Cómo funciona un compresor de tornillo lubricado. Los compresores de tornillo son equipos de desplazamiento positivo. El principio de funcionamiento funcionamiento de estos compresores se basa en la disminución del volumen del aire en la cámara de compresión donde se encuentra confinado, produciéndose el incremento de la presión interna hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el aire es liberado al sistema. La tecnología del tornillo es más avanzada que su antecesor, el compresor alternativo o de pistón. Ambos sistemas son de desplazamiento positivo; la principal diferencia entre estas tecnologías está en la forma de comprimir, que en el caso del compresor de tornillo es continua a lo largo del rotor y en el de pistón lo hace en dos fases (aspiración y compresión). Esta forma de comprimir el aire en el pistón genera alteraciones en el flujo, mientras que la del tornillo produce un flujo de aire continuo. Proceso de compresión
Como se puede ver en el esquema, el compresor está formado por dos rotores que giran en paralelo y en sentido contrario, en el interior de una carcasa. Estos dos rotores tienen una geometría diferente, siendo uno de ellos, el denominado macho, el que entra en la cavidad del otro denominado hembra, para crear una cámara donde se acumula el aire aspirado.
Los dos rotores giran dentro de la carcasa, desplazando el aire desde el lado de aspiración al de descarga. Este efecto se produce por su especial diseño con forma de tornillo helicoidal. El aire circula longitudinalmente a través de ambos tornillos directamente a la zona contraria a la aspiración, donde se produce el incremento de presión por reducción r educción del espacio. El desplazamiento desplazamiento continuo de los tornillos va acumulando aire en la zona de compresión hasta alcanzar la presión requerida por el diseño del equipo, momento en el que el aire queda liberado en la tubería de descarga, quedando el compresor en funcionamiento continuo presurizando el sistema al que se encuentra conectado. El diseño helicoidal o helicoide está basado en el tornillo tor nillo de Arquímedes, que consiste de forma básica, en una espiral montada sobre un cilindro. En el caso de los compresores, este diseño es más complejo porque no solo sus perfiles están desarrollados de forma especial para conseguir la máx ima eficiencia, sino que su trabajo se basa en el funcionamiento de los dos tornillos (macho y hembra) girando en paralelo. En función de la aplicación, la presión de trabajo o el diseño de cada fabricante, el conjunto formado por los dos tornillos y su carcasa puede tener diferentes componentes. En este artículo analizaremos los componentes básicos.
Componentes de un compresor de tornillo
Un compresor de tornillo no solo está formado por los rotores que comprimen el aire, sino que requiere de una serie de equipos adicionales que permiten accionar y controlar el funcionamiento de dichos rotores. De forma general, los elementos que componen dicho compresor son:
Conjunto de rotores o tornillos, encargados de genera presión y caudal. Motor de accionamiento principal. Habitualmente suele ser eléctrico (trifásico o monofásico) o de combustión interna, pero según su aplicación puede ser otro tipo de accionamiento como los realizados por turbinas de vapor, motores mo tores neumáticos, hidráulicos, etc. Sistema de regulación y control de la aspiración. Un elemento importante en el funcionamiento del compresor que permite la regulación de la entrada del aire en el equipo. Sistema de lubricación general del equipo completo. Los compresores llevan instalado un circuito cerrado que incluye el sistema de filtrado y refrigeración del aceite. Sistema de refrigeración del lubricante. Mantiene el lubricante a la temperatura óptima de trabajo. Sistema de enfriamiento del aire comprimido. Para reducir la temperatura del aire comprimido a la idónea para su uso. Sistema de filtrado. Indispensable para eliminar partículas y restos contaminantes del aire comprimido. Equipo de arranque y control. Cada compresor, en función de su diseño o aplicación, lleva instalado un sistema de control que regula el funcionamiento del equipo, su arranque y paro. Protección/insonorización, Protección/insonorización, aunque existen ejecuciones que no requieren r equieren de una cabina de insonorización, la mayoría de los compresores de tornillo tienen niveles sonoros elevados y deben ser aislados para evitar daños auditivos a los operarios o personas que circulan cerca de ellos. Hoy en día, estos equipos son bastante silenciosos gracias a estas protecciones.
Funcionamiento interno del compresor de tornillo lubricado
Los equipos descritos anteriormente son montados y conectados entre si para formar el compresor de tornillo lubricado, según se explica en el siguiente diagrama típico de este tipo de compresores:
El conjunto formado por los rotores y el motor de accionamiento (elementos 3 y 4 del esquema) forman la base del compresor, independientemente de que dicho accionamiento sea con un motor eléctrico, de combustión, hidráulico, etc. El aire es aspirado por el compresor a través de la válvula (2) y el filtro (1), entrando en el tornillo (3) por la zona de aspiración. Una vez en su interior, el aire circula a través de los dos tornillos y es comprimido sobre el recipiente de separación aire/aceite (5). Siguiendo con el esquema, se puede observar que en el interior de este recipiente receptor (5), el aire comprimido entra forzado a realizar un giro brusco, con la idea de conseguir que se desprenda de la mayor cantidad de aceite posible. Para mejorar la eficiencia de esa separación, el aire comprimido sale al exterior a través de un filtro separador con propiedades coalescentes (6), que elimina el resto de aceite en la corriente de aire hasta un residual muy pequeño. Una de las características del proceso de compresión es la generación de calor. Evidentemente, el aire no se puede entregar al sistema según sale del tornillo debido a su alta temperatura, que puede oscilar alrededor de los 100 ºC. Por esa razón, los compresores van equipados con unos intercambiadores de calor (7) con los que bajan la temperatura del aire comprimido a la adecuada para su uso seguro. Estos intercambiadores pueden ser Aire/Aire o Aire/Agua.
