MANTENIMIENTO A EQUIPOS Y MAQUINARIA. En este capítulo se describe la importancia del mantenimiento, que se debe de dar a todos y cada uno de los equipos, máquinas, dispositivos y sistemas electromecánicos que conforman una planta industrial, pues cuando no se realiza un programa responsable de mantenimiento, surgen fallas que tienen consecuencias, que van desde fallas sencillas, hasta fallas de consecuencias graves que afectan a la productividad y perdidas económicas, a veces con posibles riesgos a accidentes al personal, por lo que se debe de elaborar un programa de mantenimiento y aplicarlo al pie de la letra. Las fallas en las máquinas y equipos de la planta se presentan de la siguiente manera:

• Imprevisibles: Cuando se producen inesperadamente sin previos síntomas y son difíciles de evitar, cuyo origen es por un defecto del diseño, el material inadecuado o una operación equivocada

. • Previsibles: cuando se detectan los síntomas anticipadamente a los daños, y los que se

presentan en forma periódica, por sellos, empaques, retenes, metales antifricción, anillos de comprensión, etc.

Un Correcto Mantenimiento controla las primeras y minimiza las segundas. Por lo tanto el mantenimiento es la actividad humana que conserva la calidad del servicio que presta la infraestructura instalada en los diversos procesos de producción como son:

• Máquinas, • Equipos, • Instalaciones, • Edificios, etc.;

En condiciones

• Seguras, • Eficientes • Económicas.

2.1 MANTENIMIENTO. 2.1.1 El Mantenimiento Industrial Éste generaliza un mantenimiento a nivel de ingeniería en una planta industrial, por lo que su aplicación implica la responsabilidad de la ingeniería y servicios estratégicos, para la conservación

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y manutención de las instalaciones y equipos de una Empresa, dando como valor agregado Seguridad Integral al Personal, a las Instalaciones y al Medio Ambiente por lo tanto es importante mencionar los siguientes puntos:

a. Prevenir los Mantenimientos de Emergencias b. Conservar la Capacidad y Calidad. c. Realizar modificaciones, introducir las variables necesarias para obtener mejoras,

minimizando costos. En general es importante darle una clasificación al mantenimiento que se define como el conjunto de operaciones para que la maquinaria y equipo reúnan las condiciones para el propósito para el que fue fabricado, adquirido e instalado en una planta industrial. 2.2 Mantenimiento Predictivo. Es considerado como un sistema coordinado, que tiene como fin lograr un servicio ininterrumpido del equipo esencial de la Planta y mantener el funcionamiento productivo y eficaz, mientras se encuentran en operación, una vez detectado un problema la siguiente medida que se tome es la de determinar la naturaleza del mismo que es el objetivo del análisis. 2.3 Mantenimiento Preventivo. Se refiere a la conservación planeada de la maquinaria y equipos, basada esta conservación en inspecciones periódicas que descubran condiciones defectuosas; su finalidad es reducir fallas y disminuir los costos resultantes por negligencia, debidamente dirigido el mantenimiento preventivo es un instrumento de reducción de costos, que le ahorra en dinero en conservación y operación y sobre todo en calidad de los productos. Las técnicas usadas para diagnosticar son.- Visuales (Fugas, Corrosión y Apariencia), Auditivas (Mecánicas, Hidráulicas o Termodinámicas), Temperatura (Cojinetes, Sellos, Fluidos, etc.), Vibraciones (Rodamientos, Chumaceras, Bases, etc.), Ultrasónicas, Radiaciones, Análisis de Laboratorio y Electromagnéticas. 2.4 Mantenimiento Correctivo Su función es la de corregir fallas o desperfectos de los equipos dinámicos una vez determinado el problema que lo causa, se programa el Mantenimiento Correctivo. La labor de Mantenimiento comprende tres factores esenciales:

a. Calidad en el Servicio a la Primera b. Garantías del Servicio c. Costo Mínimo de Mantenimiento

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Las actividades más comunes para la corrección de fallas, son:

• Servicio.- Se define como el trabajo de Mantenimiento sin el cual no es posible mantener la buena apariencia y el correcto funcionamiento de todas las propiedades físicas de una Empresa. Son los trabajos necesarios que se realizan para la corrección de las fallas, sin recurrir al cambio de unidades.

• Reparación.- Aquí se agrupan las actividades y trabajos necesarios para la corrección de fallas y defectos de los elementos constitutivos de las máquinas, tales como ajustes o reparaciones de una pieza en el campo de trabajo.

• Cambio.- Las actividades a realizar es la sustitución de los componentes que han

fallado por distintas causas.

• Modificaciones.- Es el desarrollo de los trabajos necesarios para la alteración del diseño y de la construcción de los equipos, con el propósito de eliminar totalmente las fallas respectivas, que son originadas por diseños y construcciones defectuosas o inadecuadas.

En este caso no se encontró falla alguna en el diseño y construcción de la flecha pues la falla se presentó después de casi 20 años de operación del compresor sin anomalías al respecto y como se detalla al concluir este trabajo el análisis, se debió a la vibración mecánica ocasionada por el desalineamiento de equipos. Determinando que corrigiendo el alineamiento de los tres equipos involucrados en el funcionamiento dio como resultado no volverse a presentar la misma falla. .

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CAPÍTULO 3

Teorías de Falla en la Ingeniería Mecánica

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CAPÍTULO 3 3. TEORÍAS DE FALLA EN LA INGENIERÍA MECÁNICA En este capítulo se describen las teorías de fallas y problemas, de los diferentes esfuerzos a que están sometidos los diferentes elementos mecánicos, que conforman las diferentes máquinas y equipos, y que se deben de realizar estudios técnicos y de ingeniería mecánica, para considerar los efectos que producen las diferentes fallas. Se entiende por falla aquella situación en que un elemento mecánico ya no puede cumplir de manera satisfactoria con la función para la cual fue creado, ya sea porque se ha deformado plásticamente, se nos ha desgastado o se nos ha fracturado. Las teorías de falla tratan de describir las condiciones bajo las cuales puede fallar un elemento mecánico. Por lo tanto, la falla de una pieza, implica estados de esfuerzos en un punto que superan la capacidad inherente del material de soportar dichas cargas, así la suposición básica que constituye el marco de referencia para todas las teorías de falla es esto se producirá cuando el esfuerzo principal máximo o el esfuerzo cortante máximo, alcance o supere el valor del mismo parámetro obtenido en una prueba de tensión simple. A lo largo de los años se han postulado un sin número de teorías de falla, mencionándose a continuación una de las más importantes, así como el tipo de material para el que son valida.

1. Teoría del Esfuerzo Normal Máximo (Materiales frágiles). 2. Teoría del Esfuerzo cortante Máximo (Materiales dúctiles). 3. Teoría de la Energía Máxima de la Distorsión (Materiales dúctiles). 4. Teoría de Mohr Modificada (Materiales frágiles).

3.1. TEORÍA DEL ESFUERZO NORMAL MÁXIMO Esta teoría establece lo siguiente: la falla de un elemento sometido a un estado multiaxial de esfuerzos se producirá cuando cualquiera de los esfuerzos principales alcance a superar la resistencia máxima del material, por lo tanto, un elemento será seguro siempre y cuando se cumplan las condiciones siguientes:

|σ�| ≤

σ��

F. S.… �|σ��

| ≤σ��

F. S.………… . (3.1)

38

Figura 28. Representación gráfica de la teoría del esfuerzo normal máximo.

Se puede apreciar que si se gráfica un punto cuyas coordenadas sean σ1 y σ2 y caé dentro del cuadrado el elemento será seguro, por el contrario si cae fuera, el elemento será inseguro, esto es, que podría darse la falla. Esta teoría tiene como principal inconveniente que se asume que la resistencia máxima del material a tensión es la misma que a compresión y en los materiales frágiles casi nunca se cumple con tal situación 3.2 TEORÍA DEL ESFUERZO CORTANTE MÁXIMO. La falla de un elemento sometido a un estado multiaxial de esfuerzos se producirá cuando el esfuerzo cortante producido en la pieza alcance o supere al esfuerzo de corte que se produce en el punto de fluencia de una probeta sometida a una prueba de tensión simple. De ese modo, se sabe que el esfuerzo cortante máximo (τmx) producido en un elemento sometido a un estado biaxial de esfuerzos se puede calcular mediante la expresión siguiente:

�� ………… . . � . �� También, con ayuda del círculo de Mohr se puede ver que: �� ………… . . � . �

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Figura 29. Círculo de Mohr.

Por otro lado, se sabe que en una probeta sometida a una carga axial (como en la prueba de tensión), sobre planos a un ángulo de 45º con respecto a los planos perpendiculares a la carga aplicada, se produce un esfuerzo cortante máximo que es igual a la mitad del esfuerzo normal producido, esto es:

��

�…………��.

Y cuando se alcanza el punto de fluencia:

��

�…………��. �

Por lo tanto:

��

��

��

�…………��.

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Debiéndose cumplir lo siguiente:

|�� | � ��…………��. �

Donde: ��= resistencia a la fluencia del material

Debiéndose cumplir con la condición de que σ1 y σ2 sean de signos opuestos, esto es, uno debe actuar a compresión y el otro a tensión. En dado caso, que ambos sean a tensión ó ambos a compresión debe satisfacerse lo siguiente:

|��| � ��|��| � ��…………��. � La solución gráfica de esta teoría la desarrolló el ingeniero Paolo Tresca y se muestra en la figura 29.

Figura 30. Representación gráfica de la teoría del esfuerzo cortante máximo.

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3.3 FLECHAS

Este término se utiliza para designar a cualquier barra giratoria que transmite potencia entre sus extremos. En nuestro país es el común denominador de los elementos que transmiten potencia girando, aunque dicho término no se utiliza tanto en otros países de habla hispana. A continuación se presentan algunas definiciones importantes;

• Eje: Barra fija que sirve de soporte a diversos elementos giratorios, como volantes, engranes ruedas, etc., y generalmente solo están sometidas a cargas de flexión.

• Árbol: barra fija o giratoria que sirve para transmitir potencia o movimiento mediante elementos fijos a el, como poleas, engranes, levas.

• Mango o husillo: Se trata de una flecha de longitud pequeña usada generalmente en maquinas herramientas y están sometidas a cargas de torsión.

• Flechas flexibles: son aquellas que permiten la transmisión de potencia entre dos puntos en que los ejes se encuentran a un cierto ángulo uno del otro por ejemplo, equipo de destapa caños, herramientas manuales, equipo dental.

3.4. PROYECTO DE FLECHAS CORTAS (CARGAS DE TORSIÓN).

Considérese una barra de sección circular de longitud despreciable:

Figura 31. Barra sometida a torsión

Se sabe que:

3.9

42

Para una sección sólida:

.

Para una sección hueca.

Para una sección hueca de pared delgada.

3.5. TRANSMISIÓN DE POTENCIA MEDIANTE FLECHAS.

Quizá la aplicación más importante de las flechas es transmitir potencia desde un sistema que la produce como puede ser un motor eléctrico, una turbina o un motor de combustión interna a un sistema que la consume como puede ser un generador eléctrico, un compresor, las ruedas de un automóvil, etc.

4.0

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

43

Figura 32. Transmisión de potencia.

Algunos factores de conversión son: 1hp=0.746kW 1cv=736W Como Ejemplo #: Calcular el diámetro que debe tener una flecha de acero inoxidable que debe transmitir 40 hp a 1 ,200 rpm, considérese el esfuerzo cortante admisible es de 8,500psi.

4.7

4.8

4.9

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Datos: Acero inoxidable Pot=40hp N=1700rpm D=? t=8500psi Primero, Se calcula el valor de Mt

Se calcula el esfuerzo cortante admisible:

Y como se trata de una sección sólida:

Finalmente se calcula el valor del Diámetro

3.6 VIBRACIONES MECÁNICAS . El análisis de las vibraciones en ingeniería mecánica es importante aplicar los conocimientos y el equipo para el análisis de vibraciones en términos básicos para:

4.10

4.11

4.12

4.13

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• Análisis de vibraciones - lo que es y cómo se aplica

• Elementos fundamentales de la vibración de máquinas, incluyendo las características de la vibración, como la frecuencia, desplazamiento, velocidad, aceleración, y fase

• Resonancia, amortiguamiento, y velocidad crítica

Desde la Revolución Industrial, el hombre ha estado produciendo máquinas que funcionan más y más rápido y que pueden manejar cargas más pesadas y soportar esfuerzos cada vez mayores. Desde el acoplamiento de una turbina de vapor al motor de turbina, hemos recorrido un largo camino, en términos de qué tan rápido giran los motores. Pero el hecho es que la mayor parte del equipo rotatorio de hoy en día es la variedad menos sofisticada, lo que incluye a las bombas, abanicos, cajas de engranes, y motores, y que funcionan a menos de 5000 RPM. Todas las máquinas rotatorias vibran, u oscilan, hasta cierto grado, y también producen ruido hasta cierto grado. Lo que hemos descubierto acerca del equipo rotatorio es que funciona más silenciosamente y con mayor suavidad, y dura más tiempo si las vibraciones producidas por la máquina se reducen a su nivel práctico más bajo. La vibración excesiva y el ruido que se le relaciona en una máquina indican que la máquina necesita reparación o ajuste, o que necesitará reparación o ajuste en el futuro cercano. La forma en que vibra una máquina es un indicador de falla de la máquina, o de la vida de las partes de la máquina que están vibrando, por ejemplo, los cojinetes. Entre menos vibre una máquina, más larga será su vida. Un buen ejemplo de esto es la maquinaria diseñada para los submarinos que funcionan silenciosamente. Aunque la necesidad del silencio se basó en el deseo no ser detectado, produjo el beneficio adicional de además tener maquinaria de más larga vida y más eficiente. 3.7 FUNDAMENTOS DE LA VIBRACIÓN ¿Qué exactamente es la vibración, en lo que se relaciona con la maquinaria? La vibración es el movimiento de una máquina o parte de máquina hacia atrás y adelante de su posición central normal, o posición de descanso. La vibración es causada por una fuerza que está cambiando en dirección o magnitud. Todas las máquinas tienen algunas imperfecciones leves que causan esta fuerza (o estas fuerzas); y por lo tanto, siempre hay presente alguna vibración. Generalmente el rotor, que tiene algún desbalance residual, es la masa, o fuerza, que se mueve en una máquina rotatoria. El desbalance hace esfuerzo contra los otros componentes de la máquina, como el eje, cojinetes, juntas y soportes. Los otros componentes funcionan todos como fuerzas restrictivas, y se convierten en los "resortes".

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La mayoría de las máquinas contienen más de una fuerza que causa vibración. Otros componentes además del rotor pueden también contribuir a la vibración - un cojinete de gusano, un eje mal alineado, soportes sueltos - todos pueden aumentar la vibración y el ruido. Las fuerzas que causan vibraciones generadas dentro de la máquina pueden cambiar en intensidad con el tiempo, y esto puede causar fricción entre los componentes rotatorios y estacionarios de la máquina. Estas fuerzas pueden causar impacto, como contactos de los dientes de engranes, o por ejemplo, los impactos causados por cojinetes que ruedan sobre fallas en superficies de rodamiento de los cojinetes o acoplamiento de equipos de un sistema mecánico, que comprende el caso de estudio de éste trabajo. Las máquinas vibran y hacen ruido, hasta las que funcionan bajo las mejores condiciones posibles. Sin embargo, cuando se incrementa la vibración de un equipo o una máquina y el ruido, indican que alguna falla mecánica está causando el incremento en la vibración y el ruido. La amplitud de la vibración es una medida de la cantidad de vibración en una máquina. Entre mayor sea la amplitud de la vibración, más severa es la vibración. Los instrumentos de medición de la vibración tienen medidores de amplitud que indican la cantidad de vibración presente cuando se toma la lectura de amplitud. Al llevar a cabo mediciones de la vibración y del ruido y notando sus características, un mecánico puede detectar e identificar una falla mecánica. Cada falla mecánica o defecto tiene su propio patrón diferente de vibración y de ruido, porque las características de una vibración se determinan por la manera en la cual se genera la fuerza que causa la vibración. (Vea la Sección 3 para información adicional acerca de la medición de la vibración). 3.8 PROPIEDADES DE LAS MÁQUINAS QUE AFECTAN LA VIBRACIÓN Una máquina tiene tres propiedades que se combinan para finalmente determinar cómo responde a las fuerzas que causan la vibración:

• La rigidez (K) - una medida de la fuerza que se requiere para doblar o flexionar una parte de una máquina o un miembro estructural una distancia medible.

