José Á.
Medrano Márquez Víctor L.
González Ajuech Vicente M. Díaz de León Santiago
Mantenimiento Téécnicas y aplicaciones T industriales
Recursos en línea
Mantenimiento
Técnicas y aplicaciones
industriales
Mantenimiento
T écnicas y aplicaciones industriales
José Ángel Medrano Márquez Instituto Tecnológico de la Laguna
Víctor Leví González Ajuech Instituto Tecnológic Tecnológico o de Querétaro
Vicente Miguel Díaz de León Santiago Instituto Tecnológic Tecnológico o de d e Veracr Veracruz uz Tecnológico Nacional de México
Primeraa edición ebook Primer México, 2017
Dirección editorial: Javier Enrique Callejas Coordinadora editorial: Estela Delfín Ramírez Supervisión de preprensa: Jorge A. Martínez Diseño de interiores: Black Blue Impresión y Diseño Diseño de portada: Juan Bernardo Rosado Solís/Signx Ilustraciones: Adrian Zamorategui Berber Fotografías: ©Thinkstock photo Revisión técnica: Javier León Cárdenas Instituto Politécnico Nacional Jesús Manuel Dorador González Universidad Nacional Autónoma de México Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
© 2017, José Ángel Medrano Márquez/Víctor Leví González Ajuech/Vicente Miguel Díaz de León Santiago © 2017, GRUPO EDITORIAL PATRIA, S.A. DE C.V. Renacimiento 180, Colonia San Juan Tlihuaca, Delegación Azcapotzalco, Código Postal 02400, Ciudad de México Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana Registro núm. 43 ISBN ebook: 978-607-744-709-2 Queda Prohibida la reproducción o transmisión total o parcial del contenido de la presente obra en cualesquiera formas, sean electrónicas o mecánicas, sin el consentimiento previo y por escrito del editor. Impreso en México Printed in México Primera edición ebook: 2017
Agradecimientos Mi más profundo agradecimiento al Institu Instituto to Tecnológico Tecnológico de la Laguna, noble institución que me dio la oportunidad de recibir una sólida s ólida formación tanto profesional profesional como académica y, a la vez, me permite contribuir en la formación de ingenieros. Un sincero reconocimiento a mi maestro y amigo, el doctor Victoriano Gutiérrez Domínguez, por su enseñanza y apoyo en el ejercicio profesional. A mi esposa Lourdes, a mis hijos Laura, Fátima y Miguel, por ser parte importante de mi vida. Agradezco a la maestra Mara Grassiel Acosta González, directora de Docencia e innovación educativa, por su invitación a llevar a cabo este proyecto; así como al doctor Vicente Díaz de León, L eón, amigo y compañero compañero,, por sus aportaciones y experiencias compartidas en este libro; asimismo, a Grupo Editorial Patria por la con�anza depositada en mi persona. Ing. José Angel Medrano Márquez
Dedico este libro a mi familia, a mi esposa y a mis tres hijos por ser parte esencial de mi vida y quienes me motivaron motivaro n para escribir este libro libro.. A mis padres, a quienes agradezco la formación y educación que me dieron; a mis tres hermanos menores; a mis amigos y compañeros que me rodean con gran cariño; a mis alumnos que me soportan durante las horas interminables de clase. A mis profesores y amigos de ITQ, UMQ y UAEM. Ing. Víctor Leví González
Agradezco la oportunidad que me brindaron para la realización de este e ste libro a las autoridades del Tecnológico Nacional de México, a la M.I.E. Mara Grassiel Acosta González y al M.C. Arturo Gamino Carranza, así como a Grupo Editorial Patria por depositar su con�anza y el apoyo brindado durante el proceso para la materialización de esta obra. Mi gratitud y reconocimiento para los autores Ing. José Ángel Medrano y especialmente para mi compañero y amigo M.C. Leví González por p or el compromiso y responsabilidad responsabilidad demostrado para llevar a buen término esta obra, su apoyo, comentarios y experiencia expe riencia han sido invaluab invaluables. les. Con cariño in�nito a mi familia, maestros, compañeros del Tecnológico de Veracruz Veracruz y CESUVER, C ESUVER, y alumnos por la motivación que me proporcio proporcionaron naron para su realización, invitándolos a elaborar sus críticas y sugerencias que nos permitan enriquecer y perfeccionar esta obra. Con amor a mis hijos Vicente y Francisco y a mi esposa esp osa María Teresa, Teresa, quienes contribuyeron con su paciencia y cercanía a la realización de este proyecto. Dr. Vicente Díaz de León Santiago
Contenido Agradecimientos Prólogo
V 1
Capítulo 1 Evolución y taxonomía del mantenimiento
Introducción 1.1 Historia y evolución del mantenimiento 1.2 De�nición de mantenimiento 1.3 Un enfoque más amplio del concepto de mantenimiento 1.4 Importancia del mantenimiento 1.5 Actividades del mantenimiento Funciones primarias Funciones secundarias 1.6 El papel del mantenimiento en la industria Tipo de empresa Tipo de servicio Tipos de equipo Clase de conocimientos 1.7 Elementos de falla en los equipos, edi�cios, instalaciones y vehículos El equipo o la maquinaria El ambiente circundante El personal involucrado 1.8 Programación del mantenimiento Funciones principales del MP, versión 8 1.9 Ejemplo del mantenimiento de un motor eléctrico ¿Qué aprendí? Proyecto Lista de cotejo del proyecto
2
4 4 7 9 10 10 10 11 11 12 12 13 13 14 15 15 15 16 17 20 23 24 25
Capítulo 2 Teoría del mantenimiento correctivo
26
Introducción
28
VIII Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2.1 De�nición del mantenimiento correctivo Característica principal del mantenimiento correctivo 2.2 Ventajas y desventajas del mantenimiento correctivo Ventajas del mantenimiento correctivo Desventajas del mantenimiento correctivo 2.3 Análisis de modo de fallo y efectos El análisis de modo de fallo, sus efectos y criticidad Diagrama de Pareto Mantenimiento correctivo (MC) 2.4 Cálculo de costos del mantenimiento correctivo 2.5 Procedimiento para efectuar el mantenimiento correctivo Solicitud de servicio correctivo Reporte de equipo fuera de servicio Reporte de falla Orden de trabajo correctivo (OT) 2.6 Paquete de mantenimiento MP, versión 8 Programa de mantenimiento preventivo MP, versión 8 Orden de trabajo correctivo (OT) Etapas para ejecutar el mantenimiento correctivo Bitácora de mantenimiento o registro de fallas o averías Manuales de mantenimiento ¿Qué aprendí? Proyecto Lista de cotejo del proyecto
28 28 30 30 31 31 35 37 43 45 46 46 47 47 48 49 50 54 57 58 59 60 61 62
Capítulo 3 Teoría del mantenimiento preventivo
64
Introducción 3.1 De�nición y características del mantenimiento preventivo De�nición de mantenimiento preventivo Características del mantenimiento preventivo 3.2 Actividades del mantenimiento preventivo 3.3 Aplicabilidad de mantenimiento preventivo 3.4 Ventajas y desventajas del mantenimiento preventivo Ventajas del mantenimiento preventivo Desventajas del mantenimiento preventivo 3.5 Diseño de un programa de mantenimiento preventivo Recomendaciones para determinar un plan de mantenimiento preventivo
66 66 66 67 68 68 69 69 70 71 72
Contenido
3.6 Procedimiento para programar el mantenimiento preventivo empleando el MP8 ¿Qué aprendí? Proyecto Lista de cotejo del proyecto
IX
76 89 90 95
Capítulo 4 Teoría del mantenimiento predictivo
96
Introducción 4.1 De�nición y características del mantenimiento predictivo (MPP) Importancia del mantenimiento predictivo 4.2 Ventajas y desventajas del mantenimiento predictivo Ventajas Desventajas 4.3 Técnicas aplicables en el mantenimiento predictivo Medición y análisis de vibraciones Termografía Ultrasonido Pasos a seguir con la técnica de ultrasonido Tribología Mediciones eléctricas Criterios para establecer la criticidad de los equipos Procedimiento de selección Prioridad 1, equipo muy crítico Prioridad 2, equipo crítico Prioridad 3, equipos con prioridad normal Prioridad 4, equipos con prioridad baja
98 98 98 99 99 100 100 101 102 104 107 110 111 114 115 115 116 117 117
Otros aspectos para establecer la criticidad de los equipos 4.4 Procedimiento para programar el mantenimiento predictivo utilizando MP8 ¿Qué aprendí? Proyecto Lista de cotejo del proyecto
117 123 127 127 127
Capítulo 5 Lubricación
128
Introducción 5.1 Principios básicos de la lubricación De�nición 5.2 Actividades del mantenimiento preventivo
130 130 130 132
X
Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tipos de lubricación Propiedades de los lubricantes Clasi�cación de los lubricantes Clases de aditivos Aceites derivados del petróleo o de origen mineral Aceites sintéticos Aceites de origen animal o vegetal Lubricantes semisólidos (grasas) Lubricantes sólidos 5.3 Características principales de los lubricantes Propiedades de los aceites Propiedades de las grasas Organizaciones que regulan los lubricantes Lubricantes industriales (Sistema ISO) 5.4 Sistemas de aplicación de lubricantes Sistemas de aplicación de aceites Lubricadores de alimentación mecánica forzada Sistemas de aplicación de grasas Sistemas centralizados Selección de lubricantes Factores para seleccionar un aceite Factores para seleccionar una grasa 5.5 Procedimiento para programar la lubricación Análisis de la máquina Análisis del lubricante a utilizar Determinación de la cantidad de lubricante Determinación de la cantidad de grasas por rodamiento Determinación del intervalo para relubricar Forma de lubricación Ejemplo de una guía de lubricación 5.6 Programa de lubricación ¿Qué aprendí? Proyecto Lista de cotejo del proyecto
133 134 136 137 138 138 139 139 140 142 142 143 144 145 145 145 146 149 150 151 151 152 153 153 153 154 154 154 154 155 156 167 167 168
Capítulo 6 Aplicación de teorías predictivas
170
Introducción
172
Contenido
6.1 La aplicación del análisis de vibraciones al mantenimiento preventivo De�nición del concepto vibración 6.2 Medición de la vibración Amplitud de la vibración Frecuencia de vibración Escalas Medición de la frecuencia Fase Efectos de la vibración 6.3 Vibración aleatoria y golpeteos intermitentes Frecuencia natural y resonancia 6.4 Ventajas y desventajas del mantenimiento correctivo 6.5 Análisis espectral 6.6 Diagnóstico y clasi�cación de fallas en los equipos ocasionadas por las vibraciones Desbalanceo Desbalanceo por rotor colgante Desalineación Chumaceras Desalineación entre chumaceras Holgura mecánica eje-agujero Holgura eje-agujero Desajuste estructural Excentricidad Rotor excéntrico Rotor o eje pandeado Resonancia Pulsaciones Fallas en engranajes Estado normal Desgaste en diente Sobrecarga en engrane Excentricidad o backlash Engranaje desalineado Problemas de vibración de choque ( hunting ) Bandas Desalineación de poleas Excentricidad de poleas Resonancia de banda
XI
172 173 175 175 177 177 178 178 179 179 180 180 181 184 184 186 186 188 188 189 189 190 190 190 191 191 192 193 193 193 194 194 195 195 196 197 198 198
XII Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Flujo de �uidos Cavitación Turbulencia del �ujo Recirculación Frecuencia de aspas (L) Flujo de gases Fallas en rodamientos Falla en pista interna Falla en pista externa Falla en elementos rodantes Deterioro de jaula Inestabilidad por latigueo del aceite Máquinas eléctricas Rozamiento entre partes Efectos de la vibración 6.7 Equipos utilizados en la medición de la vibración Medidor de vibraciones Monitor de vibración Analizador de vibraciones Analizador/recopilador de datos Registro de las vibraciones Selección de las máquinas que deberán incluirse en el programa Selección de los puntos de medición de vibración en los equipos Elección del parámetro a medir Adquisición de la información Balanceo de rotores Registro manual de vibraciones Registro automático de vibraciones Selección de intervalos para veri�caciones periódicas de vibración 6.8 Análisis de vibraciones Análisis manual Análisis automático Análisis en tiempo real Establecimiento de niveles aceptables de vibración Clasi�cación de acuerdo con el tipo de máquina, potencia o altura del eje Clasi�cación según la �exibilidad del soporte Evaluación Balanceo de rotores Causas del desequilibrio
199 199 199 200 200 200 201 202 202 203 203 204 205 205 206 206 206 206 206 208 208 209 209 210 211 212 212 212 212 213 213 213 214 215 216 217 218 220 220
Contenido XIII
Unidades que expresan el desbalance Importancia del desequilibrio Tipos de desbalance Planos de balanceo Técnicas aplicables en el balanceo de rotores Equipos para el balanceo dinámico Métodos de los dos vectores Procedimiento del método de los dos vectores Balanceo de rotores salientes o en voladizo Balanceo en dos planos Líquidos penetrantes Proceso descriptivo de líquidos penetrantes ¿Qué aprendí? Proyecto Lista de cotejo del proyecto
221 222 223 225 225 226 226 226 227 228 229 230 231 233 235
Capítulo 7 Montaje y alineación de equipos
236
Introducción 7.1 Cimentación Tipos de cimentaciones Requerimientos para el diseño de una cimentación Método masa-resorte equivalente para cimentaciones masivas Sistemas equivalentes 7.2 Consideraciones de diseño Amplitudes de diseño Recomendaciones para dimensionar una cimentación de concreto Resonancia Teoría para una masa rígida sobre un semiespacio elástico Aplicabilidad Deteminación de la masa Estimación de la constante de rigidez Otros criterios para el cálculo de una cimentación Relación peso de cimentación-peso máquina para ventiladores 7.3 Tipos de anclaje Cálculo de la longitud de las anclas Longitud de desarrollo de varillas y alambres corrugados sujetos a tensión 7.4 Procedimientos de montaje de equipos
238 238 239 239 240 241 242 242 243 243 243 245 245 245 247 248 248 249 250 251
XIV Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Instalación del soporte de la máquina Placa de soporte Elevación Relleno de la bancada de la máquina y la cimentación Funciones principales del relleno con mortero Consideraciones importantes Aplicación Tiempo de curado 7.5 Alineamiento Requerimientos y tolerancias �nales del alineamiento Técnicas de alineación Tipos de acoplamiento Procedimiento y técnicas de alineación Técnicas de alineación Revisión de pata suave Procedimientos y técnicas de alineación Recomendaciones previas a la alineación Instrumentos para la alineación de maquinaria 7.6 Procedimiento para la alineación de maquinaria Método de alineación de cara y borde Método de alineamiento de los indicadores alternos Alineación con un equipo láser ¿Qué aprendí? Proyecto Lista de cotejo del proyecto Anexo A Vibraciones mecánicas
A.1 Concepto de vibración A.2 Clasi�cación de las vibraciones A.3 Transmisión de vibraciones A.4 Movimiento del soporte A.5 Aislamiento vibratorio
251 252 252 252 253 254 255 255 255 256 257 257 258 259 260 261 262 263 263 263 264 265 271 271 273
275 276 276 281 283 284
Prólogo La Educación Superior en México, atendiendo a las demandas globalizadas de la industria, pone al alcance de sus estudiantes la obra Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales, que proporciona los conocimientos y técnicas necesarias para desarrollar de manera acertada esta tarea, mediante la aplicación periódica o programada de acciones que pretenden conservar la vida útil de dispositivos tecnológicos. El contenido de esta obra constituye un andamiaje en el aprendizaje, ya que aborda la combinación de conceptos y sistemas de mantenimiento requeridos por la industria en relación con el mantenimiento correctivo, predictivo y preventivo. Además, ayuda a identi�car el qué, cómo, cuándo y dónde realizar estas tareas, así como a satisfacer los contenidos programáticos y el desarrollo de competencias en el ámbito del mantenimiento. Se pretende que esta obra, de fácil lectura y comprensión, contribuya al aprendizaje signi�cativo del arte del mantenimiento industrial, apoyándose en modelos aplicados a nivel industrial y esquemas que coadyuvan de manera visual a su estudio, así como en una descripción del sofware MP8 y su aplicación dentro de ésta. Los autores hacen un recorrido a través de siete capítulos por la historia del mantenimiento, evolución, importancia, análisis, técnicas, procedimientos, gestión y aplicación, proporcionando la teoría básica necesaria en un curso introductorio de mantenimiento y una adecuada combinación de los conceptos y sistemas correspondientes:
Así, se pretende conjuntar y abordar los principales temas que requiere la aplicación del mantenimiento en la industria, contemplando, sobre todo, conocimientos acerca de: total (TPM), basado en la con�abilidad (RCM)
Capítulo 1
¿Qué sabes?
Evolución y taxonomía del mantenimiento
Competencia específica
Competencias genéricas
4
Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Introducción lenguaje común, no especializado,
�� ��
1.1 Historia y evolución del mantenimiento ���
Evolución y taxonomía del mantenimiento
Tabla 1.1
5
Historia y evolución del mantenimiento industrial.
Año 1780 1798 1903 1910 1914 1931 1950 1960 1971 1995 2005
Descripción Mantenimiento correctivo Uso de partes intercambiables Producción industrial masiva Cuadrillas de mantenimiento correctivo Mantenimiento preventivo Control de calidad del producto manufacturado Control estadístico de calidad Desarrollo del mantenimiento centrado en la confiabilidad Desarrollo del mantenimiento productivo total Desarrollo del proceso de las 5 S Surgimiento de la filosofía de conservación industrial
6
Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Información acerca del MSG-3.
Visita la línea del tiempo de la evolución del mantenimiento.
Evolución y taxonomía del mantenimiento
7
Actividad de aprendizaje Formen equipos e investiguen en diferentes fuentes de información la historia del mantenimiento industrial. Con la información recabada elaboren una línea del tiempo. Sean creativos con el diseño y la presentación de su trabajo. Cuiden su ortografía y redacción. Compartan su trabajo con el resto del grupo.
1.2 Definición de mantenimiento físicas ���� ����
Conjunto de acciones técnicas, administrativas y de gestión durante el tiempo de vida de un elemento, con el objetivo de conservarlo o devolverlo a un estado en el cual desarrolle su función de manera eficiente. Departamento de Calidad Departamento de Seguridad Departamento M. Ambiente
Departamento de mantenimiento
Lograr disponibilidad de equipos e instalaciones requeridas. Conservar y prolongar la vida útil de equipos e instalaciones.
Objetivos RR. HH, Materiales y equipos, actividades
Gestión
Diagnóstico, análisis y mejoras
Técnicas
Correctivo, preventivo, predictivo
Ejecución
Funciones
Incrementar la seguridad del personal involucrado en la producción, así como en equipos e instalaciones. Reducir costos.
Mantener, reparar y revisar equipos e instalaciones. Instalar, modificar, equipos e instalaciones. Capacitación al personal. Proponer compras de equipos e instalaciones nuevos. Tramitar y re aliz ar los pedidos de repu esto s de herr amie ntas.
Figura 1.1 Esquema del concepto de mantenimiento industrial.
8
Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Los equipos.
Los edi�cios.
Las instalaciones.
Los vehículos. -
Evolución y taxonomía del mantenimiento
9
Actividad de aprendizaje Con tus propias palabras, escribe una definición de mantenimiento. Cuida tu redacción y ortografía.
1.3 Un enfoque más amplio del concepto de mantenimiento ����
10 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje En equipo revisen el video que explica el mantenimiento industrial y elaboren un reporte de no más de una cuartilla en el que expliquen qué es el mantenimiento industrial. Entreguen a su profesor. Cuiden su redacción y ortografía. Visualiza
1.4 Importancia del mantenimiento
Actividad de aprendizaje En equipo realicen una investigación detallada acerca de la importancia del mantenimiento y elaboren un video de no más de 10 minutos en el que expongan su investigación. Compartan su video con sus compañeros de grupo.
1.5 Actividades de mantenimiento
Funciones primarias
Evolución y taxonomía del mantenimiento
11
Funciones secundarias
Actividad de aprendizaje Formen equipos, visiten una empresa e investiguen qué actividades de mantenimiento se realizan en ella. Elaboren un esquema en el que muestren esas actividades. Con la ayuda de una presentación electrónica expliquen al grupo su esquema.
1.6 El papel del mantenimiento en la industria
12 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tipo de empresa Básica
Compleja Jabones. Bebidas. Automóviles.
Multifábrica
Tipo de servicio
Básicos
Complejo
Evolución y taxonomía del mantenimiento
13
Tipos de equipo Equipo básico
Equipo de diseño especial
Clase de conocimientos
Para maquinaria de tipo especial
14 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Para operaciones especiales
Para la construcción
Actividad de aprendizaje Organicen una mesa de discusión para determinar el papel del mantenimiento. Anoten las conclusiones finales.
1.7 Elementos de falla en los equipos, edificios, instalaciones y vehículos
Evolución y taxonomía del mantenimiento
15
Fallas tempranas. Fallas adultas. Fallas tardías. Fallas excepcionales.
El equipo o la maquinaria
El ambiente circundante
El personal involucrado
Personal de mantenimiento
16 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Personal de operación
Personal de construcción
Actividad de aprendizaje Elabora un mapa conceptual en el que plasmes la clasificación de las fallas. Entrega tu trabajo al profesor.
1.8 Programación del mantenimiento
Evolución y taxonomía del mantenimiento
17
Funciones principales del MP, versión 8 sofware Menú principal.
1. Equipos. 2. Planes. 3. Consumos.
4. Orden de trabajo.
5. Reportes. 6. Utilerías.
Barra de menú.
Barra de herramientas. -
Tabuladores.
Catálogo de equipos.
18 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 1.2 Partes principales del programa de mantenimiento.
Evolución y taxonomía del mantenimiento
19
Figura 1.3 Formato para registro de nuevo equipo.
Figura 1.4 Módulo ‘Utilerías’.
20 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
sotware
Actividad de aprendizaje Formen equipos y elaboren un díptico en el que expliquen las diferentes funciones del MP, versión 8. Compartan su trabajo con sus compañeros de clase.
1.9 Ejemplo del mantenimiento de un motor eléctrico
Evolución y taxonomía del mantenimiento
21
1.
Figura 1.5 Mantenimiento de un motor eléctrico. 2. 3. 4.
5. 6. 7.
Figura 1.6 Desensamble de un motor.
22 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 1.7 Extracción del rotor de un motor.
Figura 1.8 Medición de continuidad en los cables de un motor.