Antes de llegar el aire comprimido al intercambiador, pasa por la válvula de retención y mínima presión (11). Esta válvula tiene una doble misión. Por un lado mantiene la presión interna del circuito de aire a los valores mínimos especificados por el fabricante y por otro, evita el retroceso de aire desde la red. La lubricación de estos compresores se realiza con un aceite especialmente formulado para este trabajo. Una vez separado el aceite en el recipiente (5), es conducido por un circuito cerrado que incluye un sistema de filtrado (8) para eliminar las impurezas que ha podido recoger del aire, y un refrigerador (9) para reducir su temperatura. Una vez limpio y a la temperatura adecuada, el aceite es inyectado nuevamente en el tornillo. Pero el aceite de estos compresores no debe estar frio ni excesivamente caliente. Por ese motivo, dentro del circuito de lubricación, una válvula termostática (10) determina si el aceite fluye hacia el refrigerador o retorna directamente al tornillo, en función de la temperatura. El aceite de lubricación de este tipo de compresores es un elemento vital para el funcionamiento y rendimiento de los mismos. Es aconsejable usar un aceite adecuado, debido a que en el compresor se utiliza para diferentes funciones:
Lubricar. El aceite se utiliza para lubricar los tornillos y los rodamientos. Sellar. Es muy importante que la mínima tolerancia existente entre los rotores quede sellada con el propio aceite de lubricación y evite la pérdida de eficiencia del conjunto. Enfriar. El aceite inyectado es el fluido refrigerante con el cual se evacua el calor de compresión.
En algunas ocasiones se presentan diversos problemas a la hora de ocupar presión neumática al momento de realizar trabajos de mantenimiento, como la disminución del caudal o la ausencia de presión neumática en algunos momentos del día. El objetivo de este proyecto es esclarecer por qué suceden fallas en el sistema neumático que se utiliza en la base de mantenimiento Latam y dar soluciones a este problema. Antes de llegar a una conclusión apresurada con respecto a las causas de las fallas, se deben realizar diversos análisis que ayuden a determinar la razón del porque se producen estos inconvenientes. Los análisis aplicados serán en base a los errores del sistema neumático, de porque dejan de funcionar o porque dejan de entregar un caudal o presión constante en los hangares de la base de mantenimiento. Ya con los resultados en nuestro poder se determinará la causa mayor del porque el sistema neumático presenta falencias. El primer análisis consistirá en estudiar los compresores utilizados en las dependencias de Latam, observar su especificaciones técnicas, potencia entregada, caudal y presión proporcionada, describir que tipos de mantenimiento se realizan en los hangares y que herramientas neumáticas (especiales y de uso cotidiano) se ocupan en el mantenimiento de las aeronaves, dando a conocer, al igual que los compresores, sus especificaciones, para así poder determinar si el caudal entregado por los compresores es capaz de sustentar el funcionamiento de todas estas herramientas neumáticas como corresponde. Para determinar la presión y el caudal mínimo que necesita la base de mantenimiento, se comparará el consumo total de todas las herramientas de los hangares versus el caudal que entregan los compresores, para asi poder esclarecer si los inconvenientes provienen de los mismos compresores o que la razón mayor es que los fallos y detenciones de estas unidades están afectando directamente en la producción.
El segundo análisis se centrará en el estudio de las fallas y su mantenimiento correctivo/programado. El estudio a aplicar se le denomina como FMECA - Análisis de Modo y Efectos de Falla y además se le agrega un análisis Causa Raíz. Compresores utilizados en la base de mantenimiento Latam.
Especificaciones Caudal entregado por este compresor Herramientas usadas en los hangares Caudal mínimo requerido de la base de mantenimento(suma de todos los caudales de las herramientas) conculsiones
FMECA - Efectos de modo de fallo
Se trata de un análisis de modos y efectos de falla que incluye evaluación de criticidad y análisis de causa raíz del modo de falla. Esta técnica se ha estado posicionando en la industria por estar basada en riesgo y por buscar eliminar la causa de falla. La metodología utilizada sirve para reconocer y/o identificar las fallas potenciales de un proceso o diseño de un producto, este análisis generalmente se realiza en la planificación con el propósito de eliminar o de minimizar el riesgo asociado a las mismas. Ya con el análisis realizado, se introduce un plan de mantenimiento a los compresores estudiados para minimizar el riego de eventos que puedan perjudicar la producción. Por lo tanto, el FMECA puede ser considerado como un método analítico estandarizado para detectar y eliminar problemas de forma sistemática y total, cuyos objetivos principales son: 1. Reconocer y evaluar los modos de fallas potenciales y las causas asociadas al modo de falla. 2. Determinar los efectos de las fallas potenciales en el desempeño del sistema. 3. Identificar las acciones que podrán eliminar o reducir la oportunidad de que ocurra la falla potencial. 4. Analizar la confiabilidad del sistema. Beneficios Del FMECA.