• La masa (m) - una medida del peso del sistema o unidad dividido entre la aceleración

• El amortiguamiento (C) - la tendencia a hacer más lentas las vibraciones de un sistema. Estas propiedades de las máquinas representan fuerzas que tienden a resistir la vibración y que existen dentro de todas las máquinas rotatorias. La fuerza de excitación intenta causar la vibración, y las propiedades de rigidez, masa, y amortiguamiento intentan oponerse a la fuerza y minimizar la vibración.

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3.9. CARACTERÍSTICAS DE LA VIBRACIÓN. Las cinco características de la vibración son:

• Frecuencia • Desplazamiento • Velocidad • Aceleración • Fase

Otro aspecto de la vibración, la resonancia, también se describirá en este capítulo. 3.10 FRECUENCIA

La frecuencia de la vibración nos indica qué tan seguido vibra una parte. La frecuencia de una vibración se obtiene contando el número de ciclos de vibración, o el número de veces que se repite una vibración, y luego dividiéndolo entre el tiempo que tardó en pasar por los ciclos. La frecuencia en el análisis de vibración se expresa en tiempo, generalmente como ciclos por minuto (CPM), o ciclos por segundo (Hertz [Hz]). Para los propósitos de este manual, se usará CPM. Por ejemplo, si un ciclo de vibración dura tres segundos, la vibración se describe como que tiene una frecuencia de 20 CPM (vea la Figura 33) . Las fuerzas que causan la vibración y la vibración producida dependen de la velocidad de rotación de la parte que causa la vibración. La determinación de la frecuencia de la vibración nos ayuda a identificar la parte que está causando el problema.

Figura 33. Grafica de Frecuencia

Cuando la frecuencia de una vibración es un múltiplo directo o una fracción de la velocidad de rotación de la máquina, como 1 X RPM, 3 X RPM, o 1/2 RPM, la vibración se describe como una vibración sincrónica. La vibración sincrónica puede expresarse en términos de la velocidad de

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rotación de la máquina, o en RPMs, en lugar de CPMs. Por ejemplo, si la frecuencia de vibración es de tres veces la velocidad de rotación de la máquina, se puede expresar como 3 X RPM. Cuando la frecuencia de una vibración no es un múltiplo directo o fracción de la velocidad de rotación de la máquina, se describe como vibración asincrónica. La frecuencia natural es la frecuencia a la cual una parte o sistema oscila cuando es excitado por una fuerza. La frecuencia natural se determina por las dimensiones físicas, peso, material, y construcción de la parte.

3.11 DESPLAZAMIENTO El desplazamiento nos indica cuánto está vibrando una parte. Frecuentemente se le llama "desplazamiento de pico a pico" a la distancia total que viaja la parte que vibra. En el ejemplo del resorte, ésta está representada tanto por el movimiento hacia arriba como por el movimiento hacia abajo, o por la combinación de los límites superior e inferior. El desplazamiento se expresa en micrones métricos (un micrón = 0.000001 de metro) o en mils (una mil = 0.001 de pulgada). Para los propósitos de este trabajo, se aplica las mils. La medición del desplazamiento debe tomarse en equipo rotatorio que está sujeto a vibraciones de baja frecuencia (vibraciones por abajo de 600 CPM (10 Hz). El desplazamiento, la velocidad, y la aceleración son los movimientos que responden a las fuerzas que inician las vibraciones. El desplazamiento es el movimiento que responden a las fuerzas que inician las vibraciones. El desplazamiento es el movimiento que percibimos normalmente como un resultado de la vibración. 3.12 VELOCIDAD La velocidad es una medida de la velocidad máxima a la cual está vibrando una parte. La velocidad de vibración es la velocidad máxima de la parte que vibra cuando la vibración cruza el eje neutral, al verificar el equipo y se observa, que el resorte y la pesa se están moviendo a una velocidad que cambia constantemente. Cuando la pesa llega a su punto más alto (o su punto más bajo), la velocidad de vibración es de cero, porque la pesa tiene que detenerse antes de que pueda viajar en la dirección contraria. Ya que ambos extremos representan cero, el punto medio, o eje neutral, es donde la pesa llega a su máxima velocidad de vibración. La velocidad pico de una parte que vibra depende de la distancia que se mese la parte (desplazamiento) y de qué tan frecuentemente ocurre la vibración (frecuencia). Por lo tanto, la velocidad de vibración es una función de tanto el desplazamiento como de la frecuencia. Se usa para determinar la severidad, o amplitud, de la vibración.

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La velocidad generalmente proporciona la mejor indicación de la severidad de una vibración, y la mejor indicación de las condiciones de la maquinaria a frecuencias de 600 a 60,000 CPM. La velocidad se expresa en unidades de pulgadas por segundo o de milímetros por segundo. 3.13 ACELERACIÓN La aceleración de la vibración es la tasa del cambio de la velocidad de una parte que vibra. La aceleración es una indicación de las fuerzas que están actuando sobre la parte que vibra. La aceleración de la parte de máquina es máxima en los límites extremos del viaje, cuando la parte adquiere velocidad para cambiar su dirección de viaje. La aceleración máxima es el valor registrado, y se expresa como g-pico. Un g es igual a 386 pulgadas/seg2 (o 980 cm/seg2). Al incrementarse la velocidad, la aceleración disminuye, y viceversa. En el eje neutral, la aceleración es de cero. 3.14 FASE La fase se usa para describir la vibración comparando el movimiento de una parte que vibra con una referencia fija, o comparando el movimiento entre dos partes que vibran. La fase es la posición de una parte que vibra en un instante dado con referencia a un punto fijo o alguna otra parte de la maquinaria. La fase se expresa como un ángulo (de 0 a 360 grados). Un ciclo completo, o frecuencia de vibración, es igual a 360 grados. Si dos partes que vibran se están moviendo juntas, están "en fase", y su fase es de 0 grados. Si las partes se mueven en direcciones opuestas todo el tiempo, están "fuera de fase", y su ángulo de fase es de 180 grados. Se usa una luz estroboscópica u osciloscopio para determinar las relaciones de fase de partes que vibran.

3.15 RESONANCIA El término "resonancia" se usa de diferentes maneras con diferentes significados. En relación a los instrumentos musicales, incluyendo la voz humana, la resonancia se refiere a un tono enriquecido producido por una vibración suplementaria de las partes del instrumento. En este caso, la resonancia es un estado deseable. La resonancia, relacionada con otras cosas se refiere a la vibración que se causa cuando se excita algo. Todos los objetos físicos "suenan" cuando se les da un golpecito. En especial los objetos metálicos "suenan". Cada objeto produce un tono único, el cual es su frecuencia natural. La resonancia, relacionada específicamente con la vibración de maquinaria indica la frecuencia de una vibración amplificada que corresponde a la frecuencia natural de la parte o sistema. La resonancia es causada por una fuerza de excitación. A diferencia de la resonancia en un instrumento musical, la resonancia en la maquinaria rotatoria es una receta para el desastre. Cuando la velocidad de una fuerza impulsante es igual a la

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frecuencia natural de una parte de máquina o sistema, ocurre la resonancia. La resonancia puede multiplicar una vibración de 10 hasta 100 veces. La resonancia es muy sensible a la velocidad. Por ejemplo, supongamos que la frecuencia natural de un eje de máquina es de 500 RPM. Cuando se pone en movimiento el eje, funciona más toscamente cuando se acerca a 500 RPM, y luego funciona más suavemente una vez que sobrepasa su frecuencia natural. La amplitud de la vibración se incrementa mucho más rápidamente en, o cerca de, la velocidad crítica de la máquina. Es muy importante para la salud de la máquina conservar su operación fuera de su campo natural de resonancia o velocidad "crítica". Una velocidad crítica es el tipo de resonancia que ocurre cuando un eje o componente rotatorio de una máquina gira a una velocidad cercana a su frecuencia natural. También pueden existir velocidades críticas más altas. La resonancia puede ocurrir por segunda ocasión a una velocidad más alta, y a una velocidad aún más alta, etcétera. La segunda frecuencia de resonancia se llama "segunda velocidad crítica", y la tercera "tercera velocidad crítica". Ya que la frecuencia de vibración es más alta a la segunda y tercera velocidad crítica de una máquina, la velocidad de las partes que vibran generalmente es menor. 3.16 USOS DEL ANÁLISIS/MONITOREO DE LAS VIBRACIONES El equipo rotatorio - rotores, bombas, abanicos, turbinas, etc. - consume un porcentaje muy grande del presupuesto de mantenimiento en la mayoría de las plantas. El análisis de las vibraciones es uno de los mejores métodos para evaluar y controlar las condiciones generales de la maquinaria rotatoria. El monitoreo de vibraciones es importante tanto en el diagnóstico de máquinas como en los programas de mantenimiento preventivo. Con el uso del monitoreo de las vibraciones, los técnicos en las plantas conservan la maquinaria en buenas condiciones de funcionamiento al encontrar y reparar fallas menores antes de que se vuelvan lo suficientemente grandes como para necesitar reparaciones mayores, descomposturas caras, e interrupciones en la producción. EL monitoreo de las vibraciones también ayuda al personal de mantenimiento programar las reparaciones de rutina de manera que minimicen el costo y el tiempo parado. Hace muchos años, los mecánicos utilizaban sus ojos y manos, y tal vez un reloj o cronómetro, para diagnosticar vibraciones en la maquinaria. Con el tiempo, el monitoreo de las vibraciones se ha vuelto más complejo en algunas maneras, pero más sencillo en otras. Por ejemplo, las máquinas modernas frecuentemente están fuera de alcance y protegidas contra el ruido, y no es tan fácil tener acceso a ellas sin sistemas de monitoreo e instrumentos, hasta para un operador experimentado. Sin embargo, los implementos de medición hoy en día son bastantes sofisticados y proporcionan una buena visión del óptimo funcionamiento interno de las máquinas. La máquina actual puede tener una construcción menos masiva, pero girar más rápido que sus contrapartes anteriores. Como resultado, un deterioro menor puede tener consecuencias más serias.

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El diagnóstico de los problemas de las máquinas es de extrema importancia no sólo para conservar una vida más larga de la máquina, sino también en la adquisición de nuevo equipo y de partes de repuesto. Si no se diagnostica correctamente una falla en la maquinaria. Aunque se componga un síntoma del problema inicial, recurrirá sin ajustes a los problemas del equipo que en realidad causaron la vibración excesiva. Además, sin no se evalúa correctamente el nuevo equipo y las partes de repuesto en términos de su "acoplamiento" con las partes y especificaciones actuales de la máquina, proliferarán los problemas. La identificación de un problema de vibración es únicamente el principio de la solución. 3.17 MEDICIÓN DE LA VIBRACIÓN

Los implementos de medición de las vibraciones han cambiado mucho con los años desde la Revolución Industrial. Los mecánicos usaban sus manos y oídos para determinar la frecuencia y amplitud de la vibración de una máquina. Se usaba un reloj para determinar el periodo (frecuencia), o velocidad de rotación, de las vibraciones lentas. Lo que comenzó como un método manual ha evolucionado de la misma manera que ha evolucionado la tecnología. El desarrollo de más y más maquinaria para hacer nuestro trabajo, hacemos más cómodos, y mejorar nuestros estilos de vida ha significado que más y más máquinas necesiten en monitoreo de vibraciones. Desde la Segunda Guerra Mundial, hemos reconocido que la vibración es una de las principales causas de fallas mecánicas. Las máquinas que funcionan más rápido requieren de técnicas más sofisticadas para medir y controlar la vibración. Los submarinos y aviones fueron responsables de muchos de los avances en la medición de la vibración. Los nuevos implementos de medición computarizados han hecho más rápido y más exacto el proceso de análisis de las vibraciones. Antes de que existieran los instrumentos electrónicos, los implementos mecánicos y operados a mano eran los únicos medios para medir la vibración de una máquina. Estos incluían indicadores de carátula montados sísmicamente, vibrómetros de haz de luz, e implementos de uniones mecánicas que se usaban para amplificar las amplitudes de la vibración de la maquinaria para que pudieran observarse. Estos implementos medían el desplazamiento de pico a pico, que se usaba para definir estándares de aceptación para la vibración de maquinaria. La medición de la vibración es un mejor indicador de la salud de la máquina que la medición del ruido. Aunque un incremento en el ruido que produce la máquina es un indicador de que algo necesita atención, frecuentemente es difícil medir aquel incremento. Los fabricantes pueden a veces proporcionar niveles de ruido típicos de "línea base" para piezas específicas de equipo, pero los alrededores inmediatos, la ubicación de la máquina dentro del edificio, y su proximidad a otras máquinas pueden todos afectar el nivel del ruido. Los tipos de materiales de construcción, la cimentación de la máquina, las cargas y velocidades de trabajo, y el tipo de corriente que se use pueden también alterar los niveles de ruido emitido.

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El nivel de ruido normal para una máquina se establece mejor cuando la máquina se pone inicialmente en servicio. Los medidores de Nivel de Presión de Sonido (SPL por sus siglas en ingles) miden el ruido de la maquinaria. Si el nivel de ruido se incrementa en dos o más decibeles, se está desarrollando un problema mecánico. La vibración se tolera hasta cierto punto, porque no puede evitarse por completo. El equipo rotatorio en realidad se diseña para soportar una vibración "normal". Los niveles de vibración deben medirse cuando se pone en servicio una máquina por primera vez para determinar el nivel normal de vibración de la máquina, y después la vibración debe monitorearse de manera regular. Comparando la vibración normal con las lecturas actuales, el mecánico de mantenimiento puede evaluar las condiciones de la máquina. 3.18 MEDICIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE LA VIBRACIÓN La medición de la vibración en maquinaria rotatoria se puede hacer utilizando una variedad de instrumentos y técnicas. La localización de los niveles de vibración le ayuda al personal de mantenimiento determinar si y cuando necesita reparación una máquina, y también qué tan frecuentemente programar el mantenimiento regular. Las fuerzas de vibración involucradas normalmente se transmiten a través de los cojinetes y sus cuerpos a la base de la máquina. Los puntos de medición deben localizarse en o cerca de estos cojinetes. La velocidad rotacional de una máquina o parte de máquina es su frecuencia fundamental. La parte vibra a su propia velocidad o frecuencia rotacional. Por ejemplo, si un abanico tiene una velocidad rotacional de 1500 RPM, su vibración con frecuencia mide 1500 CPM. En la práctica básica de medición de vibraciones, una medición de la vibración generalmente incluye a todas las vibraciones en un amplio campo de frecuencias. La medición puede incluir las vibraciones de un eje, y un abanico, por ejemplo. Las vibraciones se pueden medir en términos de desplazamiento, frecuencia, velocidad, aceleración, y con menos frecuencia, fase. Estas mediciones y cómo se usan se describen más adelante. Para determinar la severidad (amplitud) de una vibración, la vibración tiene que medirse en términos de desplazamiento, velocidad, o aceleración. Los instrumentos de medición de la vibración tienen medidores de amplitud que indican la cantidad de vibración presente cuando se toma la lectura de la amplitud. Al llevar a cabo mediciones de la vibración y del ruido y tomando nota de sus características, un mecánico puede detectar e identificar una falla mecánica.

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Cada falla mecánica o defecto tiene sus propios patrones particulares de vibración y de ruido, porque las características de una vibración se determinan por la manera en que se genera la fuerza que causa la vibración. Hay cientos de problemas mecánicos y operacionales que pueden hacer que una máquina vibre excesivamente El tipo de maquinaria a la que se está midiendo la vibración puede determinar el método de diagnóstico. Por ejemplo, en el campo de frecuencias muy altas, la medición de la aceleración proporciona una mejor lectura que la velocidad o el desplazamiento. En otras frecuencias, el desplazamiento y la velocidad proporcionan información más útil. Por ejemplo, un desplazamiento de 1 mil a 2,500 CPM puede ser aceptable, pero la misma vibración a 15,000 CPM probablemente necesite corrección inmediata. Lo contrario es cierto para la aceleración - una vibración a 1 g a la frecuencia más baja causa mucha más preocupación. 3.19 MEDICIÓN DEL DESPLAZAMIENTO Los esfuerzos que afectan a la maquinaria pueden causar fallas de desplazamiento. Por ejemplo, como el alambre en la Actividad 3-1, las partes de máquinas pueden agrietarse, partirse, o romperse si se doblan o flexionan más allá de su capacidad para soportar ese esfuerzo. Las vibraciones de desplazamiento pueden hacer que se rompan los pernos, se separen las soldaduras, y se agrieten o aflojen las cimentaciones de la maquinaria. Estas fallas por esfuerzo ocurren típicamente a frecuencias de vibración muy bajas - abajo de 600 CPM (10 Hz). Se recomienda la medición del desplazamiento para las máquinas que puedan producir frecuencias de vibración en este campo. 3.20 MEDICIÓN DE LA FRECUENCIA La frecuencia de la vibración es una herramienta de diagnóstico muy importante. La mayoría de las fuerzas de vibración se generan a través de las partes rotatorias de una máquina; por lo tanto, la mayoría de las vibraciones tienen frecuencias que se relacionan directamente con las velocidades de rotación. Por ejemplo, si una máquina con un rotor que opera a 4,500 RPM y un abanico que opera a 3,200 RPM vibra excesivamente a 3,200 RPM, o 1 x las RPM del abanico, el abanico está causando la vibración excesiva. El conocer la frecuencia de la vibración y cómo se relaciona con las velocidades de rotación de los componentes de la máquina es el primer paso para determinar la fuente y causa de la vibración.