Evolución y taxonomía del mantenimiento
23
¿Qué aprendí? 1. ¿Qué es mantenimiento? 2. ¿Por qué es importante el mantenimiento en la industria? 3. ¿Quiénes deben participar en el mantenimiento? 4. ¿Cuál es el objetivo del mantenimiento industrial? 5. ¿Qué significa TPM? 6. ¿Por qué es importante la detección de fallas? 7. Elabora un mapa conceptual sobre fallas. Profundiza en tu investigación. 8. Elabora una línea del tiempo del mantenimiento. 9. Elabora un mapa conceptual de lo aprendido en el presente capítulo. Profundiza en los conceptos abordados (definición de mantenimiento, tipos de mantenimiento, importancia del mantenimiento, quiénes intervienen en el mantenimiento, etcétera). 10. Utilizando un software libre, realiza secuencias similares a la que se presenta en este capítulo con el MP, versión 8. 11. Establece y compara diferentes definiciones en el ámbito del mantenimiento. 12. Delimita el campo de actuación del mantenimiento para las acciones, los niveles, las capacidades y las organizaciones. 13. Define los tipos de mantenimiento y su influencia en el campo del mantenimiento. 14. Establece cuáles son los parámetros que influyen en el mantenimiento. 15. Explica qué son los programas de mantenimiento. 16. En equipo realicen un estudio de campo; compara y discute los resultados obtenidos y contrástalos con las propuestas estudiadas.
24 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Proyecto Identifica un equipo o máquina en tu área de trabajo o laboratorio; por ejemplo, un torno, fresadora, taladro radial, entre otros.
requieran lubricación.
trabajo.
del equipo. -
energízalo antes de realizar cualquier tarea de inspección.
y ver el estado de los engranes.
gráfica lo antes mencionado.
(véase figura 1.9).
Figura 1.9 Torno semiautomático.
Evolución y taxonomía del mantenimiento
Lista de cotejo del proyecto Indicador Lograste completar el proyecto. Localizaste el manual o se tomaron fotografías. Identificaste los puntos de inspección o de mantenimiento.
de aceite.
Tomaste la serie de fotografías.
Realizado
Pendiente
No realizado
25
Capítulo 2
¿Qué sabes?
sofware
Teoría del mantenimiento correctivo
Competencias específicas
Competencias genéricas
28 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Introducción
Computarized Maintenance Management System.
2.1 Definición del mantenimiento correctivo
Característica principal del mantenimiento correctivo
Teoría del mantenimiento correctivo
Revisión y listado de mantenimiento
Puesta en marcha del equipo
Generación de informe de trabajo
Comunicación y coordinación con equipo de trabajo
Ejecución de órdenes de trabajo
Aprobación de informe de trabajo
Planificación y programación de órdenes de trabajo
Generación de órdenes de trabajo
Entrega de informe y presentación
29
Planificación de materiales y herramientas
Planificación de personal
Fin del proceso
Figura 2.1 Diagrama de proceso de mantenimiento correctivo.
Mantenimiento correctivo contingente
30 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Mantenimiento correctivo programado triviales. sofware
Actividad de aprendizaje Formen equipos y busquen en diferentes fuentes de información la definición de mantenimiento correctivo, su importancia y sus características. Presenten su investigación al grupo mediante una presentación electrónica.
2.2 Ventajas y desventajas del mantenimiento correctivo
Ventajas del mantenimiento correctivo
Teoría del mantenimiento correctivo
31
Desventajas del mantenimiento correctivo
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas elaboren un díptico donde presenten las ventajas y desventajas del mantenimiento correctivo. Sean creativos y cuidadosos con su ortografía. Expongan sus trabajos al grupo.
2.3 Análisis de modo de fallo y efectos
32 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
1º Enumerar todos los posibles modos de fallo
2º Establecer su índice de prioridad
Tabla 2.1
Registro de fallas del producto.
AMFE Elemento/ función Describir elemento
Modo de fallo Describir modo de fallo
Efecto
S
O
D
NPR=S*O*D
Describir efecto
1 a 10
1 a 10
1 a 10
1 a 1000
Acciones propuestas Proponer acción de mejora si sale un NPR alto
Teoría del mantenimiento correctivo
33
S: O: D:
3º Priorizar los modos de fallo y buscar soluciones
Ejemplo 2.1 1º Enumerar modos de fallo
34 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2º Establecer el índice de prioridad
Tabla 2.2 Elemento/ función Estructura de la lámpara Interruptor
Cables
Hoja de cálculo para el registro de fallas del ejemplo.
Modo de Efecto fallo Que se Estético desconche la pintura Que se rompa Fallo el interruptor funcional
Que haya un cortocircuito
Fallo funcional y de seguridad
AMFE S O
D
NPR=S*O*D
1
2
16
8
9
2
3
54
10
1
8
80
Acciones propuestas Disminuir S usando un mejor interruptor Disminuir S (usando mejores cables) y D (mejorando las pruebas de control de calidad)
Teoría del mantenimiento correctivo
35
3º Buscar soluciones para los modos de fallo más importantes
Actividad de aprendizaje Elabora un diagrama de flujo en el que presentes cada una de las etapas del análisis modal de fallas y efectos. Comparte tu trabajo con tus compañeros.
El análisis de modo de fallo, sus efectos y criticidad Tabla 2.3
Código de color utilizado para definir el grado de criticidad.
Criticidad baja Criticidad media Criticidad alta
color verde color amarillo color rojo
36 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tabla 2.4
Categorías de relación entre productividad y costo de mantenimiento.
Categoría A Categoría B Categoría C
En esta categoría se debe buscar la máxima disponibilidad de los equipos, pues son los más críticos. Se busca reducir los costos de mantenimiento sin que ocurra una catástrofe, pues los equipos son importantes. El objetivo es reducir los costos de mantenimiento al mínimo, ya que los equipos son prescindibles.
Tabla 2.5 Núm. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Criterios para definir la criticidad del equipo.
Cliente
A Intercambiabilidad Irremplazable Importancia Imprescindible product. Régimen de Producción operación continua Nivel de utilización Muy utilizable Precisión Alta Mantenibilidad Alta complejidad Conservabilidad
Condiciones espec. Automatización Muy automático Valor de la máquina Alto Aprovisionamiento Malo Seguridad Muy peligroso
Categorías B Reemplazable Limitante Producción de series Medio utilizable Mediana Media complejidad Estar protegido Semiautomático Medio Regular Medio peligroso
C Intercambiable Convencional Producción alternativa Esporádico Baja Baja complejidad Condiciones normales Mecánico Bajo Bueno Sin peligro
Fuente: González Danger, 2002, pp. 14-16.
Teoría del mantenimiento correctivo
37
Diagrama de Pareto
¿Cómo se elabora un diagrama de Pareto? 1.
38 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2. Check list 3. 4. 5. 6. x y y 7.
8.
9.
10.
11.
¿Cuándo se utiliza el diagrama de Pareto?
Teoría del mantenimiento correctivo
39
Diagrama de Pareto “después” de la mejora
Diagrama de Pareto “antes” de la mejora 100%
Frecuencia
Frecuencia
Mejora total 100%
Curva de Lorentz
Fugas u as Vibrac P r id Otras ras Vibración Pérdida ssello llo presión re sió
Tipo averías er a
Rodam. o a . Vibración g as O Otras ras i r ió Fugas sello
TTipoo a er ías averías
Figura 2.2 Diagrama de Pareto. Comparativo antes y después de la mejora.
Tabla 2.6
Tabla de Pareto de errores.
Núm.
Defecto
Meses
Total
Enero
Febrero
Marzo
1
Diámetro sobre tolerancia
250
245
230
725
2
Pintura
36
33
37
106
3
Diámetro baja tolerancia
80
82
85
247
4
Mal calado
25
22
17
64
5
Rugosidad
60
65
58
183
Total
1 325
40 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Diámetro sobre tolerancia 200
250 300 Pintura
0
50
100
150
0
50
100
200 250 300 150 Diámetro baja tolerancia
0
50
100
150
200
250 300 Mal calado
0
50
100
150
200
250 300 Rugosidad
0
50
100
150
200
250
300
Enero Febrero Marzo
Figura 2.3 Histograma del problema.
Tabla 2.7
Conceptos organizados.
Núm.
Defecto
Total
1
Diámetro sobre tolerancia
725
2
Diámetro bajo tolerancia
247
3
Rugosidad
183
4
Pintura
106
5
Mal calado
64
Total
1 325
X Y
41
Teoría del mantenimiento correctivo
Diámetro sobre tolerancia Diámetro bajo tolerancia Rugosidad Pintura Mal calado
0
1100 0
200
300
400
500
600
700 700
800 800 Total
Figura 2.4 Diagrama de Pareto en cantidades.
Y. X Tabla 2.8 Núm. 1 2 3 4 5 Total
Conceptos organizados.
Defecto Diámetro sobre tolerancia Diámetro bajo tolerancia Rugosidad Pintura Mal calado
% (725 / 1325) (100) = 54.72 (247 / 1325) (100) = 18.64 (183 / 1325) (100) = 13.81 (106 / 1325) (100) = 8.00 (64 / 1325) (100) = 4.83 100.00
Diámetro sobre tolerancia 18.64% 13.81% 8.00% 4.83% 0
54.72%
Diámetro bajo baja tolerancia Diámetro tolerancia
Rugosidad Rugosidad
Pintura Pintura
Mal calado Mal calado 20%
Figura 2.5 Diagrama de Pareto en porcentajes.
40%
60%
42 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Diámetro sobre tolerancia: 54.72% .7 Diámetro bajo tolerancia: 18.64 18.64% Rugosidad: 13.81% 3.81 Pintura:: 8.00 8.00% Mal calado:: 4.83% .8 .
Diagrama de Pareto en %
Figura 2.6 Diagrama en porcentajes. Tabla 2.9
Frecuencia relativa acumulada.
Núm.
Defecto
Acumulativo
1
Diámetro sobre tolerancia
4.83%
3
Diámetro bajo tolerancia
12.83%
5
Rugosidad
26.64%
2
Pintura
45.28%
4
Mal calado
100.00%
120.00% 100.00% 80.00% 60.00% 40.00% 20.00% 0.00%
Diámetro sobre Diámetro bajo tolerancia tolerancia 1
3
Rugosidad
Pintura
Mal calado
5
2
4
Figura 2.7 Gráfica de Pareto de la frecuencia relativa acumulada.
Teoría del mantenimiento correctivo
43
120.00% 100.00%
100.00% 80.00% 60.00% 45.28% 40.00% 26.64% 20.00% 4.83% 0.00%
0
12.83%
1
2
3
4
5
6
Figura 2.8
Actividad de aprendizaje Describe con tus propias palabras la importancia del diagrama de Pareto en el mantenimiento correctivo.
Mantenimiento correctivo (MC)
44 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Nivel de rendimiento
Fallo por degradación
Fallo cataléctico
Rendimiento óptimo
Pérdida de función avería Arreglo o reparación TAM
TBF 1
TBF 2
Parada fortuita
Figura 2.9 Curvas que presentan las fallas en el mantenimiento correctivo. Fuente: González, 2005.
Procedimiento de atención de falla 1.
Teoría del mantenimiento correctivo
45
2. -
3. 4. stock 5.
2.4 Cálculo de costos del mantenimiento correctivo
46 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2.5 Procedimiento para efectuar el mantenimiento correctivo sofware
Solicitud de servicio correctivo Solicitud de mantenimiento
Nombre de la empresa
Descripción de trabajo Falla:
Si la falla es un equipo identifique
Nº de inventario técnico: Nº de identificación (ID): Nombre y firma del solicitante
Sello del servicio solicitante
Uso exclusivo de mantenimiento Recibida por: Fecha: Hora: Firma:
Figura 2.10 Solicitud de servicio correctivo.
Nº de orden de trabajo:
Teoría del mantenimiento correctivo
47
Reporte de equipo fuera de servicio A B
Departamento de mantenimiento Reporte equipo fuera de servicio
Fecha: 14/ feb /2017 Atención:
A: Inmediata
Hora: 12:30 B: 21/ feb /2017
Especi�cación de falla: Motor del equipo Frigoscandia de 400 h. p. fuera de servicio, probable averí a por amarre
Causa de la falla: Daño en los rodamientos del motor eléctrico
Trabajo o servicio por efectuar: Desacoplar el motor y desarmarlo para revisar la magnitud del daño
Reportó: Juan Pérez Contreras
Recibió: Modesto Arreola Torres
Figura 2.11 Reporte de equipo fuera de servicio.
Reporte de falla
48 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Reporte de falla Depto.: Mantenimiento Equipo o parte a reparar
Equipo: Frigoscandia Actividad a realizar
Fecha: 14/febrero/2017
A: Fecha inmediata
B: Fecha a programar
X
24/02/17
Motor eléctrico
Cambiar rodamiento del lado del cople por estar dañado. Mandar ajustar tapa delantera, por existir juego excesivo con rodamiento.
Cople motor compresor
Se recomienda hacer el cambio. Se encontraron pequeñas fisuras y está muy marcado por desmontaje inadecuado.
28/03/17
Conexiones eléctricas en el interruptor de arranque
Requemadas por sobrecalentamiento. Se necesitan 20 m de cable calibre 0.
28/02/17
Figura 2.12 Formato de reporte de falla.
Orden de trabajo correctiva (OT)
Teoría del mantenimiento correctivo
Nombre de la compañía Nom
(clave ISO-17)
Nombre del departamento Nom
E nero 17, 2017 2 : 07 PM
Orden rden de trabajo correctiva
Folio:
49
000327
Responsable: Mateo Al aniz Hora inicial
Rea lizó
Hora �nal Vale almacén
Duración
Datos del equipo Equipo: Bomba centrí fuga 1850 GPM B Tron Jackson MSD-D 80-370 Base de datos: E jemp lo Nº 1 Sección: Equipos Régimen:
Fechas
Datos de la falla Fecha de reporte: Descripción de la falla: Prioridad de la falla: Especialidad: Tipo falla: Observaciones:
(jueves 29 de enero de 2017, 10:30:12 a.m.) Cambiar sello Mecánico ALTA Mecánica Fuga de sellos
Requiere paro: Sí
Otra:
Datos de la persona que reportó la falla Nombre: Departamento: Teléfono: Extensión: Correo electrónico:
Emanuel Mejí a Mantenimiento 5788-8889 566-664
Reporte del técnico Orden de trabajo terminada Realizó: Fecha programada: 20/01/2017
Fecha realización:
Figura 2.13 Orden de trabajo correctiva (clave ISO-17).
Actividad de aprendizaje Formen equipos de trabajo y elaboren un manual donde presenten con detalle el procedimiento correctivo del equipo de un laboratorio de mecánica de su institución. Cuiden su redacción y ortografía. Entreguen su trabajo a su profesor.
2.6 Paquete de mantenimiento MP, versión 8 sofware
Figura 2.14 Programa para reportar fallas.
50 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Programa de mantenimiento preventivo MP, versión 8
Figura 2.15 Menú principal del programa de mantenimiento preventivo MP, versión 8.
Figura 2.16 Formato con el resumen de la falla.
Teoría del mantenimiento correctivo
51
Figura 2.17 Formato con la información de quien reporta la falla.
Figura 2.18 Formato con la descripción de la falla.
52 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 2.19 Formato para seleccionar la prioridad, la especialidad y el tipo de falla.
Figura 2.20 Formato con el resumen de la falla.
Teoría del mantenimiento correctivo
53
REPORTE DE LA FALLA (lunes, 22 de agosto de 201 20166 7:23:48) USUARIO ------------Nombre: Pedro Cortinas Departamento: Tratamiento térmico Teléfono: Extensión: Correo electrónico:
[email protected].
[email protected] mx DATOS DEL EQUIPO DATOS ---------------------------------Base de datos: Ejemplos. M01 Sección: EQUIPOS Equipo: COMPRESOR ALTA PRESIÓN INGERSOLL RAND MOD. E-5 Régimen: Fechas DESCRIPCIÓN DE LA FALLA --------------------------------------------Fuga de aceite en chumacera OBSERVACIONES ----------------------------------La chumacera que presenta la fuga es la del lado del reductor de velocidad La fuga es muy fuerte DETALLES ----------------------Prioridad: Alta Fecha programada: Requiere paro: 1 día(s) Especialidad: MECÁNICA Tipo de falla: FUGAS EN SELLOS
Figura 2.21 Formato impreso del reporte de fallas.
Figura 2.22 Listado de equipos con reporte repor te de falla (trabajos pendientes).
54 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Orden de trabajo correctivo (OT) 1. 2. 3.
Figura 2.23 Lista de equipos con reporte repor te de falla.
1.
Teoría del mantenimiento correctivo
55
Figura 2.24 Formato para generar una orden de trabajo.
Figura 2.25 Generación de folios de las OTs.
56 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
2.
Nombre de la compañía Nom
(cll ave I ISS O-17 (c O-17))
Nombre del departamento Nomb
E nero 17, 2017 nero 17, 2 : : 07 07 PM
Orden rden de trabajo correctiva
Folio:
000327
Responsabll e: Responsab e: M Mateo ateo Al Alani ani z Reall i zó Rea
Hora inicia iniciall Hora ora � �na nall
Val e al macén
Duración
Datos del equipo Equipo: B omba centr centrí í fug fu ga 1850 GPM B Tron Tron J Jac ackkson son M MSD SD--D 80-370 Base de datos: E jemp jempll o Nº Nº 1 1 Sección: Eq u i p o s Régimen:
Fechas
Datos de la falla Fecha de reporte: Descripción de de l laa fa falllla: a: Prioridad de de l laa fa falllla: a: Especia speciall idad: Tipo fa falllla: a: Obser bservvaciones:
(jueves (juev es 29 29 de enero de de 2017, 2017, 10: 10: 30 30:: 12 a. m. ) Cambiar se selllloo M Mec ecáá nico ALTA Mec ecáánica Fuga de se sellllos os
Requiere paro: Sí
O tra:
Datos de la persona que reportó la falla Nombre: Departamento: Te léfono: Extensión: Ex tensión: Correo e lectrónico:
Emanue manuell Mej M ejí í a Mantenimiento 5788-8889 566-664
Reporte del técnico Orden de trabajo terminada Realli zó: Rea Fecha pro proggramada: ramada: 2 2 0/01/201 7
Fecha rea realli zación:
Figura 2.26 Orden de trabajo correctiva. correctiva. 3. -
(cll ave I ISS O-17 (c O-17))
Nombre de la empresa
Ag osto 22, 2017 osto 22, 7 : : 45 45 AM
Orden de trabajo correctiva
Folio: Responsablle: Responsab
Datos del equipo Equipo: COCEDOR COCED B ase de datos: Nombre de dell a lumno umno . .m m 01 Sección: Eq u i p o s
Ré gimen:
Fechas
Datos de la falla Fecha de reporte: Descripción de de l laa fa falllla: a: Prioridad de de l laa fa falllla: a: E specia speciallidad: T ipo fa falllla: a: Obser bservvaciones:
Lunes unes,, 22 de a gosto de de 2017, 2017, 7: 7: 18 18:: 49 Ca lentamiento en motor eléctrico ALTA Electricidad El ectricidad Hacer prueba de ais aisllamiento Lubricar con otro tipo de de g grasa rasa
Requiere paro: Sí
O tra:
Datos de la persona que reportó la falla Nombre: Departamento: Teléfono: Extensión: Ex tensión: Correo electrónico:
Pedro edro C Cortinas ortinas Tratamiento termico
Reporte del técnico Orden de trabajo terminada Realli zó: Rea Fecha pro progg ramada: ramada: 22 22 /08 /20 17
Fecha rea realli z ación:
Figura 2.27 Formato de orden orden de trabajo correctivo.
000009
Teoría del mantenimiento correctivo
57
Figura 2.28 Resumen del reporte de falla.
Etapas para ejecutar el mantenimiento correctivo 1.
2. 3.
58 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
4.
5.
6. sofware sofware
Bitácora de mantenimiento o registro de fallas o averías Nombre de la compañía Bitácora de Mantenimiento Equipo:
Marca:
Departamento:
Fecha de reporte
Número de inventario:
Descripción de la falla
Actividad realizada
Figura 2.29 Bitácora de mantenimiento.
Fecha de finalización
Responsable
Observaciones
Teoría del mantenimiento correctivo
59
Manuales de mantenimiento
Actividad de aprendizaje Organicen en el grupo un debate de las ventajas y desventajas del uso de algún software para programar el mantenimiento. Anoten sus conclusiones.
60 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
¿Qué aprendí? 1. Realiza una investigación acerca de cuáles son las fallas más comunes en los equipos listados abajo. Puedes consultar en Internet, en los manuales de mantenimiento de proveedores o en manuales del equipo existente en el laboratorio de tu institución. Elabora un listado en Excel de estas fallas.
2. Efectúa una visita de campo para elaborar un listado en Excel de las fallas más comunes en los inmuebles, como:
3. Elabora un listado en un procesador de las fallas más comunes utilizando manuales de diferentes tipos de vehículos, como:
4. Elabora una clasificación por especialidad de las diferentes fallas encontradas (por ejemplo, eléctrica, mecánica, pintura, soldadura, plomería, etc.) y asiéntala en la misma hoja de Excel elaborada anteriormente. 5. Aplica un procedimiento de mantenimiento correctivo para controlar las diferentes fallas que suelen presentarse en las propiedades de una empresa (equipos, inmuebles o vehículos). Utiliza la información obtenida que se relacione con: rentes
Puedes utilizar un software de mantenimiento. Si no tienes uno, elabóralo en Excel.
Teoría del mantenimiento correctivo
61
6. Elabora en Excel un procedimiento para controlar el mantenimiento correctivo. Puedes utilizar la metodología mostrada en este texto o proponer otra. 7. Obtén y muestra la gráfica de Pareto de fallas reportando la misma falla varias veces. 8. Diseña un formato que se adecue a las necesidades de tu área de trabajo. 9. Lleva a cabo una bitácora de mantenimiento que incluya las actividades realizadas en el inciso 5. 10. Una bomba centrífuga sufre daño en su eje principal; además, los sellos no están funcionando de manera correcta. Investiga en Internet el manual de mantenimiento de algún proveedor de este tipo de bomba y describe los pasos que deben seguirse para cambiar los sellos y el eje.
Proyecto En equipo realicen el siguiente proyecto. En una empresa de manufactura se ha detectado un desgaste excesivo en las paletas deslizantes de un compresor, por lo que se tendrá que realizar el cambio de éstas. Mediante Excel, o algún software de mantenimiento, elaboren una orden de trabajo correctiva. Considerando la situación anterior, utilicen información de manuales de mantenimiento de algún proveedor existentes en la red y realicen un diagrama de flujo general de los pasos que deben realizarse para cambiar el rotor en que van montadas las paletas. Pueden consultar la página http://www.mpsoftware.com.mx/ para descargar versiones gratuitas de software de mantenimiento.
Por otra parte, también se recomienda buscar demos para el uso de este software ; por ejemplo, para este capítulo encontrarán demostraciones para la generación de órdenes de trabajo en la siguiente página: http://www.mpsoftware.com.mx/software_mantenimiento/mp_demos_cmms.html
62 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
También encontrarán videos tutoriales acerca de cómo usar este software en http://www.mpsoftwa re.com.mx/software_mantenimiento/mp_cursos_video.html
https://www.fracttal.com
Lista de cotejo del proyecto Indicador Todos los miembros del equipo trabajaron en el proyecto. Crearon la orden de trabajo correctiva. Localizaron algún manual en la red. Localizaron demos para el uso del software. Realizaron el diagrama de flujo.