La identificación y eliminación de los modos de fallas potenciales tiene beneficios tanto a corto como a largo plazo. A corto plazo, representa ahorros de los costos de reparaciones, las pruebas repetitivas y el tiempo de paro. El beneficio a largo plazo es mucho más difícil medir puesto que se relaciona con la satisfacción del cliente con el producto y con su percepción de la calidad. El Proceso del FMECA.
1. Definir el sistema a ser analizado y establecer el desempeño de confiabilidad requerido. 2. Construir un diagramas de bloques funcionales y de confiabilidad (si es necesario) para ilustrar como están interconectados los diferentes subsistemas. 3. Registrar todas las premisas que serán asumidas en el análisis y las definiciones de los modos de falla del sistema y subsistemas. 4. Hacer lista de los componentes, identificar sus modos de falla, y cuando sea apropiado las tasas de falla de los modos (alternativamente se pueden utilizar rangos para las tasas de falla). Completar los formatos del AMEF analizando el efecto de cada modo de falla de sub ensamble o componente, en el desempeño del sistema. 5. Introducir índices de severidad y tasas de falla o rangos, según sea requerido, a los formatos del AMEF, y evaluar la criticidad de cada modo de falla sobre la confiabilidad del sistema. 6. Revisar los formatos del AMEF para identificar cuáles son los componentes críticos para la confiabilidad y emitir recomendaciones para mejoras de diseño o resaltar áreas que requieren otros análisis.
Algunas Definiciones
-
Falla:
Es la terminación de la habilidad de un sistema / equipo / parte para realizar una función requerida. -
Falla funcional.
Son las descripciones de la o las maneras que un sistema o subsistema pueden fallar en alcanzar los requerimientos funcionales para los que fue diseñado el equipo. Un sistema o subsistema que esté operando en estado degradado, pero esto aún no afecta los parámetros de funcionamiento establecidos, se dice que no ha fallado. -
Modo de Falla:
Es la apariencia, manera o forma como un componente de un sistema se manifiesta por sí misma. No debe ser confundido con la causa de la falla, ya que la primera es el efecto y la segunda es la causa del evento de falla. Un modo dominante de falla es aquel responsable de un número importante de fallas del sistema. Los modos de falla pueden ser definidos para todos los niveles de un sistema y la jerarquía de ensamblado. -
Efecto de Falla:
Es lo que experimenta el dueño de un sistema como resultado de la ocurrencia de un modo de falla (costos, pérdidas de oportunidad, utilización de recursos, entre otras). -
Mecanismo de Falla:
El proceso físico, químico u otro, que conlleva a una falla -
Causa de Falla:
La circunstancia durante el diseño, la manufactura o el uso que conlleva a una falla. -
Probabilidad de Falla.
La confiabilidad es la probabilidad de que un activo o componente de este, sobreviva a un determinado periodo de operación, bajo condiciones de operación específicas, sin fallar. La probabilidad de falla, mide la posibilidad de que un activo pueda fallar en un intervalo de tiempo. Entonces el equipo dará muestras de estar operando fuera de las condiciones especificada. El principal interés del FMECA es el resaltar los puntos críticos con el fin de eliminarlos o establecer un sistema preventivo (medidad correctoras) para evitar su aparición o minimizar sus consecuencias, con lo que se puede convertir en un riguroso procedimiento de detección de defectos potenciales, si se aplica de manera sistemática. La parte fundamental del método consiste en cualificar los índices de severidad, ocurrencia y detección de un modo de falla, esta cuantificación permite la obtención del número de probabilidad de riesgo o N.P.R, datos que se obtendrán al momento de realizar el análisis FMECA.
Numero de Probabilidad de Riego (NPR) Este índice es el producto de la occurencia por la severidad y por la dectecyabilidad, siendo tales factores traducibles a un código numérico a dimensional que permite priorizar la urgencia de la intervención, asi como el orden de l as acciones correctoras. Por tanto debe ser calculado para todas las causas de fallo La tasa de falla o frecuencia es útil para realizar decisiones de costos y para establecer intervalos de mantenimiento. Pero no dice nada de la naturaleza de la falla o si el programa de mantenimiento es adecuado. Las soluciones de mantenimiento deben ser evaluadas en términos de consecuencia económica o de seguridad. Antes de realizar el análisis FMECA, se debe realizar un análisis de criticidad en el sistema neumático para descubrir cuál es el subsistema que está presentando la mayor cantidad de fallas. Análisis de criticidad
A continuación se realizará un análisis de criticidad en el sistema neumático que se utiliza en la base de mantenimiento de Latam para determinar cuál es el subsistema el cual está fallando.
1- Compresor Los compresores de tornillo son equipos de desplazamiento positivo. El principio de funcionamiento de estos compresores se basa en la disminución del volumen del aire en la cámara de compresión donde se encuentra confinado, produciéndose el incremento de la presión interna hasta llegar al valor de diseño previsto, momento en el cual el aire es liberado al sistema. 2- Tanque acumulador Depósito resistente en el que se comprime aire a presiones bastante grandes, con objeto de utilizar ulteriormente su presión para hacer funcionar motores y herramientas. Sus dimensiones han de adaptarse a la capacidad del compresor.