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En el monitoreo de vibraciones en la vida real, los mecánicos no necesitan determinar la frecuencia de la vibración. Casi todos los recolectores de datos y analizadores de vibración proporcionan esta lectura La frecuencia de vibración se expresa en ciclos por minuto (CPM). Ya que la velocidad de rotación de una máquina se expresa en revoluciones por minuto, (RPM), es mucho más útil expresar la frecuencia en CPM que si se usaran Hertz (Hz). Las mediciones se pueden convertir fácilmente de Hertz a CPM o de CPM a Hertz.

NOTA: Para convertir de Hz a CPM: CPM = Hertz x 60 segundos/minuto Para convertir de CPM a Hz: Hz = CPM/60 segundos/minuto

3.21 MEDICIÓN DE LA VELOCIDAD La velocidad es un indicador muy útil de las condiciones de la máquina o fatiga, ya que toma en cuenta el desplazamiento y la frecuencia

Velocidad = Desplazamiento x Frecuencia Una medición de la velocidad de la vibración le indica al mecánico qué tan rápido está rotando la máquina o componente de la máquina. La velocidad de vibración es la medición utilizada con más frecuencia de las condiciones de la maquinaria. Como regla, la velocidad es un buen indicador de la salud general de una máquina que rota y sus componentes. Cuando son probables frecuencias de vibración de entre 600 CPM y 120,000 CPM, debe medirse la velocidad. La velocidad de la vibración de una máquina o parte de máquina cambia constantemente. Como resultado, se mide la velocidad pico, para una indicación de las condiciones de la máquina o componente rotatorio. La velocidad pico se expresa en pulgadas por segundo (pulgadas/seg-pico) o en milímetros por segundo (mm/seg-pico). Frecuentemente se usa un medidor digital de velocidad. Los abanicos, motores, bombas, y otra maquinaria en general normalmente muestran desbalance, cojinetes malos, mala alineación, y soltura mecánica. La medición de la velocidad es el mejor indicador de la vibración para estas máquinas. La velocidad es el modo de medición más útil para la mayor parte del equipo que gira.

3.22 MEDICIÓN DE LA ACELERACIÓN La aceleración de la vibración está directamente relacionada con la fuerza o fuerzas que causan la vibración.

Fuerza = Masa x Aceleración

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De la fórmula, es aparente que la aceleración de la vibración es directamente proporcional a la fuerza de excitación. Pueden ocurrir fuerzas muy grandes a altas frecuencias, aunque las amplitudes de desplazamiento y velocidad sean muy pequeñas. Estas grandes fuerzas pueden causar la deformación de partes de maquinaria - por ejemplo desgastar los dientes de engranes, o deformar cojinetes. Si la fuerza es lo suficientemente grande, puede además hacer que falle la lubricación de la máquina. Las mediciones de aceleración de la vibración deben tomarse cuando las frecuencias de vibración puedan llegar a más de 120,000 CPM. Las máquinas más comunes que muestran estas altas vibraciones son los impulsores de engranes de alta velocidad, reductores de velocidad y las turbinas. Además, el diagnóstico de las fallas de cojinetes frecuentemente requiere de la medición de la aceleración, ya que las RPM frecuentemente se amplifican por el número de cojinetes. 3.23 DESBALANCE El desbalance es la causa más común de vibración en el equipo rotatorio, y la más fácil de diagnosticar. El desbalance existe cuando el centro de la masa no coincide con el centro de rotación. La masa de la parte que gira no está distribuida uniformemente alrededor del centro de rotación. El desbalance se puede ver como un punto pesado en el rotor (vea la Figura 34). Este punto pesado, o desbalance, crea una fuerza centrífuga constante sobre la parte afectada. El desbalance produce una vibración a 1 X las RPM de la parte desbalanceada.

Figura 34. Rotor fuera de balance.

Los datos recolectados del desbalance indican que la amplitud es proporcional a la cantidad de desbalance.

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La amplitud de la vibración generalmente es mayor en las direcciones radiales de medición (horizontal o vertical). El desbalance puede ser causado por:

a) Acumulación desigual de depósitos sobre el rotor y sus partes.

b) Corrosión y desgaste. Los abanicos, sopladores, e impulsores de bombas se pueden desgastar o corroer por los materiales que manejan, y deteriorarse en forma dispareja.

c) Excentricidad. La excentricidad ocurre cuando la línea central verdadera o geométrica de una parte no coincide con su línea central de rotación (vea la Figura 35). Ya sea que la parte se fabricó descentrada, o el centro de rotación se ubicó fuera de centro. Las variaciones de las propiedades eléctricas y el calentamiento disparejo también pueden causar excentricidad. Esta condición produce una vibración a una frecuencia de 1 X RPM. Los engranes con frecuencia muestran excentricidad. Un engrane excéntrico produce fuerzas de reacción debido a su acción similar a la de una leva contra el engrane que se acopla. La mayor vibración ocurre en una línea que pasa por el centro de ambos engranes.

Figura 35. Ejemplo de excentricidad

Colocación incorrecta de pasadores y ranuras de posicionamiento. Un pasador y ranura de posicionamiento fijan el cubo al eje de una máquina. No existe ningún estándar industrial para pasadores y ranuras de posicionamiento, que frecuentemente son la fuente de desbalance. Cuando se monte un nuevo motor sobre el eje del motor, no cortar el pasador al ras del extremo de la junta El hacer eso frecuentemente resulta en que no se llenen varias pulgadas de ranura de posicionamiento, lo que crea un desbalance. Tolerancias de libramiento. Los claros excesivos en las partes ensambladas de las máquinas pueden ser una fuente de desbalance. El arrollamiento del claro puede desviar al cubo hacia un lado de la línea central de rotación, y producir excentricidad.

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Distorsión. Los esfuerzos y fuerzas térmicas pueden distorsionar las partes que rotan, alterando su balance. Las partes fabricadas con soldadura pueden distorsionarse por el esfuerzo del proceso de soldadura; el desahogo de esfuerzos durante la manufactura frecuentemente puede corregir estas distorsiones. Imperfecciones de fundición. Las partes que rotan, como los impulsores, cuñas, y rotores, que se han fundido, pueden contener imperfecciones por el proceso de fundición. Las imperfecciones pueden no ser visibles. Las pruebas de rayos X y de ultrasonido pueden contribuir a determinar la calidad de la fundición, antes de instalarse. De esta manera, un huevo causado por u orificio de respiración o trampa de arena se puede detectar antes de que se instale la parte y antes de que cree desbalance. El balanceo dinámico de una parte es imperativo, especialmente si ésta operará a altas velocidades (más de 3600 RPM). El desbalance generalmente es radial en su dirección 3.24 DESALINEACIÓN La mayoría de los fabricantes se especializan en ciertos tipos de equipo. Por ejemplo, un fabricante de abanicos no fabrica también rotores y bombas. Como resultado, las máquinas y componentes de diferentes fabricantes tienen que acoplarse en muchas situaciones operacionales. La desalineación de ejes y juntas es una de las causas principales de la vibración de maquinaria. Cuando se acoplan dos máquinas que rotan, tienen que alinearse dentro de las tolerancias para aquellas máquinas. Estas tolerancias dependen del tamaño del equipo, las velocidades de operación, tipos de juntas, y de otros factores. Puede ocurrir mala alineación paralela o angular, pero con mayor frecuencia, la desalineación es una combinación de las dos En la desalineación paralela, las líneas centrales de los ejes están paralelas, pero desfasadas ya sea horizontalmente o verticalmente. En la desalineación angular, las líneas centrales se encuentran en un ángulo. La mala alineación angular también puede ocurrir horizontalmente o verticalmente. Las juntas flexibles requieren estrictas tolerancias de alineación, así como juntas rígidas. Las juntas que no están alineadas correctamente, incluyendo las juntas flexibles, transmiten una torsión que puede dañar los cojinetes, empaques, otras partes internas, y la junta en sí. Generalmente, la amplitud de la vibración por la mala alineación de eje y junta ocurre a una frecuencia de vibración de 1 X RPM (la misma frecuencia que otras fuentes común Esta sección se enfoca en: (1) Cómo seleccionar el mejor indicador de la vibración; (2) Qué criterios utilizar para determinar la severidad de la es de vibración, como el desbalance, ejes doblados, y la vibración; y (3) Cómo establecer qué tan severa es la vibración.

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3.25 SELECCIÓN DEL MEJOR INDICADOR Cuando se lleva a cabo el análisis de vibraciones, el mecánico tiene que determinar qué medición es el mejor indicador de la severidad - el desplazamiento, la velocidad, o la aceleración.Existen muchos tipos de tablas para determinar la severidad de la vibración. Estas tablas utilizan diversas mediciones, incluyendo el desplazamiento, la velocidad, y la aceleración. El desplazamiento es el método más antiguo de análisis de vibraciones. El desplazamiento es una medida útil para determinar la severidad de la vibración en la maquinaria grande, que se mueve lentamente. La velocidad de la vibración es el indicador utilizado más comúnmente de las condiciones de la máquina. La velocidad incluye mediciones tanto del desplazamiento como de la frecuencia. Cuando se diagnostica maquinaria de alta velocidad y precisión con cajas de engranes, reductores de velocidad, y turbinas que involucran a componentes de frecuencia más alta, monitoree la aceleración. Vea las tablas de las páginas 52 y 53 del Manual de IPT. Se pueden utilizar estas tablas para determinar la severidad de la vibración. Note cómo la frecuencia afecta la severidad de la vibración (al subir la frecuencia, la vibración se vuelve más severa). Consulte la tabla de la página 54, Velocidad de vibración (pico). La tabla contiene las velocidades de vibración, utilizando unidades inglesas o métricas. Cuando se usan lecturas de velocidad (pico), use esta tabla para las lecturas prácticas de la severidad de la vibración. Frecuentemente contribuyen numerosas frecuencias de vibración a la vibración que se asocia al equipo rotatorio. La Organización Internacional de Estándares (ISO) publica estándares para juzgar la severidad de la vibración. El Estándar ISO 2372, que sigue a continuación en forma de tabla, está diseñado para pruebas y aceptación de taller. Tabla 2. NORMA ISO 2372 PARA NIVELES ACEPTABLES DE VIBRACIÓN

VELOCIDAD DE LA VIBRACIÓN RSM

mm/seg pulg/seg 28 1.10 18 0.71 INACEPTABLE 11 0.44

7 0.28 4.5 0.18 INSATISFACTORIO 2.8 0.11 1.8 0.07 SATISFACTORIO 1.1 0.04 0.7 0.03

0.45 0.02 BUENO 0.28 0.01

CLASE I MÁQUINA PEQUEÑA

CLASE II MÁQUINA MEDIANA

CLASE III MÁQUINA GRNADE

CIMENTACIÓN RIGIDA

CLASE IV MÁQUINA GRANDE

CIMENTACIÓN SUAVE

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Esta norma se aplica a máquinas que operan a 600-12,000 RPM (10-200 Hz). Además que requiere una medición de amplitud de verdadera raíz media cuadrada (rms). La medición rms permite al mecánico distinguir entre el soporte flexible y el soporte rígido y también considerar para un sistema de soporte que sea rígido en una dirección, pero flexible en la otra. Para la medición de amplitud rms, rms = 0.707 x aceleración pico El medidor de velocidad que se proporciona con el auxiliar de entrenamiento es raíz media cuadrada (rms). 3.26 SELECCIÓN DEL TIPO DE TRANSDUCTOR

Es importante seleccionar el tipo de transductor. Una vez que se determina el tipo de medición que se va a tomar y transductor a utilizar para tomar la medición. La siguiente tabla muestra los transductores comunes y sus ventajas y desventajas. Tabla 3. Resumen de transductores de vibración comunes Tipo de transductor

Alcance útil de frecuencias

Medición Ventajas Desventajas

Sonda de proximidad

0-1,500 Hz Desplazamiento Sin contacto

1. Siente las imperfecciones de la superficie 2. Tiene sólo partes conductoras 3. Es difícil de Montar 4. Tiene un alcance limitado de frecuencias

Captor de velocidad

8-1,500 Hz Velocidad

1. Se autogenera 2. Es sísmico 3. Buen indicador de la salud de la máquina

1. Tiene partes móviles 2. Es grande 3. Siente los campos EM 4. Tiene un alcance limitado de frecuencias

Acelerómetro 1-20,000 Hz Aceleración

1. Maneja altas frecuencias sin dañarse 2. Tiene una construcción fuerte 3. Es sísmico 4. Es de tamaño pequeño/Puede ser de mano

1. Sensibilidad a la temperatura 2. Sensibilidad a la vibración de alta frecuencia 3. Dificultad para determinar la mejor ubicación para montarse

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3.27 TOLERANCIAS DE VIBRACIÓN. En el trabajo de análisis de vibraciones, el objetivo no es solamente identificar cuánta vibración puede soportal` una máquina antes de que falle, sino también identificar problemas con suficiente anticipación para evitar fallas. Es muy difícil identificar las tolerancias de vibración exactas para cualquier pieza dada de equipo rotatorio. Aunque pueden conocerse las características de la máquina, pueden ocurrir circunstancias únicas (ambientales, producto que se maneja, etc.) que pueden hacer que la máquina falle. 3.28 BALANCEO El desbalance es una de las principales causas de vibración excesiva en el equipo rotatorio. El desbalance ocurre cuando hay una distribución desigual del peso alrededor del eje de rotación (vea la Figura 34). Este desbalance genera fuerzas centrífugas cuando gira la parte. El grado de las fuerzas generadas depende de la velocidad de rotación y de la cantidad de desbalance. Las fuerzas centrífugas continuamente jalan el centro fuera de su posición normal. La cantidad de fuerza generada es proporcional al cuadrado de las RPM. Si se duplican las RPM, el incremento de la fuerza de desbalance es cuádruplo. Si un punto pesado de tres onzas se localizara a un radio de 30 pulgadas de la línea central de un rotor a 3,600 RPM (Ejemplo #1), la fuerza debido al desbalance sería de 2,000 libras (utilizando la siguiente ecuación para calcular la fuerza. Utilizando unidades inglesas: F = 1.77 x P x (RPM/1,000)2 Donde: F = fuerza en libras P = peso en onzas R = radio en pulgadas La cantidad de desbalance se indica como P x R y se expresa en onzas-pulgadas. Para cálculos métricos, use: F = 0.011 x M x R x RPM2 donde: F = fuerza en Newtons R = radio en metros M = masa del peso en kilogramos La cantidad de desbalance se expresa en gramos-milímetros, o en gramos-metros. Para unidades de gramos-pulgadas. utilizar: F = 0.0625 x R x P x (RPM/1,000)2

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Donde: F = fuerza en libras R = radio en pulgadas P = peso en gramos La cantidad de desbalance se expresa en gramos-pulgadas. Se puede utilizar cualquier combinación de peso y radio para lograr la misma cantidad de desbalance (P x R = Desbalance) . Como se mencionó, la fuerza generada es proporcional al cuadrado de las RPM. ¡Si en el ejemplo dado (#1) se doblan las RPM del rotor, la fuerza generada se incrementa a más de 8,000 libras! Con solo este ejemplo, es aparente que un peso de desbalance muy pequeño puede producir resultados desastrosos . Además del daño que puede causar a la máquina, la vibración también puede hacer disminuir la calidad del producto. Por ejemplo, un desbalance leve en una rectificadora de precisión, puede producir marcas de golpeteo u ondulaciones en las herramientas maquinadas terminadas. Las herramientas de corte y esmerilado son especialmente vulnerables aún a pequeñas cantidades de vibración. Cuando hay presentes problemas de vibración, deben contestarse ciertas preguntas antes de agregar o retirar pesas para balancear las partes rotatorias de la máquina. La vibración puede no deberse a desbalance. Por ejemplo, ¿Es responsable del incremento en la vibración algún cambio operacional? Obtenga información de los operadores, personal de mantenimiento, y de los registros de mantenimiento para determinar si cambios en la velocidad de operación, presión, o temperatura puedan estar causando el problema, o si el producto ha cambiado en tipo o densidad. Otros puntos pueden incluir a:

• Mantenimiento reciente en la máquina que ha cambiado la configuración de su equipo. • Un incremento repentino en la vibración, cuando no han ocurrido cambios de operación o

de mantenimiento, que indica que el problema probablemente está relacionado con una parte rota, restos o acumulación que se ha suelto.