Realizado
Pendiente
No realizado
Capítulo 3
¿Qué sabes?
Teoría del mantenimiento preventivo
Competencias específicas
Competencias genéricas
66 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Introducción
3.1 Definición y características del mantenimiento preventivo Definición de mantenimiento preventivo Figura 3.1 El mantenimiento preventivo debe aplicarse a las instalaciones, el equipo y la maquinaria de toda industria para garantizar su operatividad.
Teoría del mantenimiento preventivo
67
Características del mantenimiento preventivo
Actividad de aprendizaje Escribe con tus propias palabras la diferencia entre mantenimiento correctivo y mantenimiento preventivo. Cuida tu redacción y ortografía.
68 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
3.2 Actividades del mantenimiento preventivo
Figura 3.2 Lubricación del equipo.
Actividad de aprendizaje En equipo elaboren un cartel con un diagrama de flujo donde se presenten las actividades del mantenimiento preventivo. Sean creativos en su diseño. Expongan sus trabajos en clase.
3.3 Aplicabilidad del mantenimiento preventivo
Teoría del mantenimiento preventivo
69
Actividad de aprendizaje Realicen una mesa de debates en clase acerca de los beneficios que reporta una buena aplicación del mantenimiento preventivo. Anoten sus conclusiones.
3.4 Ventajas y desventajas del mantenimiento preventivo Ventajas del mantenimiento preventivo
Seguridad
Tiempo muerto
Figura 3.3 Con el mantenimiento preventivo se reducen los tiempos muertos.
70 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Vida útil
Costo de las reparaciones
Figura 3.4 La prevención de fallas reduce los costos de las reparaciones.
Inventarios
Carga de trabajo
Calidad de la producción
Desventajas del mantenimiento preventivo
Figura 3.5 El mantenimiento preventivo aumenta la producción al controlar la calidad de los productos.
Teoría del mantenimiento preventivo
71
Falta de personal calificado
Cambio innecesario de piezas
Mal funcionamiento del equipo
Actividad de aprendizaje Formen equipos y elaboren un video cuya duración no exceda de 10 minutos. En él, expongan qué es mantenimiento preventivo, cuál es su aplicabilidad, así como sus ventajas y desventajas. Compartan su trabajo en clase.
3.5 Diseño de un programa de mantenimiento preventivo 1. Estandarización
2. Fiabilidad y mantenibilidad
3. Partes que requieren de algún tipo de servicio
72 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
4. Capacitación
5. Documentación
6. Herramientas especiales y equipo de prueba
7. Seguridad
Recomendaciones para determinar un plan de mantenimiento preventivo
Recomendaciones del fabricante L
Teoría del mantenimiento preventivo
73
Actividad de aprendizaje Busca un manual de algún equipo como una bomba, compresor, turbina, caldera, etc. y revisa las recomendaciones del fabricante. ¿Son claras las recomendaciones para su operación? ¿Indica cuándo se debe hacer mantenimiento? ¿Qué recomendaciones le harías al fabricante para mejorar su manual?
Recomendaciones de los operadores
Experiencia propia
Análisis de ingeniería
74 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Periodicidad o frecuencia
Tiempo de operación
Operaciones especiales
Tiempo de calendario
Inspección
Teoría del mantenimiento preventivo
75
Servicio
Reparaciones
Cambio de unidades
Recomendaciones generales
76 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje En equipo, seleccionen un laboratorio del área de mecánica, realicen una inspección del equipo e instalaciones y, con base en sus observaciones, diseñen un programa de mantenimiento preventivo para el laboratorio. Se recomienda que visiten la siguiente dirección como apoyo. http://www.elplandemantenimiento.com/index.php/que-es-un-plan-de-man tenimiento Entreguen por escrito su trabajo a su profesor.
3.6 Procedimiento para programar el mantenimiento preventivo empleando el MP8 1.
Figura 3.6 Catálogo de equipos.
Teoría del mantenimiento preventivo
77
Figura 3.7 Catálogo de inmuebles.
Figura 3.8 Catálogo de vehículos.
78 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2.
Figura 3.9 Grupos por familias de equipos, inmuebles y vehículos. 3. -
Figura 3.10 Planes de mantenimiento agrupados por familias.
Teoría del mantenimiento preventivo
79
4.
Figura 3.11 Partes y subpartes de un plan de mantenimiento. 5. -
Figura 3.12 Formato en el que se especifican las actividades de mantenimiento.
80 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
6.
Figura 3.13 Despliegue de las actividades del plan. 7.
Figura 3.14 Asociación de un plan a varios equipos.
Teoría del mantenimiento preventivo
81
8. -
sofware
Figura 3.15 Equipos con mantenimiento por inicializar.
9.
10.
82 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 3.16 Programación de mantenimientos iniciales.
Figura 3.17 Programación de la fecha de inicio del mantenimiento preventivo para un equipo.
Teoría del mantenimiento preventivo
83
Figura 3.18 Programa de un mantenimiento preventivo para un equipo. 11.
Figura 3.19 Procedimiento para generar las OTs.
84 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
12.
Figura 3.20 Generar y foliar OT.
13.
14.
Teoría del mantenimiento preventivo
Nombre de la compañía Nom
(clave ISO-21)
Nombre del departamento Nomb
J u l io 11, 2016 3 : 15 PM
Orden de trabajo preventiva
Folio: Responsable:
Generador ene de vapor v por Byron yr n Yakson GV-500T GVGV-2 Grupo: rupo: Caldera al e a
Centro de costos: del: 11/07/2016
Actividad Prueba de hermeticidad: Sistema de calentamiento \
1
Revisión y desincrustación: Lado de aguas \ Sitema de calentamiento \
5
11 12 13 14 15 16 17
Limpieza y revisión de hermeticidad: Tubos de 1 humo \ Sistema de calentamiento \ Revisión: Sistema alimentación agua \ Mantenimiento general: Motobomba \ Sistema 2 alimentación agua \ Prueba eléctrica: Motor eléctrico \Motobomba \ Sistema alimentación agua \ Lubricar: Rodamientos \Motor eléctrico \ Motobomba \ Sistema alimentación agua \ Revisión de fugas: Sistema alimentación de combustible A juste: Regulador \ Sistema alimentación de combustible \
1
Revisión y pruebas de funcionamiento:Sistema 1 de encendido \ Limpieza y ajuste: Quemador \ Sistema de encendido \ Calibración y pruebas: Control de presión \ Sistema de control\
1
Figura 3.21 Formato de una OT preventiva.
Figura 3.22 Formato para actualizar trabajos realizados.
al: 17/07/2016
000005
85
86 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
15. vs.
Figura 3.23 Actividades programadas vs. realizadas.
Actividad de aprendizaje En equipo elaboren un plan de mantenimiento preventivo con la ayuda del MP8 para las mismas instalaciones que seleccionaron en la actividad anterior. Anexen sus conclusiones en el que realicen un comparativo de ambos planes. Entreguen por escrito su trabajo a su profesor.
Ejemplo 3.1 Ejemplo descriptivo de mantenimiento a una máquina fresadora de taller 1 2 3 4
5
6
8 9 10 11
12 13
7
Figura 3.24 Partes principales de una fresadora vertical de banda AL-MILL ISO40 mesa 10 X 54: 1. Motor de la máquina; 2. Tensor; 3. Palanca para aumentar o disminuir revoluciones; 4. Freno para detener el giro del husillo; 5. Interruptor y cambio de giro; 6. Alimentación de potencia de transmisión del cigüeñal; 7. Lámpara; 8. Palanca para bajar o subir el husillo; 9. Automático para subir o bajar el husillo; 10. Tuerca de ajuste micrométrico; 11. Manguera de refrigerante; 12. Seguro para evitar que baje o suba la palanca del husillo; 13. Husillo portaherramienta.
Teoría del mantenimiento preventivo
87
Figura 3.25 Bomba de refrigerante de una fresadora vertical.
Figura 3.27 Bomba manual para lubricar la fresadora tipo vertical.
Figura 3.28 Palancas y tornillos para cambiar las revoluciones por minuto o las posiciones del cabezal de una fresadora vertical.
Figura 3.26 Partes principales de una fresadora vertical.
Figura 3.29 Palanca de lubricación de una fresadora vertical y perilla para mover la bancada transversalmente.
88 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje En equipo ubiquen una fresadora en algún laboratorio de mecánica o industria y realicen la siguiente actividad. Tomen fotografías como evidencia y elaboren una presentación para que la expongan frente al grupo. Mantenimiento de rutina (se hace una inspección diaria) 1. Limpieza de máquina (operador). 2. Inspección visual (checar ruidos, vibraciones anormales, fugas de aceite, de líquido refrigerante, conexiones eléctricas, etcétera). 3. Revisar el estado de la herramienta (que se encuentre en condiciones óptimas para su buen funcionamiento). 4. Comprobar que los niveles de aceite y de refrigerante sean adecuados. 5. Alineación de cabezal, como de bancada y de prensa.
Mantenimiento mensual 1. Cambios de filtros, si es que procede. 2. Medición de consumo de corriente. 3. Comprobar el buen funcionamiento de la máquina. 4. Calibrar posición. 5. Comprobación de la protección (paros de emergencia funcionando, etcétera). 6. Inspección visual de cuadros eléctricos (cables dañados, elementos en mal estado, etcétera). 7. Limpieza del tablero eléctrico y de control. Mantenimiento anual 1. Revisión completa del grupo hidráulico. 2. Cambio de aceites, refrigerante y filtros. 3. Limpieza del depósito de aceite y refrigerante. 4. Revisión de herramientas. 5. Revisión de cableado. 6. Sustitución de rodamientos. 7. Reparación de todas las averías y problemas que tenga la máquina. Actividad de mantenimiento predictivo de la fresadora Es posible medir la corriente, el ruido y la vibración mientras la máquina está trabajando para detectar posibles problemas de desbalanceo, baleros, etc., así como mediciones de juego en carros o excentricidad entre centros para determinar los posibles problemas en la precisión de la máquina. Actividad de mantenimiento preventivo de la fresadora Se deben limpiar y lubricar a diario todas las partes móviles de la máquina, como la bancada, tornillo sinfín, guías, etc. Periódicamente se tiene que hacer el cambio de aceite y de rodamientos, tensar las bandas, limpieza de tablero eléctrico y apriete de conexiones. Actividad de mantenimiento correctivo de la fresadora Éste debe ser el menor posible o nulo. Sin embargo, se tendrá que realizar si el equipo falla y proceder a la reparación o sustitución de piezas dañadas. La parte más importante es la bancada y conjunto de guías, por lo que es muy importante quitar cualquier tipo de rebaba que pudiese causar ralladuras o desgaste; estas partes siempre deben estar lubricadas para garantizar la precisión del equipo, así como para prolongar la vida útil del mismo.
Teoría del mantenimiento preventivo
89
¿Qué aprendí? 1. ¿Qué relación encuentras entre la teoría del mantenimiento preventivo y lo contemplado en este capítulo? 2. ¿Cómo se aplica el mantenimiento preventivo en una empresa? 3. Llena 10 formatos utilizando información de manuales o de una investigación de campo en relación con:
Cinco equipos mecánicos diferentes: bombas, ventiladores, compresores, calderas, otros. Dos equipos eléctricos: motores eléctricos, transformadores, tableros. Una instalación: eléctrica, neumática, hidráulica, otras. Dos vehículos: camionetas, tractocamión, montacargas, otros.
Nombre del equipo: Partes
Actividades
Frecuencia
4. Elabora 10 planes de mantenimiento utilizando la información reportada en los formatos. 5. Propón un programa de mantenimiento preventivo para una empresa con la información obtenida.
Fija prioridades para las actividades (alta, mediana y baja). Fija frecuencias en los planes (diaria, dos días, tres días y una semana). Utiliza un software de mantenimiento para hacer la programación del mantenimiento. En caso de no contar con uno, elabóralo en formatos de Excel.
90 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Proyecto Realicen el siguiente proyecto en equipo. Ubiquen dentro de su entorno equipos como fresadora, torno, taladro radial u otros para realizar la siguiente actividad. Así podrán vincular la teoría con la práctica. a) Consulten los manuales manuales del equipo para identificar las partes principales que requieren mantenimiento o lubricación. b) Utilicen imágenes, planos o fotografías, e identifiquen los puntos importantes de revisión revisión diaria, semanal, mensual, semestral o anual. c) Utilicen el formato del programa de mantenimiento preventivo (véase (véase tabla 3.1) y llenen los campos. Elaboren una breve descripción de la rutina que requiere el equipo y mencionen si necesita lubricación o alguna refacción; si es el caso, indiquen la cantidad. Definan el tiempo estimado de cada actividad en horas; pueden modificar el periodo, ya sea por día, semanal o mensual, y un resumen anual. d) Llenen el formato del programa programa de mantenimiento preventivo preventivo que aplicarán en el equipo seleccionado (véase tabla 3.2) y éste será más específico, pues pondrán en los recuadros el nombre del equipo, la parte que será inspeccionada o reparada, la herramienta requerida para atender la actividad, así como sus consumibles. Por último, señalen el procedimiento que recomiendan para hacer la actividad eficiente y confiable. Si consideran que algunas tareas dentro del mantenimiento son susceptibles de provocar algún accidente o riesgo que pueda prevenirse, utilicen el formato de análisis de riesgo (véase tabla 3.3), el cual evitará que durante la intervención de mantenimiento se presente un accidente al operador o daño al equipo. Deberán reportar el nombre y las características de cada uno de los manuales de equipo para uso industrial que utilizaron para obtener la información indicada en el procedimiento.
Teoría del mantenimiento preventivo
d a d i v i t c a r o p . s r H n e o p m e i t e d o d o i r e P
. o v i t n e v e r p o t n e i m i n e t n a m e d a m a r g o r p e d o t a m r o F 1 . 3 a l b a T
o v i t n e v e r p o t n e i m i n e t n a m e d a m a r g o r P
D
1
N
1
O 1 S
1
o ñ a r o p s e l a t o t s a r o H
A 1 J
1
J
1
M 1 A 1 M 1 F
1
E
1
d a d i t n a C n n ó i ó c i a c c c a i r f b e r u L o a n i t o u r t / r n e a i z m i l i a n e e r t a n d a a m d i e v d i t c A
e t r a P
o a o n i p i u u q q á e M
. l m 0 5 7
s e m r o p s e l a t o t s a r o H
r a c i r b u L
n ó i c a c i r b u l y a z e i p m i L a í u g e d o t n u j n o c y a d a c n a B
l a 0 ” c 4 4 i t r O 5 X L e S v I 2 L a 0 I a r d 1 M L o n d a a A a b s e s e m e r F d
91
92 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Tabla 3.2
Formato de herramientas y procedimiento a realizar en el equipo. Programa de mantenimiento preventivo Herramienta y procedimiento a realizar por equipo seleccionado
Nombre del equipo:
Parte
Herramienta y consumibles 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Procedimiento
Teoría del mantenimiento preventivo
Tabla 3.3
Formato de análisis de riesgos. Análisis de Riesgos Potenciales (ARP)
Análisis de Riesgos Potenciales: Nombre del operador:
Número ARP:
Maquinaria:
Fecha operación: Descripción de la operación a realizar
1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º
Descripción de los posibles riesgos
1º 2º 3º 4º 5º 6º Descripción de las medidas preventivas
1º 2º 3º 4º 5º 6º
93
94 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Plan de mantenimient mantenimientoo Torno Operario
Fecha de inicio Fecha de término Equipo de protección
Lentes de seguridad Zapatos de seguridad Guantes de seguridad Tapones auditivos Tipos de lubricación Aceite hidráulico Aceite para transmisión
Grasa uso múltilple
IInspección Daños visibles Fugas de líquidos Ajuste de bandas Apriete de conexiones Sujeción del chuck Revisión de niveles Depósito de aceite caja norton Depósito de aceite de carro transversal Revisión funcional
Sí
No
Observaciones
Teoría del mantenimiento preventivo
Lista de cotejo del proyecto Indicador Participaron todos los miembros del equipo. Se consultó el manual del equipo. Se utilizaron de forma correcta los formatos. Se utilizaron planos, gráficas, imágenes y fotografías para la identificación de puntos importantes. Se dio la vinculación de la teoría y la práctica.
Realizado
Pendiente
No realizado
95
Capítulo 4
¿Qué sabes?
Teoría del mantenimiento predictivo
Competencias específicas
Competencias genéricas
98 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Introducción
4.1 Definición y características del mantenimiento predictivo (MPP)
Mantenimiento predictivo.
Actividad de aprendizaje Investiga en diferentes fuentes de información la definición y las características del mantenimiento predictivo. Prepara un escrito con tu investigación. Cuida tu redacción y ortografía.
Importancia del mantenimiento predictivo
Teoría del mantenimiento predictivo
99
sofware
Actividad de aprendizaje Elabora una tabla en la que muestres las características y la importancia de cada uno de los tipos de mantenimiento: correctivo, preventivo y predictivo. Entrega tu trabajo por escrito a tu profesor.
4.2 Ventajas y desventajas del mantenimiento predictivo Ventajas sofware sofware
100 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Desventajas
Figura 4.1 Supervisión y seguimiento de las tareas de mantenimiento. Soplador de hollín.
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas elaboren una tabla en la que muestren las ventajas y desventajas del mantenimiento correctivo, preventivo y predictivo.
4.3 Técnicas aplicables en el mantenimiento predictivo
Teoría del mantenimiento predictivo 101
Medición y análisis de vibraciones
Figura 4.2 Medición de vibraciones mecánicas.
102 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje Explica con 144 palabras la técnica de medición y análisis de vibraciones. Comparte en clase.
Termografía Figura 4.3 Dispositivos para realizar mediciones termográficas.
Teoría del mantenimiento predictivo 103
Figura 4.4 Termografía que muestra la distribución no uniforme de la carga en la caja de fusibles.
a b a b
Figura 4.5 Rodillo anormal.
Figura 4.6 Rodillo recalentado.
Figura 4.7 Cámara de termografía.
104 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
b a Figura 4.8 a) y b). Termografía de un motor eléctrico en modo normal de funcionamiento.
a
b
Figura 4.9 a) y b). Termografía de motor con problema de bobinado.
Actividad de aprendizaje Investiga en diferentes fuentes de información acerca de la técnica de termografía, y redacta en una cuartilla su aplicación, ventajas y desventajas. Cuida tu redacción y ortografía. Entrega a tu profesor.
Revisa la guía de termografía.
Ultrasonido
Teoría del mantenimiento predictivo 105
Módulo de elasticidad. Anisotropía en sólidos. Profundidad de cementación en acero. Medida de temperatura.
Ventajas del ultrasonido industrial
Limitaciones del ultrasonido industrial
106 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
a b c d
a)
b)
c )
d )
Figura 4.10. a) Medición de espesores por réplica metalográfica; b) inspección de esquina de quemadores; c) falla en candado; d) falla en candado en prueba hidrostática.
Teoría del mantenimiento predictivo 107
Pasos a seguir con la técnica de ultrasonido Paso 1. Calibración del equipo
Figura 4.11 Identificación de grietas.
Figura 4.12 Parámetro de calibración.
Paso 2. Selección del palpador
108 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 4.13 Palpador normal.
Paso 3. Acoplamiento a b a)
b)
Figura 4.14 a) y b). Aplicación del acoplante.
Paso 4. Sondeo del área de la falla
Teoría del mantenimiento predictivo 109
Figura 4.15 Ubicación del palpador.
Figura 4.16 Posicionamiento de la zapata.
Paso 5. Monitoreo de la señal gráfica
Figura 4.17 Aplicación del teorema de Pitágoras.
Figura 4.18 Gráfica generada.
Paso 6. Resultado de inspección
110 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas elaboren un manual en el que expliquen la técnica de ultrasonido. Compartan sus trabajos en clase y entreguen a su profesor.
Tribología 1. 2.
Actividad de aprendizaje Elabora un mapa mental donde plasmes los conceptos de tribología.
Teoría del mantenimiento predictivo 111
Mediciones eléctricas
Pruebas de aislamiento eléctrico con Megger 1 TΩ 100 GΩ Aparato “A”
Prueba de lectura puntual Prueba de tiempo vs . resistencia
o t 10 GΩ n e i m a l s 1 GΩ i a e d a i c 100 MΩ n e t s i s e 10 M Ω R
Aparato “B”
1M Ω 0 Año 1
Año 2
Año 3
Año 4
Año 5
Año 6
Año 7
Figura 4.19 Comparación de tendencias de los resultados de las pruebas.
Aislamiento probablemente en buen estado
A
s o i m h o a g e M
B
Prueba de índice de polarización Puede haber humedad suciedad 0 T T T T T T Tiempo Figura 4.20 Gráfica de prueba tiempo-resistencia. 1
2
3
4
5
6
10 min.
112 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tabla 4.1
Valores de índice de polarización y su significado.
Índice de polarización <1
Estado del aislamiento Malo
1-2
Cuestionable
2-4
Adecuado
>4
Bueno
a i c n e t s i s e R
Pi = ?
1
50
10
Tiempo (minutos)
Figura 4.21 Prueba de polarización en equipos grandes.
Prueba de escalón-voltaje
Teoría del mantenimiento predictivo 113
1000 Aislamiento en buen estado 500
250 s o i m h o 100 a g e M
50 Aislamiento en mal estado
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
Figura 4.22 Gráfica de escalón-voltaje.
Prueba de rampa-voltaje
Prueba de descarga dieléctrica
114 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
a)
b)
a) Rehilete cobre de cobre; b) Punta metálica ) Rehilete b) punta metáliFigura 4.23 ade ca (pararrayos).
Figura 4.24 Megger para medición de resistencia de tierras.
Actividad de aprendizaje En equipo, preparen un video en el que expliquen de manera detallada alguna de las cinco técnicas aplicables al mantenimiento predictivo. Expongan su trabajo frente al grupo.