3- Válvula purga condensadora La Válvula de purga automática reduce la posible acumulación de condensación dañina y de contaminantes al expulsar cualquier humedad acumulada. Diseñada para eliminar el aceite, agua y carbón del depósito de aire comprimido sin depender del ciclo del compresor, la válvula de purga automática se instala fácilmente en cualquier parte que se encuentre una válvula de purga manual. Ya sea instalada en la fábrica o como una actualización en depósitos de aire existentes, la válvula de purga automática puede recibir servicio en el campo.
4- Manómetro Un manómetro de presión es un indicador analógico utilizado para medir la presión de un gas o líquido, como agua, aceite o aire. A diferencia de los transductores de presión tradicionales, estos son dispositivos analógicos con un dial circular y un puntero accionado mecánicamente que han estado en uso durante décadas. 5- Presóstato El presóstato es un instrumento que abre o cierra un circuito eléctrico, en función del cambio de un valor de presión prefijado. En un circuito neumático, también se le conoce como interruptor de presión y es conocido como interruptor de presión, el fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja, un resorte empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan. 6- Secador de aire refrigerado El secador de aire refrigerado es un equipo muy importante en un compresor, ya que su misión es secar el aire comprimido para reducir su contenido en vapor de agua, evitando las condensaciones en los puntos de trabajo. El punto de rocío máximo de un secador frigorífico tradicional es de + 3ºC 7- filtro – purgador El aire comprimido tal como sale del compresor contiene una gran cantidad de contaminantes tales como polvo y vapor de agua provenientes de la atmósfera, óxidos de las cañerías y aceite que escapa del compresor. Estos contaminantes deben ser eliminados para poder utilizar el aire comprimido en la forma más eficiente y económica, protegiendo válvulas, accionamientos y costosos equipos, evitando de esta forma, paradas innecesarias de producción para su mantenimiento. 8- línea principal Tubería principal que viene directamente de la unidad de compresión, este elemento es normalmente de aspecto robusta y de un diámetro considerable en comparación con otras líneas del sistema neumático. 9- Línea secundaria Todo el caudal de aire comprimido que viene de la línea principal se divide y se reparte a las líneas secundarias, las cuales proporcionan el aire a presión que necesitan las herramientas y equipos especiales. A diferencia de la línea principal, estas tuberías son de un diámetro mas pequeño. 10- línea de servicio
Tuberías que su función es netamente entregar el caudal y presión necesario para que puedan funcionar los elementos neumáticos que se encuentran en los talleres y hangares. 11- unidad de mantenimiento Las unidades de mantenimiento FRL de aire representan una combinación de los siguientes componentes, los cuales cumplen una función particular dentro del sistema: -
Filtro de aire: Tiene la función de extraer del aire comprimido todas las impurezas (Partículas de metal, suciedad, etc) y el agua condensada. Las maquinas actuales que funcionan con aire requieren de una aire de excelente calidad, de lo contrario las impurezas presentes podrían causar daños a las partes internas, consecuencia de esto, cada vez cobra mas importancia el conseguir un m ayor grado de pureza en el aire comprimido.
-
Regulador de presión: Su principal función es la de mantener la presión de trabajo en un valor adecuado para el componente que lo requiere y además dicho valor debe ser constante, independientemente de las variaciones que sufra la presión de red y del consumo de aire. La presión de trabajo es ajustable por medio de un tornillo.
-
Lubricador de aire: Este componente tiene la misión de lubricar los elementos neumáticos en un grado adecuado, con el objetivo de prevenir el desgaste prematuro de las piezas móviles, reducir el rozamiento y proteger los elementos contra la corrosión. Regulan y controlan la mezcla de aire-aceite en el fluido.
12- Válvulas – Elementos de control Son los componentes de un circuito neumático que distribuyen, regulan o bloquean el aire comprimido o vacío. Este elemento de control se divide en 7 grandes grupos: Herramientas neumáticas. Válvulas direccionales, Válvulas reguladoras de presión, Válvulas reguladoras de caudal, Válvulas reguladoras de retención, Válvulas reguladoras de cierre, Válvulas reguladoras lógicas, Válvulas reguladoras para vacío. 13- Elementos de trabajo – Herramientas neumáticas. Equipos o herramientas que se encargan de transformar la presión neumática entregada por la línea secundaria en energía mecánica, la cual sirve para poder realizar los diversos trabajos de mantenimientos. Las herramientas pueden ser de uso general como de uso determinado, como los equipos especiales, los cuales tienen funciones únicas.
Análisis de criticidad
Criticidad = frecuencia x consecuencia Las consecuencias son de diferente orden, Operacionales, Económicas, de Seguridad y Medio ambiente, por tanto la consecuencia está dada por la siguiente ecuación; Consecuencia = (impacto operacional x flexibilidad operacional) + costo mantenimiento + impacto seguridad y medio ambiente.
Para la evaluación de los parámetros para el análisis de criticidad se tomara en cuenta las siguientes ponderaciones: Frecuencia de fallas: Es el número de veces que se repite un evento considerado como falla dentro de un
período de tiempo, que para nuestro caso será de un año. Tendremos entonces 4 posibles calificaciones para este ítem
Alta: más de 5 Fallas por año, al cual le daremos un valor de 4. Baja: De 1 a 2 Fallas al año, con una calificación de 2 Excelente: Menos de 1 falla al año, que obtendrá un valor de 1.