Si se determina que la vibración es causada por desbalance, entonces el siguiente paso es determinar qué clase de desbalance existe - estático, de par, cuasiestático, dinámico, o por otras causas. Los tipos de desbalance se describen en las siguientes subsecciones. 3.29 DESBALANCE ESTÁTICO El desbalance estático ocurre cuando el eje de distribución de peso está descentrado pero paralelo al eje de rotación. El punto pesado está en el centro el rotor, no concentrado hacia un extremo. Si el rotor está libre para girar, el punto pesado se mueve hacia abajo cuando el rotor se detiene.

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Cualquier resistencia fricciona los cojinetes y empaques que puede hacer que el rotor se detenga antes de que el punto pesado llegue al fondo. Para revisar el desbalance estático, girar la máquina y medir los ángulos de fase y amplitudes de vibración en ambos extremos del rotor. Si las medidas son iguales en ambos extremos, es desbalance estático

3.30 DESBALANCE DE PAR El desbalance de par ocurre cuando el eje de la distribución de peso intersecta al eje de rotación en el centro del rotor . Un rotor en desbalance de par, si se apoya entre cojinetes y está libre para rotar, no se detiene en el mismo lugar cada vez que se le rota y permite detenerse. Haga rotar la máquina y revise la fase y amplitud en ambos extremos. Si el rotor está en desbalance de par, las lecturas de fase estarán separadas por 180 grados, y la amplitud será la misma en ambos extremos. 3.31 DESBALANCE CUASIESTÁTICO El desbalance cuasiestático es una combinación del desbalance estático y de par. En este tipo de desbalance, la distribución de peso coincide con el eje de rotación en algún punto que no es el centro del rotor. Si se hace rotar la máquina y se toman mediciones de fase y amplitud, las lecturas de fase de cada extremos están separadas por 180 grados y las lecturas de vibración son mayores en n extremos que del otro. 3.32 DESBALANCE DINÁMICO En el desbalance dinámico el eje de distribución del peso y el eje de rotación no coinciden en absoluto. Cuando se hace rotar la máquina, las lecturas de fase no son ni iguales ni están separadas por 180 grados, sino que se encuentran en un lugar intermedio. Un desbalance dinámico es el tipo más común de desbalance en la maquinaria que gira. 3.33 HERRAMIENTAS Y MÉTODOS DE BALANCEO El balancear una máquina es una actividad hasta cierto punto de ensayo y error. Deben considerarse ciertos procedimientos e información antes de intentar balancear una máquina tales como:

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• Revisar que la máquina esté en buenas condiciones - sin daños obvios en el rotor o eje, que los cojinetes tengas los claros correctos, que no haya acumulación de materiales en el rotor.

• Dé los datos obtenidos, determinar que ubicación proporciona la amplitud más alta (horizontal o vertical), y use esta ubicación para tomar las lecturas al balancear.

• Con una lectura filtrada, asegurar que el analizador esté correctamente sintonizado a la

velocidad del rotor para todas las corridas.

• Si la máquina se arrancó desde una condición en frío, permitir llegar a su temperatura total de operación antes de balancearla.

• Si el analizador muestra este dato, identificar los cambios grandes en la vibración y fase

cuando la máquina se acelera a la velocidad o disminuye la velocidad; o (si se mide la amplitud de la vibración) observe la amplitud mientras la máquina se detiene por si sola al apagar la corriente. Si hay una disminución constante sin picos, la máquina está operando por abajo de su primera velocidad crítica.

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CAPÍTULO 4

Descripción de los equipos que

intervienen en el problema

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CAPÍTULO 4

4. DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS QUE INTERVIENEN EN EL PROBLEMA En este capítulo se describe en forma general los equipos dispuestos en la planta, que son parte del sistema, de equipos donde se presentó el problema de rotura de la flecha. 4.1 Reductor de velocidad. Es un reductor de triple reducción marca Maag de 3,500 hp con relación de velocidad de 20: 1. Está constituido por una carcasa bipartida (que funciona también como Carter del reductor) sujeta en la parte inferior por 18 pernos de acero de 1 ½” de diámetro, anclados en la base de concreto y asentado en 18 placas de acero de 1” x 6” x 8” maquinadas para lograr un asentamiento de la parte inferior correcta donde se puedan colocar laínas de alineamiento. La otra mitad, la tapa del reductor, va sujeta con 18 tornillos de 1” de diámetro que se roscan en la carcasa inferior. El interior está constituido por una flecha piñón de alta velocidad apoyada en dos chumaceras radiales y una axial, todas recubiertas de metal babbit (que va acoplado mediante un cople de engranes y un carrete de extensión a una turbina de vapor). Un engrane intermedio montado en una flecha piñón intermedio apoyada en dos chumaceras radiales recubiertas de metal babbit, un engrane de baja montada en una flecha hueca apoyada en dos chumaceras radiales y una axial todas recubiertas interiormente de metal babbit. En el interior de la flecha hueca del engrane de baja va sujeta la flecha de acoplamiento al compresor (cuya rotura es el tema de este trabajo) por el lado del engrane mediante un acoplamiento cónico sujeta mediante una brida atornillada a la flecha hueca y en el otro extremo acoplada mediante pernos (16 pernos de acero al carbono de 76 mm de diámetro) que une la brida de dicha flecha con la brida del cigüeñal del compresor sujetando también el volante contrapeso de 15 ton. Internamente tiene un sistema de lubricación forzada (con una presión de 1.5 kg. /cm²) mediante una bomba tipo tornillo que lubrica también a la turbina que también suministra el aceite de control de la velocidad de la turbina, el cual pasa antes por un enfriador tubular para mantener el aceite en la temperatura correcta 38 °C durante la operación continua de las máquinas. 4.2. Compresor de CO₂. Es un compresor reciprocante (movimiento alternativo) de 15,000 pies³/min. Marca Nuovo Pignone de 5 pistones 4 pasos de compresión, que comprime CO₂ gas de 0.250 gr. / cm² hasta 155 kg. / cm² y que está constituido de las siguientes partes:

• Armazón.- El armazón es de tipo con elementos de acero soldados, ha sido estudiado para garantizar una estabilidad perfecta de la maquina sobre el funcionamiento, siendo ampliamente dimensionado en relación con los esfuerzos que ha de soportar.

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En la parte superior del compresor tenemos el sistema de enfriamiento, que es a base de unos Enfriadores instalados desde la primera etapa de compresión hasta la tercera etapa, excepto la cuarta etapa que envía el CO₂ al Reactor pero sin enfriar, para cumplir con este enfriamiento necesitamos una presión de agua de 3.5 Kg./cm2. Para esto fue necesario instalar un registrador en el cuarto de control para poder observar con facilidad las temperaturas y presiones de cada fase, como lo muestra la tabla No. 3. Tabla 4. Muestreo

FASE PRESIÓN DE SUCCIÓN

PRESIÓN DE DESCARGA

TEMPERATURA DE SUCCIÓN

TEMPERATURA DE DESCARGA

PRIMERA 1.02 ATA 3.7 ATA 38 ºC 145 ºC SEGUNDA 3.7 ATA 14.7 ATA 35 ºC 120 ºC TERCERA 14.7 ATA 45 ATA 35 ºC 135 ºC CUARTA 45 ATA 155 ATA 45 ºC 170 ºC

• Árbol.- Normalmente el árbol cigüeñal se construye de acero al carbón forjable o de acero

al carbón vanadio. Esta completamente rectificado en todas sus superficies.

• Bielas.-Las Bielas son de acero forjado de alta resistencia. En las Bielas se hallan montados los Cojinetes de Cabeza de Biela son de Acero, divididos en dos mitades y revestidos en su interior con metal Antifricción

• Correderas.- A los lados del Armazón y rígidamente atornilladas al mismo se hallan las

correderas obtenidas junto con sus soportes de una fundición única. El interior queda provisto con ranuras y esta estudiado para garantizar la máxima robustez. Las superficies deslizamiento de las Crucetas han sido esmeradamente rectificadas.

• Crucetas.- Las crucetas están completamente construidas en Acero Fundido con patines

revestidos con metal Antifricción. Con la Cruceta está conectada la Biela y el Eje del Embolo; la Biela se articula a la Cruceta mediante el perno Muñón, construido de acero especial, cementado y rectificado. El Muñón se apoya sobre dos asientos cónicos, uno construido directamente en la Cruceta y el otro construido por un anillo cónico cortado radialmente para que resulte más elástico. El bloqueo del Muñón se realiza mediante placas Atornilladas.

• Cilindros.- En correspondencia con las Manivelas se hallan los Cilindros de compresión

según la siguiente disposición:

o Los dos Cilindros de 1º fase por un lado o Los dos cilindros de 2º fase, 3º y 4º fase por el lado opuesto.

Todos los cilindros son de doble efecto. Los cilindros 1ª y de la 2ª fase quedan constituidos por fundición de hierro, el cilindro de 3ª fase de acero fundido y el de la 4ª fase de acero forjado. Los cilindros de 3ª y 4ª fase llevan camisas que son flotantes y pueden ser cambiadas cuando presentan desgaste anormal.

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Émbolos.- Los dos Émbolos del primer Paso son de placas de acero con refuerzos interiores también de placas de acero y unidos exteriormente por un anillo de acero exteriormente donde van montados los tres anillos de hermeticidad hechos de acero especial así como una tercera parte recubierta con metal babbit y en su interior soldado a un núcleo solido de acero fundido. El segundo paso también está formado por placas de acero con refuerzos de placa de acero y unidas exteriormente por un anillo de acero donde van colocados los tres anillos de hermeticidad y una tercera parte de su circunferencia de metal babbit Todos los Émbolos quedan rígidamente bloqueados sobre los correspondientes Vástagos por medio de robustas tuercas especiales mediante las cuales se ajusta el espacio muerto de cada uno de ellos y una cuña de media luna para evitar que estos giren.

• Prensaestopas.- En cada anillo se asegura la hermeticidad del gas comprimido en correspondencia del agujero a través del cual pasa el embolo, por un prensaestopas constituido por una serie de cajitas de acero de las cuales cada una contiene en elemento de hermeticidad ,toda con inyección a presión de aceite de lubricación por goteo y en el caso del cuarto paso un sistema de enfriamiento mediante la recirculación de agua alrededor de la prensa estopada tanto del lado del Carter como del lado libre.

• Válvulas.- Las válvulas de aspiración y compresión montadas dentro de las cámaras de

válvula en los cilindros son de tipo que tienen anillos concéntricos de funcionamiento automático.

Ofrecen una sección amplia al pasaje del gas para reducir a un mínimo la caída de presión y el calentamiento del gas.

• Detección de fallas por ruido: Por el sonido emitido en operación resulta más bien fácil individualizar una válvula que no funciona correctamente, con un multicopio haciendo contacto sobre la tapa y escuchando el golpeteo. Una vez individualizada la válvula defectuosa es importante registrarla para sustituirla lo antes posible.

Es muy importante saber definir al escuchar el ruido producido por una válvula si es por una falla de los internos de la misma ( como pueden ser resortes o laÍnas rotas ) o es una soltura de la misma pues la primera falla puede ser programado el paro del compresor para el cambio de la misma, pero si es la segunda es muy importante efectuar el paro inmediato del compresor para efectuar el cambio de dicha válvula pues de lo contrario se corre el riesgo de que la válvula se fracture y algún pedazo caiga dentro del cilindro pues esto originaria un daño muy severo como la rotura del pistón, rotura del eje, rotura de la tapa del cilindro de compresión e inclusive fractura del cigüeñal. Cualquiera de estos daños implica dejar fuera de servicio el compresor y por lo tanto el paro de la Planta por varios días aun teniendo las partes de repuesto por eso es tan importante identificar bien dicho ruido para tomar la decisión correcta y a tiempo, para evitar dichos daños.

• Por diferencia de temperaturas.- Este tipo de detección de fallas, se logra mediante un programa de mantenimiento preventivo basado en la toma de lecturas de cada una de las válvulas (esto se logra mediante un Pirómetro Digital) y si el daño no es severo se puede programar el paro para cambiar la válvula defectuosa.

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CAPITULO 5

Análisis y solución a la falla de la flecha de acoplamiento

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CAPITULO 5

5. ANÁLISIS Y SOLUCIÓN A LA FALLA DE LA FLECHA DE ACOPLAMIENTO

5.1. Antecedentes Es una Flecha de acero al carbono para la transmisión de movimiento del Reductor de Velocidad al Compresor de CO₂, como se muestra en la figura 27 es una flecha de una sola pieza que sirve de acopamiento entre el reductor y el compresor.

Figura 36. Flecha de acoplamiento reductor compresor

Información Técnica:

• Acero de Flecha Torsional: AISI 4140 (Cr, Mo, Mn) • Reductor de Velocidad: MAAG • Relación de Velocidad: 6,000/300 RPM • Potencia: 3,720 Kw. • Modelo: G-60/75

Instalación: • Turbina de Vapor / Compresor de CO2

Acoplamiento lado Turbina: • MAAG Acoplamiento con Engrane ZAS-4

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Acoplamiento lado Compresor:

• Flecha de Torsional Durante más de 20 años no presento problema alguno operando dichos equipos correctamente, pero en los últimos 3 años se fracturo do veces, indicando con ello que había un problema mayor que estaba originando esta falla. Analizando la falla se determinó que esta era por fatiga prematura del material.

Figura 37. Vista de la última fractura de la flecha

Esto quería decir que no era necesario cambiar ni la composición química del material ni el diseño como fue construida la flecha. Considerando que por más de 20 años había operado sin problemas y que no se había modificado ninguno de los parámetros de operación de los equipos o sea que sus necesidades de potencia eran las mismas, debería existir otra causa que estuviera originando la falla. Análisis y solución de la falla.- La otra causa que podía estar generando esta falla era un posible des alineamiento en el acoplamiento reductor compresor. Esta posible causa ya había sido verificada anteriormente dando como resultado que estaba dentro del alineamiento sugerido por el fabricante, pero debido a esta segunda falla y descartando que fuera originada por fallas de diseño, se precedió a verificar detenidamente la forma en que se efectuaba la medición de este alineamiento encontrando serias irregularidades lo que traía como consecuencia que las lecturas fueran erróneas y por lo tanto dejaban de ser confiables para eliminar esta posibilidad como causa de la falla.

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Figura 38. Extremo de la flecha que va acoplada al engrane del reductor

Del lado del Reductor se acopla mediante un acoplamiento cónico atornillado a una brida en ese extremo de la flecha hueca que es donde va colocado el Engrane de Baja, ver figuras 38 y 39 permitiendo con ello un acoplamiento muy flexible ayudando con ello a mantener una operación muy estable con vibraciones bajas a pesar de ser una maquina muy grande y pesada.

Figura 39. Extremo de la flecha acoplada al engrane de baja del reductor

Como se puede apreciar en la figura 39, el eje del engrane de baja, por el interior del cual pasa la flecha de acoplamiento, se encuentra la chumacera radial de soporte de un extremo del eje de baja, así como la chumacera axial que centra el engrane de baja dentro de la caja de engranes y al mismo tiempo no permite que la flecha de acoplamiento se desplace longitudinalmente para ningún lado, manteniendo muy estable el giro de los engranes dentro de la caja del reductor, permitiendo esto una operación muy silenciosa y con vibraciones muy bajas.