Criterios para establecer la criticidad de los equipos U
Teoría del mantenimiento predictivo 115
Procedimiento de selección
Prioridad 1, equipo muy crítico Prioridad de producción Tabla 4.2
Asignación de prioridades para los equipos del sistema de mantenimiento predictivo. Prioridad de Prioridad y Posición Equipo Código Sección producción costos Prioridad 1, muy crítico: para la producción de la planta 1 Muy crítico Muy crítico 2 Muy crítico Crítico 3 Muy crítico Normal 4 Muy crítico Baja Prioridad 1, muy crítico: por muy altos costos de mantenimiento 5 Crítico Muy crítico 6 Normal Muy crítico 7 Baja Muy crítico Prioridad 2, crítico: para la producción de la planta 8 Crítico Crítico 9 Crítico Normal 10 Crítico Baja Prioridad 2, crítico: por los altos costos de mantenimiento o por fallas repetitivas 11 Normal Critico 12 Baja Critico Prioridad 3, prioridad normal: incluye maquinaria redundante o con costos de mantenimiento moderado 13 Normal Normal 14 Normal Baja 15 Baja Normal Prioridad 4, prioridad baja: para la producción y con bajos costos de mantenimiento 16 Baja Baja
116 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Prioridad de costos de mantenimiento Prioridad 1
Prioridad 2, equipo crítico
Prioridad de producción
Prioridad de costos de mantenimiento
Teoría del mantenimiento predictivo 117
Prioridad 3, equipos con prioridad normal Prioridad de producción standby ,
Prioridad de costos de mantenimiento
Prioridad 4, equipos con prioridad baja muy críticos críticos
Otros aspectos para establecer la criticidad de los equipos
118 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tabla 4.3
Aspectos que deben considerarse para fijar la criticidad de los equipos. IO: Impacto Operacional
CR: Costo de la reparación
ER: Equipo de respaldo
No afecta
0.7 5
Menos de 500 USD
0.2 5
Equipo de respaldo disponible
0.2 5
Afecta un 25%
1.5
Entre 500 y 3 000 USD
0.5
Sistema de respaldo compartido
1.5
Afecta un 50%
2.5
Entre 3000 y 8 000 USD
0.7 5
Sin equipo de respaldo
2
Afecta un 75% o más
3
Mayor de 8 000 USD
1
TPPR: Tiempo promedio para reparar
IS: Índice de seguridad
IA: Índice ambiental
Menos de 1 hora
0.2 5
No hay efecto 0.2 sobre personal 5 o las instalaciones
No hay impacto ambiental
0
Entre 1 y 5 horas
0. 5
Heridas leves
0.5
Poco daño al ambiente o a terceros
1
Entre 5 y 20 horas
0.7 5
Heridas graves
0.7 5
Puede ser percibido y se considera afectación ambiental
1 5
Mas de 20 horas
1
Muerte
1
Daño ambiental, causa sanción
2
FO: Ocurrencia
No hay registro
1
Una vez en tres años
5
Una vez cada año
6
Dos veces cada año
7
Tres veces cada años
8
Cuatro veces cada años 9
Cinco veces o más
10
Teoría del mantenimiento predictivo 119
Tabla 4.4
Área: sulfato de zinc. Evaluación de criticidad de equipos Sistema de Administración de Calidad ISO 9000 y Ambiental ISO 14000 Riesgo = Gravedad X Ocurrencia
Área: Proceso sulfato de zinc
0-24
Baja criticidad
G = EO + CR + IS + IA
EO = IO * ER * TPPR
EO = Efecto operacional CR = Costo de reparación IS = Impacto de seguridad IA = Impacto ambiental
24.1-40 Media criticidad IO = Impacto operacional 40.1-100 Alta criticidad ER = Equipos de respaldo TPPR = Tiempo promedio para reparar FO = Ocurrencia
Si IA es mayor o igual a 1.5, es crítico para sistema ambiental Riesgo = ((IO+ER*TPPR) + CR + IS + IA) * O Equipo
IO
Spray dryer Núm. 1
1.5
Casa de sacos spray dryer Núm. 1
ER TPPR CR
IS
IA
FO RIESGO
2
0.75 0.5 0.5
1
6
25.5
1.5
2
0.75 0.5 0.5
1
6
25.5
Abanico de c. sacos s.d Núm. 1
1.5
2
0.75 0.5 0.5
1
6
25.5
Casa de sacos 2
3
2
0.75 0.5 0.5 1.5
6
42.0
Tanque de 110 tons H 2SO4
3
2
0.75 0.5 0.75 1.5
1
7.3
Tanque dosificador H 2SO4
2.5
2
0.75 0.5 0.75 1.5
1
6.5
Lineas de ácido sulfurico
2.5
2
0.5
0.5 0.5
1
1
4.5
Bomba de fosa
0.7 5
2
0.5 0.25 0.25
0
1
1.3
Tubería de gas
3
2
0.5
0.5 0.5
1
1
5.0
Tanque de almacenamiento Núm. 8
0.7 5
2
0.5 0.25 0.25
0
1
1.3
Bomba de recirculación de TK 8
0.7 5
0.2 0.25 0.25 0.25 5
0
5
2.7
Elevador cangilones
1.5
2
0.5 0.25 0.25
0
7
14.0
Gusano dosificador
1.5
2
0.5 0.25 0.25
0
1
2.0
Disco peletizador
1.5
2
0.5 0.25 0.25
0
1
2.0
Secador rotatorio
1.5
2
0.5 0.25 0.25
0
1
2.0
Casa de sacos zn
3
2
0.75 0.5 0.25
1
6
37.5
Polipasto
0.7 5
2
0.5
0.5 0.25
0
1
1.5
Agitador del reactor cero
2.5
1.5
0.75
0.5
0.25
0
1
3.6
Agitador del reactor 1a
2.5
1.5
0.75
0.5
0.25
0
1
3.6
Bomba de avance a reactor Núm. 3
1.5
0.2 0.25 0.5 0.25 5
0
6
5.1
Agitador del reactor 3
1.5
2
0.75
0.25
0.5
0
6
18.0
Disolvedor de metalicos
1.5
2
0.5
0.25
0.5
1
1
3.3
120 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tabla 4.5
Efecto operacional. Evaluación de criticidad de equipos Sistema de Administración de Calidad ISO 9000 y Ambiental ISO 14000 Riesgo = Gravedad X Ocurrencia
Área: Proceso sulfato de zinc
G = EO + CR + IS + IA
EO = IO * ER * TPPR
EO = Efecto operacional CR = Costo de reparación IS = Impacto en seguridad IA = Impacto ambiental
IO = Impacto operacional 24.1-40 Media criticidad ER = Equipos de respaldo 40.1-100 Alta criticidad TPPR = Tiempo promedio para reparar FO = Ocurrencia
0-24
Baja criticidad
Si IA es mayor o igual a 1.5, es crítico para sistema ambiental
Riesgo = ((IO*ER*TPPR) + CR + IS + IA) * O Equipo
IO
ER
TPPR
CR
IS
IA
FO
RIESGO
BBA Sumergible KSB pozo profundo
0.75
0.25
0.75
0.5
0.25
0
6
5.3
Bomba de fosa séptica
0.75
0.25
0.75
0.5
0.75
1
8
19.1
Alumbrado áreas generales
0.75
0.25
0.75
0.5
0.25
0
8
7.1
Subestaciones eléctricas
3
2
0.75
0.5
0.75
1
5
33.8
Bomba del tanque de 150 m 3
0.75
1.5
0.5
0.5
0.5
1
7
17.9
Soplador de tratamiento de agua
0.75
0.25
0.75
0.5
0.5
1.5 1.5
77
18.5
Bomba contra incendios
0.75
2
1
0.75
1.5 1.5
55
22.5
Bomba de fosa pluvial norte
0.75
1.5
0.5
0.5
0.25
1
6
13.9
Bomba de fosa pluvial sur
0.75
1.5
0.5
0.5
0.25
1
6
13.9
Bomba de fosa de laboratorio
0.75
0.25
0.5
0.5
0.25
1
6
11.1
Líneas de gas natural
3
1.5
0.5
0.5
1
52
5
28.8
Abanico de torre lavadora del laboratorio
0.75
1.5
0.5
0.5
0.75
1.5
5
16.6
Tanque de diesel
2.5
2
0.75
0.75
0.75
1.5
1
6.8
0.7 5
Teoría del mantenimiento predictivo 121
Tabla 4.6
Área: Trióxido de antimonio. Evaluación de criticidad de equipos Sistema de Administración de Calidad ISO 9000 y Ambiental ISO 14000 Riesgo = Gravedad X Ocurrencia
Área: Trióxido de antimonio
G = EO + CR + IS + IA
EO = IO * ER * TPPR
0-24
Baja criticidad
EO = Efecto operacional CR = Costo de reparación IS = Impacto en seguridad IA = Impacto ambiental
IO = Impacto operacional 24.1-40 Media criticidad ER = Equipos de respaldo 40.1-100 Alta criticidad TPPR = Tiempo promedio para reparar FO = Ocurrencia
Si IA es mayor o igual a 1.5, es crítico para sistema ambiental
Riesgo = ((IO+ER*TPPR) ((IO+ER*TPPR)++CR CR++ISIS++IA) IA)**) ) Equipo
IO
ER
TPPR
CR
IS IS
IA
FO
RIESGO RIESGO
Casa trióxido Casa de de sacos sacos trióxido
33
22
0.75 0.75
11
0.25 0.25
11
66
40.5 40.5
0.75 0.25 0.75 0.25 0.25 0.25
0.5 0.5
0.25 0.25
1.5 1.5
66
13.8 13.8
Válvula rotatoria 1 Válvula rotatoria 1
0.75 0.75 0.25 0.25
0.5 0.5
0.25 0.25 0.25 0.25
11
66
9.6 9.6
Abanico casa de sacos 1 Abanico casa de sacos 1
0.75 0.25 0.75 0.25
0.5 0.5
0.25 0.25 0.25 0.25
0 0
6 6
3.6 3.6
Agitador de costras núm. 3 Agitador de costras núm. 3
0.75 0.25 0.75 0.25
0.5 0.5
0.25 0.25 0.25 0.25
1 1
6 6
9.6 9.6
2.5 2.5
0.5 0.5
0.5 0.5
1.5 1.5
6 6
28.5 28.5
0 0
6 6
3.6 3.6
0.25
1.5
6
13.5
0.5 0.25
1.5
6
13.5
Casa núm. 11 sur sur Casa de de sacos sacos núm.
Casa de sacos Casa de sacos
0.2 0.2
0.25 0.25
Abanico casa de sacos 3 Abanico casa de sacos 3
0.75 0.25 0.75 0.25
0.5 0.5
0.25 0.25 0.25 0.25
Casa de sacos núm. 3
0.75 0.25
0.25
0.5
Casa de sacos núm. 3
0.75 0.25 0.25
Válvula rotatoria casa de sacos núm. 3
0.75 0.25
0.5
0.25 0.25
1
6
9.6
Agitador de costras núm. 4
0.75 0.25
0.5
0.25 0.25
1
6
9.6
Agitador de costras núm. 4
0.75 0.25
0.5
0.25 0.25
1
6
9.6
Soplador de paila núm. 3
1.5
2
0.5
0.25 0.25
0
6
12.0
Soplador de paila núm. 3
1.5
2
0.5
0.25 0.25
0
6
12.0
Fogón paila 1
2.5
2
0.5
0.5
0.25
1.5
6
28.5
Fogón paila 1
2.5
2
0.5
0.5
0.25
1.5
6
28.5
0.75 0.25 0.75 0.25
0.5 0.5
0.25 0.25 0.25 .025
0 0
6 6
3.6 3.6
2.5 2.5
0.5 0.5
0.5 0.5
1.5 1.5
6 6
28.5 28.5
0.5 0.5
0.25 0.25 0.25 0.25
11
66
9.6 9.6
Abanico casa de sacos 2 Abanico casa de sacos 2
Casa de sacos núm. 2 Casa de sacos núm. 2
Válvula rotatoria rotatoria c. Válvula c.
2 2
0.25 0.75 0.25 0.75
0.25 0.25
122 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Área: Horno rotatorio.
Tabla 4.7
Evaluación de criticidad de equipos Sistema de Administración de Calidad ISO 9000 y Ambiental ISO 14000 Riesgo = Gravedad X Ocurrencia
Área: Proceso sulfato de zinc
G = EO + CR + IS + IA
EO = IO * ER * TPPR
EO = Efecto operacional CR = Costo de reparación IS = Impacto en seguridad IA = Impacto ambiental
IO = Impacto operacional 24.1-40 Media criticidad ER = Equipos de respaldo 40.1-100 Alta criticidad TPPR = Tiempo promedio para reparar FO = Ocurrencia
0-24
Baja criticidad
Si IA es mayor o igual a 1.5, es crítico para sistema ambiental
Riesgo = ((IO*ER*TPPR) + CR + IS + IA) * O Equipo
IO
ER
TPPR
CR
IS
IA
FO
RIESGO
Banda transportadora chica
3
2
0.5
0.5
0.25
1
6
28.5
Banda transportadora principal
3
2
0.75
0.75
0.25
1
6
39.0
Banda trans. de alimentación tolva
3
2
0.5
0.25
0.25
1
6
27.0
Banda transportadora catapulta
3
2
0.75
0.5
0.25
1
6
37.5
Horno rotatorio
3
2
0.75
0.75
0.5
1
1
6.8
Carro quemador
3
1.5
0.5
0.5
0.5
1
6
25.5
Abanico de casa sacos de proceso
3
2
0.5
0.5
0.25
1.5
1
42.5
Casa de sacos de higiene
1.5
2
0.75
0.5
0.5
1
1
4.3
Abanico de c. sacos de higiene
3
2
0.5
0.5
0.25
1.5
1
5.3
Malacate de molderas
2.5
2
0.5
0.5
0.5
0
7
24.5
Linea de gas
3
2
0.5
0.5
0.5
1
1
5.0
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas expliquen los aspectos para establecer la criticidad de los equipos. Elaboren una presentación electrónica para hacerlo.
Teoría del mantenimiento predictivo 123
4.4 Procedimiento para programar el mantenimiento predictivo utilizando MP8 1.
Figura 4.25 Plan para programar mantenimiento predictivo. 2.
Figura 4.26 Nueva actividad de mantenimiento predictivo.
124 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
3.
4. -
Figura 4.27 Equipos con programación de la orden de trabajo. 5.
Figura 4.28 Procedimiento para generar una OT. 6.
Teoría del mantenimiento predictivo 125
7.
8.
Figura 4.29 Formato para registrar los valores de las mediciones de una OT.
Figura 4.30 Actualizar actividades preventivas.
126 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 4.31 Opción para obtener la gráfica de predictivos.
Figura 4.32 Gráfica de predictivos.
Actividad de aprendizaje Con el software presentado elabora un programa de mantenimiento predictivo para algún equipo de un laboratorio de tu institución o industria. Presenta por escrito tu trabajo.
Teoría del mantenimiento predictivo 127
¿Qué aprendí? 1. Investiga las técnicas utilizadas en el mantenimiento predictivo y elabora un documento que describa cada una de ellas. 2. Investiga y elabora mapas conceptuales con las características de los equipos utilizados en: Vibraciones Ultrasonido industrial Termografía Pruebas de Megger Tribología 3. Investiga si en tu institución educativa existen planes de mantenimiento predictivo y describe, al menos, dos de ellos. Si no lo hay, elabora al menos dos. 4. Para cada una de las técnicas descritas en este capítulo, investiga y explica cómo se realiza el proceso de medición. Utiliza imágenes para su mejor comprensión. 5. Responde las preguntas detonadoras que se encuentran al inicio de este capítulo con la mayor profundidad posible. 6. Desarrolla el plan de mantenimiento predictivo utilizando Excel o el software de tu preferencia.
Proyecto En equipo realicen el siguiente proyecto. Ubiquen en algún laboratorio o industria una caldera o equipo de aire acondicionado. 1. Localicen su manual de usuario y características.
2. Revisen con detalle las condiciones en las que se encuentra el equipo y realicen un diagnóstico. 3. Con la ayuda de algún software preparen un programa de mantenimiento predictivo. 4. Elaboren una propuesta detallada por escrito del programa de mantenimiento. Apóyense con fotografías.
Lista de cotejo del proyecto Indicador Todos los miembros del equipo trabajaron en el proyecto. Localizaron el manual y las características del equipo. Revisaron con detalle el equipo. Realizaron el diagnóstico. Elaboraron el programa de mantenimiento. Tomaron las fotografías. Elaboraron un documento escrito.
Realizado
Pendiente
No realizado
Capítulo 5
¿Qué sabes?
Lubricación
Competencias específicas
Competencias genéricas
130 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Introducción fricción
5.1 Principios básicos de la lubricación Definición
Figura 5.1 Torno del ITQ.
Lubricación 131
Figura 5.2
Figura 5.3
Figura 5.4
Figura 5.5 Motor automotriz.
Figura 5.6
132 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje Con tus propias palabras, describe qué es lubricación y su importancia en el mantenimiento.
5.2 Actividades del mantenimiento preventivo
Lubricación 133
Tipos de lubricación
Lubricación hidrodinámica o fluida Figura 5.7 La lubricación hidrodinámica se presenta en los engranes.
Lubricación hidrostática
Lubricación elastohidrodinámica
134 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Lubricación de capa límite
Figura 5.8 Los baleros o rodamientos y cojinetes presentan una lubricación elastohidrodinámica.
Lubricación de película sólida
Propiedades de los lubricantes Tabla 5.1
Propiedades de los lubricantes.
Físicas
Térmicas
Químicas
Eflorescencia
Índice de viscosidad
Formación de espumas
Tendencia que tienen los lubricantes a separar la fase líquida del compuesto sólido; esta propiedad se enmascara con los aditivos, por lo que tiene un valor relativo.
Medida de variación de la viscosidad que sufre un aceite cuando aumenta la temperatura. Cuanto mayor sea el índice de viscosidad, menor será la influencia de la temperatura en la viscosidad y, por tanto, más estable será el aceite.
Cuando se bate enérgicamente un aceite se produce espuma, que son burbujas de aire o de otros gases de diferente tamaño, lo que trae consigo la posibilidad de perder la lubricación por ausencia de aceite. Cuanto menor sea la producción de espuma, mejor calidad tendrá el aceite. Continúa
Lubricación 135
Continuación
Físicas
Térmicas
Químicas
Densidad
Punto de inflamación
Emulsibilidad
Relación entre la masa y el volumen (peso específico).
Temperatura mínima en la que los vapores de aceite desprendidos son suficientes para que resulten inflamables al aplicarles una llama. Cuando se tiene un punto de inflamación bajo se produce la combustión del aceite. Los restos de esta combustión pueden dar lugar a puntos calientes en la cámara de compresión y, por tanto, a autoencendido y detonación. Un aceite será mejor cuanto mayor sea su punto de inflamación y cuando la tendencia a formar residuos por combustión sea mínima.
Capacidad de separación del aceite y del agua en condiciones normales.
Viscosidad
Punto de congelación
Aeromulsión
Propiedad de suma importancia en la selección de un aceite. Se define como la facilidad de movimiento que tienen las moléculas de aceite entre sí o como el rozamiento interno del aceite, lo que se puede traducir como la facilidad que tiene un aceite de fluir. La viscosidad se mide en centistokes (cSt) si es una viscosidad cinemática, o en grados Saybolt universales (SSU). Los principales factores que afectan la viscosidad de cualquier lubricante son la temperatura y la presión, ya que éstos ocasionan que la viscosidad disminuya o aumente; es decir, a mayor temperatura, menor viscosidad, y a mayor presión, mayor viscosidad.
Temperatura a la que el aceite pierde la capacidad de fluir. Es importante que el punto de congelación sea lo más bajo posible.
Emulsión de burbujas de aire mucho menores que las espumas.
Fluidez
Punto de enturbiamiento
Número de neutralización
Es lo opuesto a la viscosidad; así, cuanto mayor sea la fluidez, más fácil se desplaza el aceite.
Temperatura en la que las parafinas y otras sustancias presentes en los hidrocarburos comienzan a separarse y cristalizarse, lo que aumenta el riesgo de obstrucción de los conductos de lubricación y engrase.
Cantidad de alcalinos necesarios para la neutralización de la acidez del aceite. Corrosión del cobre En el caso de los motores, es importante estudiar la capacidad de corrosión que posee el aceite sobre los materiales blandos, como el cobre, presente en los cojinetes antifricción.
Fuente: Uribe Altamirano, 2007.
Actividad de aprendizaje Formen equipos e investiguen en otras fuentes de información las propiedades de lubricación. Elaboren un cartel con la información recabada. Expongan sus trabajos en clase.
136 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Clasificación de los lubricantes
Líquidos (aceites)
Grasas
Sólidos
Gaseosos
Aceites lubricantes
Base lubricante
Aditivos
Lubricación 137
Clases de aditivos Tabla 5.2
Ejemplos de aditivos usados en las grasas lubricantes.
Tipo de aditivo
Composición química
Objetivo
Agente espesador
Jabones metálicos
Retener fluidos por absorción
Materiales de relleno
Óxidos metálicos
Aumentar volumen de la grasa
Inhibidor de oxidación
Fenil-beta-naftilamina
Detener la oxidación
Desactivador metálico
Mercaptobenzotiazol
Impedir efectos catalíticos de metales
Inhibidor de corrosión
Sulfonato de amoniaco
Detener la corrosión
Agente antidesgaste
Dionil naftaleno
Reducir desgaste
Agente contra presiones extremas
Bisulfuro de dibensilo
Reducir fricción
Mejorador del punto de goteo
Ceras clorinadas
Aumentar el punto de goteo
Estabilizador
Naftenato de plomo
Aumentar temperatura para el uso
Agente espesador
Jabones grasos
Suministrar adhesividad en superficies metálicas
Estabilizador
Ésteres de ácidos grasos
Aumentar temperatura para el uso
Agente espesador
Polibutilenos
Suministrar adhesividad en superficies metálicas
Fuente: SENA, 2010.
138 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tabla 5.3
Ejemplos de aditivos usados en aceites lubricantes.
Mejorar índice de viscosidad
Polímeros de metacrilatos
Reducir actividad en el cambio de viscosidad con la temperatura
Detrimento del punto de fluidez
Naftalena alquilatada
Reducir el punto de fluidez del aceite
Detergente dispersante
Productos de alquil, como pentasulfuro de difósforo (P2S5), sulfonatos de metal alquilpoliámido y fenolatos de aquil metálicos
Conservar los insolubles en suspensión, mantener la limpieza
Inhibidor de oxidación
Dialquilditiofosfato de zinc
Retardar la oxidación en aceites
Inhibidor de herrumbre
Alquilaminos
Impedir herrumbre en metales ferrosos
Inhibidor de corrosión
Sulfonatos básicos de metales
Impedir el ataque de materiales ácidos al metal
Agente contra presiones externas
Olefnos sulfurados, parafinas clorinadas
Impedir que se adhieran las superficies metálicas
Inhibidor de espuma
Polímero de silicón
Reducir tendencia a formar espuma
Agente antirrayado y antidesgaste
Sales metálicas de fosfato de alquil ácido
Suministra pulido químico y reduce desgaste
Fuente: SENA, 2010.
Aceites derivados del petróleo o de origen mineral
Aceites sintéticos
Lubricación 139
Tabla 5.4
Ejemplos de aditivos usados en aceites lubricantes.