Impacto operacional: Entendiéndose como los efectos causados en el proceso, evaluándolo de la siguiente
forma:
Parada Inmediata de toda la planta o línea de producción: Calificada con 10 Parada Inmediata de un sector de la línea de producción: Toma un valor de 6 Impacta los niveles de Producción o calidad: Con un valor de 4 Repercute en costos operativos adicionales asociados a la disponibilidad del equipo: Calificación 2 No genera ningún efecto significativo en el funcionamiento de las herramientas neumaticas, las operaciones o la calidad: Calificación 1
Flexibilidad operacional: Definida como la posibilidad de realizar un cambio rápido para continuar la entrega de
aire comprimido para el funcionamiento de las herramientas neumáticas, sin incurrir en costos o pérdidas considerables.
No existe opción de otro sistema respaldo; Valor 4 Existe opción de respaldo compartido: Valor 2 Existe opción de respaldo: Valor 1
Costo del mantenimiento: Tomando todos los costos que implica la labor de mantenimiento, dejando por fuera
los costos inherentes a los costos sufridos por la falla.
De 0 a 250 USD: Calificación 1 De 250 a 500 USD: Calificación 2 De 500 a 750 USD: Calificación 3 De 750 a 1000+ USD: Calificación 4
Impacto de seguridad y medio ambiente: Enfocado a evaluar los posibles inconvenientes que puede causar
sobre las personas o el medio ambiente.
Afecta la seguridad humana interna o externa a la planta: Toma un valor de 40 Afecta el medio ambiente produciendo daños severos: Toma un valor de 3 2 Afecta las instalaciones causando daños severos: Toma un valor de 24 Provoca accidentes menores al personal interno: Toma un valor de 16 Provoca un efecto ambiental pero no infringe las normas: Toma un valor de 8
No provoca ningún daño a las personas o el medio ambiente: Toma un valor de 0 Analisis de Criticidad Impacto
Costos de
Impacto
Mantto
SHA
4
2
10
4
2
1
Manometro
2
Presostato
Subsistema
Frecuencia
1
Compresor
4
10
2
Tanque acumulador
2
3
Valvula purga condensadora
4 5 6
Secador de Ai re Refrigerado Unidad de Acondicionamiento
Jerarquizacio
Consecuencias
Total
0
42
168
Critico
2
0
42
84
Semi Critico
2
1
0
3
6
No Critico
2
1
1
0
3
6
No Critico
2
10
2
1
0
21
42
No Critico
1
6
4
2
0
26
26
No Critico
Operacio
Flexibilidad
n
7
Filtro - Pulgador
1
2
1
1
0
3
3
No Critico
8
Linea Principal
2
6
1
1
16
23
46
No Critico
9
Bajante - Acometida
1
4
1
1
0
5
5
No Critico
10
Linea Secundaria
2
4
1
1
16
21
42
No Critico
11
Unidad de Mantenimiento
2
4
1
1
16
21
42
No Critico
12
Valvulas - Elemento de Control
2
4
1
1
16
21
42
No Critico
4
4
1
1
0
5
20
Semi Critico
13
Elementos de Trabajo Herramientas Neumaticas
De acuerdo a los datos obtenidos en la matriz de criticidad, el o los equipos con mayor probabilidad de producir un paro por completo en la faena, es la unidad de compresión, la cual está encargada de producir el aire comprimido que utilizan herramientas y equipos.
Luego de realizar la matriz de criticidad, se determina que el compresor es el elemento más crítico al momento de fallar, ya que si se presenta alguna imperfección en su funcionamiento, puede detener toda la producción de la empresa, dicha consecuencia, es por la dependencia de elementos neumáticos que se necesitan para poder efectuar trabajos de mantenimiento, y que por consiguiente, es el elemento primordial al momento de determinar la razón de porque hay bajas de presión constante al momento de realizar tareas de mantenimiento. Ahora se procederá a realizar el Análisis de Modos y Efectos de Fallas, FMECA.
Análisis de Modos y Efectos de Fallas, FMECA. Aplicación:
Confiabilidad del sistema de compresión de la base de mantenimiento Latam. Descripción del Problema:
Constantemente se vienen presentando problemas con respecto a la presión que entregan las líneas de aire neumático que se encuentran repartidas en los hangares y talleres, causando demora en el mantenimiento de las aeronaves, ya que, una gran parte de las herramientas que se utilizan en el centro de mantenimiento, funcionan a base de aire comprimido. Objetivo de la aplicación:
La presente aplicación tiene como objetivo principal descubrir el causante de los inconvenientes asociados al sistema de compresión de la base de mantenimiento y proporcionar soluciones, encontrando el o los modos de fallo con mayor criticidad. Metodología Utilizada:
Análisis de Modos y Efectos de Fallas (FMECA). Descripción de la metodología:
Con la finalidad de descubrir el causante de la falla y aumentar la confiabilidad de los equipos del sistema de compresión, se propuso la utilización de la metodología conocida como Análisis de Efectos y Modos de Fallas (FMECA). El objetivo de esta metodología ayuda en la identificación, evaluación y prevención de los posibles fallos y efectos que pueden aparecer en un sistema. Para eso, se deben calcular la severidad, ocurrencia y la detección de los modos de fallos del subsistema entregado por el análisis de criticidad que se le aplico al sistema. A continuación se hace una descripción de los pasos a seguir para llevar a cabo esta aplicación: Paso 1: Recopilación y Tratamiento de Datos
Existen dos formas de recolectar información para el análisis, una es a través del registro histórico de eventos (Bases de datos) y el otro es por medio de entrevistas a las personas que están cerca del proceso (operadores y mantenedores). En presente caso se decidió trabajar combinando ambas metodologías. Paso 2: Construcción de Diagramas Funcionales.