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5.2 VERIFICACIÓN Y CORRECCIÓN DEL ALINEAMIENTO. Debido a que como se puede apreciar en la figura 40 la flecha de acoplamiento es muy pesada, fue necesario fabricar un anillo soporte de acero al carbono de ½ “ de espesor con el diámetro exterior del soporte de la chumacera radial de salida del engrane de baja y con el diámetro interior del diámetro de la flecha en esa zona, permitiendo con ello que la flecha se mantuviera en posición rígida y su giro fuera estable, sin movimiento relativo entre la flecha y el engrane, permitiendo con ello que las lecturas del indicador de caratula fueran ciertas al indicar el des alineamiento y de esta manera poder hacer las correcciones debidas. Una vez armado el reductor se procedió a montar los indicadores de caratula entre las bridas de acoplamiento de la flecha y el cigüeñal del compresor.

Figura 40.- Flecha montada en el engrane con brida de acoplamiento al compresor

Se procedió a verificar el alineamiento desmontando todos los equipos auxiliares y conexiones, dejando completamente libres los equipos involucrados, para poder asegurar que las lecturas de alineamiento fueran reales. Se registraron los siguientes datos: Tabla 5. Lecturas de alineamiento

REDUCTOR / COMPRESOR Radial Axial

0 0 -0.126" +0.012 -0.028 +0.004

-0.135" +0.032" Con estos datos se compararon con los que marca el manual resultando una diferencia tan alta que nos aseguraba que esta era la causa del rompimiento de la flecha. El des alineamiento que marca el manual es el siguiente. Tabla 6. Datos de des alineamiento.


0 0 -0.018" 0 0 0

-0.018" 0

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Se procedió a corregir el des alineamiento dejándolo como marca el manual. Para ello fue necesario colocar las calzas necesarias en la base del reductor de tal manera que se corrigiera el alineamiento tanto radial como axial así como vigilar en cada movimiento el contacto entre dientes y el claro de los mismos y así evitar daños posteriores, que podían originar la fractura de los dientes de los engranes e inclusive la destrucción del reductor por su tamaño y velocidad. Antes de tapar el reductor se verificó que el sistema de lubricación forzada funcionara correctamente. Llegando el aceite a todos los lugares que deben ser lubricados. Se terminó de tapar el reductor y se montaron los pernos de acoplamiento así como el volante contrapeso del compresor y se dio por terminado el trabajo de cambio de la flecha de acoplamiento del reductor al compresor.

5.3 ANÁLISIS FINAL DE LA FRACTURA DE LA FLECHA 1. La falla que se presentó en la flecha, se debió básicamente a que al tener una

fisura el área que soportaba el esfuerzo de tensión y torsional sobre la flecha , disminuyo considerablemente. Al permanecer la fuerza aplicada a la flecha constante (momento de la flecha, par transmitido por el reductor), la resistencia del material disminuyó, hasta alcanzar el punto de ruptura, de 1,145 Mpa. Para un material 4,140.

Como se muestra en la tabla adjunta de acuerdo con los análisis de las muestras tomadas de la flecha fracturada se determinó que el material debería ser el AISI 4140 por considerarlo el más apropiado para la fabricación de la flecha

Tabla 7. Muestreo

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2. Al concluir que la rotura de la flecha fue originada por una fatiga prematura del material como inicio de la fractura y esto solo pudo haber sido originado por un fuerte des alineamiento entre el reductor y el compresor, se procedió a verificar el alineamiento entre los tres equipos involucrados (turbina/reductor/compresor),para ello se tuvo que desmontar el volante contrapeso de 15 ton de peso así como fabricar un soporte especial para permitir que la flecha de acoplamiento permanezca perfectamente derecha durante todo el proceso de alineamiento. Al verificar los alineamientos existentes entre turbina/reductor/compresor se obtuvieron los siguientes datos:

Tabla 8. Turbina – Reductor – Compresor.

TURBINA/REDUCTOR Radial Axial

0 0 -0.125" +0.015” +0.018 -0.008

-0.450" +0.012" REDUCTOR / COMPRESOR

Radial Axial 0 0

-0.136" +0.012 -0.028 +0.004 -0.135" +0.032"

Tomando en cuenta que el manual marca un des alineamiento Turbina/Reductor, radial de solamente +0.018" en el horizontal y de 0 en el axial tanto horizontal como vertical y en el Reductor/Compresor también de +0.018" en el radial vertical y de 0 en el axial tanto horizontal como vertical, se puede notar que este des alineamiento tanto radial como axial son las causas de la rotura de la flecha de acoplamiento. Por lo tanto se determinó que la solución definitiva del problema era cambiar la flecha de acoplamiento y corregir el alineamiento del conjunto Turbina/Reductor/Compresor. Reparación.- Habiendo encontrado la causa de la falla de la flecha se procedió a la compra de una flecha nueva y para corregir el des alineamiento se procedió a desmontar el reductor así como la turbina para poder efectuar primero la reparación de la base de concreto del reductor que se encontró en muy mal estado fracturada y con pedazos de concreto faltante lo que no permitía un soporte y sujeción de un equipo tan robusto y pesado (aproximadamente 18 toneladas) como lo es el reductor de velocidad. Una vez corregido el anclaje del reductor se procedió al alineamiento del mismo con el compresor quedando este alineamiento como lo marca el manual: Tabla 9. Lecturas de alineamiento COMPRESOR / REDUCTOR.

COMPRESOR / REDUCTOR Radial Axial

0 0 -0.018" 0 0 0

-0.018" 0

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Una vez corregido este alineamiento se procedió a montar la Turbina y alinearla con respecto al compresor de acuerdo con el manual; Tabla 10. Lecturas de alineación REDUCTOR / COMPRESOR.


0 0 -0.018" 0 0 0

-0.018" 0 Para hacer esta corrección de alineamientos fue necesario cortar todas las conexiones de la turbina para permitir su movimiento libre y una vez alineada volver a conectar dichas líneas y equipos a su nueva ubicación. Terminados los trabajos de alineamiento se acoplaron los equipos Turbina/Reductor/Compresor y se procedió a probar los equipos arrancando la turbina a 4400 rpm y presionando al compresor a 155 Kg./cm.² Se escuchan los ruidos y se vigilan las temperaturas de todas las chumaceras así como la presión de descarga de cada paso de compresión y de las llegadas de aceite a cada una de las chumaceras y al no observarse nada anormal se entrega al Departamento de Operación para su operación normal y arranque la Planta de Urea. Se dio por terminado los trabajos concernientes a la reparación de la flecha de transmisión del reductor al compresor y después de 3 años de operación no ha vuelto a presentar problema alguno por lo que se concluye que tanto el análisis, como la solución de las causas que originaron la fractura de la flecha y la reparación de la misma fueron los correctos.

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CONCLUSIONES

Este trabajo elaborado como memoria de aplicación y experiencia profesional de trabajar en forma continua en una planta de Fertilizantes, es de suma importancia, remarcar que la calidad en el sector industrial es un gran concepto ligado completamente a todo proceso de producción con mejoramiento continuo, considerando inseparable durante todo el tiempo de mi ejercicio profesional los trabajos concernientes a la reparación de la flecha de transmisión de movimiento giratorio a reductor al compresor y después de 3 años de operación no volvió a presentar problema alguno por lo que se concluyó que tanto el análisis, como la solución de las causas que originaron la fractura de la flecha, la reparación y sustitución de la misma, con la alineación y balanceo fueron los correctos. Así también en el ejercicio profesional en el mantenimiento industrial, no es posible trabajar con calidad si no se vive dentro de ésta, así el experimentar y aplicar todas las herramientas que me permitieron optimizar el funcionamiento de todos los equipos y maquinaria que, estuvierón bajo mi responsabilidad, pero también existen otros aspectos que se deben de tomar en cuenta, tales como:

• En el Aspecto humano. • En el Aspecto físico • En el Aspecto de Ética profesional.

He aprendido a desarrollar la calidad en estos aspectos como un reto para una calidad en la vida laboral; ya que no es fácil delegar la responsabilidad para la administración de un empresa, pero como parte de ésta, somos todos responsables en lograrla, pues debemos trabajar en equipo no solo para obtenerla, si no para superarla siempre y ser competitivos profesionalmente, cabe mencionar el porqué de los aspectos arriba mencionados Aspecto humano:

• Excelentes relaciones humanas entre todos. • Utilizar un lenguaje de respeto y cordialidad. • Participación comprometida con nuestro trabajo. • Un trato justo y equitativo entre todos. • Trabajar en un ambiente de confianza y honestidad. • Comunicación oportuna y verídica.

Aspecto físico:

• Respeto por la normatividad de seguridad en el trabajo. • Iluminación adecuada para realizar nuestro trabajo. • Ventilación necesaria para vivir sin contaminantes nocivos para la salud • Eliminación de ruidos excesivos que afecten nuestra atención y dedicación al

Trabajo • Orden y limpieza que permitan vivir en un lugar higiénico y saludable • Mantener en lo personal una buena salud física y mental

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Aspecto de Ética profesional:

• Interesarse en el bienestar común y aplicar los conocimientos profesionales para el beneficio de la sociedad en general y en particular, poner especial interés en el progreso de México; pugnando por todo aquello que acelere su desarrollo.

• Desarrollar los deberes con honestidad, imparcialidad y servir con dedicación a los superiores, compañeros, empleados, clientes y público en general.

• Reconocer que nuestro ejercicio profesional como ingenieros nos ha permitido una estabilidad económica que debe permitir en lo personal, a la familia como núcleo originario y básico de la sociedad, para vivir con decoro, procurando asegurar los recursos materiales, satisfactores y los elementos de valores morales que nos sean indispensables para bienestar y progreso.

• Esforzarse por aumentar la competencia y prestigio de los ingenieros, así como elevar el prestigio de nuestra Alma Mater, la ESIME del Instituto Politécnico Nacional.

Por todo lo anterior, en lo personal les preguntaría a los egresados de la ESIME. ¿En qué medida pueden colaborar para crear un ambiente de calidad en su trabajo y con la gente?, sin dejar de lado que habrá muchas cosas que se tienen que decidir en la jerarquía alta de la administración, pero también hay muchas cosas que pueden implantar y decidir, dependiendo del grado de convencimiento que tengan de crear ese ambiente tan necesario para que en conjunto, se colabore en la organización, fundamental para que se dé el proceso de mejora continua, para la empresa donde laboramos o hemos trabajado por muchos años y en consecuencia, para el bienestar personal, familiar de la sociedad y de México. No se tiene que pedir permiso para tratar bien a los compañeros, subordinados y al personal en general para pedir las cosas con cortesía y respeto, para permitirles su participación y permitirles exponer sus comentarios y sugerencias en el trabajo; tampoco no se tiene porqué pedir permiso para mantener las áreas ordenadas y limpias, para agradecer y nombrar a todo el personal por su nombre y esto es calidad en la vida laboral y en consecuencia en los procesos y productos de calidad. Espero que estas reflexiones que me permito plasmar, sirvan como algo de mi experiencia profesional, para quienes se tomen la molestia de leer este trabajo y se concienticen de la importancia de lo que es la calidad en todos sus aspectos y aplicaciones. Considero que la experiencia adquirida durante estos 43 años de ejercicio de mi profesión como ingeniero mecánico es muy amplia dejándome gratos recuerdos y satisfacciones de diversas índoles, como el haber capacitado directamente a muchos trabajadores que en los últimos años de mi práctica profesional tuve la oportunidad de hacerlos pensar y actuar de otra manera, por ejemplo más de 15 ingenieros recién salidos de la escuela los hice que se capacitaran mediante el estudio y la aplicación práctica de sus conocimientos, en las áreas específicas que les correspondía, inclinándome a la realidad, lo que diariamente tiene que enfrentar un ingeniero o sea el trato directo con personal sindicalizado con mucha experiencia entre comillas pues hacían las cosas pero no sabían porque y si algo salía mal le echaban la culpa a cualquiera menos a reconocer que se habían equivocado y quizá lo más grave lo hacían de la misma manera siempre,

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pues así lo habían visto hacer, aunque estuviera mal, por poner un ejemplo muy sencillo, sacar un medio cople de una bomba mediante el golpe directo de un martillo de fierro en lugar de usar un extractor de baleros o el montar un balero golpeándolo con el martillo en lugar de usar un calentador de baleros e introducirlo con la mano protegida con un guante de asbesto. Anomalías como estas eran comunes observarlas diariamente en mis recorridos por las aéreas de trabajo. Cambiar esta mentalidad y forma de actuar costó mucho trabajo y paciencia. Nunca me he podido explicar porque cuando sale uno de la escuela no nos preparan para enfrentarnos a esta realidad, pues para mi es la causa principal del fracaso o del retraso de nuestros profesionistas al llegar a la industria. Considero que una de los razones por lo que cambio mi manera de ver el mantenimiento en un planta industrial fueron las visitas que hice a los Estados Unidos y ver como los americanos trabajaban y tratar de adaptar este sistema en el medio mexicano. Uno de los objetivos que me propuse y creo haberlo logrado con amplitud es de que la expresión común que existía entre los trabajadores sindicalizados que era que los ingenieros éramos” hacedores de vales caros”, se erradicara llegando a reconocer el personal sindicalizado la autoridad moral de los ingenieros. Otro de los objetivos alcanzados en los últimos años fue el de por las circunstancias que prevalecían en la empresa tuve la oportunidad de tener a mi cargo para la reparación de los diverso equipos de la planta de Urea personal que algunos solo habían sido ayudantes de albañiles o estudiantes de la carrera de ingeniería que nunca habían trabajado en la industria y hacerlos mecánicos con conocimientos básicos de mecánica y la satisfacción mayor es que tiempo después me los encuentro y me dicen que están trabajo en otras empresas donde les han reconocido su capacidad ascendiéndolos a ocupar mejores puestos inclusive alguno los han enviado a cursos de capacitación en otros estados de la república mexicana.

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BIBLIOGRAFÍA Nuovo Pignone. MANUAL DEL COMPRESOR, Personal Técnico, 1998 Baumeister Therodore, Avallone Eugene A., Baumester lll Theodore. MARKS, MANUAL DEL INGENIERO MECÁNICO, OCTAVA EDICIÓN VOL II. México, 1998 EQUIPO INDUSTRIAL, Elonka,Editorial MC-Grave Hill 1987 Shen l. Feirer, MAQUINADO DE METALES EN MÁQUINAS HERRAMIENTAS, Editorial CECSA. MANUAL DE TECNOLOGÍA DE MATERIALES, Instituto Mexicano del Petróleo. Personal Técnico. L.A. RUBIO FELIPE Manual Técnico, Ed. Tecnos S. A., 2003 Tyler G. Hicks, BOMBAS, SU SELECCIÓN Y APLICACIÓN, BME Compañía Editorial Continental S.A. México, 2005 Robert H. Perry, BIBLIOTECA DEL INGENIERO QUÍMICO (TOMO 2), Ed. Mc Graw-Hill, 1999 Richard W. Greene, COMPRESORES. SELECCIÓN, USO Y MANTENIMIENTOS, Cuerpo de redactores Chemical Engineering Magazine, Ed. Mc Graw-Hil, México, 2000

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GLOSARIO Acelerómetro- Transductor cuya salida de voltaje es proporcional a la aceleración. Acondicionador de señal- un dispositivo que se coloca entre la fuente de una señal y un instrumento de lectura para cambiar la señal. Alineación- el posicionamiento de los componentes de la máquina; cojinetes, rotores, estuches, base, tuberías, etc., con respecto unos de otros para una transferencia efectiva de la potencia. Alta frecuencia - para el propósito del estudio de los cojinetes de elementos rodantes, un campo de frecuencias, típicamente por arriba de 5 kHz, que se usa para medir las frecuencias muy altas de vibración que se asocian con fallas microscópicas en los componentes de cojinetes. Amortiguación - disminución progresiva de la amplitud de la oscilación. Amplificación, factor de, no sincrónico - una medida de la susceptibilidad de la respuesta de vibración de un sistema de rotores a una fuerza de excitación armónica no sincrónica en la frecuencia natural de un sistema de rotores. El factor de amplificación sincrónico difiere del factor de amplificación no sincrónico debido a la existencia de fuerzas tangenciales desestabilizadoras que dependen de la velocidad de rotación del eje. Amplificación, factor de, sincrónico - una medida de la susceptibilidad de la respuesta de vibración de un sistema de rotores a una fuerza de excitación de desbalance armónica relacionada cuando la velocidad de rotación del eje es igual a la frecuencia natural de un sistema de rotores. Amplitud - la magnitud del movimiento dinámico periódico (vibración). La amplitud se expresa típicamente en términos de un nivel de señal, es decir, milivoltios o miliamperes, o las unidades de ingeniería de la variable medida, es decir, mils, micrómetros (para el desplazamiento), pulgadas por segundo, (para la velocidad), etc. La amplitud de una señal se puede medir en términos de pico a pico, cero a pico, rms, o promedio. Amplitud de banda - el espacio entre las frecuencias de esquina de un filtro pasabanda Analizador de espectro - un instrumento que muestra los datos dinámicos (frecuencia) en el dominio de frecuencia Analizador en tiempo verdadero - un término que se usa para describir a un instrumento que muestra un espectro de frecuencia de vibraciones. Antiremolino - una técnica utilizada en las máquinas que manejan fluidos para disminuir o impedir el desarrollo de flujo circunferencial del fluido alrededor del rotor en los cojinetes y empaques, y para mejorar la estabilidad del rotor. Armónicos - una serie de componentes de señal de vibración cuyas frecuencias son múltiplos integrales del componente de vibración fundamental, o más bajo.