Características
Ésteres
Glicoles
Propiedades de flujo a baja temperatura
Buenas a 0 °C, aunque algunos son satisfactorios a -40 °C
En general buenas a -70 °C
En general, buenas a -40 °C
Buenas a -70 °C. Regular
Susceptibilidad a inhibidores
De mala a buena de acuerdo con el tipo del que se trate
Buena
En general, regulares
Mala
Resistencia a la oxidación
De regular a buena, según el tipo del que se trate
Regular
Baja
Buena hasta 477 °C (890 °F)
Excelente
Solubilidad en el agua
Insoluble
La mayoría son insolubles
La mayoría solubles en el agua
Insoluble
Insoluble
Estabilidad térmica
De mala a buena, según el tipo del que se trate
Tienen un alto punto de inflamación
Propios para trabajar a altas temperaturas
Buena
Excelente porque la volatilidad es alta
Cualidades del lubricante
Comparables con las de los aceites de petróleo; son equivalentes
Buenas en donde la aplicación a altas temperaturas requiere cero vaporización
La mayoría No se conocen tiene cualidades bien efectivas si las superficies en contacto no son ferrosas
Grado de viscosidad
Ligeramente más alta que los aceites parafínicos
Hasta 150 °C
Hasta 150 °C
Hasta 150 °C
Silicios
Fluoruro de carbono
Hidrocarburos
Por debajo de 100 °C
Fuente: SENA, 2010.
Aceites de origen animal o vegetal
Lubricantes semisólidos (grasas)
140 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Ejemplos de aditivos usados en aceites lubricantes.
Tabla 5.5 Tipo
Características
Usos generales
Grasa de aluminio
Soporta altas presiones y temperaturas de hasta 180 °C. Excelente hidrorrepelencia en presencia de aguas blandas y duras. No es corrosiva. Se utiliza como grasa homocinética.
Copas, rodamientos de baja velocidad, chasis, etc. Excelente para lubricar rodamientos bajo alta solicitación térmica y expuesta a altas presiones.
AR-16 Grasa normal de base cálcica de fibra corta
Buena estabilidad y consistencia media. Buena Copas, chasis, bombas de agua e resistencia al lavado con agua. Se recomienda su inyectores. uso a temperaturas de -5 °C a +60 °C.
Grasa rulemanes (de base Generalmente fibrosa. Poca resistencia al agua. Gran Rodamientos, cojinetes de ruedas y estabilidad estructural en operación. Es utilizada en juntas universales a altas temperaturas. sódica) temperaturas de hasta 150 ºC (300 ºF). Grasa de litio EP
De gran estabilidad y alto poder de lubricación. Usos múltiples automotrices y de Resiste ambientes húmedos y no se lava con el agua. aviación, rodamientos en condiciones Posee propiedades antioxidantes y antiherrumbre. severas de temperatura. Su rango de trabajo es de -40 oC hasta 130 ºC.
Bario
Características generales semejantes a las del litio.
Grasa asfáltica
Suave de color negro. Elaborada a partir de jabón cálcico. Reforzada con aditivos EP.
Similares al litio.
Elaborada a base de bentonita. Especial para Grasa bentonítica infusible aplicación a altas temperaturas. Excelente resistencia a la carga. Repelente al agua y resistente a ácidos y LB-10 álcalis. De textura suave, vaselinada y consistencia moderada. Grasa grafitada
Mezclas
Agentes inorgánicos (no son jabones)
Resistente a la humedad y al lavado con agua Automotores e industria en cojinetes de debido al contenido de grafito como lubricante fricción. sólido. Resiste temperaturas moderadas. Con frecuencia se utilizan jabones de calcio-plomo Grasa para copas y chasis. para hacer una grasa con características de calcio. Con buena resistencia a cargas elevadas y al desgaste impartidas por el jabón de plomo. Para dar cuerpo a la grasa. Hoy en día su uso es Aplicaciones limitado. Son grasas especiales en las cuales el temperatura. aceite es el lubricante principal. La mayoría son mantequillosas, con buena estabilidad estructural en operación y son utilizadas en temperaturas de hasta 150 ºC (300 ºF).
especiales
de
alta
Lubricantes sólidos
Lubricación 141
Tabla 5.6
Tipos de lubricantes sólidos.
Producto
Bentonita
Características Se produce por la reacción del hidrosilicato de magnesio, aluminio o barra bentonítica con una sal amoniacal. Tiene buena estabilidad a temperaturas altas. Es resistente al agua.
Efectiva en combinación con grasas derivadas del petróleo. Se prepara mediante un proceso de gelatinización.
Con base silicosa en división fina.
Pueden aplicarse en seco o combinadas con agua, aceite ligero o grasa. Son efectivas para retardar la corrosión por fricción. Resistentes a temperaturas de hasta 371 ºC (700 ºF).
Extraído del coque o carbón de antracita, se muele hasta obtener grafito coloidal empleado en la lubricación. Su naturaleza escamosa en forma de laminillas agrupadas una sobre otra produce el efecto lubricante al deslizarse durante el movimiento.
Puede utilizarse en seco o mezclado con aceite o grasa. Sus características químicas lo capacitan para trabajar en donde se requiere una alta estabilidad térmica. La temperatura máxima a la que puede utilizarse es aproximadamente 860 ºC (1 500 ºF).
Arcillas
Grafito
Adaptabilidad al servicio
No se emplea jabón. Es muy adecuada para el servicio a temperaturas altas y gran cantidad de agua.
No es muy efectivo para evitar la corrosión cuando se aplica en seco. Estable en altas temperaturas, tiene una buena tenacidad superficial. Su coeficiente de fricción es bajo.
Puede ser mezclado con algún solvente para aplicarlo a las partes que han de ser lubricadas. Para obtener los mejores resultados de un lubricante químicamente activo de este tipo, las superficies en contacto deben mantenerse limpias.
Bisulfuro de molibdeno
Mineral pulverizado de manera muy fina.
Puede utilizarse igual que el talco, como material de pulimento para obtener superficies de acabado fino en partes de máquinas. Algunas veces se agrega a ciertos lubricantes como material de relleno o para aumentar la viscosidad.
Mineral pulverizado de manera muy fina.
Se utiliza como material de pulimento para el acabado de superficies en partes de máquinas.
De color blanco, partículas muy pequeñas de polvo. Posee un coeficiente de fricción bajo.
Componente del aceite mineral utilizado en la lubricación de partes en donde se manejan productos expuestos a descomposición, como los alimenticios.
Mica
Talco
Óxido de zinc
Es efectivo para evitar la fricción en altas velocidades de deslizamiento.
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas diseñen un cartel donde presenten los diferentes tipos de lubricantes sólidos. Realicen en el grupo una exposición de sus trabajos.
142 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
5.3 Características principales de los lubricantes
Propiedades de los aceites Viscosidad
º º º º
Índice de viscosidad
Resistencia a la oxidación
Lubricidad
Lubricación 143
Desemulsibilidad
Punto de fluidez º º
Propiedades de las grasas Consistencia o penetración Clasificación de las grasas por parte del NLGI.
Tabla 5.7
Grado de consistencia
Penetración trabajada 0.1 mm
Estructura
000
445-475
Muy fluida
00
400-430
Fluida
0
355-385
Semifluida
1
310-340
Muy suave
2
265-295
Suave
3
220-250
Semipastosa
4
175-205
Pastosa
5
130-160
Muy pastosa
6
85-115
Dura
Punto de goteo o escurrimiento º º
Capacidad de bombeo
144 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Resistencia al agua
Adhesividad o tenacidad
Fibrosidad
Miscibilidad
Organizaciones que regulan los lubricantes
Lubricación 145
Clasificaciones de viscocidad comparativa
Viscocidad cinemática cSt/ 40ºC
2000
1000
70 60
800 600 500 400
40
680
20 200
100 80 60 50 40 2000
1500
50
30
10 9 8 7 6 5
Viscocidad saybolt SUS/ 210ºF 300
1000
300
30
cSt/ 100ºC
G V O S I
s e n r o e a e t r d o d g n s s s A o e m o e e o t t d d i r i r a d a M a a e a e G r r c a r c a G A G a p G a p
200
8
460
7
320
6
2000 1500
5
150
4
100
3 2
46
1
90
40 30
68
85w
80w 20
100 90 80
8
600 500
60
400
55 50
10W
22
5W
4
75w
45
40
10
Las viscocidades pueden ser relacionadas solo horizontalmente.
7
Los grados ISO son especificaciones a 40ºC. Grados AGMA son especificaciones a 38ºC.
5 4 3
5 3 2
Los gra dos SAE 75W, 80W, 85W, 5W y 1 0W son especificaciones a temperaturas bajas. Las viscocidades equivalentes para 100ºF y 210ºF son mostrada s. Las viscocidades SAE 90 a SAE 250 y SAE 20 a SAE 50 son medidas a 1 00ºC.
2
Lubricantes industriales (Sistema ISO)
300 200
32
6
1000 800
70
15 10
4000 3000
140
50 220
10000 8000 6000 5000
250 8A
SUS/ 100ºF
150 100 80 70 60 50
40 35 32
Figura 5.9 Tabla comparativa de viscosidad. Fuente: Uribe Altamirano, 2007.
º
5.4 Sistemas de aplicación de lubricantes
Sistemas de aplicación de aceites
Sistemas de pérdida completa
146 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Sistema de pérdida completa manual
Sistema de pérdida completa automático
Sistemas de rocío
Lubricadores de alimentación mecánica forzada
Sistemas de recipiente de aceite
Lubricación 147
P
Sistemas de aceite en circulación º
Sistemas centralizados
Tipo paralelo (doble línea a pérdida total)
148 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Línea sencilla a pérdida total
Orificio restringido a pérdida total
Niebla a pérdida total
Lubricación 149
Tipo serie (progresivo) dosi�cador principal
Línea sencilla a pérdida total
Línea sencilla de circuito cerrado
Sistemas de aplicación de grasas
Aplicación manual
Aplicación por acción mecánica
150 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Pistolas inyectoras de grasa Pistola de palanca
Figura 5.10 Pistola inyectora de grasa manual.
Pistolas de empuje Bomba en tanque o cubeta 35 Bomba operada neumáticamente Boquillas para rocío
Figura 5.11 Pistola de palanca.
Figura 5.12 Pistola de empuje.
Figura 5.13 Bomba para grasa en presentación de cubeta.
Sistemas centralizados
Lubricación 151
Selección de lubricantes
Factores para seleccionar un aceite Velocidad
Carga
152 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Tabla 5.8
Normas básicas para seleccionar la viscosidad de un lubricante.
Para
Usar
Alta velocidad
Aceite ligero
Baja velocidad
Aceite pesado
Carga ligera
Aceite ligero
Carga pesada
Aceite pesado
Baja temperatura
Aceite ligero
Alta temperatura
Aceite pesado
Temperatura
Actividad de aprendizaje En equipo, elaboren una presentación electrónica en la que expongan con detalle la selección de lubricantes y los factores que deben considerarse para seleccionar un aceite. Cuiden la calidad de su trabajo.
Factores para seleccionar una grasa
Lubricación 153
Tabla 5.9
Reglas para seleccionar un tipo de lubricante.
Utilizar grasa cuando...
Utilizar aceite cuando...
La temperatura no sea superior a 110 ºC Las velocidades sean altas. (200 ºF). La velocidad sea baja.
Las temperaturas sean elevadas.
Se requiera protección especial contra la entrada de materias extrañas.
Se empleen con facilidad sellos a prueba de aceites.
Se deseen alojamientos sencillos para cojinetes.
El tipo de cojinete no sea apropiado para lubricación con grasa.
Sea necesario operar durante periodos largos sin proporcionar mantenimiento.
El cojinete se lubrique desde un sistema central que sirva también para otras piezas de la máquina.
5.5 Procedimiento para programar la lubricación
Análisis de la máquina
Análisis del lubricante a utilizar
154 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Determinación de la cantidad de lubricante
Determinación de la cantidad de grasa por rodamiento G = D B
Determinación del intervalo para relubricar º º º
Forma de lubricación
Lubricación 155
10000 6000 20000 15000
4000 3000
20000 15 500
10000 7500
2000 1500
10000
5000
1000
5000
2500
500
3000
1500
300
2000 1500
1000 750
200 150
1000
500
100
500
250
50
d - 1 0 m m 2 0 4 0
6 0 8 1 0
3 5 4 6 0 2 0 0 0
100
200
1 6 2 0 0 2 2 4 0 8 0 0
500
1000
0 1 0 2 0
2000
T fa.- Roda miento a bolas Tfb.- Rodamiento a rodillos cilíndricos Tfc.- Rodamiento a rótulas sobre rodillos cónicos Rodamientos a rodillos cilindricos unidos por los bordes (0.2 Tfc.) Topes a b olas, topes a rodi llos cilí ndricos (0.5 T fc.)
Figura 5.14 Diagrama para la lubricación.
Ejemplo de una guía de lubricación
= Diario
Rojo = Aceitar
= S emanal
Azul = Engrasar
= Mensual
Verde = Inspeccionar, ajustar, controlar
= S emestral
Amarillo = Verificar
Figura 5.15 De acuerdo con el símbolo y su color, se determina el mantenimiento que se debe realizar.
5000 10000 n tr/min
156 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Proceso descriptivo de operaciones y pasos para lubricar una máquina.
Tabla 5.10
Operaciones
Pasos
1. Localizar máquina a lubricar
Identificar el código de la máquina.
2. Revisar tarjeta guía
Revisar puntos a lubricar. Revisar frecuencia de lubricación. Revisar lubricantes a aplicar. Revisar modos de aplicación.
3. Preparar el material
Seleccionar lubricantes (aceites y grasas). Seleccionar equipo de lubricación (grasera, inyectores). Seleccionar herramientas de trabajo (llaves, desarmadores). Seleccionar elementos de trabajo (bayeta, aceite, detergente).
4. Aplicar lubricante
Revisar estado de aceiteras y graseras. Aplicar aceite o grasa según lo especificado en la tarjeta guía.
5. Cambiar aceite a) Drenar depósito
1. Colocar recipiente para recoger aceite. 2. Retirar tapón de drenaje. 3. Colocar tapón de drenaje.
b) Lavar depósito
1. Aplicar aceite detergente. 2. Encender brevemente la máquina. 3. Apagar la máquina. 4. Retirar tapón de drenaje. 5. Drenar el aceite detergente. 6. Colocar tapón de drenaje.
c) Aplicar aceite
1. Retirar tapa de entrada. 2. Aplicar aceite nuevo hasta el nivel de referencia. 3. Colocar tapa de entrada. 4. Encender máquina. 5. Verificar nivel.
6. Observar fugas
Observar y detectar presencia de fugas para corregirlas.
7. Retirar grasa (si es necesario)
Retirar carcasa de protección. Retirar grasa de los mecanismos. Observar estado de los mecanismos.
8. Limpiar mecanismos
Limpiar mecanismos (ACPM detergente especial). En algunos casos retirar engranajes para mayor limpieza. Aplicar grasa (inyectada, untada según el mecanismo. Colocar carcasa de protección. Verificar funcionamiento de la máquina (ruidos, temperatura).
9. Llenar tarjeta guía
Anotar aceites aplicados. Anotar grasas aplicadas. Anotar fecha de lubricación. Anotar código del lubricador.
5.6 Programa de lubricación
Lubricación 157
sofware 1.
Figura 5.16 Equipos a lubricar.
Figura 5.17 Vehículos a lubricar.
158 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2.
Figura 5.18 Listado de planes.
3. -
Figura 5.19 Edición de un plan de mantenimiento.
Lubricación 159
4.
Figura 5.20 Formato para dar de alta las actividades.
Figura 5.21 Despliegue de las actividades de un plan.
160 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 5.22 Formato con información adicional para un equipo.
Figura 5.23 Formato con información adicional para un vehículo.
Lubricación 161
5.
Figura 5.24 Equipos asociados a un plan.
Figura 5.25 Equipos asociados a un plan.
6.
162 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 5.26 Equipos señalados con bandera de inicio.
Figura 5.27 Fecha de inicio de un equipo señalado con bandera.
Lubricación 163
Figura 5.28 Actualización de la fecha de inicio de un equipo señalado con bandera.
7.
Figura 5.29 Lista de equipos pendientes de generar una OT.
164 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
8.
Figura 5.30 Generar OT.
Figura 5.31 Foliar OT.
Lubricación 165
9.
(clave ISO-21)
Nombre de la compañía
J ulio 24, 2010 7: 00 P M
Rendering Orden de trabajo preventiva
Folio:
000007
Responsable:
Cocedor Grupo: Cocedor continuo
Hora inicial: 8:00
Realizó: Juan Pérez
Hora final: 12:00
Vale almacen:
Duración:
Actividad
Del: 18 / 07/ 2016
Relubricar: Rodamientos\Motor eléctrico Cambio de aceite: Reductor de velocidad\
Al: 24 / 0 7/ 2016
18 1 9 2 0 21 2 2 23 2 4
1
Figura 5.32 Formato de OT preventiva.
10.
Figura 5.33 Actualizar trabajos realizados.
166 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 5.34 Actualizar trabajos realizados.
11. vs.
Figura 5.35 Actividades programadas vs. realizadas.
Actividad de aprendizaje En equipo seleccionen una máquina de algún taller de mecánica y elaboren un programa de lubricación con la aplicación de algún software . Entreguen su trabajo al profesor.
Lubricación 167
¿Qué aprendí? 1. ¿Qué relación encuentras entre la teoría de la lubricación y la información proporcionada en este capítulo? 2. ¿Qué tan importante es la lubricación en el mantenimiento? 3. ¿De qué depende el lubricante a utilizar? 4. ¿Qué es un sistema de aplicación de lubricantes? 5. ¿Cuándo se debe seleccionar una grasa y un lubricante? 6. Anota las reglas para seleccionar una grasa.
Proyecto En equipo realicen el siguiente proyecto. Llenen seis formatos, utilizando información de manuales o de una investigación de campo en relación con lo que se indica a continuación.
Nombre del equipo
Partes a lubricar
Actividades
Tipo de lubricante
Frecuencia
1. Reporten la ficha técnica de los lubricantes utilizados. 2. Describan la forma o el sistema de lubricación de cada equipo y vehículo. 3. Elaboren seis planes de lubricación, utilizando la información reportada en los formatos.
168 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
4. Propongan un programa de lubricación para una empresa o elaboren uno utilizando la información obtenida. Tengan en cuenta los siguientes dos puntos:
5. Utilicen un software de mantenimiento para hacer la programación de la lubricación. En caso de no contar con el software , elabóralo en formatos de Excel. 6. Deberán reportar de forma escrita el nombre y las características de cada uno de los manuales de equipo para uso industrial que utilizaste para obtener la información indicada en el procedimiento. 7. Preparen una presentación electrónica donde expongan su proyecto completo.
Lista de cotejo del proyecto Indicador Todos los miembros del equipo trabajaron en el proyecto. Localizaron los equipos y vehículos. Reportaron la ficha técnica de los lubricantes. Realizaron la descripción de la forma o sistema de lubricación. Elaboraron los seis planes de lubricación. Elaboraron el programa de lubricación.
Realizado
Pendiente
No realizado
Capítulo 6
¿Qué sabes?
Aplicación de teorías predictivas
Competencia específica
Competencias genéricas
172 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Introducción
6.1 La aplicación del análisis de vibraciones al mantenimiento preventivo
Aplicación de teorías predictivas 173
Actividad de aprendizaje Investiga en otras fuentes de información las ventajas del uso de equipo de medición de vibraciones mecánicas. Explica con detalle cada una de ellas. Entrega tu investigación por escrito a tu profesor. Cuida tu redacción y ortografía.
Definición del concepto vibración Amplitud (desplazamiento, velocidad y aceleración). Frecuencia. Fase del movimiento de la vibración. Spike energy (energía de impulsos).
174 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
1
1
1 M
0
M 2, 4
2
0, 4
0
3
3
A
B
4
2
3
Periodo = T = 1 rev T = 1/6 = s
C
D
Figura 6.1 Tipos de movimiento vibratorio.
Actividad de aprendizaje Define con tus propias palabras qué es una vibración y explica cómo la vibración en una maquinaria se expresa en términos de sus características. Compara tus respuestas con las de tus compañeros.
Aplicación de teorías predictivas 175
6.2 Medición de la vibración
Amplitud de la vibración
root mean square Amplitud
S M R
o c i P o r e C
o c i P o c i P
Tiempo
T - Periodo
Figura 6.2 Medida de amplitud.
Desplazamiento de la vibración
176 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Velocidad de la vibración in/sec mm/s
Aceleración de vibración g
Aplicación de teorías predictivas 177
Espectro de vibración: desplazamiento (um)
Espectro de vibración: aceleración (mG)
f (Hz)
f (Hz)
Espectro de v ibración: velo cidad (mm/s)
f (Hz)
Figura 6.3 Esquema de una señal de vibración con los espectros de desplazamiento, velocidad y aceleración.
-
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas, expliquen por qué es importante conocer la amplitud de vibraciones en el mantenimiento de algunas herramientas. Elaboren una presentación electrónica con su explicación.
Frecuencia de vibración recuencia periodo
Escalas root mean square
178 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Medición de la frecuencia
Descarga la normativa sobre vibraciones.
-
-
N N -
Fase º
Amplitud (A) Fase I = 90º
º
Medición de la fase
Tiempo (T)
-
-
Figura 6.4 Cambio de fase de una onda.
Aplicación de teorías predictivas 179
Efectos de la vibración
6.3 Vibración aleatoria y golpeteos intermitentes
Figura 6.5 Onda de vibración aleatoria con golpeteos intermitentes.
Figura 6.6 Espectro de golpe intermitente amortiguado.
180 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Frecuencia natural y resonancia resonancia
Actividad de aprendizaje Investiga en diferentes fuentes de información los distintos tipos de vibraciones y sus características. Elabora un reporte escrito con tu investigación cuya extensión no sea mayor de dos páginas. Cuida tu redacción y tu ortografía.
6.4 Ventajas y desventajas del mantenimiento correctivo
Figura 6.7 Onda compuesta formada de la sumatoria de ondas simples (discontinuo).
Aplicación de teorías predictivas 181
Engranaje Rodamiento Desbalanceo T i e m p o
d u t i l p m A
. r e c f t a A l i a n c e . c u f r e c F r e j a B a
Frecuencia
Amplitud vs Tiempo
Amplitud vs Frecuencia Espectro de vibración
Dominio de frecuencia
Dominio del tiempo
Figura 6.8 Gráfica de amplitud vs. frecuencia. Espectro de vibración.
6.5 Análisis espectral x
182 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
0.16 0.14
1X sincrónico
0.12
o 0.1 c i n 0.08 ó m 0.06 r a b 0.04 u S 0.02
Armónicos 2X
0 0
1
2
3
Subsincrónico
4
5
6
7
8
No sincrónico
Figura 6.9 Frecuencia y nomenclatura del espectro.
9
10
Aplicación de teorías predictivas 183
Actividad de aprendizaje En equipo revisen con detalle los siguientes videos: https://www.youtube.com/watch?v=rN52mg1PVr4&index=9&list=PLkNFz3VDCslLeACjhAETTGRw1jHA fWhSF https://www.youtube.com/watch?v=dojLmzENgM8&index=14&list=PLkNFz3VDCslLeACjhAETT GRw1jHAfWhSF https://www.youtube.com/watch?v=pHFXkkurdhw
Con la información revisada, expliquen qué relación tiene la medición de vibraciones y el mantenimiento preventivo. Expongan sus conclusiones frente al grupo.
