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N° 25 Mayo 2.006 El presente documento tiene por objeto registrar y difundir internamente los casos, novedades y experiencias propias dentro del Mantenimiento Predictivo /Proactivo y ponerlos a disposición del Mantenedor de Planta para conocimiento y discusión de causas que producen fallas.

“Noticias de Mantenimiento en la Web”

CASOS & EXPERIENCIAS Compartimos hoy otra experiencia en la detección de una falla que nos enviaran nuestros compañeros de Mantenimiento de Lote 8 del Perú. Nos comentan también, que el pasado mes de febrero 06 tuvieron la grata visita de representantes regionales de Metrix instrument Co. para Latinoamérica , la Compañía IMD de EE.UU. y Servicios Multidinamicos , quienes les expusieron la viabilidad de implementar en sus plantas de generación , para algunos equipos críticos, sistemas de monitoreo de vibración continua y les mostraron las bondades y aplicaciones del instrumento medidor de ultrasonido SDT 170 de SDT Northamerica

Yac. Ramos, Salta Arg. Año IV, N°25, Mayo 2.006 Edición / Publicación: M. Sánchez

Mto. Pred / Proact.

A partir del presente mes se encuentran disponible en Internet todas las ediciones del Boletín de Noticias de Mantenimiento Predictivo / Proactivo. Gracias al espacio que nos brinda el “Club de Mantenimiento” en su página Web, tenemos hoy la posibilidad de compartir nuestras experiencias con los miembros de la comunidad de mantenimiento mundial. Sin dudas, este nuevo desafío nos compromete aún más en seguir trabajando para afianzar cada ves más nuestros conocimientos sobre las causas que producen fallas. Los invito entonces a visitar nuestro sitio y a seguir compartiendo nuestras experiencias. Gracias. www.clubdemantenimiento.com.ar Predictivo / Proactivo

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NUESTRO CASO DE ANALISIS UNIDAD CONDUCTORA

UNIDAD CONDUCIDA

Motor eléctrico: 3 x 6.6 Kv.

Compresor de Tornillo

Marca: ACEC

Marca: FRICK

Modelo: KN-400-LRRR 21/A

Modelo: RWB 11-177

Serie N°: 217690

Serie N°: TDSH-233S2085E

Potencia: 400 CV @ 2.955 RPM

Lóbulos = 4

ESQUEMA DE MAQUINA ELECTROCOMPRESOR PROPANO K-401

CASO: DIAGNOSTICO: RODAMIENTO: Hs. DE SERVICIO:

Rodamiento Motor Eléctrico 250 HP (Electro compresor de reciclo K-501) Problemas de Lubricación LOA 6315 C3 / LA 6319 C3 5 6 3.912 Hs. MOTOR 4 3 1 2 Se trata de equipo Electro Compresor (K-501), que presta servicio dentro del Sistema de Gas de Planta, y cuyos datos de placa y esquema de máquina figuran más arriba.

El análisis de ruido y Vibración en Compresores a Tornillo es complejo. Los problemas pueden crearse por muchas razones. Este reporte intenta estimular ideas, para relacionar las experiencias a los problemas que se han encontrado, y dar un mejor entendimiento de lo que puede estar detrás del problema. No intenta dar instrucciones detalladas en medición de vibraciones.

Desarrollo: Normalmente las Vibraciones de interés en un compresor rotativo a Tornillos están entre 50 Hz. Y 10.000 Hz. Se deberán usar medidores de aceleración pequeños y de buena calidad para realizar las lecturas. Los que se sostienen en la mano no deben ser usados para ninguna medición que sobrepase los 1.000 Hz. Porque las lecturas no serán exactas.

Toque todos los componentes del equipo para determinar si existen lugares que tienen nivel más altos que otros. Una vez que se hayan encontrado las zonas de Vibración mas altas, use el medidor de aceleración e instrumentos para determinar la Frecuencia y la Amplitud.

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7 1.

Niveles Pico de 50 Hz.(3.000 RPM) Indican un desbalance del rotor macho, motor o acople. También puede indicar una desalineación o una mala instalación del acople

2.

Chequee el motor y el compresor para determinar cuál tiene la mayor amplitud de vibración. Una lectura mayor en cualquiera de los componentes puede indicar un eje desbalanceado o una torcedura.

3.