Construir un diagramas de bloques para ilustrar como están interconectados los diferentes subsistemas. El proceso de jerarquización requerirá determinar el impacto por cada modo de falla. Para calcularlo se suman los costos de reparación de cada falla y los costos de pérdida de oportunidad por la producción diferida; también se puede calcular multiplicando la frecuencia de fallas por la consecuencia de cada una de ellas. En este paso se realiza el diagrama de Pareto para jerarquizar las fallas por su tasa de ocurrencia.
Paso 3: Análisis Funcional
Se hará un estudio funcional mediante una tabla dada por la Norma SAE J1739, este análisis nos servirá para encontrar los distintos modos de fallos que se pueden presentar en un elemento mecánico y con los datos e información entregada por la tabla, se podrá determinar la severidad, ocurrencia y detección de cada modo de fallo, obteniendo así, el N.P.R. .Paso 4: Planteamiento de soluciones (Plan de mantenimiento) Uno de los pasos más importantes, después de haberse realizado el Análisis Causa-Efecto, es determinar las soluciones que resolverán el problema de forma sustentable, de tal manera que éste no debe repetirse. Se deberán plantear las acciones necesarias para corregir las fallas. Paso 5: Análisis Costo/beneficio
Estima el beneficio económico de la Realización de un cambio, modificación o reparación mayor. El análisis compara el impacto total de una situación futura después del cambio con la situación actual, además compara el beneficio con el costo del cambio. El resultado está dado en el Valor Presente Neto (VPN) Realizar un análisis de la situación actual del sistema y compararla con la situación deseada, comparando la disponibilidad del compresor en un periodo donde se presentaron situaciones no deseadas, versus una situación deseada, con un plan de mantenimiento como base. De esta manera se obtendrán datos monetarios y económicos, los cuales nos ayudaran a determinar si la aplicación de un plan de mantenimiento en el sistema seleccionado fue de ayuda o no. Recopilación y Tratamiento de Datos
Existen dos formas de recolectar información para el análisis, una es a través del registro histórico de eventos (Bases de datos) y el otro es por medio de entrevistas a las personas que están cerca del proceso (operadores y mantenedores). En presente caso se decidió trabajar combinando ambas metodologías. Situación actual de mantención del compresor .
A continuación se Realizará un análisis de la situación actual del sistema, estudiando una base de datos obtenida en la empresa, donde sale reflejado el mantenimiento correctivo y mantenimiento programado actual, que se aplicó al compresor número 1 y se realizará la comparación con una situación. De esta manera se obtendrán los potenciales incentivos económicos en el sistema seleccionado al momento de aplicar un plan de mantenimiento, el caul ayudará a que no se presenten fallas imprevistas. Ya con la información obtenida, se hará un analisas costo/benefico, entre la situación actual de mantenimiento del compresor y la siatuacion deseada luego de la creación del plan de mantenimiento Tabla de fallas Utilizando los datos de tiempos de ocurrencia de falla, tiempo de parada y cantidad de fallas en un tr anscurso de un año, se realizó un gráfico en donde se puede ver la cantidad de imprevistos v/s las mantenciones.
MANTENCION PROGRAMADA V/S NO PROGRAMADA (HRS) Mantencion programada
Mantencion no programada
13%
87%
Según el gráfico existe un 13% de mantenciones programadas en comparación con un 87% de mantenciones imprevistas lo cual no es un indicador bueno ya que entre mayor cantidad de imprevistos hayan, se pierden más horas de producción y aumentan los costos de mantención, ya que si se observa con determinación, solo se le está aplicando en gran parte mantención correctiva y un mínimo porcentaje mantención preventiva. Esta mantención preventiva se realiza cada 365 días en un programa anual, cabe destacar que los compresores están relativamente envejecidos por lo que han aumentado las fallas imprevistas a lo largo de su vida útil. Con los datos usados para construir el gráfico podemos obtener la disponibilidad de los compresores la cual disminuye al tener muchas horas de mantención correctiva.