Onda en el tiempo
19 rps
d u t i l p m A
s
Espectro de vibración
57 rps
) s / 1/3 X m m ( B2 d B1 u t i l p m A 0 20
1X B3 BPF 40
60
80
100 t(Hz)
Figura 6.10 Ejemplo de una captura de análisis espectral.
184 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
6.6 Diagnóstico y clasificación de fallas en los equipos ocasionadas por las vibraciones
Desbalanceo
Aplicación de teorías predictivas 185
Tabla 6.1
Grados de balanceo vs. tipo de rotor.
Calidad balanceo grados G G 400
e
per
4 000
Tipos de rotor Ejemplos generales Juego de ejes montados en motores marinos diesel lentos con diferente número de cilindros.
G 1600
1600
Juego de ejes rígidos montados en maquinaria de dos ciclos.
G 630
630
Juegos de ejes rígidos montados en maquinaria de cuatro ciclos y rotores flexibles en motores diesel marinos.
G 250
250
Rotores rígidos rápidos, motores diesel de cuatro cilindros.
G 100
100
Rotores rápidos diesel con seis o más cilindros, gasolina o diesel para camiones y locomotoras.
G 40
40
Ruedas y aros de automóviles compactos.
G 16
16
Ejes de transmisión automotrices, partes de máquinas agrícolas y trituradoras.
G 6.3
6.3
Ejes de transmisión de requisitos especiales, rotores de maquinaria de procesamiento, envasadoras centrífugas, abanicos, volantes, bombas centrífugas, armaduras estándar de motores eléctricos, máquinas en general.
G 2.5
2.5
Turbinas, sopladores, generadores, armaduras de tamaño mediano y grande para requisitos especiales, bombas con unidad motriz de turbina.
G1
1
Rotores de motores de reacción y sobrecargados, unidades motrices de grabadoras y tocadiscos.
G 0.4
0.4
Armaduras, ejes y molduras de máquinas esmeriladoras de precisión.
Fuente: MetAs, 2009.
Desbalanceo estático
Desbalanceo dinámico
d u t i l p m A
Onda en el tiempo
d u t i l p m A
1X Radial
Frecuencia
Figura 6.11 Desbalanceo estático.
s
186 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
1X Radial
d u t i l p m A
Frecuencia
Figura 6.12 Desbalanceo dinámico.
Desbalanceo por rotor colgante
d u t i l p m A
1X Axial
Frecuencia
Figura 6.13 Desbalanceo por rotor colgante.
Desalineación
Aplicación de teorías predictivas 187
Desalineación angular º
2X 1X
d u t i l p m A
Axial 3X
Frecuencia
Figura 6.14 Desalineación angular.
Desalineación paralela º
-
188 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2X 1X
d u t i l p m A
Radial 3X
Frecuencia
Figura 6.15 Desalineación paralela.
Actividad de aprendizaje En equipo, revisen el siguiente video y realicen una investigación en diferentes fuentes de información acerca del análisis de vibraciones en el mantenimiento. Después, elaboren su propio video, con una duración que no exceda de cinco minutos. Compartan sus trabajos en clase. Sean creativos en su trabajo. https://www.youtube.com/watch?v=CMqw8KzG5rw
Chumaceras
Desalineación entre chumaceras
1X
d u t i l p m A
Frecuencia
Figura 6.16 Desalineación entre chumaceras.
Axial
Aplicación de teorías predictivas 189
Holgura mecánica eje-agujero
t(s)
2X
d 1X 6X u t 4X i l 7X 8X 1X p 1.5X 5X 9X m0.5X A
Frecuencia
Figura 6.17 Holgura eje-agujero.
Holgura eje-agujero
190 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
º
Desajuste estructural º
d u t i l p m A
1X Axial
Frecuencia
Figura 6.18 Desajuste estructural.
Excentricidad º
-
Rotor excéntrico
Aplicación de teorías predictivas 191
1X motor
1X
Excentricidad
d u t i l p m A
venti lado r Radial
Frecuencia
Figura 6.19 Rotor excéntrico.
Rotor o eje pandeado º
1X d u t i l p m A
2X
Radial y axial
Frecuencia
Figura 6.20 Rotor o eje pandeado.
Resonancia
192 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
º
º
Diagrama de Bode
Fn Amplitud
Fn
Fase
d u t i l p m A
Frecuencia
Figura 6.21 Resonancia.
Pulsaciones
Oscilación 1
Oscilación 2 = Oscilación 1 + ∆ f
d u t i l p m A
+ Δ
Pulsaciones
Frecuencia
Figura 6.22 Pulsaciones.
Aplicación de teorías predictivas 193
Fallas en engranajes
Estado normal Gear Mesh Frecuency
d u t i l p m A
e j a r n o a o n d r i ó t c g c ñ u u n i d E d P n n X o X X o 1 c 2 1 c
GMF = #Dientes RPS Rectos : Radial Helicoidales : Axial GMF
Frecuencia
Figura 6.23 Espectro característico de un engrane normal.
Desgaste en diente
194 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
e j a r n o a o n d r i ó t c g c ñ u d i n u d E d u P t i X n X n l o p 1 c X 1 o c m 2 A
fn engranaje defectuoso GMF
Frecuencia
Figura 6.24 Desgaste de diente de engranaje.
Sobrecarga en engrane
e j r a o n o n a d r i ó t c c d ñ i u g n u d E u P d t i X n n l o p 1 o c X X 1 c m 2 A
GMF
Frecuencia
Figura 6.25 Sobrecarga en engrane.
Excentricidad o backlash backlash backlash
Aplicación de teorías predictivas 195
e j r a o n o n a d r i ó t c c g ñ u d i n u d u P d E t i X n n l o o p 1 c X X 1 c m 2 A
fn
GMF
Frecuencia
Figura 6.26 Excentricidad o backlash.
Engranaje desalineado
e j r a o n o n a d r i ó t c c d ñ i u g n u d u P d E t i X n n l o p 1 o c X X 1 c m 2 A
GMF
2X GMF
Frecuencia
Figura 6.27 Engranaje desalineado.
Problemas de vibración de choque ( hunting)
196 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
3
3
g
n d t i u F n t i X u l p 1 h m A
g n i t f n X u 2 h
1X
2X
Frecuencia
Figura 6.28 Vibración de choque (hunting).
Bandas
Reacción de las bandas
Problemas propios de las bandas
Aplicación de teorías predictivas 197
Resonancia de las bandas
Distensión o r o d t i c c u u d d n n X o X o 1 C 1 C
Armónicos Frecuencia de banda
d u t i l p m A Frecuencia
Figura 6.29 Distensión en bandas.
Desalineación de poleas
d u t i l p m A
1x Conductor o conducido
Frecuencia
Figura 6.30 Deslineación de poleas.
Radial y Axial
198 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Excentricidad de poleas 1X motor
1X
Excentricidad
d u t i l p m A
venti lado r Radial
Frecuencia
Figura 6.31 Excentricidad de poleas.
Resonancia de banda Frecuencia de resonancia de banda Frecuencia de
d u t i l p m A
excitación
Frecuencia
Figura 6.32 Resonancia de banda.
Actividad de aprendizaje En equipo elaboren un tríptico que incluya la clasificación de las fallas por vibraciones presentadas hasta el momento y su diagnóstico. Expongan sus trabajos en clase. Sean creativos.
Aplicación de teorías predictivas 199
Flujo de fluidos
Cavitación
Vibración
d u 1X t i l p m A
aleatoria de BPF
alta frecuencia
Frecuencia
Figura 6.33 Cavitación.
Turbulencia del flujo
200 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Recirculación
Frecuencia de aspas (L) Aspas del impulsor d u t i l p m A
BFP
2X BFP
1X 2X
Frecuencia
Figura 6.34 Frecuencia de aspas (líquidos).
Flujo de gases Frecuencia de aspas (G)
Aspas del impulsor
d u t i l p m A
BPF 1X 2X
Frecuencia
Figura 6.35 Frecuencia de aspas (gases).
2X BPF
Aplicación de teorías predictivas 201
Turbulencia anormal (G)
Vibración aleatoria en alta frecuencia d u t i l p m A
BPF 1X
Frecuencia
Figura 6.36 Turbulancia anormal (gases).
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas, realicen una presentación electrónica en la que muestren cómo hacer el diagnóstico de falla de una bomba de harina ubicada en una empresa dedicada a la elaboración de pastas.
Fallas en rodamientos
202 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Falla en pista interna
Armónicos frec. pista interna 4 BPFI 6 BPFI 3 BPFI 5 BPFI
2 BPFI BPFI d u t i l p m A
Frecuencia
Figura 6.37 Falla en pista interna del rodamiento.
Falla en pista externa
2 BPFO BPFO d u t i l p m A
Armónicos frec. pista externa
4 BPFO 6 BPFO 3 BPFO 5 BPFO
Frecuencia
Figura 6.38 Falla en pista externa del rodamiento.
Aplicación de teorías predictivas 203
Falla en elementos rodantes
2 BFS BFS
Armónicos frec. elem. rodantes
4 BFS 6 BFS 3 BFS 5 BFS
d u t i l p m A
Frecuencia
Figura 6.39 Falla en elementos rodantes (balines).
Deterioro Deterior o de jaula
Armónicos frec. de jaula 4 FTF 6 FTF 3 FTF 5 FTF
2 FTF FTF d u t i l p m A
Frecuencia
Figura 6.40 Deterioro de jaula.
204 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje Revisa los siguientes videos y anota tus conclusiones. Entrégalas por escrito a tu profesor. profesor. https://www.youtube.com/wa https://www .youtube.com/watch?v=DMlLEZMXO tch?v=DMlLEZMXOmc&index=2&lis mc&index=2&list=PLkNFz3VDCslLeA t=PLkNFz3VDCslLeACjhAETT CjhAETT GRw1jHAfWhSF https://www.youtube.com/watch?v=ZBlMao8MCl0&list=PLkNFz3VDCslLeACjhAETTGRw1jHAfWhS F&index=6
Inestabilidad por latigueo del aceite
Actividad de aprendizaje Investiga en qué equipos se presenta la inestabilidad por latigueo del aceite y qué afectaciones puede llegar a producir. Anota tus observaciones.
Aplicación de teorías predictivas 205
Máquinas eléctricas
Problemas mecánicos
Fallas de origen eléctrico
Rozamiento Rozamient o entre partes
Consulta el diagnóstico de fallas de Charlotte.
206 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Efectos de la vibración
6.7 Equipos utilizados en la medición de la vibración
Medidor de vibraciones
Figura 6.41 Medidor de vibraciones.
Monitor de vibración
Analizador de vibraciones
Aplicación de teorías predictivas 207
Figura 6.42 Analizador de vibraciones.
Figura 6.43 Analizador de vibraciones digital programable.
208 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Analizador/recopilador Analizador/reco pilador de datos sofware sofware
Figura 6.44 Colector/analizad Colector/analizador or de vibraciones.
Registro de las vibraciones
Aplicación de teorías predictivas 209
Selección de las máquinas que deberán incluirse en el programa
Actividad de aprendizaje Selecciona uno de los equipos utilizados en la medición de vibraciones y elabora un pequeño manual informativo. Expón tu trabajo frente al grupo.
Selección de los puntos de medición de vibración en los equipos
Vertical
Horizontal
Axial
Figura 6.45 Posiciones en las que se coloca el sensor de vibraciones.
210 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Elección del parámetro a medir
Elección del desplazamiento
Elección de la velocidad
Elección de la aceleración
Aplicación de teorías predictivas 211
) a s c ´ i g m 6 t i g r e a s / g o g l l u d u p t . i s l l i p m m ( A
e r z a e f u d r o i c a d I n d
D e s p l a z a m i e n t o ( m 10.0 mils i l s ) Velocidad (pulg./s)
g ) ó n ( i c a l e r A c e
9.109 mils g´s .3141 pulg./s Indicador de fatiga 0.1 mils
.091 g´s 60 CPM
Zona de similitud en severidad
600 CPM
6K CPM
I n d i c a d o r d e e s f u e 600K CPM r z o
60K CPM
Axial
Figura 6.46 Relación de la aceleración, la velocidad y el desplazamiento con respecto a la frecuencia.
Adquisición de la información Empresa: Motor
Máquina:
4
3
1
2 Ventilador
Fecha: Punto 1
2
3
4
Vibración tot al Milésimas Pulg/s
Vibr ación �ltra da CPM= Pulg/s
CPM= Pulg/s
CPM= Pulg/s
CPM= Pulg/s
H V A H V A H V A H V A
Figura 6.47 Hoja para registrar mediciones de vibraciones.
212 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Balanceo de rotores
Registro manual de vibraciones
Registro automático de vibraciones
Selección de intervalos para verificaciones periódicas de vibración
Aplicación de teorías predictivas 213
6.8 Análisis de vibraciones
Análisis manual Tabla 6.2 Punto
H
1
V A H
2
V A H
3
V A
Reporte de las vibraciones del molino de harina de pluma (formato para el registro de vibraciones filtradas).
Vibración Total cpm pulg/s 0.33 0.40 0.40 0.24 0.31 No registro 0.29 0.62 No registro
Vibración filtrada 1 760
3 520
5 280
7 040
8 800
1 0560
5 8080
0.09 0.32 0.26 0.15 0.22 0.25 0.58 -
0.08 0.06 0.09 0.08 0.10 0.10 -
0.18 0.15 0.20 0.010 0.11 0.05 0.21 -
0.10 0.17 0.05 0.05 -
0.16 0.12 0.09 0.07 -
0.06 -
0.10 -
Análisis automático
214 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 6.48 Espectro de un registro de vibraciones.
Análisis en tiempo real
Aplicación de teorías predictivas 215
Establecimiento de niveles aceptables de vibración
Carta de Rathbone General machinery vibr atio n se veri ty c hart For use as a GUIDE in judging vibration as a warning of impeding trouble Frecuencia de vibración 10.00 8.00 Values shown are for 6.00 �ltered reading taken 4.00 on the machine structure or bearing cap. 3.00 0 0 1
0 0 2
0 0 0 0 0 0 3 4 5
0 0 0 0 0 , 2 , 1 1
0 0 0 0 8 , 0 , 1 2
0 0 0 0 0 0 0 0 0 , 6 , 0 , 0 , 3 3 4 5
2.00
Gráfica de IRD-Yates
1.00 0.80
k a e 0.60 p o t 0.40 k a 0.30 e p s 0.20 l i m t n 0.10 e m 0.08 e c 0.06 a l p s i d 0.04 n 0.03 o i t a r 0.02 b i V
0 0 0 , 0 3
0 0 0 , 0 4
0 0 0 , 0 5
. 66 2 8 I n / / S e c c . . . 3 1 4 1 I n / / S e c c . . 11 5 7 I n / / S e c c . . . 00 7 8 5 I n / / S e c . 00 c . . 3 9 2 I n / / S e c . 00 c 1 9 1 . . 6 I n / / S . 00 e c c 0 9 . . 8 I n / / S e c c . 00 . . 0 4 9 I n / / S e c c . .
0.01
0.006 0.004 0.003 0.002
0.001
0 0 0 , 0 2
0 0 0 , 0 0 1
V V e e r r y y r r o o u u g h
0.008
Norma ISO 10816
0 0 0 , 0 1
0 0 2 , 1
0 0 8 , 1
Figura 6.49 Gráfica de IRD-Yates.
0 0 6 , 3
k k a a e e P P . . c c e e S S / / n n I I y y t t i i c c o o l l e e v v n n o o i i t t a a r r b b i i V V
216 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Parte 1. Parte 2. Parte 3 Parte 4. Parte 5.
Clasificación de acuerdo con el tipo de máquina, potencia o altura de eje
Aplicación de teorías predictivas 217
Grupo 1. Grupo 2. Grupo 3. Grupo 4. Nota:
in/s mms mm/s rms
m m p p r r 0 0 0 2 6 1 > > r r z z H H 0 0 0 0 0 0 1 1 - 0 2 1
D 0,43
11
0,28
7,1
0,18
4,5
0,14
3,5
0,11
2,8
0,09
2,3
0,06
1,4
0,03
0,71 Base
C B
A Rígida
Flexible
Rígida
Flexible
Bombas > 15kW �ujo radial, axial o mixto
Tipo de máquina
Motor integrado
Motor separado
Grupo 4
Grupo 3
Grupo
Rígida
Flexible
Rígida
Flexible
Tamaño medio 15kW < P ≤ 300 kW
Grandes máquinas 300kW < P ≤ 50 kW
Motores 160 mm ≤ H < 315mm
Motores 315 mm ≤ H
Grupo 2
A Máquina nueva o reacondicionada
C La máquina no puede operar un tiempo prolongado
B La máquina puede operar inde�nidamente
D La vibración está provocando daños
Grupo 1
Figura 6.50 Norma ISO 10816-3.
Clasificación según la flexibilidad del soporte
218 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Evaluación Zona A. Zona B. Zona C. Zona D.
Norma ISO 10816-1
Norma ISO 10816-2
Norma ISO 10816-3
Norma ISO 10816-4
Norma ISO 10816-5
Norma ISO 10816-6
Norma ISO 21940-32:2012
Norma ISO/TR 230-8:2010
Aplicación de teorías predictivas 219
Norma ISO 7919-4:2009
Norma ISO 28927-1:2009
Norma ISO 28927-2:2009
Norma ISO 28927-3:2009
Norma ISO 28927-5:2009
Norma ISO 28927-6:2009
Norma ISO 28927-7:2009
Norma ISO 28927-8:2009
Norma ISO 28927-9:2009
Norma ISO 28927-4:2010
Norma ISO 28927-10:2011
220 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Norma ISO 28927-11:2011
Norma ISO/CD 10816-8
Norma ISO/CD 10816-21
Balanceo de rotores
Causas del desequilibrio
Porosidad en piezas de fundición
Excentricidad
Aplicación de teorías predictivas 221
Claros de tolerancias
Distorsión
Relevo de fuerzas
Distorsión térmica
Corrosión y desgaste
Acumulación de depósitos
Unidades que expresan el desbalance
222 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
1oz 1 inch = 1oz. in 1oz 1oz
1oz 1” 1”
2
in = 2 oz. in
3oz 3 in = 9 oz. in
2” 2” 3” 3”
3oz
2” 2” 3” 3”
100g
100 g
10g
2
3
in = 200 g in
in = 30 g in
10g
Figura 6.51 Unidades que expresan la cantidad de desbalance.
Importancia del desequilibrio W R F F WR
F WR
Desequilibrio R F
RPM
Figura 6.52 Fuerza producida por el desbalance.
Aplicación de teorías predictivas 223
Tipos de desbalance
Desequilibrio estático
-
-
Eje principal de inercia
Eje rotacional
Desbalance estático
Figura 6.53 Desbalance estático.
-
-
Desequilibrio por par de fuerzas
224 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
par Peso desbalanceado Eje principal de inercia
Eje rotacional
Peso desbalanceado
Centro de gravedad
Figura 6.54. Desequilibrio por par de fuerza.
º
Desequilibrio cuasiestático Desbalance par
Eje rotacional Eje principal de inercia Desbalance estático
Desbalance par
Figura 6.55. Desbalance cuasiestático.
º
Aplicación de teorías predictivas 225
Desequilibrio dinámico
Planos de balanceo -
-
Balance correction
L/D Ratio
Single plane
Two plane
Less than .5
RPM to 1000
Above 1000 RPM
More than .5
RPM to 150
Above 150 RPM
L D L D
Figura 6.56 Relación L/D para selección de planos de balanceo.
Técnicas aplicables en el balanceo de rotores
226 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Equipos para el balanceo dinámico -
Método de los dos vectores -
Figura 6.57 Equipo para balanceo dinámico.
Procedimiento del método de los dos vectores 1. A 2. 3. B 4. A B -
A
B
C
5. A B C A B 6. C A C
Aplicación de teorías predictivas 227
7. W c
W c W p AC 8. W p A B
-
0º
B C
A
270 º
90 º
180º
Figura 6.58 Diagrama vectorial para balanceo dinámico en un plano.
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas, investiguen más acerca del método de los dos vectores y redacten una presentación con los datos recabados.
Balanceo de rotores salientes o en voladizo Rotor -
I
-
-
Polea
II 2
1
Chumaceras
Figura 6.59 Rotor saliente o en voladizo.
228 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
1. 2.
Balanceo en dos planos II
2
I
1
Figura 6.60 Rotor en dos planos de balanceo.
Procedimiento para el balanceo en dos planos 1.
2. 3. -
4. W p
5.
W p
Aplicación de teorías predictivas 229
W p . W p W p W c Tabla 6.3 Paso 1
Registro de vibraciones para balanceo en dos planos.
Plano
Núm.
I
1
2
II
3
4
Condición del rotor Rotor tal cual vibración original
Amplitud de vibración o peso
Núm.
2
Peso de prueba en I
I
5
6
3
Rotor con peso de prueba en el plano I
I
7
8
II
9
10
4
Peso de prueba en II
II
11
12
5
Rotor con peso de prueba en el plano II
I
13
14
II
15
16
I
-
-
II
-
-
I
-
-
II
-
-
6
7
Peso de corrección
Rotor balanceado Vibración final
Ángulo de fase en grados
Líquidos penetrantes
230 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje Revisa la información de líquidos penetrantes, que puedes consultar en la siguiente dirección. http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanica-general/Curso%20de%20 END%20y%20Mantenimiento%20Predictivo%20-%20Diciembre%202011/En sayos%20superficiales/Liquidos%20penetrantes/LIQUIDOS%20PENETRAN TES%201.pdf
Proceso descriptivo de líquidos penetrantes Preparación de la superficie Aplicación del pene tran te Remoción del exceso de pene tran te Aplicación del revelador Inspección
Limpieza final
Figura 6.61 Procedimiento para el análisis de líquidos penetrantes.
La experiencia, la habilidad y la responsabilidad del operador. La calidad, el tipo y el estado de los productos utilizados
Aplicación de teorías predictivas 231
Disponer de instrumentos de medición y control Piezas de referencia
Actividad de aprendizaje En equipo realicen un video en el que llevan a cabo una práctica de líquidos penetrantes en su laboratorio y descríbanla. Expongan su trabajo en clase.