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Arqueado - una condición de eje en la cual la línea central geométrica del eje no está recta. Asincrónica o no sincrónica - componente de la frecuencia de vibración que es distinto a la velocidad de rotación del eje. A veces se usa para indicar cualquier frecuencia de vibración que no es un múltiplo integral o fracción de la frecuencia de rotación. Atenuación progresiva - la tasa de atenuación de la amplitud y fase con respecto a frecuencias arriba (o abajo) de un cierto punto. Atenuación de señal - una reducción deseada en la amplitud de una señal sin cambiar la frecuencia y la fase. Axial - en la misma dirección que la línea central del eje. Balance - una condición en la cual la línea central de rotación entre los cojinetes coincide con la línea que define el centro de distribución de la masa Balance de velocidad de resonancia - una velocidad de rotación de eje (o región de velocidad) que es igual a una frecuencia natural de un sistema de rotores. Balanceo - ajuste de la distribución de la masa radial de un rotor de manera que la línea central de la masa (eje principal de inercia) se acerque o coincida con el eje de rotación del rotor. Batimiento - la subida y caída alternante de la amplitud de la vibración causada por dos fuentes que vibran a casi la misma velocidad. Calibración - una prueba durante la cual se aplican valores conocidos de la variable medida al transductor o instrumento de lectura y las lecturas de salida correspondientes se verifican o ajustan como sea necesario. Canal - un transductor y el equipo de instrumentación para mostrar su señal de salida. captor - vea transductor. Captor óptico - un transductor sin contacto que emite luz de un LED infrarrojo, 'y detecta el nivel de la luz reflejada con un fototransistor. Circuito doble - una técnica de acondicionamiento de señales que se usa en los monitores de vibraciones en la cual una sola entrada de transductor se procesa a través de dos circuitos de acondicionamiento de la señal en el monitor. Cojinete de elemento rodante - (cojinete antifricción) un cojinete que utiliza elementos rodantes (rodillos o bolas) para soportar la carga de un eje que rota y para minimizar la fricción. Compensación de excentricidad - corrección electrónica de la señal de salida de un transductor del error que resulta por excentricidad. Componente de frecuencia - las características de amplitud, frecuencia y fase características de un componente de una señal dinámica.

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Convertidor A/D - convertidor analógico a digital. un dispositivo electrónico que mide el voltaje de una forma de onda a intervalos y la convierte la presentación visual de esta forma de onda en una lista de números para el procesamiento digital. Curva de calibración - una gráfica de la salida del transductor medido o lectura del instrumento comparada con una entrada conocida Desbalance - distribución radial desigual de la masa en un sistema de rotor, una condición del eje en la cual la línea central de la masa (eje inercial principal) no coincide con la línea central geométrica Desplazamiento - el cambio en distancia o posición de un objeto en relación a una referencia El desplazamiento de la vibración de la maquinaria se expresa en unidades de mils o micrómetros. Diafonía - interferencia o ruido en una señal de transductor o canal, que se origina en otro transductor o canal. Disparador - cualquier evento que se puede utilizar como referencia de toma de tiempo. Error - la diferencia entre el valor indicado y el verdadero valor de la variable medida esfuerzo - una fuerza que actúa sobre un cuerpo (por ejemplo, un eje) por unidad de superficie. Espacio - vea espacio de sonda. Espectro - presentación de las amplitudes de los componentes de una señal como función de su frecuencia Estabilidad de una máquina rotante - una máquina que rota es estable si, a las velocidades de operación, el movimiento rotacional de todos los elementos que rotan (ejes, discos, hojas, etc.) y el equilibrio estable de las partes que no rotan (soportes, cojinetes, estuches, bases, etc) no se acompaña de varios modos de vibración y amplitudes que excedan niveles aceptables prescritos. Excentricidad mecánica - la variación del diámetro externo de la superficie de un eje cuando se referencia a la verdadera línea central geométrica del eje. Fuera de redondez. Expansión de la cubierta - una medida de la posición axial de la cubierta de la máquina en relación a una referencia fija, generalmente la base. Expansión diferencial - la medida de la posición axial del rotor con respecto a la cubierta de la máquina a alguna distancia del cojinete de impulsión. Factor de escala - el cambio en la salida por cambio en la entrada (sensibilidad) de un transductor. Fase - un retraso de tiempo, expresado en grados de rotación, entre dos transductores. Fase diferencial - una técnica que mide la diferencia de fase entre las señales de vibración de una sola frecuencia seleccionada a distintas ubicaciones longitudinales en un sistema de rotores. Fatiga - la tendencia de un material a romperse bajo una deflexión repetida.

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FFT (transformación Fourier rápida, por sus siglas en inglés) - una técnica de computación para calcular los componentes de frecuencia de una forma de onda de tiempo a partir de mediciones digitalizadas de voltaje. Filtro - circuito electrónico diseñado para pasar o rechazar una banda de frecuencia específica de una señal. Filtro de amplitud de banda constante - un filtro pasabanda que tiene una amplitud de banda fija sin importar la frecuencia central. Filtro de atenuación de banda - vea filtro de muesca Filtro de frecuencia de barrido - un tipo de filtro pasabanda que se barre (sintoniza) automáticamente a través de un campo de frecuencias de interés. Filtro de muesca - un filtro que tiene una sola banda de rechazo que se extiende desde una frecuencia finita de corte mayor a cero hasta una frecuencia de corte superior finita. Filtro de porcentaje constante - un filtro pasabanda cuya amplitud de banda es un porcentaje fijo de la frecuencia central. También se le llama filtro de Q constante. Filtro de vectores - un instrumento electrónico que ajusta automáticamente una frecuencia central de filtro pasabanda para que coincida con la frecuencia determinada por un impulso de entrada electrónica externa. Filtro pasa altos - un filtro que tiene una sola banda de transmisión que se extiende de una frecuencia finita de equina inferior a una frecuencia infinita. Filtro pasa bajos - un filtro que tiene una sola banda de transmisión que se extiende desde la frecuencia cero (o el límite inferior de respuesta de frecuencia del transductor o instrumento) hasta alguna frecuencia finita de esquina superior. Filtro pasabanda - un filtro que tiene una sola banda de transmisión que se extiende de una frecuencia de esquina inferior distinta a cero a una frecuencia de esquina superior finita. Filtro pasabanda sintonizable - un filtro ajustable con frecuencias de corte superiores e inferiores, en el cual se puede ajustar la frecuencia central. Firma - término que a veces se aplica a un espectro de frecuencias de vibración que es distintivo y especial de una máquina o componente en particular, sistema o subsistema en un punto específico en el tiempo, bajo condiciones específicas de operación de la máquina, etc. Forma de onda - una presentación o muestra de la amplitud instantánea de una señal como función del tiempo. Formato cartesiano - un formato gráfico rectangular que consiste de un eje vertical (Y) y un eje horizontal (X).

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Fragmento de espalación - en los cojinetes de elementos rodantes, una escama o pedazo de metal que se separó de las carreras del cojinete o de un elemento rodante. Frecuencia - la velocidad de repetición de una vibración periódica por unidad de tiempo. La frecuencia de vibración se expresa típicamente en unidades de ciclos por segundo o ciclos por minuto. Frecuencia central - para filtros pasa banda, el centro aritmético de un filtro de amplitud de banda constante o el centro geométrico (punto medio en una escala logarítmica) de un filtro de porcentaje constante. Frecuencia de acoplamiento de engranes - una frecuencia potencial de vibración en cualquier máquina que contenga engranes. Es igual al número de dientes multiplicado por la velocidad de rotación. Frecuencia de paso de aspas - una frecuencia de vibración potencial en los compresores, bombas, y otras máquinas que tienen elementos rotatorios con aspas. Frecuencia natural - la frecuencia de vibración libre de un sistema. La frecuencia a la cual un sistema con amortiguación leve oscila al desplazamiento momentáneo de su posición estable por una fuerza transitoria. g - el valor de aceleración cedida por la fuerza de la gravedad de la tierra, la cual varía un poco con la latitud y la altura sobre el nivel del mar. Ganancia - vea ganancia de señal. Ganancia de señal - el incremento en la magnitud de una señal. Hertz - (Hz) unidad de medición de la frecuencia en ciclos por segundo. hz - hertz, un ciclo por segundo. Inestabilidades inducidas por fluidos - vibraciones auto excitadas del rotor (remolino y golpeteo) debidas a la interacción de fluidos/sólidos en los cojinetes, empaques, y otras partes de "cilindro dentro de cilindro" de una máquina. Integrador - un circuito electrónico que convierte una señal de velocidad en una señal de desplazamiento o convierte una señal de aceleración en una señal de velocidad. Mapa de velocidad crítica - Un diagrama XY (cartesiano) que se usa en el diseño de equipo rotatorio como herramienta para aproximar el efecto de cambios en los cojinetes, soportes, y en el diseño de pedestales sobre las frecuencias naturales del sistema. El eje X representa la rigidez del cojinete y el eje Y representa la frecuencia natural del sistema de rotores. Maquinaria de balance de la planta - el grupo de maquinaria rotatoria que no es de importancia crítica para ninguna parte del proceso general de la planta. Maquinaria esencial - el grupo de equipo rotatorio que es crítico para parte del proceso de la planta.

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Micrómetro (µm) - una millonésima de metro Un micrómetro (llamado también micrón) es igual a 0.04 mils. Mil - milésimo de pulgada (0.001 pulgada). Una mil es igual a 25.4 µm. Modulación, amplitud (am) - el proceso en el cual la variación en la amplitud de una señal de vibración resulta en una modulación de la amplitud de una señal de portadora. Modulación, frecuencia (fm) - el proceso en el cual la variación en la amplitud de una señal de vibración resulta en una variación de la frecuencia de una frecuencia de portadora. Movimiento relativo - vibración medida en relación a una superficie seleccionada. Octava - el intervalo entre dos frecuencias con una proporción de 2 a 1. Órbita - la trayectoria dinámica, bidimensional del movimiento de la línea central de un componente de máquina, el cual se observa con transductores XY, en el plano de esos transductores. Orientación de la sonda - la ubicación angular de una sonda con respecto a un sistema de coordenadas polares cuando se observa desde el lado del impulsor de una máquina. Periodo - el tiempo que se requiere para una oscilación completa o para un solo ciclo de hechos. El recíproco de la frecuencia. Periodo de tendencia - un marco completo de tiempo (principio a fin de los datos) que se muestra como una gráfica de tendencia o trazo. Peso de calibración - se usa en los procedimientos de balanceo de rotores, una pesa de magnitud conocida que se coloca en una ubicación conocida, bajo condiciones de operación conocidas, a fin de medir el cambio resultante en la respuesta de vibración 1X de la máquina. Pico primario - en el estudio de los cojinetes de elementos rodantes, un campo de frecuencias que abarca, como mínimo, las frecuencias y armónicos de las fallas primarias de los cojinetes. Piezoeléctrico - cualquier material que proporciona una conversión entre la energía mecánica y eléctrica. Posición axial - la posición promedio, o cambio de la posición, de un rotor en la dirección axial con respecto a alguna referencia fija. Posición de la válvula - una medida de la posición de las válvulas de entrada del proceso en una máquina, generalmente se expresa como un porcentaje de la abertura de la válvula; cero por ciento es cerrado por completo, 100 es abierto por completo. Posición de línea central - vea posición promedio del eje. Posición promedio del eje - la posición estática o promedio del eje en relación a un componente estacionario de la máquina sobre el cual se monta la sonda.

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Posición radial - vea posición promedio del eje. Proporción de excentricidad, promedio - una cantidad sin dimensión que representa la posición promedio del eje dentro del cojinete (o empaque). La proporción de excentricidad promedio, obtenida dividiendo la distancia entre la posición promedio de la línea central del eje y la línea central del cojinete (empaque) entre el claro radial, puede variar entre cero y uno. Proporción de excentricidad, dinámica - una cantidad sin dimensión que representa la posición instantánea del eje dentro del cojinete (empaque). La proporción de excentricidad dinámica, obtenida dividiendo la distancia entre las líneas centrales del eje y del cojinete (empaque) entre el claro radial, puede variar entre cero y uno. Punto alto - el término que se usa para describir la respuesta del eje debido a la fuerza de desbalance. Punto nodal (nodo) - un punto de deflexión mínima (o cero) del eje en una forma de modo específico. Punto pesado - un término que se usa para describir la posición del desbalance. Radial - una dirección en una máquina que es perpendicular a la línea central del eje en el lugar XY; generalmente se refiere a la medición de la dirección lateral del eje o del movimiento del estuche. Repetibilidad - la habilidad de un transductor o instrumento de lectura de repetir las mediciones, bajo las mismas condiciones, dentro de límites estrechos. Resolución - el cambio más pequeño en estímulos aplicados que produce un cambio detectable en el instrumento. Resonancia - la condición en donde una frecuencia de fuerza coincide con una frecuencia natural del sistema. Respuesta de frecuencia - las características de respuesta medidas de amplitud y de fase de un sistema mecánico o electrónico con respecto a la frecuencia. Rigidez - la propiedad de deflexión elástica bajo una carga de fuerza. Roce - mal funcionamiento de una máquina que consiste en contacto entre las partes rotantes y estacionarias de una máquina, lo que involucra fricción, impactos, y cambios en la rigidez del sistema. Rotor - parte que rota. Rotor no simétrico (anisotrópico) - un rotor cuyo corte tiene dos momentos geométricos de inercia diferentes (por ejemplo, un corte elíptico) y/o los soportes tienen distintas características de rigidez en las direcciones horizontal y vertical. Rotor flexible - un rotor que se deforma significativamente a la velocidad de operación. Se usa este término para los rotores que operan cerca de o arriba de su primera velocidad crítica.

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RPM - revoluciones por minuto o ciclos por minuto. Ruido - cualquier componente de una señal de transductor que no representa la variable que se quiere medir. Sensibilidad - la tasa de cambio en la salida a un cambio en la entrada. Separación de sonda - la distancia física entre la cara de la punta de una sonda de proximidad y la superficie observada. Sincrónico - el componente de una señal de vibración que tiene una frecuencia igual a la velocidad de rotación del eje (1X). Sonda - específicamente, un transductor de sonda de proximidad, aunque a veces se usa para describir cualquier transductor. Sonda de proximidad - un dispositivo sin contacto que mide el movimiento de desplazamiento y la posición de una superficie observada en relación a la ubicación de montaje de la sonda. Sonda doble - un juego de transductores que consiste de una sonda de proximidad y un transductor de velocidad instalados radialmente en el mismo punto (generalmente en una caja de uniones común en la cubierta del cojinete de la máquina). Sonda relativa - una sonda de proximidad que observa el movimiento del eje en relación al montaje de la sonda, generalmente el cojinete o estuche del cojinete. Soporte asimétrico (anisotrópico) - sistema de soporte de rotor que no proporciona una rigidez dinámica uniforme en todas las direcciones radiales. Soportes isotrópicos - sistemas de soporte de rotores que proporcionan una rigidez dinámica uniforme en todas las direcciones radiales/laterales. Sub armónico - componente sinusoidal de una señal de vibración que es un submúltiplo (fracción integral) de una frecuencia fundamental. Sub sincrónico - componente de una señal de vibración que tiene un frecuencia inferior a la velocidad de rotación del eje. Súper armónico - componente sinusoidal de una señal de vibración que tiene una señal de vibración que es un múltiplo integral de una frecuencia fundamental. Súper sincrónico - componente de una señal de vibración que tiene una frecuencia mayor a la velocidad de rotación del eje. Supresión - la práctica de usar circuitos electrónicos para restar aritméticamente (suprimir) la amplitud de una señal indeseada (ruido). Torsión - una medida de la tendencia de una fuerza a causar rotación.