Horas/mantención Horas de mantención
No programadas 332
Programadas 48
Por cada hora que está detenido el compresor, es una hora perdida de trabajo para un mecánico, si hay alrededor de 100 mecánicos que utilizan la red neumática diariamente, podemos determinar las cantidad de horas de producción que se pierden por cada hora en que el compresor está detenido, y la vez se puede obtener la disponibilidad del sistema. Horas hombre por año 100 mecánicos Horas de mantención programada y no programadas en el compresor Horas de producción perdidas por cada horas en que estuvo parado el compresor
2160 216000 380 38000
=
−
Disponibilidad= 82% Esta disponibilidad a simple vista no se ve muy crítica pero cada porcentaje menos de disponibilidad implica grandes pérdidas de producción. Por lo anterior se realizará un análisis de la base de datos lo que permitirá identificar donde existe un problema mayor a solucionar en términos de la confiabilidad. Para realizar este análisis se procedió a utilizar toda la base de datos de fallas imprevistas y programadas mostradas en las fichas anteriores para hacer un diagrama de Pareto. El diagrama de Pareto se enfocará en mostrar las fallas imprevistas en los compresores usados en la base de mantenimiento para luego identificar la más frecuente y críticas. Jerarquización de problemas. Análisis de Pareto
Estos diagramas están relacionados con el conocido principio de Pareto o comúnmente conocida como ´´La regla 80:20``, lo que se traduce en: ´´ La menor parte de los aportes produce la mayor parte de los resultados``. La regla 80:20 fue creada por Vilfredo Pareto, un economista italiano que estudió la distribución de la r iqueza en una serie de países por el año 1900. Él descubrió un fenómeno común: cerca del 80%de la riqueza en la mayoría de los países era controlado por una minoría consistente – cerca del 20% de la población. Pareto le llamo a esto ´´desequilibrio predecible``. Finalmente, sus observaciones se hicieron conocidas como la regla del 80:20 o el Principio de Pareto. La regla del 80:20 se ha expandido desde su primer uso económico. Si bien se podría discutir acerca del 80% y 20% (es a veces 60:40 o 90:10) el conocimiento se aplica ampliamente al liderazgo y a la gestión. Esta regla se convirtió en uno de los términos abreviados de liderazgo más conocidos, reflejando la noción de que la mayoría de los resultados (de una vida, de un programa, de una compaña financiera) viene de la menor parte del esfuerzo (o la gente o los aportes). El proceso para desarrollar los diagramas de Pareto para el análisis de fallas consiste en obtener el listado de modos de falla, o en otra versión, los equipos que generan las detenciones o cualquier otro parámetro que se considere en analizar. El registro debe contar con el detalle de las cantidades de detenciones para cada modo de falla y los tiempo de detención asociados a cada uno de los modos de falla. Estos deben ser ordenados de mayor a menor y determinar el porcentaje acumulativo que tiene cada uno de los factores en el total. El análisis de Pareto es una herramienta estadística de mantenimiento muy utilizada para la identificación de problemas crónicos y su aplicación puede abarcar todo t ipo de ramas. Los objetivos de este análisis son: -
Identificar oportunidades para llevar a cabo mejoras
-
Identificar los sistemas, equipos o elementos que están causando la mayoría de problemas a mantenimiento y producción.
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Analizar las diferentes agrupaciones de datos
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Buscar las causas principales de los problemas y establecer la prioridad de las soluciones
Aplicación diagramas de Pareto
Base de datos creada a partir de información obtenida de la tabla mostrada anteriormente.
Tipos de Fallas Sobrecalentamiento en el Compresor Bajo Caudal y Baja Presión Perdida de presión en el depósito Aceite en la línea de descarga. Manómetro defectuoso Presóstato defectuoso Exceso de ruido y alta temperatura Válvula de purga tapada TOTAL
Numero de Fallas 5 4 1 1 1 1 1 1 15
% Relativo Frecuencia Acumulado Acumulada 33% 60% 67% 73% 80% 87% 93% 100%
5 9 10 11 12 13 14 15
80-20 80% 80% 80% 80% 80% 80% 80% 80%
Como se aprecia en la siguiente base de datos existe una gran variedad de fallas, sin embargo las fallas que tienen mayor frecuencia son las cinco primeras de la lista. Se aprecia que la primera falla presente con mayor frecuencia es el sobrecalentamiento del compresor y la segunda falla más recurrente es la disminución del caudal y presión. En primer lugar el sobrecalentamiento del compresor sucede por diversos motivos, como por ejemplo, la saturación de los filtros por suciedad o el mal funcionamiento de la válvula check del tanque separador, la cual provoca que el aceite caliente retorne a la unidad compresora provocante un aumento de temperatura en los rotores. El sobrecalentamiento sucede constantemente porque no se aplica un mantenimiento como es debido, solo se observa mantenimiento correctivo, al igual que la segunda falla, la disminución del caudal y la presión, se genera a causa de la falla de diversos componentes que forman la unidad compresora, la cual es la encargada de generar la presión neumática y el caudal. A esta unidad tampoco se le Aplica un mantenimiento adecuado, causando fallas y detenciones repentinas. Todas estas fallas causan detenciones imprevistas o una baja de potencia en el compresor impidiendo el funcionamiento correcto del sistema neumático.
Observando el diagrama de Pareto se puede apreciar con detalle las fallas más frecuentes en el compresor.
Fallas mas Frecuentes y Criticas. Numero de Fallas 16 14 12 10 8 6 4 2 0
% Relativo Acumulado
80-20 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%
En el diagrama se muestran las principales fallas, pudiendo inferir que varios de los componentes del compresor tienden a presentar problemas, estos elementos son: -
Unidad compresora y sus componentes Filtros Válvulas de anti retorno Tanque separador Manómetros
Al observar las fallas más recurrentes se puede determinar que la mayoría de estas son a causa del poco mantenimiento que se le realiza al compresor y sus componentes. Bajo esta conclusión, se deberá estructurar una estrategia de mantenimiento preventivo para impedir que sigan sucediendo detenciones imprevistas.