¿Qué aprendí? 1. Para ampliar sus conocimientos acerca de esta técnica consulten el siguiente enlace y en equipo desarrollen un resumen. http://campusvirtual.edu.uy/archivos/mecanica-general/Curso%20de%20 END%20y%20Mantenimiento%20Predictivo%20-%20Diciembre%202011/ Ensayos%20superficiales/Liquidos%20penetrantes/LIQUIDOS%20PE NETRANTES%201.pdf 2. Entreguen un archivo electrónico con un resumen del tema visto, asegurándose que se respondan las preguntas planteadas y relacionadas con su resumen. 3. Den un ejemplo de cómo se aplica la teoría de las vibraciones en el mantenimiento: Correctivo Preventivo Predictivo 4. Llenen la siguiente tabla anotando las unidades en que se mide la amplitud de la vibración del desplazamiento, la velocidad y la aceleración. Sistema/amplitud Inglés Métrico
Desplazamiento
Velocidad
Aceleración
232 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
5. Describan el funcionamiento de un medidor de vibraciones y expliquen cómo se usa. 6. Si cuentan con un medidor de vibraciones, efectúen la medición de vibraciones y hagan el registro. Utilicen un equipo industrial o de algún laboratorio. 7. Describan las partes de un analizador de vibraciones y expliquen cómo se usa. 8. Expliquen en qué se diferencia el medidor del analizador de vibraciones. 9. Si cuentan con un analizador de vibraciones, efectúen un análisis de vibraciones utilizando un equipo industrial o de algún laboratorio. 10. Expliquen cómo se diagnostican los seis problemas mecánicos que ocurren con mayor frecuencia. Propongan soluciones. 11. Efectúen el balanceo dinámico utilizando un equipo industrial o de algún laboratorio. 12. Apliquen el método de los tres vectores para calcular el peso de corrección y la posición en que se deberá colocarlo. Utilicen los siguientes datos: Vibración original = 12 mil (milésimas de pulgada) Vibración con un peso de prueba de 30 g, colocado a 0º = 16 mil Vibración con un peso de prueba de 30 g, colocado a 180º = 16 mil
Nota: Se puede repetir el ejercicio cambiando los datos.
13. Apliquen el método de los dos vectores para calcular el peso de corrección y la posición donde deberá ser colocado. Utilicen los siguientes datos: Vibración original = 10 mil con una fase de 60º. Vibración con un peso de prueba de 20 g, colocado a 0º = 15 mil con una fase de 120º.
Nota: Se puede repetir el ejercicio cambiando los datos.
14. Dentro del mantenimiento es importante la supervisión de soldaduras realizadas en tuberías, tanques, placas, soportes y estructuras, por mencionar algunos (véase figura 6.62).
Figura 6.62 Inspección con líquidos penetrantes realizada a un soporte del cabezal de salida del sobrecalentador de la unidad 5, de la termoeléctrica Presidente Plutarco Elías Calles.
Aplicación de teorías predictivas 233
1. 2. 3. 4.
Investiga los tipos de líquidos penetrantes. Investiga los sistemas de líquidos penetrantes. Describe las ventajas y desventajas de cada uno de los sistemas de líquidos penetrantes. Explica en qué condiciones se recomienda utilizar la técnica de líquidos penetrantes: a) Penetrantes fluorescentes b) Penetrantes fluorescentes posemulsificados c) Penetrantes coloreados
Proyecto En equipo identifiquen en su área de trabajo o laboratorio una línea de guía, vapor, gas, tensores, soportes, bases o placas que, preferentemente, estén unidas por algún proceso de soldadura.
1. Consigan un kit para realizar una prueba de líquidos penetrantes de la marca de su preferencia (véase figura 6.63). 2. Retiren con un cepillo de alambre o carda la pintura o excedente de óxido que pudiera tener la soldadura o zona a inspeccionar. Apliquen el removedor y limpien con un trapo limpio la soldadura o zona a inspeccionar con el fin de quitar la grasa, aceite o suciedad, como se muestra en la figura 6.64.
Figura 6.63 Kit para prueba de líquidos penetrantes (removedor, penetrantes y revelador).
3. Apliquen el aerosol con el líquido penetrante de color rojo sobre la soldadura o zona a inspeccionar, como se muestra en la figura 6 .65, y esperen de 10 a 30 min.
Figura 6.64
234 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Figura 6.65 4. Apliquen de nuevo el removedor y limpien con un trapo el excedente, como se muestra en la figura 6.66.
Figura 6.66 5. Apliquen el revelador sobre la soldadura o zona a inspeccionar a una distancia entre 20 y 30 cm, apliquen una capa delgada del producto (que es de color blanco) y esperen de 5 a 30 min, según la marca utilizada, como se muestra en la figura 6.67.
Figura 6.67 6. Después de transcurrido el tiempo para que actúe el revelador, saldrá a la superficie el líquido penetrante mostrando las irregularidades o grietas que presente la soldadura o pieza. Marquen estas grietas con algún marcador indeleble como se muestra en la figura 6.68.
Aplicación de teorías predictivas 235
Figura 6.68
7. Posteriormente analicen cada caso y determinen si procede la reparación en la zona dónde se encontró la falla y repórtenla. 8. Entreguen un reporte escrito a su profesor.
Lista de cotejo del proyecto Indicador Lograron completar el proyecto Completaron la prueba de líquidos penetrantes Analizaron cada caso para proponer una reparación Realizaron las reparaciones pertinentes.
Realizado
Pendiente
No realizado
Capítulo 7
¿Qué sabes?
Montaje y alineación de equipos
Competencia específica
Competencias genéricas
238 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Introducción
7.1 Cimentación
Montaje y alineación de equipos 239
Actividad de aprendizaje Define con tus propias palabras qué es la cimentación de una maquinaria. Explica su importancia y la relación que existe entre cimentación y vibraciones. Entrega una cuartilla por escrito al profesor.
Tipos de cimentaciones Simples o de bloque. Cimentaciones tipo cajón. Cimentacioness tipo muro. Cimentacione Cimentaciones tipo marco.
Bl o que de de ci cimentación
C ajón de de ci cimenta ción
Muro s de de ci cimenta ción
Pór tico de de ci ciment ación
Figura 7.1 Tipos de cimentación.
Actividad de aprendizaje En equipo realicen un cartel que muestre los tipos de cimentación y expongan sus trabajos en clase.
Requerimientos Requerimie ntos para el diseño de una cimentación
240 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
resonancia ia recuencias de resonanc
5 4 3 2
L L i g P e i g e e r P e l i a a m l i g r g r r o o s m e e n n s a a t e p L í t p a r L e m p í m a e l a r a e p i t e i e g i l e r o s t s i t e a p r u g t r r s o c u a p r a t u s a m p c r t a a a r a u r r p a á M M a m a q e r o u s a á o l t e i q l r n e u s t a s e s s t S u c r t u i y n a S t a e r a a c e v v c s i t u p s p a a r e e r m y e r a r c a a a s n r i m t p a p p a c a e e p e r s a r a i n o t r o s n r a n p a e e c s r e i n s a p F á F a c o a s o d r o s n c i e l s E E n i o m s s l e a m m e n c n c a a s s a s s á e n t e d s a a q m t e a p e m u m e e i a n n r N n p e t N e a t e a o o r e c i a á s q a p c p a a p b i u p r a l r e e r c e r e i b e n l c c i c e a i a a s i a b i b a l b b l e l l e e e
) m m 1 ( , x á m A n ó i c a r b i 0.1 v e d d 0.05 u t i 0.04 l p 0.03 m A0.02
0.01 0.005
2
5
10
50
100
300
Figura 7.2 Gráfica de la amplitud de vibración permisible en función de la frecuencia.
Método masa-resorte equivalente para cimentaciones masivas sistemas simpli�cados equivalentes wr = wn =
K π M + M s
wn K M M s
Montaje y alineación de equipos 241
I I S M M s
Actividad de aprendizaje Formen equipos y compartan con el grupo un ejemplo en el que utilicen el método masa-resorte equivalente para cimentaciones masivas. Apoyen su exposición con una presentación electrónica o video.
Sistemas equivalentes
Masa equivalente Excitación vertica vert icall
Resorte equivalente Amortiguamiento equivalente
Excitación horizontal
Resorte horizontal equivalente
Masa equivalente
Amortiguamiento Resorte equivalente horizontal de giro equivalente Amortiguamiento equivalente de giro
Masa equivalente Extorsión torsional Resorte equivalent equivalentee a la torsión Planta
Amortiguador equivalen equivalente te a la torsión
Figura 7.3 Sistemas equivalentes más comunes.
242 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
7.2 Consideraciones de diseño W c W m Tabla 7.1
Relación peso cimentación-peso máquina.
Tipo de máquina Máquina de gas:
Relación: W c a W m
1 y 2 cilindros
3a1
4 cilindros
2.75 a 1
6 cilindros
2.25 a 1
8 cilindros
2a1
Turbina de vapor horizontal
3-4a1
Amplitudes de diseño
Recomendaciones de Rausch
Recomendaciones Recomenda ciones de Liberty Mutual Life Insurance Co. Tabla 7.2
Amplitudes de diseño.
Frecuencia (cps) 5
Amplitud (cm) 0 .0 5 0 0
8
0 .0 1 5 6
10
0 .0 1 2 4
12
0 .0 0 8 7
15
0 .0 0 5 6
20
0 .0 0 3 1
25
0 .0 0 2 0
Montaje y alineación de equipos 243
Recomendaciones Recomenda ciones para dimensionar una cimentación de concreto 1.
2. 3.
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas elaboren un video de no más de 10 minutos en el que expliquen de forma detallada las recomendaciones para dimensionar una cimentación de concreto y utilicen un ejemplo como apoyo.
Resonancia Máquinas reciprocantes. Máquinas con frecuencias superiores a las de resonancia.
Teoría para una masa rígida sobre un semiespacio elástico M
My
1.
2. 3.
X
Mz Z
Mx
L
B
Figura 7.4 Seis modos de vibrar de una cimentación.
244 Mantenimiento. Técnicas Técnicas y aplicaciones industriales
Distribuidos de presiones
m Qe
a v i t a l e r d u t i l p m A
i ωt Base rígida
Gω�
r�
m
m
b=
� r �3
=
= 0.5
1 4
Uniforme
m
Frecuencia
Figura 7.5 Comparación de amplitudes relativas relativas..
1. R M 2.
G E G
C s G
X v Qv X b b=
M ρ R
b=
I ρ R
Montaje y alineación de equipos 245
Aplicabilidad
Determinación de la masa M
Tabla 7.3
Masa efectiva o momento de inercia del suelo.
Movimiento Vertical Horizontal Cabeceo Torsión
=0 0.5 R 3 0.2 R 3 0.4 R 5 0.3 R 5
= 0.25 1.0 R 3 0.2 r R 3 0.3 R 5
= 0.5 2.0 R 3 0.1 R 3 0.3 R 5
R
R=
BL π
BL b
Estimación de la constante de rigidez
246 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
K Constante de resorte para bases que descansan sobre un semiespacio elástico. Movimiento Constante del resorte Constante del resorte Base circular Base rectangular Vertical 4GR 2ER G = K v = K v = β BL 1− 1− 1 − v
Tabla 7.4
Horizontal
K h =
Cabeceo
32 (1 − )GR 16 (1 − ) ER = 7−8 (7 − 8 )(1+ ) K r =
Torsión
K h = 2 (1+ )G β h BL
8GR 3 4ER 3 = 3 (1 − ) 3 (1 − 2 )
K r =
G 1−
β r BL2
16GR 3 8ER 3 = K t = 3 3 (1+ )
C v C h C r C t
3
u
1.5
u
1.0
2
r
o h
r
0.5
1 h
0 0.1
0.5
1
L/B
5
Figura 7.6 Coeficiente Cv , Ch, Cr para zapatas rectangulares.
0 10
Montaje y alineación de equipos 247
Tabla 7.5
Constante de resorte equivalente.
Constante del resorte
Tipo de movimiento Vertical
K v = C v S
Horizontal
K h = C h S
Cabeceo
K r = C r I x
Torsión
K t = C t I v
S I x =
I y =
Tabla 7.6
Valores de diseño recomendados por BARKAN.
Tipo de suelo
Capacidad estática kg/cm2
Coeficiente Cv kg/cm3
Suelos de baja resistencia (arcillas y arcillas limosas con área en estado plástico. Arenas arcillosas y arenas limosas; suelos de las categorías 2a. y 3a. con extractos de limos orgánicos y turbas).
<1.5
<3
Suelos de resistencia media (arcillas y arcillas limosas con arena, con una consistencia cercana al límite plástico; arenas).
1.5 - 3.5
3-5
Suelos de alta resistencia (arcillas y arcillas limosas con arena de elevada consistencia, gravas y arenas con grava loes y suelos con loes).
3.5 - 5
5 - 10
>5
>10
Rocas.
C v C h C r C t C h
C v 2
C r C v
3 Ct C v 4
Otros criterios para el cálculo de una cimentación
248 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Peso por cimentación de maquinarias por caballo de fuerza al freno. Motor De un cilindro Multicilindros Motor de gas 1 134 kg 726 kg Motor diesel 907 kg 567 kg Máquina de vapor 318 kg 227 kg
Tabla 7.7
Turbina de vapor
Que no exceda de las deflexiones estipuladas por el fabricante de las turbinas.
Relación peso de cimentación-peso máquina para ventiladores
Actividad de aprendizaje En equipo elaboren un pequeño manual en el que presenten las consideraciones de diseño de una cimentación. Utilicen esquemas y diagramas para completar su manual. Entreguen el trabajo a su profesor.
7.3 Tipos de anclaje
Montaje y alineación de equipos 249
Base de la máquina Relleno de mortero Pedazo de tubo
Placa
Relleno de empaque
Pernos de extremos ahogados en el concreto
cuadrada
Soldadura
Tuerca
Removibles
Fijos
Figura 7.7 Tipos de anclas más utilizados.
Actividad de aprendizaje En equipo elaboren un cartel en el que muestren los diferentes tipos de anclas. Sean creativos en su diseño. Realicen una exposición al grupo para mostrar sus trabajos.
Cálculo de la longitud de las anclas n Ab db L
n y
i y Ab c db L
i c
250 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Ab d b L ci y n
Longitud de desarrollo de varillas y alambres corrugados sujetos a tensión L L L Tabla 7.8
Longitud de desarrollo de varillas básicas.
Longitud L
Número de varilla Número 11 (34.9 mm) o menores
0.06 Abf y , pero no menor que 0.006 d f
Número 14 (44.45 mm)
0.8f y
b y
f c i
f c i Número 18 (57.15 mm)
1.1f y f c i
Para alambre corrugado
0.11db f y f c i
Montaje y alineación de equipos 251
7.4 Procedimientos de montaje de equipos
Instalación del soporte de la máquina
Máquina Placa
Relleno
Perno Base de soporte Cimentación de concreto
Figura 7.8 Elementos de montaje en una cimentación.
252 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas elaboren un modelo a escala de un montaje de cimentación. Expongan sus trabajos frente al grupo y explíquenlos.
Placa de soporte
Elevación
Relleno de la bancada de la máquina y la cimentación (grout
Montaje y alineación de equipos 253
Funciones principales del relleno con mortero 1. 2.
3. 4.
5. 6.
Actividad de aprendizaje En el siguiente espacio elabora un mapa conceptual de las funciones principales del relleno con mortero. Compara tu trabajo con el de alguno de tus compañeros.
254 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Consideraciones importantes 1.
2. grout
3.
4.
Formas
Mezclas de relleno (grout) grout
Montaje y alineación de equipos 255
Aplicación º
º
Tiempo de curado º
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas elaboren un modelo a escala de un montaje de cimentación. Expongan sus trabajos frente al grupo y explíquenlo.
7.5 Alineamiento
256 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Requerimientos y tolerancias finales del alineamiento
Montaje y alineación de equipos 257
Tabla 7.9
Tolerancias para alineación de precisión en coples cortos. Unión directa sin flecha espaciadora.
Excelente Frecuencia de giro (rpm) < 500 500 - 1 250 1 250 - 2 000 2 000 - 3 500 3 500 - 7 000 > 7 000
Paralelo (mils) 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.5
Tabla 7.10
Angular (mils/pulg de dim. de cople) 1.5 1.0 0.5 0.3 0.25 0.2
Aceptable Paralelo (mils) 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0
Angular (mils/pulg de dim. de cople) 2.0 1.5 1.0 0.5 0.3 0.25
Tolerancia para la alineación de precisión. Flecha espaciadora.
Frecuencia de giro (rpm) < 500 500 - 1 250 1 250 - 2 000 2 000 - 3 500 3 500 - 7 000 > 7 000
Excelente
Aceptable
Paralelo / Pulgada de longitud de la flecha espaciadora 1.8 1.2 0.9 0.6 0.3 0.15
Paralelo / Pulgada de longitud de la flecha espaciadora 3 2 1.5 1.0 0.5 0.25
Fuente: Tolerancia de CSI para alineación de precisión. Nota: En caso de que la tolerancia del fabricante del cople sea menor, se debe utilizar la tolerancia establecida por él mismo.
Actividad de aprendizaje En equipo elaboren un díptico en el que expliquen qué es una tolerancia, su importancia y las tablas de tolerancia para alineación. Compartan sus trabajos en clase. Sean creativos.
Técnicas de alineación Conductor. Conducido
Tipos de acoplamiento
258 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Desalineación entre poleas.
Figura 7.9 Tipos de desalineación en equipos acoplados con bandas motrices.
Procedimiento y técnicas de alineación
Montaje y alineación de equipos 259
Técnicas de alineación pata suave 1.
2.
3.
4.
5.
260 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Actividad de aprendizaje En equipo investiguen en diferentes fuentes de información acerca de las técnicas de alineación y elaboren un pequeño manual donde las expliquen. Compartan sus trabajos con sus compañeros y entréguenlo a su profesor.
Revisión de pata suave pata suave 1.
2. 3.
4. 5. 6.
1.
2. 3.
Montaje y alineación de equipos 261
4. 5.
Actividad de aprendizaje Busca en tu institución, o en alguna empresa, un equipo pequeño donde puedas realizar una revisión de la uniformidad en el apoyo de cada soporte. Toma fotografías y elabora un reporte en el que presentes por escrito los resultados de dicha revisión, y realiza una propuesta si es que hay que mejorarla.
Procedimientos y técnicas de alineación
Tipos de desalineación Desalineación radial o desplazamiento paralelo. d
d
Figura 7.10 Desplazamiento paralelo.
Desalineación axial o desplazamiento angular.
262 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
m m
ƒ ƒ
Figura 7.11 Desplazamiento angular.
Desalineación combinada.
Actividad de aprendizaje En equipo de dos o tres personas elaboren una maqueta en la que muestren los tipos de desalineación. Expliquen frente al grupo cada uno de los tipos. Expongan sus trabajos.
Recomendaciones previas a la alineación 1.
2.
3.
4.
5.
A heT
Montaje y alineación de equipos 263
A
he T
6.
h=
T − T a
he
h T Ta he º
º
Instrumentos para la alineación de maquinaria
Actividad de aprendizaje En equipo realicen una investigación detallada de los diferentes tipos de instrumentos para la alineación de maquinaria. Con la ayuda de una presentación electrónica expongan frente al grupo su investigación.
7.6 Procedimiento para la alineación de maquinaria
Método de alineación de cara y borde cubo y cara de los dos indicadores
264 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Borde y cara basado en fórmulas SupA A angularidad / D
D
SupB B angularidad / D A
A
B
B
D
Figura 7.12
Cálculo de la corrección vertical o horizontal
D
A
SupA =
A ⋅angularidad Valor neto de la radial −
SupA =
A ⋅angularidad Valor neto de la radial − D
D
B
Figura 7.13
Cara y corona
Figura 7.14
Método de alineamiento de los indicadores alternos
Montaje y alineación de equipos 265
º
Alineación con un equipo láser
Alineación con láser M
Figura 7.15 Alineación con láser.
266 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
1.
Visualiza la galería de imágenes
Figura 7.16
2.
Figura 7.17
Figura 7.18
3.
Montaje y alineación de equipos 267
Figura 7.19
Figura 7.20 La lectura es negativa porque está a la izquierda del punto de partida.
4. º
Figura 7.21 La lectura es negativa porque está a la izquierda del punto de partida; en este caso es –0.03 mm.
5.
6.
268 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
7.
Figura 7.22
Figura 7.23 En este caso, la lectura es positiva porque está a la derecha del punto de partida o cero del indicador de carátula. Es de +0.05 mm.
Figura 7.24
Figura 7.25
Montaje y alineación de equipos 269
Tabla 7.11
Figura 7.26
Registro de lecturas radiales.
Ángulo en Tipos de medición grados Grados Radial Axial Angular 0 0 90 (-0.01 mm) 180 (-0.03 mm) 270 (+0.05 mm) 360 0 Nombre del equipo: Motor bomba Fecha: 28/07/2017 Hora de inicio: 11:15 am. Hora de término: 12:50 am Nombre del técnico: Adrián Levi González. Instrumento de medición utilizado: Indicador de carátula Unidades del instrumento: Métrico Herramienta requerida: Base magnética Indicador de carátula Lainas de diferentes calibres Llave española de 1 1/4” Desarmador plano Juego de llaves Allen
8.
1.
Figura 7.27
270 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
2.
“0” grados
90 grados 180 grados Figura 7.28 3.
4.
chuck
Figura 7.29 Banco de prueba.
Actividad de aprendizaje En equipo de dos personas revisen con detalle el manual de instalación, funcionamiento y mantenimiento que se encuentra en la siguiente dirección: https://www.gouldspumps.com/ittgp/medialibrary/goulds/website/Literature/ Instruction%20and%20Operation%20Manuals/Numerical/3796_i-FRAME_IOM_ SpanishLatinAmerica.pdf?ext=.pdf Y respondan la siguiente pregunta: ¿Es claro el manual?
Anclajes estructurales
Montaje y alineación de equipos 271
¿Qué aprendí? 1. 2. 3. 4. 5.
Define con detalle qué es cimentación. ¿Por qué es importante la cimentación? Menciona al menos tres consideraciones de diseño de una cimentación. Define qué es alineamiento. Busca una máquina donde puedas practicar el montaje de maquinaria y de las técnicas de alineación. Para ello debes seguir los siguientes pasos:
6. Elabora un reporte de una página con tus observaciones. 7. ¿Cómo se determina el tamaño del área de las placas de un soporte?
Proyecto En equipo realicen el siguiente proyecto. Utilicen una base y un indicador de carátula y procedan a tomar las lecturas axiales del acoplamiento de un motor y una bomba. Para ello busquen en la industria o en algún laboratorio de su escuela un equipo para poder realizar el proyecto. Tomen fotografías de cada uno de los pasos y elaboren un reporte escrito. Con la ayuda de una presentación electrónica expongan en clase su proyecto.
Cople
Realicen el siguiente procedimiento.
1. Coloquen la base y el indicador de carátula donde el palpador del instrumento haga contacto con el cople de forma axial con respecto a la flecha, como se muestra en la figura 7.30. Cuiden que este primer punto corresponda a 0 º y rótenlo cada 90º en un solo sentido. 2. Coloquen el reloj del indicador de carátula en cero para iniciar con las lecturas. Éstas pueden ser negativas si la aguja gira a la izquierda del cero, o positivas si la aguja gira a la derecha del punto de partida. 3. Roten los coples 90o y tomen la lectura en el indicador de carátula, como se muestra en la figura 7.31. 4. Roten 180o los coples y tomen la lectura axial (véase figura 7.32). 5. Roten 270o los coples y tomen la lectura axial (véase figura 7.33).