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Transductor - un dispositivo para traducir la magnitud de una cantidad en otra cantidad. Transductor sísmico - cualquier transductor de vibración que mide el movimiento absoluto de un objeto. Transductor de velocidad - un transductor electromecánico, típicamente de diseño inercial, que se usa para medir la vibración absoluta de estuches de cojinetes y otras estructuras. Trazo de presentación de espectro - un trazo XY en el cual el eje X representa la frecuencia de la vibración y el eje Y representa la amplitud de la vibración. Umbral - el nivel al cual se inicia un disparador u otra función. Unidad de presentación de espectro - un instrumento que muestra una presentación XY de la amplitud de la vibración (Y) contra la frecuencia de la vibración (X). Valor de cero a pico - la mitad del valor de pico a pico. Vea amplitud. Valor de pico a pico - la diferencia entre los valores extremos positivo y negativo de una señal electrónica o movimiento dinámico. Vector - una cantidad que tiene tanto magnitud como dirección. Velocidad - la tasa de tiempo de cambio del desplazamiento. Velocidad baja de rotación - velocidad baja de rotación en la cual son insignificantes los efectos dinámicos de movimiento de fuerzas tales como el desbalance. Velocidad crítica (velocidades críticas) - en general, cualquier velocidad de rotación del eje que se asocia con una amplitud alta de vibración (de nivel peligroso). Velocidad de operación - la velocidad rotación de una máquina expresada en revoluciones por minuto o hertz. Velocidad de rotación del eje - la frecuencia a la cal está rotando un eje en un movimiento dado, generalmente se expresa en revolucione por minuto (rpm). Velomotor - un sensor de velocidad piezoeléctrico que no tiene partes que se mueven que contiene un cristal de acelerómetro con un amplificador/integrador interconstruido. Vibración - un movimiento oscilatorio. Vibración armónica - vibración sinusoidal con un solo componente de vibración. Vibración periódica - movimiento oscilatorio cuyo patrón de oscilación se repite en el tiempo. Vibración radial - movimiento dinámico del eje o vibración del estuche que se mide en una dirección perpendicular al eje.

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Vibración transitoria - una vibración que se sostiene temporalmente en un sistema mecánico. Puede consistir de vibración forzada o libre, o de ambas. Zona de carga - una región angular alrededor de un cojinete de elemento rodante donde hay una fuerza compresiva máxima entre el eje y la carrera exterior del cojinete.

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ANEXOS:

ANEXO A

HERRAMIENTAS DE ALINEACIÓN Alineación de ejes Reduzca las averías de la maquinaria hasta en un 50% y aumente su tiempo productivo Está comprobado. La desalineación de ejes es responsable de hasta el 50% de todos los costos relacionados con las averías de la maquinaria rotativa. Una alineación precisa de los ejes puede evitar un gran número de averías de la maquinaria y reducir las paradas no planificadas que provocan pérdidas de producción. En el difícil mercado actual, donde se busca constantemente reducir costes y optimizar los activos, la necesidad de una alineación de ejes precisa es ahora mayor que nunca. ¿Qué es la desalineación de ejes? Las máquinas tienen que alinearse tanto en el plano horizontal como en el vertical. La desalineación se puede deber a una desalineación paralela o angular y es, de hecho, una combinación de ambas.

Alineación de ejes incorrecta y correcta A. Desalineación paralela (o descentramiento) B. Desalineación angular C. Alineación correcta Las posibles consecuencias de una desalineación de ejes afectan gravemente a los resultados de cualquier empresa:

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• Aumento de la fricción y, por tanto, del consumo energético. • Averías prematuras de rodamientos y retenes. • Averías prematuras de ejes y acoplamientos. • Fugas excesivas del lubricante de la obturación. • Fallo de los acoplamientos y los tornillos de fijación. • Mayor vibración y ruido.

¿Qué métodos se pueden utilizar para alinear ejes?

A. Regla: Precisión = mala, Velocidad = buena, Facilidad de uso = buena B. Relojes comparadores: Precisión = buena, Velocidad = mala, Facilidad de uso = mala C. Alineación de ejes con láser: Precisión = buena, Velocidad = buena, Facilidad de uso =

buena En resumen, queda claro que los sistemas de alineación por láser son más rápidos y fáciles de usar que los relojes comparadores, ofrecen mayor precisión y no requieren formación específica para conseguir unos resultados precisos prácticamente siempre.

¿Qué sistema de alineación láser debemos tener en cuenta? Antes de comprar un sistema de alineación, identifique las aplicaciones donde vaya a utilizarse y haga una lista de los requisitos. La compra de un sistema costoso que pueda satisfacer casi cualquier necesidad puede salir caro, ya que los técnicos necesitarán formación para usarlo. La mayoría de las tareas de alineación incluyen, por ejemplo, un motor eléctrico colocado horizontalmente, con una bomba o ventilador y un solo acoplamiento. Para tales casos, el técnico necesita un sistema que sea rápido, fácil de utilizar y cuyo montaje no requiera mucho tiempo. Para completar la alineación, suele ser necesario mover el motor, de un lado a otro y hacia arriba y abajo. Para esta operación se deben utilizar chapas calibradas. SKF ofrece una gama completa de chapas calibradas de precisión que se adaptan a la mayoría de las aplicaciones y se encuentran disponibles en cajas individuales o en kits completos.

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Alineación de poleas La desalineación de las poleas es una de las razones más comunes de las paradas inesperadas de la maquinaria de transmisión por correas. La desalineación de poleas puede incrementar el desgaste de éstas y de las correas, así como incrementar el ruido y la vibración, lo que puede provocar la parada inesperada de la máquina. Otro efecto secundario de una mayor vibración es la falla prematura de los rodamientos. Esto también puede causar la parada inesperada de la máquina. Métodos tradicionales de alineación de correas Estos métodos, que son los más utilizados, incluyen el uso de criterios visuales únicamente, o de criterios visuales en combinación con una regla/viga y/o un trozo de cuerda. La ventaja que ofrecen estos métodos tradicionales es el aparentemente poco tiempo requerido para el ajuste, aunque el uso de una regla/viga consume más tiempo que el uso de criterios visuales por sí solos. La principal desventaja es la falta de precisión. Algunos fabricantes de poleas recomiendan una desalineación angular horizontal máxima de 0,5° o incluso 0,25°, lo cual es imposible de lograr utilizando solamente la vista humana. Medición de desalineaciones paralelas (A) y angulares (B) con una regla/viga o un trozo de cuerda (C). Una alineación correcta significa que las ranuras de la polea están alineadas (D)

Métodos de alineación de poleas por láser Un alineador de poleas láser facilita la alineación de forma más rápida y precisa que los métodos tradicionales. Las herramientas de alineación de poleas disponibles en el mercado se pueden

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categorizar según su sistema de fijación a la polea y su sistema de alineación. En general existen dos grupos: uno alinea la cara lateral de la polea y el otro alinea las ranuras de la polea. La principal desventaja de las herramientas que sólo utilizan la cara lateral de la polea como referencia para alinear las poleas y las correas es que, al sólo utilizar el lateral de la polea como referencia, solamente quedan alineadas entre sí las caras laterales de las poleas y no necesariamente las ranuras por las cuales pasan las correas. Con éste método varían los grados de precisión cuando las poleas son de distintos grosores, marcas o tipos. Las herramientas que alinean las ranuras de las poleas permiten la alineación donde más se necesita: en las ranuras de las poleas, incrementando la precisión considerablemente, independientemente del grosor, marca o tipo de polea. Una alineación de poleas y correas precisa le ayudará a:

• Incrementar la vida de los rodamientos • Incrementar el tiempo operativo, la eficiencia y la productividad de la maquinaria • Reducir el desgaste de las poleas y las correas • Reducir la fricción y, por tanto, el consumo energético • Reducir el ruido y la vibración • Reducir los costes derivados de la sustitución de componentes y las paradas de la

máquina A. Desalineación vertical B. Desalineación horizontal C. Desalineación paralela D. Alineación correcta

Herramientas para la alineación de poleas

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Alineadores de ejes

Chapas calibradas

SOFTWARE DE ALINEAMIENTO DE MÁQUINAS ROTATIVAS Las tecnologías preventivas y predictivas se encuentran desde hace mucho tiempo en uso, pero el mantenimiento se proyectara hacia la excelencia en la medida que toda la maquinaria se encuentre trabajando dentro de las condiciones establecidas para sus parámetros de funcionamiento. Esto es la filosofía del mantenimiento proactivo. El alineamiento de precisión se describe como una de las importantes actividades proactivas. En el ambiente Industrial, el desbalance y el desalineamiento son los factores más importantes que causan la disminución de la vida útil de los elementos, la vibración excesiva es el agente perjudicial para la vida útil, su reducción a niveles de aceptación resulta en beneficios considerables para la maquinaria esto se logra realizando alineamiento y balanceo de precisión. Para el correcto alineamiento, existen muchos métodos dentro de los cuales el método del dial invertido, es confiable y usado por la gran mayoría de los sistemas de alineamiento en el mercado, por su versatilidad y simpleza. En el presente artículo se muestra el procedimiento mecánico y matemático, que nos permitirá desarrollar un procedimiento para el software respectivo. MÉTODO DEL DIAL INVERTIDO Es el método más confiable y usado por la gran mayoría de los sistemas de alineamiento en le mercado, por su versatilidad y simpleza. El método del dial invertido consta de los siguientes pasos:

a. Definición del trabajo. b. Máquina móvil-máquina fija. c. Orientación del dial. d. Toma de lecturas. e. Offset vertical. f. Offset horizontal.

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Figura 1. Representación de máquina móvil - máquina fija

DEFINICIÓN DEL TRABAJO DE ALINEAMIENTO Este procedimiento es la división del equipo que se va alinear en dos máquinas, de las cuales una se considerará máquina fija, y la otra máquina móvil. MÁQUINA MÓVIL - MÁQUINA FIJA Debe definirse en función de las condiciones físicas del sistema a alinear cuál es la máquina fija y cuál es la máquina móvil. Se define como máquina fija aquella que debe permanecer inmóvil o referente a la cual se alineará el sistema. Y máquina móvil es aquella que deberá moverse para alinearse en función de la posición de la máquina fija. De acuerdo al gráfico que se muestra en la figura 1 y siguiendo la siguiente nomenclatura: L1 = distancia entre los pernos de las patas. L2 = distancia entre la pata anterior y la posición de la base del dial. L3 = distancia entre la base y el punto de lectura del dial comparado en el otro eje. L4 = distancia entre la base y el centro del acoplamiento. Se define los valores de las tolerancias sobre la base de la velocidad de la máquina. En el cuadro 1 se muestra un cuadro referencial de tolerancias (en unidades métricas). ORIENTACIÓN DEL DIAL Se ha tomado en forma general, y según la figura 2, se tiene lo siguiente:

a. Las orientaciones: arriba, abajo, derecha e izquierda. b. Pueden buscarse otras orientaciones como Norte, Sur, Este u Oeste. c. Paisaje fácil de ubicar para reemplazar a los sentidos de orientación.

Cuadro 1. Tabla referencial de tolerancias

Excelente Excelente Aceptable Aceptable

Velocidad (RPM)

OFFSET ANGULAR

mm/mts OFFSSET

ANGULAR mm/mts

< 500 0.127 1.5 0.1524 2.0

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500 - 1250 0.1016 1.0 0.127 1.5

1250 - 2000 0.0762 0.5 0.1016 1.0

2000 - 3500 0.0508 0.3 0.0762 0.5

3500 - 7000 0.0254 0.25 0.0508 0.3

> 7000 0.0127 0.2 0.0254 0.25

Figura 2. Representación de la orientación del dial TOMA DE LECTURAS Se realiza cuatro lecturas en cada máquina tal como sigue: a. Lectura en la máquina móvil

• Ubicar la base del dial en la máquina fija y el dial en la móvil, tal como se muestra en la figura 3.

• Ajustar el cero en el punto muerto superior girando la coronilla. • Girar ambos ejes juntos hasta las posiciones del reloj 3, 6, 9 ( a 90 grados una de la otra)

cada una de las cuales coincidirá con las referencias físicas documentadas previamente,

Figura 3. Representación de lectura en máquina móvil

b. Lectura en la máquina fija

• Ubicar la base del díal en la máquina móvil y el dial en la fija, tal como se muestra en la figura 4.

• Ajustar el cero en el punto muerto superior girando la coronilla. • Girar ambos ejes juntos hasta las posiciones del reloj 3, 6, 9 ( a 90 grados una de la otra)

cada una de las cuales coincidirá con las referencias físicas documentadas previamente.

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Figura 4. Representación de lectura en máquina fija

c. Secuencia matemática De acuerdo al gráfico y siguiendo la siguiente nomenclatura: L1: distancia entre los pernos de las patas. L2: distancia entre la pata anterior y la posición de la base del dial. L3: distancia entre la base y el punto de lectura del dial comparado en el otro eje. L4: distancia entre la base y el centro del acoplamiento. LMMAR: lectura máquina móvil arriba. LMMAB: lectura máquina móvil abajo. LMMDE: lectura máquina móvil derecha. LMMIZ: lectura máquina móvil izquierda. LMFAR: lectura máquina fija arriba. LMFAB: lectura máquina fija abajo. LMFDE: lectura máquina fija derecha. LMFIZ: lectura máquina fija izquierda. d. Cálculo de los desplazamientos Trabaja en dos planos: Vertical y Horizontal

• Máquina móvil: DMv=(LMMAR-LMMAB)/2 DFv = (LMFAR - LMFA B)/2

• Máquina fila: DMv= (LMMDE-LMMIZ)/2 DFv= (LMFDE - LMFIZ)/2

FÓRMULAS DE DESPLAZAMIENTO OFFSET VERTICAL

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a. Cálculo de desalineamiento vertical

�� =��3 − �4�� + ��

0.01�3+�−��

0.01

b. Desalineamiento angular vertical

�� =��

�3��+��

��

Transformando unidades podemos expresarlo:

�� = �� + ��

�3��

�

Ver representación en la figura 5.

Figura 5. Representación del plano vertical. Fuente: Elaboración propia

OFFSET HORIZONTAL a. Cálculo de desalineamiento horizontal

�� =��3 − �4�� + ��

0.01�3+�−��

0.01

b. Desalineamiento angular horizontal

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�� = �� + ��

�3��

�

Ver representación en la figura 6.

Figura 6. Representación del plano horizontal. Fuente: Elaboración propia

Estas fórmulas matemáticas, correspondientes, se llevan a un programa en este caso se ha utilizado Visual Basic y obteniéndose lo que muestran las figuras 7 y 8.

Figura 7. Pantalla de ingreso de datos

Figura 8. Pantalla de salida de datos

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NOTACIONES IMPORTANTES El trabajo de alineamiento de máquinas presenta un procedimiento indicado a un procedimiento de fácil acceso que pueda ser manejado rápido y por cualquier persona. El tiempo en el caso de estos trabajos es fundamental, porque no se necesitará realizar el procedimiento gráfico para cada una de las tomas de lecturas. Las nuevas técnicas de alineamiento en especial el de los rayos láser utiliza el mismo procedimiento de dial invertido, este tipo de alineamiento incorpora un software, siguiendo el mismo procedimiento matemático.