Chequee la alineación del acople ya que una alineación mal hecha es una de las causas más comunes en la obtención de lecturas de Vibración altas. La desalineación de Ejes se manifiesta en 1 X RPM (50 Hz.), a veces 2 X RPM y otras veces como lectura de Vibración más alta de 1 o 2 X RPM.

4.

Una señal de 2 X RPM (100 Hz.) puede indicar una pata floja en el motor o en el compresor. Esto puede visualizarse en alguna parte que se mueva hacia atrás y hacia delante mientras gira el eje. para chequear si hay alguna pata floja, aflojar de uno por vez los bulones de montaje y vea si la pata del compresor sube más de algunas milésimas de pulgada. Esto puede chequearse con un indicador magnético montado en la base con el indicador en la pata. Si alguna de las patas se mueve, colóquele un suplemento y realiñe el compresor.

5.

Generalmente todas las amplitudes de 50 Hz. Y 100 Hz. Estarán por debajo de 0.1 Pulgadas por segundo (2.54 m.m/Seg.), sin embargo no se considerará inseguro hasta que las lecturas excedan 0.4 o 0.5 In/Seg. (10.16 o 12.7 m.m/Seg.)

6.

El estrés impuesto a la succión del compresor por las cañerías puede acusar altas Vibraciones, mas que nada a 50 Hz. Esto puede llevar a que el compresor se dasaliñe mientras que las cañerías se calientan y se enfrían. Un estrés de las cañerías excesivo puede distorsionar la carcaza del compresor y ver que la amplitud de velocidad se hace significativa a 394 Hz. Si la distorsión es lo suficientemente grande como para que el rotor entre en contacto con la carcaza. Si se sospecha un estrés debido a las cañerías, saque la línea de succión. Si se mueve cuando se quita el caño, los soportes deberán arreglarse para eliminar las cargas en las conexiones del compresor.

Vibraciones debido a las Frecuencias de paso del Lóbulo: La Frecuencia del paso del lóbulo o su primer armónica producirá normalmente la mayor amplitud de vibración en un compresor a Tornillo. Esto será a 240 Hz o a 480 Hz. Aprox. (esto dependerá directamente de las RPM de entrada, para nuestro caso será 197 o a 394Hz.). Un cierto nivel de vibración a esta frecuencia es normal y debe ser esperado. Cada vez que el Gas atrapado en el compresor sale a la puerta de descarga se produce una pulsación. Si no esta calibrada correctamente la relación de volumen, esta frecuencia producirá amplitudes mayores. Una sobrepresión puede producir pulsaciones muy fuertes de 197 Hz., una baja presurización puede producir pulsaciones muy fuertes a 394 Hz. Si la amplitud de la señal de 197 Hz. Excede aproximadamente los 0.4 in/seg. (10.16 m.m/seg.), o los niveles de ruidos son inaceptables, se requerirá una investigación mas profunda.

Las grandes amplitudes de vibración en la frecuencia del paso del lóbulo son el problema mas comúnmente encontrado en instalaciones nuevas. La vibración a estas frecuencias es generalmente causada por las pulsaciones de Gas de la puerta de descarga, pero estos niveles pueden tornarse excesivos debido a una gran variedad de factores. Para entender esto, primero debemos discutir el tema de la resonancia.

Resonancia, frecuencia natural, o velocidad crítica se refieren todas aproximadamente al mismo fenómeno. Todo es una campana. Si se golpea o se excita por algo externo, toda estructura tenderá a vibrar a una cierta frecuencia fija. Un paquete compresor a Tornillo con su base y sus cañerías crean una red compleja de muy diversas estructuras, las cuales tienen cada una, una cierta frecuencia de resonancia. Si algunas de estas frecuencias de resonancia se encuentran a 197 Hz. O 394 Hz. Se producirá una vibración excesiva ya que las pulsaciones de descarga excitarán la estructura resonante a estas frecuencias.

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8 A veces se puede encontrar con un separador de aceite con niveles de vibración altos a 197 Hz. Esto puede estar causado por varias situaciones.

1.

Las pulsaciones en la línea de descarga pueden producir un efecto multiplicador. Este problema generalmente será evidente en una sola posición de la válvula deslizante y pequeños cambios en la temperatura podrán cambiar la amplitud de la medición,

2.

La resonancia del volumen de Gas en el separador puede causar también una vibración excesiva . En alguna aplicaciones las pulsaciones de Gas parecen ser magnificadas en el volumen del separador . Unos cambios leves en el nivel de aceite generalmente reducirán este problema.