Palpador del indicador de carátula Se ajusta a cero la aguja del indicador de carátula
Figura 7.30
272 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
6. Roten 360o los coples y tomen la lectura; en este caso tiene que ser cero, pues fue la referencia inicial (véase figura 7.35).
270o
0o
180o 90o
Figura 7.31 La lectura es positiva, pues la aguja está a la derecha del cero (+0.01 pulg).
Figura 7.32 Es negativo porque la aguja está a la izquierda del cero. La lectura es –0.01 pulg.
7. Registren las lecturas en el formato de la tabla 7.12, y con esta información procedan a realizar la alineación. 8. Procedan a aflojar la tornillería del motor y coloquen calzas o lainas, las cuales se ponen en la parte frontal o posterior de la base del motor; aprieten de nuevo la tornillería y tomen las lecturas otra vez. Si fuera necesario corregir las lecturas obtenidas, pueden dar algunos peque-ños golpes laterales. 9. Aflojen los cuatro tornillos del motor para colocar calzas en su base e inicien la alineación conforme se requiera nivelar y mejorar la alineación (véanse figuras 7.34 y 7.35). Es recomendable que para el apriete de la tornillería cuenten con taquímetro a fin de garantizar que el apriete de todos los tornillos sea el mismo y eviten variaciones al colocar las calzas o lainas. Esta actividad requiere de paciencia y experiencia. Suele suceder que una alineación no se ejecute en el tiempo
Figura 7.33 Se regresa al punto de partida (0o o 360o), y la lectura es cero.
Tabla 7.12 Registro de lecturas para el proyecto. Ángulo en grados
Tipos de medición
Radial Axial Angular 0 0 0 90 (–0.01 mm) (+0.010 pulg) 180 (–0.03 mm) (-0.010 pulg) 270 (+0.05 mm) (+0.005 pulg) 360 0 0 Nombre del equipo: Motor bomba Fecha: 28/07/2017 Hora de inicio: 11:15 am Hora de término: 12.50 Nombre del técnico: Adrián Levi González. Instrumento de medición utilizado: Indicador de carátula Unidades del instrumento: Métrico Herramienta requerida: Base magnética Indicador de carátula Lainas de diferentes calibres Llave española de 1 1/4” Desarmador plano Juego de llaves Allen
Montaje y alineación de equipos 273
Lainas Figura 7.35 Se afloja la tornillería y se colocan las calzas o lainas en la parte frontal o posterior, según se requiera.
Figura 7.34
idóneo, pues las flechas del motor o bomba podrían estar flexionadas; si esta situación no es detectada desde el inicio ocasionará pérdida de tiempo, ya que no se logra la alineación sino hasta el reemplazo de la misma. Entre más pequeños sean los equipos, más complicada resultará la colocación de los instrumentos de medición, así como de las lainas, y se hacen más finos los movimientos o aprietes de los tornillos sin variar las lecturas.
Lista de cotejo del proyecto Indicador
Trabajaron todos los miembros del equipo. Lograron completar el proyecto. Tomaron la serie de fotografías. Siguieron cada uno de los pasos. Elaboraron su reporte escrito. Realizaron la presentación frente al grupo.
Realizado
Pendiente
No realizado
Anexo A Vibraciones mecánicas
276 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
A.1 Concepto de vibración Se dice que un cuerpo vibra cuando experimenta cambios alternados, de tal modo que sus puntos oscilan de manera sincronizada en torno a sus posiciones de equilibrio sin que el campo cambie de lugar. Otro concepto de vibración señala que es un intercambio de energía cinética en cuerpos con rigidez y masa �nitas, el cual surge de una entrada de energía dependiente del tiempo. Este intercambio de energía puede ser producido por:
Desequilibrio en máquinas rotatorias Entrada de energía acústica Circulación de �uidos o masas Energía electromagnética
El sistema de la �gura A.1 está formado por una masa principal (m), un elemento recuperador elástico de constante (k) y un dispositivo amortiguador de constante ( c).
Notación:
l o x est
K
x
m
K : constantes de rigidez elástica c: coe�ciente de amortiguación F : resultante de las fuerzas exteriores l o: longitud inicial del muelle x est : deformación en equilibrio estático x e: d desplazamiento
c
Figura A.1
Se consideran las siguientes hipótesis: a) La masa tiene un guiado vertical, sin rozamiento, que permite desplazamientos verticales únicamente, sin aceptar otros tipos de desplazamiento ni giros. b) El muelle tiene masa despreciable con respecto a la masa principal del sistema, y su fuerza recuperadora elástica es proporcional a su deformación. c) El dispositivo amortiguador tiene sus masas móviles despreciables con respecto a la masa principal del sistema y está basado en un rozamiento de tipo viscoso, con fuerza de rozamiento opuesto a la velocidad y proporcional a ella. d ) El sistema se supone situado en el vacío.
A.2 Clasificación de las vibraciones Se consideran vibraciones libres cuando no existen fuerzas o acciones exteriores directamente aplicadas al sistema a lo largo del tiempo.
Anexo A 277
Las vibraciones se consideran forzadas cuando existen acciones o excitaciones directamente aplicadas al sistema a lo largo del tiempo, además de las fuerzas o momentos internos. De acuerdo con la existencia o inexistencia de fuerzas resistentes que amortiguan el movimiento vibratorio, las vibraciones libres y las vibraciones forzadas pueden subdividirse en:
Sin amortiguamiento. No existe resistencia pasiva al movimiento del sistema. Con amortiguamiento. Existen resistencias pasivas al movimiento del sistema; es decir, fuerzas o momentos disipativos que amortiguan el movimiento vibracional.
Vibraciones libres sin amortiguamiento Cuando un sistema vibra debido a una excitación instantánea se dice que experimenta una vibración libre. Esto sucede solo si existen condiciones iniciales del movimiento, ya sea que la energía sea suministrada por medio de un impulso (energía cinética) o debido a que el sistema posee energía potencial (por ejemplo, la deformación inicial de un resorte). La ecuación diferencial del movimiento es mx ’’+ kx = 0, su ecuación característica es mr 2 + k = 0, y sus K i. raíces imaginarias conjugadas son r m La solución general es de la forma x = a sen(ω nt +ϕ) donde a (amplitud) y ϕ (fase inicial) son constantes que se pueden determinar, en cada caso particular, con las condiciones iniciales. La frecuencia natural de la vibración y el periodo son ωn =
k m ; T = 2π m k
En este tipo de vibraciones se cumple el principio de la conservación de la energía mecánica; es decir, la suma de la energía cinética y el potencial elástico es constante e igual a la energía total comunicada inicialmente al sistema. Por lo anterior, se tiene m 2 k 2 1 x + x = cte . = ka2 2 2 2
Vibraciones libres con amortiguamiento En la vibración amortiguada, la frecuencia de oscilación de un sistema se ve afectada por la disipación de la energía, pero cuando ésta no afecta de manera considerable a la frecuencia de oscilación, entonces se dice que la vibración es del tipo no amortiguada. En todos los movimientos oscilantes reales se disipa energía mecánica debido a algún tipo de fricción o rozamiento, de forma que si se deja libremente un muelle o un péndulo, éste �nalmente deja de oscilar. Este movimiento se denomina amortiguado y se caracteriza porque tanto la amplitud como la energía mecánica disminuyen con el tiempo. La ecuación diferencial que describe el movimiento es mx ’’ + cx ’ + kx = 0
278 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
La ecuación característica es: mr 2 + cr +k = 0, 2 ± cuyas raíces son: r = 2m
2
c k − 2m m
Se presentan tres casos posibles: amortiguamiento supercrítico, amortiguamiento crítico y amortiguamiento subcrítico.
Amortiguamiento supercrítico c2 k 2 4m m
c 2 km
Las raíces r 1 y r 2 son reales y distintas. La solución de esta ecuación, amortiguada pero no armónica, es de la forma x = C 1er 1t + C 2er 2t donde C 1 y C 2 son las constantes de integración. El sistema no oscila, simplemente vuelve a la posición de equilibrio; cuanto mayor es el amortiguamiento, más tiempo tarda el sistema en alcanzar la posición de equilibrio.
Amortiguamiento crítico c2 k 4m 2 m
c 2 km ccr
La raíz de la ecuación característica es doble e igual a r = −
ccr 2m
La solución, amortiguada pero no armónica, es de la forma x =e
ccr t 2m
(C1 + C2t )
El sistema vuelve a la posición de equilibrio en el tiempo más breve posible sin oscilación. El amortiguamiento crítico tiene una importancia especial porque separa los movimientos aperiódicos (no oscilatorios) de los oscilatorios amortiguados; es decir, el valor crítico re�eja la menor cantidad de amortiguamiento necesario para que el sistema no oscile. En muchas aplicaciones prácticas se utiliza un amortiguamiento crítico, o próximo al crítico, para evitar vibraciones y conseguir que el sistema alcance rápidamente el equilibrio.
Amortiguamiento subcrí tico c2 k 4m 2 m
c 2 km
Anexo A 279
Las raíces son imaginarias conjugadas e iguales a 2
c k c c r = − ± − ± ω ni ,i=− 2m 2m m 2m y la frecuencia de la vibración amortiguada es k c ω n = − m 2m
2
La solución es de la forma x = ae
c t 2m
sen (ω nt + )
Esta solución es aproximadamente armónica; es decir, existe cierta periodicidad en el movimiento con intervalos temporales medidos por el pseudoperiodo T , que se puede expresar en función del periodo T correspondiente a la vibración no amortiguada a través de la relación T 2π T ' = ' = 2 ω nt c 1− ccr Al elevar al cuadrado la expresión de la frecuencia de la vibración amortiguada se tiene k c2 k c2 c2 2 ω' = − = = ω n 1− 2 1− m 4m 2 m ccr 4km 2 n
ω 'n ω n
2
c + ccr
2
=1
Esta relación permite determinar el coe�ciente de amortiguamiento para frecuencias dadas a priori o medidas de manera experimental. Se denomina factor de amortiguación a
c ccr
y factor de frecuencias a =
y se obtiene la ecuación de una elipse 2 +
ω n ω n 2
,
=1
En las vibraciones amortiguadas, por tratarse de un movimiento aperiódico, no se cumple el principio de conservación de la energía mecánica, pero sí el de la energía total, de modo que la suma de la energía cinética, el potencial elástico y la energía disipada en forma de calor debido a la existencia de amortiguamiento se mantiene constante: t m 2 k 2 x ' + x + c ∫ x '2 dt = cte. 2 2 0
280 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Los dos primeros términos disminuyen con el tiempo, y la energía disipada tiende a alcanzar el valor máximo; es decir, la energía mecánica se transforma en calorí�ca.
Vibraciones forzadas sin amortiguamiento La vibración forzada se debe a una excitación del tipo permanente. Para mantener un sistema oscilando es necesario suministrarle energía. Cuando esto se lleva a cabo se dice que la vibración es forzada. Si se introduce energía en el sistema a un ritmo mayor del que se disipa, la energía aumenta con el tiempo, lo que se mani�esta por un incremento de la amplitud del movimiento. Si la energía se proporciona al mismo ritmo que se disipa, la amplitud permanece constante con el tiempo. Teniendo en cuenta que la fuerza es de tipo periódico, la ecuación diferencial del movimiento es mx ''+ kx = F = F0 cosω t donde F 0 es la amplitud y la frecuencia de la fuerza excitadora. La solución general de la ecuación diferencial se obtiene al añadir a la solución general de la homogénea una solución particular de la completa (x = x h + x p). La ecuación característica es mr 2 + k = 0, las raíces de esta ecuación son imaginarias conjugadas r = ±
k i y la solución general de la homogénea es x h = asen(nt + . m
La solución particular de la completa es x p = A cos t . Por tanto, la solución general se expresa de la siguiente manera: F 0 k cosω t x = a cos (ω nt + ) + ω 2 1− 2 ω n En todo sistema no amortiguado y forzado armónicamente, el movimiento resultante se compone de la suma de dos armónicos (uno de frecuencia natural, ωn, y otro de frecuencia de la fuerza exterior, ω . La amplitud del primero depende de las condiciones iniciales y se anula para unos valores particulares. La amplitud del segundo depende de la proximidad de ambas frecuencias por medio de la expresión denominada factor de resonancia: 1 A ρ = = ω 2 1 − 2 x est ω n Batimiento. Fenómeno que se produce cuando la frecuencia natural del sistema (ωn) toma un valor muy próximo a la frecuencia de la fuerza exterior (ω); es decir, en el caso particular en que ωn = ω + Δω. Para perturbación inicial nula se obtiene
x =
F 0ω n ω tsenω nt sen k ω 2
Se trata de un movimiento armónico de frecuencia ωn y de amplitud también armónica, la cual crece hasta un máximo y disminuye hasta que se anula. Este ciclo se repite de manera periódica.
Anéxo A 281
Resonancia. Característica muy signi�cativa del movimiento oscilatorio que ocurre cuando la fuerza excitadora de las vibraciones tiene frecuencias particulares para cada sistema dado, lo que produce cambios de con�guración de los sistemas mecánicos que alcanzan amplitudes notables y, en general, ocasionan un fallo estructural del material sometido a esfuerzos de ruptura ( efectos resonantes). Este riesgo se produce incluso con fuerzas excitadoras muy pequeñas, ya que depende de las características del material sometido a vibración.
Cuando la frecuencia de la fuerza exterior es igual a la frecuencia natural del sistema ( ω = ωn), es decir, F ω cuando ω0, se produce la resonancia. La ecuación que rige dicho fenómeno es x = 0 tsenω nt , expresión 2k que corresponde a un movimiento armónico de frecuencia ω n y cuya amplitud tiende a in�nito cuando t →∞ .
Vibraciones forzadas con amortiguamiento El amortiguamiento es sinónimo de la pérdida de energía de sistemas vibratorios y se mani�esta con la disminución del desplazamiento de vibración. Este hecho puede aparecer como parte del comportamiento interno de un material (por ejemplo, la fricción), o bien como un elemento físico llamado precisamente amortiguador. Teniendo en cuenta que la fuerza es de tipo periódico (F = F 0 sen ωt), la ecuación diferencial del movimiento es de la forma mx '' + cx ' + kx = F La ecuación característica correspondiente a la ecuación diferencial homogénea es mr 2 + cr + k = 0. Se supone amortiguamiento inferior al crítico para que resulte una vibración. La solución general se obtiene al añadir una solución particular de la completa (x = xh +xp) a la solución de la ecuación diferencial de la homogénea, por lo que resulta x = ae
−
c t 2m
sen (ωnt + ) + Asen (ω t −Θ )
Esta solución consta de dos partes: una solución transitoria en la que el primer término ( xh), al cabo de un tiempo que suele ser breve, se reduce a un valor despreciable, y la solución estacionaria ( xp), en la que el sistema oscila con frecuencia ω, amplitud A constante y desfase Θ, cuyas expresiones son
tan Θ =
cω , k − mω 2
F 0 mω n2
A = ω 1− ω n
2 2
c ω + 2 ccr ω n
2
A.3 Transmisión de vibraciones Cuando un sistema vibra según la ecuación mx '' + cx ' + kx = F , la fuerza transmitida, pasado el primer periodo transitorio, es: = F - mx '' = kx + cx '
282 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Se trata de una fuerza armónica de frecuencia igual a la de la fuerza aplicada de amplitud 0 y desfase Θ 1, de lo que resulta: = 0 sen (t - Θ1) donde: 2
2
F0 k 2 + c 2ω 2
2
0 = Ak + c ω =
ω 2 1− 2 ω n
k
2
c ω + 2 ccr ω n
2
Se denomina coe�ciente de transmisibilidad a la relación entre las amplitudes máximas de la fuerza aplicada y transmitida, cuya expresión en forma adimensional es
τ =
c ω 1+ 2 ccr ω n ω 2 1− 2 ω n
2
c ω +2 ccr ω n
c ω 1+ 2 ccr ω n
r =
ω 2 1− 2 ω n
2
2
2
2
c ω + 2 ccr ω n
2
Es conveniente que el coe�ciente de transmisibilidad sea bajo, de preferencia menor que la unidad, por lo que resulta (véase �gura A.2). ω r < 1 > 2 ω n
a)
b)
Figura A.2 Vibración a) determinística y b) probabilística.
Anexo A 283
A.4 Movimiento del soporte En muchos casos el sistema dinámico es excitado por el movimiento del punto de soporte, como se muestra en la �gura A.3. Sea y el desplazamiento armónico del punto de soporte; el desplazamiento x de la masa m se mide con respecto a una referencia inercial.
m x m c( x − y )
k(x − y )
c k
k
2
2
y
Figura A.3 Sistema de excitado por el movimiento del punto de apoyo.
En la posición desplazada, las fuerzas no balanceadas son debidas al amortiguamiento y a los resortes. La ecuación diferencial de movimiento es mx '' = −k( x − y ) − c( x' − y ') Se hace la sustitución z = x _ y y la ecuación se convierte en mz ''+ cz '+ kz = −my '' = mω 2Ysenω t
en donde y = Y sen t es el movimiento supuesto de la base. La forma de esta ecuación es idéntica a Mx '' + cx ' +kx = (me 2)sen t , en donde z reemplaza a x y m 2Y a me 2. Entonces, la solución queda de la siguiente manera:
z = Zsen(ωt − φ ) Z =
mω 2Y
(k − mω 2 )
tanφ =
cω k − mω 2
2
+ (cω )
2
284 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
Si se desea el movimiento absoluto x de la masa, es posible resolver para x = z + y usando la forma exponencial del movimiento armónico. Así, se tiene que
y = Yeiω t i (ωt −φ )
( ) ) = ( Xe ) e
z = Ze
x = Xe
= Ze− iφ eiω t
i(ωt −φ
− iψ
iω t
Y al sustituir, mω 2Y Ze = k − mw 2 + iω c x = ( Ze −iφ + Y ) e iω t −iφ
=
k + iω c Ye iω t 2 k − mω + iω c
La magnitud y fase de estado estacionario de esta ecuación son X = Y
k 2 + (ω c )2
(k − mω 2 )
2
+ (cω )2
180º 0.05 0.05
3.0
0.10 0.1 0 0.15 0.1 5
0.005 0.10 0.15
120º
0.25 0.375 0.50
ψ 60º
0.25 0.25 2.0 0.375 0.37 5
x y
0
1.0
2.0
ω
3.0
4.0
5.0
ω n
0.50 0.50 1.0
1.0
δ =
c c e
Figura A.4 Gráfica de |X |Y | y tan . meω 3 cuyos grá�cos aparecen en la �gura A.4. Debe observarse que todas las curvas de 2 2 k ( k − mω ) + (ω c ) ω = 2. amplitud para diferentes amortiguamientos tienen el mismo valor X /Y = 1,0 a la frecuencia ω n y tanψ =
A.5 Aislamiento vibratorio Las fuerzas vibratorias generadas por máquinas y motores son a menudo inevitables; sin embargo, su efecto en un sistema dinámico puede reducirse de manera sustancial mediante resortes diseñados apropiadamente, llamados aisladores (véase �gura A.5).
Anexo A 285
mω 2x
cωx F r
f k
c
2
x
kx
k 2
Figura A.5 Fuerza perturbadora transmitida por los resortes y el amortiguador.
Sea F 0sen t la fuerza excitatriz que actúa sobre el sistema con un grado de libertad. La fuerza transmitida a través de los resortes y del amortiguador es 2
cω FT = (kX ) + (cω X ) = kX 1 + k 2
2
Como la amplitud X desarrollada bajo la fuerza F 0sen t está dada por
F 0 k
X =
mω 2 1− k
2
cω + k
2
al introducir X , la ecuación de F T se reduce a
F T = F 0
1+ mω 1− k
cω k 2 2
2
cω + k
= 2
ω 1 + 2ξ ω n ω 1− ω n
2 2
2
ω + 2ξ ω n
2
La comparación de las ecuaciones para F t /F 0 es idéntica a | X /Y | = | 2 X / 2Y |. Así, el problema de aislar una masa del movimiento del punto de soporte es idéntico al de aislar fuerzas perturbadoras. Cada una de estas razones es conocida como transmisibilidad de fuerza o de desplazamienω to. Estas curvas muestran que la transmisibilidad es menor que la unidad solo para > 2 , y por tanto se
ω ω n establece el hecho de que el aislamiento vibratorio es posible únicamente cuando > 2 . Como se aprecia ω n ω en la grá�ca de la �gura A.4, en la región > 2 , un resorte no amortiguado es superior a un resorte amorω n
tiguado para efectos de reducir la transmisibilidad. Es deseable algún amortiguamiento cuando es necesario
286 Mantenimiento. Técnicas y aplicaciones industriales
que pase por la región de resonancia, aunque las grandes amplitudes de resonancia pueden ser limitadas por detenciones. Es posible reducir la amplitud de vibración al apoyar la máquina sobre una gran masa M, como se muestra en la �gura A.6. Para mantener uniforme la transmisibilidad F t /F 0, k debe ser incrementada en la misma razón, de manera que m + M /k permanece igual. Sin embargo, como F 0 k
X =
mω 2 1− k
2
cω + k
2
la amplitud X es reducida debido al mayor valor de k.
m k
M
Figura A.6
Cuando el amortiguamiento es despreciable, la transmisibilidad se reduce a 1
TR = ω ω n
en donde el valor utilizado de ω/ωn es siempre mayor que
2
−1
2.
Al reemplazar n2 por g /∆ (en donde g = 9.81 m/s2 y ∆ = de�exión estática en metros), la ecuación se expresa de la siguiente manera: 1 TR = 2 (2π ) −1 g Se despeja y se obtiene ∆ (en milímetros): = 15.76
1
1 + 1 Hz TR
Al de�nir la reducción en transmisibilidad como R = (1 − TR), la ecuación anterior también puede escribirse así:
Anexo A 287
1 2− R Hz 1− R
= 15.76
La �gura representa esta ecuación de contra ∆, con R como parámetro (véase �gura A.7). 30 000 20 000 15 000 10 000 7 000
9 9 8 9 6
5 000
1
9 9 4 9 9 0 0 8 5 8 0 0
3 000 e d a i c n e u c e r F
7 7 5 5 5 0 0 7 5
2 000
0 0
1 500 3 3
1 000
1 1 .. 5 5
700
1 1 .. 2 2
500
1
1 1 .. 0 0 5
300 200 150 100 0.001
0.002
0.005
0.010
0.02
0.05
0.10
0.20
0.50
1.00 pulg 25.4 mm 2.54 cm
Figura A.7
Esta discusión ha sido limitada a cuerpos con traslación según una única coordenada. En general, un cuerpo rígido tiene seis grados de libertad, traslación a lo largo y rotación con respecto a los tres ejes coordenados.