Diagrama funcional del proceso del compresor de tornillo A continuación se muestra el diagrama funcional de bloques del compresor de tornillo, indica cómo funciona el equipo compresor. Además permite ver los tipos de fallas que puede tener, ya que cada flecha es una conexión y por ende si una de estas se corta, la maquina falla Alineación eléctrica
Energia
Valvula solenide contactor
Rele termico
Rele termico
Motor electrico
Motor electrico
Tornillo
Sistema de transmisión
Ventilador
Circuito de aceite
Tornillo
Tanque Separador (Aceite/Agua) Filtro de aceite
Radiador de aceite
Filtro Separador
Valvula termostatica
Aceite
Circuito de aire
Valvula Solenoie
Valvula de Aspiracíon
AIRE
Filtro de Aire Tornillo
Tanque Separador (Aceite/Aire) Filtro Separadorr
Valvula de Minima Presión
Radiador de Aire
Filtro Ciclonico
Tanque Pulmon
Secador de Aire
Prefiltros y Posflitros
Planta
Circuito General del Equipo.
ENERGIA ELECTRICA Valvula Solenoide Contactor
Valvula de Aspiración
Rele Termico
Rele Termico
Motor Electrico AIRE
Filtro de Aire
Motor Electrico
Sistema de Transmisión
Tornillo
Ventilador
Tanque Separador (Aceite/Aire) Filtro Separador
Filtro de Aceite
Radiador de Aceite
Valvula Termostatica
Valvula de Minima Presión
Radiador de Aire
Filtro Ciclonico
Tanque Pulmón
Flujo de Aire Flujo de Aceite
Secador de Aire
Flujo Combinado Aire-Aceite
Preflitros y Posflitros
Planta
Diagramas sistemáticos funcionales de los subsistemas del compresor de tornillo En los siguientes diagramas se muestra una clasificación del sistema y subsistemas del compresor, además de las funciones que cumplen los diferentes subsistemas Diagrama Sistemático del compresor de tornillo
Motor – Juego Tensor
Deposito Combinado Compresor
Regulador de Admision COMPRESOR
Regulador de Aceite
Unidad de Refrigeración
Unidad Electrica
Diagrama sistematico y Funcional del susbsistema Motor – Juego Tensor
1.1 Motor
Motor – Juego Tensor Genera y transmite el movimiento a los tornillos del compresor que producirán el aire comprimido
1.2 Polea
1.3 Bandas
Diagrama sistematico y Funcional del susbsistema Deposito Combinado – Compresor
2.1 Tanque
2.2 Anillo Empaque
Deposito Combinado – Compresor Separa el aire Comprimido del aceite que proviene de la unidad de compresión. Además almacena el aceite que es separado del aire.
2.3 Llave de Bola
2.4 Válvula de Seguridad
2.5 Unidad de Compresión
Diagrama sistematico y Funcional del susbsistema Unidad de Admision de Aire
3.1 Filtro
3. Unidad de Admisión de Aire Aspira el Aire del Exterior hacia la unidad de compresión a través de un filtro, además regula la cantidad de aire que ingresa al equipo
3.2 Manquera de Aspiracion
3.3 Valvula Solenoide
3.4 Valvula de Admsion
Diagrama sistematico y Funcional del susbsistema Unidad de Admision de Aire
4.1 Valvula de Minima Presión
4. Regulador de Aceite Separa el aceite residual del aire comprimido, regula el flujo de aceite utilizado en la unidad de compresión y controla la temperatura del aceite
4.2 Valvula de tención de aceite
4.3 Filtro
4.4 Separador de Aceite
4.5 Valvula Termostatica
Diagrama sistematico y Funcional del susbsistema Unidad de Refrigeración.
5.1 Cañerias
5.2 Rdiador de Aire
5.3 Radaidor de Aceite 5. Unidad de Refrigeración Enfria el aire Comprimido y el aceite a temperaturas adecuadas de trabajo.
5.4 Motor del Ventilador
5.5 Ventilador
5.6 Purgador de Condensados
5.7 Separador Ciclónico
Diagrama sistematico y Funcional del susbsistema Unidad de Refrigeración.
6.1 Contactor
6.2 Transmisor de Presión
6. Unidad Eléctrica Proporciona la energía necesaria a cada uno de los componentes del compresor.
6.3 Fusible
6.4 Transformador
6.5 Variados de Frecuencia
Tabla de F.M.E.C.A A continuación, se construirá la tabla característica de un FMECA, la cual corresponde a un ordenamiento de los datos solicitados para la realización del análisis. Para esto se requerirá la siguiente información según la norma SAE J1739 de análisis de falla: Función. • Modo de falla. • Efecto potencial de la falla. • Severidad. • Ocurrencia. • Detectibilidad. • Numero de probabilidad de riesgo. • Acciones recomendadas.
Para la recopilación de información, se deberá tener en claro las funciones necesarias de equipo, como el de sus componentes principales y de tal forma encontrar los modos de fallas inherentes posibles que afecten la funcionalidad del equipo.
Plan de mantenimiento vigente