3.

La resonancia estructural del separador de aceite y sus soportes pueden también crear grandes amplitudes de vibración. A veces se encuentra que el separador vibra a 197 Hz. Esto puede ser debido al diseño del separador pero está generalmente influenciado en gran parte por el montaje y la fundación.

4.

Si los niveles mas altos de vibración del paquete están en las cañerías, es porque la cañería está cerca de la condición de resonancia. La cañería puede ser agarrada para llevar su frecuencia natural lejos de la resonancia del equipo.

5.

Algunas veces, las grandes pulsaciones de 197 Hz. No son resonancias. Si la temperatura o la posición de la válvula deslizante no afecta significativamente la vibración puede ser que las pulsaciones de descarga estén causando una vibración forzada en algún componente.

Detección de una falla en los rulemanes: Uno de los propósitos principales del monitoreo de las condiciones de la máquina es para predecir fallas en los elementos rodantes de los rulemanes en su primer estado de deterioro. Abajo, en tabla adjunta, se listan las principales frecuencias características de cada elemento en el rodamiento (para nuestro caso). Cuando se tomen mediciones en un compresor, se debe tener en cuenta las frecuencias que pueden indicar un defecto particular en el rodamiento.

Modelo del Compresor

RWB II PLUS 177

Ubicación

Frc. características de componentes en Hz.

Eje

Descarga

Carga

Carcaza

Macho Macho Hembra Hembra Macho Hembra

Entrada Salida Entrada Salida Salida Salida

Radial Radial Radial Radial Axial Axial

24 24 16 16 25 17

Carrera Interior 463 463 308 308 477 343

Carrera Exterior 306 306 204 204 351 248

Elemento Rodante 279 359 186 186 309 197

TABLA DE FRECUENCIAS CARACTERISTICAS DE CADA COMPONENTE DE LOS RODAMIENTOS

Aparentemente las primeras etapas de la fatiga del rodamiento generan niveles muy bajos en la señal y son de aproximadamente 0.01 a 0.1 in/seg. (0.254 a 2.54 m.m/seg.) a la frecuencia característica de un rodamiento con fallas. Puede ser difícil encontrar estos niveles tan bajo en el espectro de un compresor a tornillo que seguramente siempre tendrá 0.1 1 in/seg. (2.79 m.m/seg.) a la frecuencia del paso del lóbulo junto con la resonancia normal y sus armónicas de la estructura y del Gas. Siempre se registra actividad en un espectro de un compresor a Tornillo, con diferentes frecuencias que muestran las distintas posiciones de Vi (válvula control). Es muy difícil, si no es imposible, reconocer una señal baja de un rodamiento. Lo que encontramos ser el mejor método para identificar los problemas en los rodamientos en sus primeras etapas no es un incremento en la vibración a la frecuencia característica sino a frecuencias mucho mayores. Yac. Ramos, Salta Arg. Año IV, N°25, Mayo 2.006 Edición / Publicación: M. Sánchez

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9 Hemos encontrado que los niveles de señales de 2.500 Hz. Hasta 40.000 Hz. Aumentarán significativamente debido a la fricción que envuelve a la fatiga en el rodamiento. El espectro a muy altas frecuencias es generalmente un campo bien nivelado. No hay tantas resonancias estructurales a estas altas frecuencias para generar niveles de señales significativos hasta que ocurre algo como una falla en un rodamiento. La Aceleración puede mostrar la fatiga de los rodamientos mejor que la Velocidad pero no es claro el nivel de alarma absoluta. El mejor método es el de buscar cambios significativos de un espectro comparado con uno base. Los impactos y la fricción de un elemento rodante deteriorado crean una vibración de banda ancha en las frecuencias mas altas que son mas confiables de tratar de encontrar un cambio en las frecuencias características, las que están en un rango de frecuencia muy activo. Si se nota un cambio en el nivel de la señal comparado a una línea base, no asuma inmediatamente que la máquina está a punto de romperse. Chequee el espectro con más frecuencia por unos días para ver si el nivel de la señal aumenta o disminuye. Si parece no aumentar a través del tiempo, disminuya la frecuencia de las mediciones. Los niveles de señal y ruido incrementarán dramáticamente cuando se ha fatigado un rodamiento, sin duda se necesitará si es este el caso una intervención.