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CURRICULUM VITAE

ESTUDIOS PRIMARIA: LANDERO Y COSS 1954 – 1959 SECUNDARIA: PASTOR TORRES 1960 – 1962 VOCACIONAL: VOCACIONAL Nº 1 I P N 1963 – 1964 PROFESIONAL: E S I M E IPN 1965 – 1968 PRÁCTICAS PROFESIONALES: C. F. E. 1969

CURSOS RECIBIDOS

NOMBRE LUGAR TIEMPO

Técnicas de Mantenimiento I.F.D.C. Estados Unidos 4 Meses

Curso de Ingles Atlanta Estados Unidos 1 Mes

Mesa redonda sobre fertilizantes

Florida, Estados Unidos 4 Días

Análisis de Vibraciones de equipos Rotativos

I.R.D. México DF 5 Días

Administración de un Programa de Mantenimiento

Mangnament S.A. México DF 8 Dias

Laboratorio de Gerencia por Resultados

W. J. REDDIN CUERNAVACA MORELOS

4 DIAS

Actualización de Bombas y Dispositivos de Sellado

BYRON JACSON MÉXICO D. F

4 DIAS

Relaciones Humanas y Laborales

CECADEP FERTIMEX MINATITLAN VER

3 DIAS

Administración de Proyectos A & W TROY

COATZACOALCOS VER. 4 DIAS

Reductores de Velocidad A & W TROY 8 DIAS

Manejo de Potencia Mecánica. A & W TROY 8 DIAS

Formación de Instructores CECADEP FERTIMEX 5 DIAS

EMPLEOS

FERTILIZANTES MEXICANOS S.A. UNIDAD MINATITLAN 1970-1993 SUPERVISOR DE MANTENIMIENTO MECÁNICO 1970-1981 GERENTE DE MANTTO. DE LA UNIDAD MINATITLAN 1981-1993 A&W TROY DE MÉXICO 1994-1999 SUPERINTENDENTE DE MANTTO. MECANICO 1994-1999 RIO SAN JUAN CONSTRUCCIONES S.A DE C.C. 2001-2004 SUPERVISOR DE OBRA EN LA MODERNIZACIÓN Y OPTIMIZACIÓN DE 56

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PZOS PETROLEROS Y 5 CABEZALES 2001-2004 DEMAR CONSTRUCTORA E INSTALADORA S.A. DE C.V. 2005-2005 SUPERVISOR DE OBRA EN LA INSTALACIÓN Y PUESTA EN SERVICIO DE 3 TURBOCOMPRESORE DE GAS AMARGO 2005-2005 SERVICIOS MARITIMOS DE CAMPECHE S.A. DE C.V. 2006-2006 SUPERVISOR DE OBRA EN LA INYECCIÓN DE AGUA DE MAR A LOS POZOS PETROLEROS EN LA PLATAFORMA BALAM TANGO DELTA 2006-2006 COIMSUR S.A. DE C.V. 2006-2006 MONTAJE DE 3 FITTINGS Y 3 CROMATÓGRAFOS Y AS BUILT DE ESTRUCTURAS EN PLATAFORMAS PETROLERAS 2006-2006 S.Q.C.I. 2007-2012 SUPERVISOR DE MANTENIMIENTO PLANTA DE UREA 2OO7-2012

EXPERIENCIAS

Como gerente de mantenimiento. Se recibió la unidad Minatitlán en 1981 con un producción anual de 620,000 t. a partir del año siguiente se logro recuperar y mantener la producción anual de cada una de las 13 plantas existentes en la unidad Minatitlán, logrando una producción anual promedio de 1.000,000 t. A fines de 1991 (paso de empresa paraestatal a empresa privada) se iniciaron y aplicaron estudios para lograr que la unidad fuera rentable o sea que sus costos de producción fueran menores que los precios de venta de cada uno de los productos, para ello se tomaron las siguientes medidas:

1. Optimizar el uso de las materias primas en cada uno de los procesos. 2. Que cada una de las plantas lograra alcanzar la capacidad de diseño con producto de

calidad. 3. Reducir en forma drástica la cantidad de personal empleado

La aplicación de de estas medidas principalmente por los gerentes, dieron como resultados que lograra una producción record en algunas arriba de la diseño y sobre todo que diera utilidades a pesar de la liquidación de casi el 50 % del personal que laboraba en la empresa.

CONOCIMIENTOS

Conocimiento y aplicación de mantenimiento predictivo-preventivo y correctivo, montaje, instalación y puesta en servicio de:

1. Turbinas de vapor y gas de 20 hasta 3500 hp y de 1,800 a 12,000 rpm 2. Compresores centrífugos de aire y gas 7 a 12 pasos, de 7 a 24 kg/cm2 de presión de

descarga y de 7,000 a 12,000 rpm 3. Compresores alternativos de aire y gas de 2 y 4 pasos de 7 a 150 kg/cm2 de presión de

descarga y de 40 a 15,000 piesᶾ/min. 4. Bombas centrifugas para agua, amoniaco y ácidos de 4 a 400 hp de 1 a 7 pasos con

presiones de 50 kg/cm2

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5. Bombas alternativas para amoniaco de de 250 a 500 hp con presiones de descarga de 150 a 450 Kg/cm2

6. Reductores de velocidad de doble y triple reducción de 20 a 3,500 hp 7. Calderas de producción de vapor de tubos de humo de tubos de agua de 10,000 a

100,000 lbs. de vapor/hora y presiones de 14 a 50 kg/cm2 8. Reactores, cambiadores de calor, vaporizadores, cristalizadores, agitadores, cribas,

elevadores, bandas transportadoras, ensacadoras, básculas etc. 9. Taller de maquinas herramientas tornos, fresadoras, mandriladoras, taladro radial, cepillos

balanceadora etc. 10. Montaje y puesta en servicio de la instrumentación y control automático de la producción

de 51 pozos petroleros y 3 cabezales en el área de flujo 11. Montaje y puesta en servicio de 3 turbocompresores de gas amargo en la batería de

samaria ii 12. Cambio de estructura, montaje de bombas, tanques y líneas de proceso para el

tratamiento y conducción de agua de mar para inyección a pozos petroleros en plataforma 13. Habilitación, instalación, conexión, pruebas y puesta en servicio de 70 detectores de fuego

y gas combustible en pozos petroleros y compresores de gas amargo, con señalización a plc y radio uhf para su control con señalización visible, audible y de bloqueo

14. Levantamiento de as vuelta de estructuras, fotingos, cromatógrafos en plataformas akales 5,6 y7, así como 176 válvulas de control marca Fisher.

EXPERIENCIAS ADQUIRIDAS Al egresar en 1968 de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica de Instituto Politécnico Nacional, entré a trabajar a la empresa “Fertilizantes Mexicanos Unidad Minatitlán“ donde comencé como responsable del departamento de Mantenimiento Mecánico de la Planta de Acido Sulfúrico, Fosfórico, etc. Así también como Gerente de Mantenimiento en el año de 1981 se recibió la Unidad Minatitlán, para la producción anual de 620,000 T de fertilizantes tanto granulados (triple 17,urea,nitrato de amonio) como liquido (nítrico, acido sulfúrico, acido fosfórico) A partir del año siguiente se logró recuperar y mantener la producción anual de cada una de las 11 plantas de fertilizantes (hasta que se cerraron las planta más pequeñas por ineficientes y muy contaminantes) y 2 unidades de bombeo de CO₂ para las 2 plantas de urea de 1 500 t cada una de la unidad Nitrogenados en Coatzacoalcos Veracruz. Logrando una producción anual promedio de 1.000,000 T. A finales de 1991 (pasó de empresa paraestatal a empresa privada) se iniciaron y aplicaron estudios para lograr que la unidad fuera rentable o sea que sus costos de producción fueran menores que los precios de venta de cada uno de los productos, para ello se tomaron las siguientes medidas: 1.- Optimizar el uso de las materias primas en cada uno de los procesos. Mediante estudios (por un departamento nuevo de Ingeniería de Proceso creado por la Dirección General de la Empresa), se encontró que la fórmula del Fertilizante Complejo Triple 17 ( 17% de Nitrogeno,17% de Fosforo y 17% de Potasio) por no contar con la instrumentación adecuada en

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cada una de las etapas del proceso no cumplía con estas especificaciones alterando su contenido en mayor proporción de cada uno de sus tres elementos, haciendo con esto un producto mucho más caro pero que al llevar más nutrientes era de un rendimiento mayor para el agricultor por lo que nunca hubo reclamos y como empresa paraestatal lo que nos pedían era cumplir con la cuota de producción diaria. Eran plantas muy antiguas por lo que fue necesario seleccionar instrumentos más modernos para poder efectuar dicho control con más precisión. En este caso, la parte que me correspondió fue la instalación de los instrumentos y equipos necesarios para dicho control y dar el mantenimiento correcto a todos los equipos restantes para mantener el nivel de producción con la calidad correcta. En el caso de planta de Urea que emplea como materia prima el CO₂ y el Amoniaco, siendo este ultimo el más caro, se encontró que colocando una serie de 9 platos con perforaciones de 10 mm. de diámetro, separados 2 m. uno de otro, en la parte superior del reactor de 45 m. de altura por 1.60 m. de diámetro, se mejoraba la eficiencia de la reacción entre el CO₂ y el Amoniaco, pasando de un 94% a un 98%, implicando esto mejor utilización de la materia prima y menos contaminación al medioambiente, este cambio en el diseño fue sugerido por la empresa Italiana Snam progetty . que es la propietaria de la patente. En este caso la parte que me correspondió fue la instalación de los 9 platos en el interior del reactor sugeridos por Snam Progetty. También el estudio determino que la instrumentación en su mayoría era obsoleta pues casi toda era neumática y se hizo el cambio por electrónica. En este caso la parte que me correspondió fue la instalación de dichos instrumento. 2.- Que todas las 11 plantas y las 2 estaciones de compresión de CO₂, lograran alcanzar la capacidad de diseño con producto de calidad. En el caso de planta de Complejos, debido al descontrol del proceso por falta de la instrumentación adecuada, su operación era muy intermitente originando muchos problemas de mantenimiento, los cuales se solucionaron al cambiar la instrumentación y mejor aplicación de la parte operativa de la planta. La producción que era de 400 toneladas diarias se logro mantener con producto en especificaciones reduciendo considerablemente los costos pues la materia prima como el Cloruro de Potasio y la Roca Fosfórica eran productos de importación. En el caso de Urea se logró la producción de diseño que es de 750 t y se llego a producir hasta 800 t. por día, pero sobre todo se mejoró la eficiencia de la planta, dándole un uso más eficiente al Amoniaco reduciendo los costos de producción y así como la reducción de la contaminación ambiental. 3.- Reducir en forma drástica la cantidad de personal empleado. Como empresa paraestal el sindicato en cada revisión del contrato colectivo de trabajo presionaba a la empresa para autorizar nuevas plazas sobre todo en el área de envases y embarques donde se llego a duplicar la cantidad de trabajadores para esa labor, así como en el de mantenimiento donde se determino que un oficial debería de tener un ayudante aunque no lo necesitara, incrementando la cantidad de trabajadores sobre todo obreros , pues en esos tiempos las

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empresas del estado tenían como misión generar empleos aun poniendo en riesgo su existencia pues eran subsidiadas por el gobierno y los sindicatos eran intocables teniendo tanta o más poder que los altos directivos de la empresa por lo que años después origino la quiebra de la misma. En este caso se hizo un estudio del personal necesario para la correcta aplicación del mantenimiento de la unidad y tomando en cuenta la experiencia, escolaridad y sobre todo la disposición para trabajar se redujo el personal asignado al mantenimiento de 256 trabajadores sindicalizados a solo 126, que con campañas de concientización tanto individual como por grupos y un programa de capacitación intensiva (dirigida principalmente por un servidor) porque siempre he estado convencido que la única manera de trabajar en una empresa competitiva es mediante la mejor utilización del recurso humano y esta es en base a su mejor preparación y desarrollo físico y mental, fomentamos también la construcción de campos deportivos dentro la misma unidad promoviendo campeonatos de beisbol, futbol y volibol . La aplicación de estas medidas principalmente por los Gerentes, dieron como resultados que se lograra una producción record y sobre todo que diera utilidades a pesar de la liquidación de casi el 50 % del personal que laboraba en la empresa. LAS EXPERIENCIAS DURANTE ESTOS 23 AÑOS QUE TRABAJÉ EN ESTA EMPRESA SON: Como supervisor de mantenimiento mecánico fue la que al principio de mi carrera fui relevo de vacaciones de cada uno de los supervisores de las plantas como de los servicios auxiliares, durante 4 años seguidos, por lo que me dio un panorama muy amplio de la unidad así como de sus problemas y conocimiento de todo el personal que laboraba en la empresa conociendo sus aptitudes y necesidades que considero fueron la base para que cuando me designaron como Gerente de Mantenimiento Interino, tomara decisiones muy acertadas con resultados a corto plazo por los que me quede como gerente por los siguientes 13 años. Como gerente de mantenimiento me toco el participar en el cierre de las plantas de fosfórico (2), sulfúrico (2), urea (1), por baja capacidad y baja eficiencia así como por procesos muy antiguos la contaminación al medio ambiente era muy fuerte y el invertir en ellas era incosteable, por ejemplo para la planta de urea que era de 50 t diarias en una reunión con representantes del Banco Mundial solicitábamos un crédito de 1 millón de dólares para su actualización y ellos nos contestaron que no era factible recuperar la inversión por la baja capacidad pues ya existían plantas de 1,500 t diarias, con eficiencias más altas por lo que la recuperación de la inversión era factible, que si queríamos nos prestaban 150 millones de dólares para comprar una planta nueva de 1,500 t diarias de urea. Análisis parecidos se hicieron con las plantas de sulfúrico y fosfórico determinando su cierre definitivo. Como gerente de mantenimiento se analizó que para mejorar el mantenimiento de la unidad era necesario efectuar cambios drásticos en la manera de aplicar el mantenimiento, pues el principio que se tenía era reactivo o sea todo el mantenimiento era correctivo, no había mantenimiento preventivo, planeación ni programación, lo más grave era que los supervisores eran personas practicas completamente sin preparación escolar y por lo tanto no entendían cuando se les hablaba de programación, planeación estadísticas, mantenimiento preventivo, predictivo, computación etc.

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Por ello se tomó la decisión de que los supervisores fueran ingenieros de la carrera respectiva a su especialidad. Este cambio fue de gran importancia y considero fue la base para poder lograr más adelante lo que se pretendía o sea que el mantenimiento fuera más previsor que reactivo. También se logró convencer al director de la empresa que era conveniente adquirir una serie de computadoras para poder aplicar el mantenimiento con mayor eficiencia y eficacia mediante la planeación y programación diaria del mismo así como llevar controles estadísticos que en forma manual era prácticamente imposible de hacerlo con eficiencia y sobre todo con rapidez, por ejemplo si el reporte de mantenimiento preventivo detectaba una falla en un equipo y requerías ciertas refacciones para su reparación se tenía que perder mucho tiempo en consultar en el almacén de materiales para saber si las piezas existían en cambio teniendo las computadoras con toda la información era muy rápido y sencillo saber esto y así programar con anticipación la reparación de dicho equipo. El convertir el mantenimiento de reactivo en preventivo fue necesario conseguir la autorización de una serie de equipos indispensables para poder llevar acabo esto como fueron dos analizadores de vibraciones sencillos, uno con espectro para determinación del tipo de falla así como una balanceadora para asegurar que todas las pieza giratorias funcionaran perfectamente sin vibraciones anormales aumentando el tiempo de operación continua en buenas condiciones. También se dio una importancia sustancial a la capacitación tanto de los trabajadores sindicalizados como de los empleados de confianza, cambiamos el concepto erróneo que se tenía de que la capacitación era una obligación de la empresa, por contrato colectivo de trabajo, convirtiéndola en una necesidad personal si queríamos ser mejores en la vida y relacionándolo con la permanencia de la empresa para conservar nuestros empleos y que fuéramos mejor remunerados. CONOCIMIENTOS ADQUIRIDOS. Desde que ingresé en 1981 a la empresa, recibí los siguientes cursos de capacitación.

CURSOS RECIBIDOS

NOMBRE LUGAR TIEMPO

Técnicas de Mantenimiento I.F.D.C. Estados Unidos 4 Meses

Curso de Ingles Atlanta Estados Unidos 1 Mes

Mesa redonda sobre fertilizantes

Florida, Estados Unidos 4 Días

Análisis de Vibraciones de equipos Rotativos

I.R.D. México DF 5 Días

Administración de un Programa de Mantenimiento

Mangnament S.A. México DF 8 Dias

Laboratorio de Gerencia por Resultados

W. J. REDDIN CUERNAVACA MORELOS

4 DIAS

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Actualización de Bombas y Dispositivos de Sellado

BYRON JACSON MEXICO D. F

4 DIAS

Relaciones Humanas y Laborales

CECADEP FERTIMEX MINATITLAN VER

3 DIAS

Administración de Proyectos A & W TROY

COATZACOALCOS VER. 4 DIAS

Reductores de Velocidad A & W TROY 8 DIAS

Manejo de Potencia Mecánica. A & W TROY 8 DIAS

Formación de Instructores CECADEP FERTIMEX 5 DIAS

tesis de octavio...

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