Diferentes espectros esperados: Analizado el espectro de Velocidad del Compresor (Fig. 1), pude observarse claramente los picos de frecuencia correspondiente a paso del lóbulo en su primer armónica aprox. 197 Hz. Con valores de amplitud por debajo de los límites establecidos para estos equipos. Normal. Cada vez que el Gas atrapado en el compresor sale a la puerta de descarga se produce una pulsación. Si no esta calibrada correctamente la relación de volumen, esta frecuencia producirá amplitudes mayores. Una sobrepresión puede producir pulsaciones muy fuertes de 197 Hz., una baja presurización puede producir pulsaciones muy fuertes a 394 Hz. Si la amplitud de la señal a 197 Hz. Excede aproximadamente los 0.4 in/seg. (10.16 m.m/seg.), o los niveles de ruidos son inaceptables, se requerirá una investigación mas profunda.

Pico 1X RPM, 49 Hz.

Pico 4X RP, 197 Hz. (Fc. Paso Lóbulo)

(Fig.1) Espectro de Velocidad Compresor

Cuando analizamos un espectro de Aceleración (Fig.2), podremos visualizar los eventos de alta frecuencia como ser: 9

Podrán apreciarse las componentes 1X, 2X y armónicas de la frecuencia de paso de Lóbulos.

9

Si nuestro equipo presenta problemas o deficiencias en la lubricación aparecerá claramente marcada la frecuencia correspondiente característica de banda ancha. (entre 900 y 2200 Hz. Aprox.)

9

Las primeras indicaciones de fatiga de los componentes rodantes harán su aparición a frecuencias mucho mayor (2.500 a 40.000 Hz. Aprox.)

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Componente banda ancha (deficiencia lubricación) 1x y 2x Fc. Paso Lóbulo y armónicas Indicación inicio fatiga de rodamientos

(Fig.2) Espectro de Aceleración Compresor El espectro de Envolvente de Aceleración (Fig.3), presentara el siguiente aspecto de amplitudes relativamente bajas mientras no se presenten anormalidades. El mismo comenzará a ascender en su techo y aparecerán componentes del elemento modulador a medida que un problema acontezca.

(Fig.3) Espectro de Envolvente Aceleración Compresor

El estrés impuesto a la succión del compresor por las cañerías puede acusar altas Vibraciones, más que nada a 50 Hz. Esto puede llevar a que el compresor se dasaliñe mientras que las cañerías se calientan y se enfrían. Un estrés de las cañerías excesivo puede distorsionar la carcaza del compresor y marcar 394 Hz. Si la distorsión es lo suficientemente grande como para que el rotor entre en contacto con esta. Si se sospecha un estrés debido a las cañerías, saque la línea de succión. Si se mueve cuando se quita el caño, los soportes deberán arreglarse para eliminar las cargas en las conexiones del compresor. Según lo mencionado, también fueron tomados valores y obtenidos espectro en otros puntos, en este caso se tomó amplitud en Balón separador de Aceite y en cañería de descarga, observando en los resultados los picos de amplitudes normales a 197 Hz., (Fig. 4) según lo visto.

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Frc. Pulsación Gas Baja amplitud

(Fig.4) Espectro de Aceleración Balón Compresor

RESUMEN FINAL Y CONCLUSIONES: 1.

Esta máquina tiene cuatro lóbulos en el rotor macho. Es por esto que las pulsaciones de Gas estarán a 4X RPM o cerca de 394 Hz.. Los niveles de vibración más altos van a esperarse a esta frecuencia y sus armónicas. Desde el punto de vista de la vibración, podemos considerar que el compresor está funcionando normalmente hasta los 0.62 in/seg. (15.7 m.m/seg.) o los 1.5 Gs.. A otras frecuencias, el límite para operación normal es 0.40 in/seg.(10.1 m.m/seg.).

2.

No se observa en los espectros y pruebas realizadas, niveles de amplitud y frecuencias que puedan denotar problemas relacionados con mala alineación del equipo, soltura mecánica de algún tipo o solicitada de tensión en las cañerías. Normal.

Carlos M. Sánchez Predictive Maintenance Vibration Analyst Certified: Category II Vibration Institute USA: ISO 14836-2 Certified Ultrasonic Testing - Level I - ISO-9712 Ruta Nac. N° 34, Km. 1431, Gral. Mosconi C/P 4560 Salta, Argentina Tel: 054-03875-4-23333 Int: 680 E. Mail: [email protected]

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