-
28/03/2013
1
Gus Velasquez
28 de marzo de 2013 Ultrasonido Pasivo para Mantenimiento
de Plantas Industriales 2
Introduccin al mantenimiento
Fundamentos de la fsica del ultrasonido
Instrumentacin para deteccin ultrasnica
Aplicaciones tpicas en planta Deteccin de Fugas de aire
Inspeccin de trampas de vapor
Inspeccin de vlvulas de proceso
Inspeccin elctrica
Inspeccin de rodamientos y Lubricacin Acstica
Recomendaciones y pasos para establecer el programa de ultrasonido en planta
Contenido
3
Ingenios azucareros
Que tienen en comn las siguientes industrias?
Cementeras Termoelctricas Gases
Manufactura de botellas Refineras
Corrugadoras Estaciones bombeo Cerveceras Plsticos Alcohol Fundicin
Papeleras
-
28/03/2013
2
4
Para ser viables deben generar utilidades
Utilidades
=
Ingresos (Ventas) Egresos (Gastos)
5
Para ser viables deben generar utilidades
Gastos
=
+ +
Mano de obra Materias Primas Servicios
+
Repuestos e insumos
6
Puede mantenimiento incrementar las utilidades?
-
28/03/2013
3
7
Conjunto de acciones que se ejecutan en las instalaciones y/o equipos para prevenir daos
o para la repararlos cuando se producen.
Definicin del Mantenimiento
Definicin tradicional
8
Conjunto de acciones y procedimientos que se ejecutan y se siguen en las instalaciones y/o equipos para mejorar, preservar o restaurar los procesos productivos a los niveles de cantidad, calidad y costo que aseguren el cumplimiento de los objetivos estratgicos de la Empresa
Visin Integral
Definicin del Mantenimiento
9
Caractersticas de los equipos
1930 s 1990 s 2000 s
Descomplicados
Robustos
Duran para siempre
Reparacin total
Se espera que fallen
Complejos hbridos
Delicados
Obsolescencia definida
Cambian componentes
Fallas al azar
Modulares
Robustos
Flexibles
Cambian mdulos
Se espera que no fallen
Tomado de Uptime John Dixon Campbell
-
28/03/2013
4
10
Expectativas del Mantenimiento
Primera generacin
Si se rompe, reprelo
Segunda Generacin
Alta disponibilidad de planta Mayor vida de los equipos Menores costos
-
Tercera Generacin
Alta disponibilidad y confia-
bilidad de la planta Mayor seguridad Mejor calidad de producto Ningn impacto ambiente Mayor vida de equipos Mejor eficiencia de costos
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Cortesa de John Moubray RCM II
11
Tcnicas del Mantenimiento
Primera generacin Reparacin
Si se rompe, reprelo
Segunda Generacin Programa mantenimiento Implementacin de sistemas
de planeacin y control Introduccin de computador
(grandes y lentos)
-
Tercera Generacin Prediccin
Monitoreo por condicin Diseo para confiabilidad
y fcil mantenimiento Estudio de riesgos PC pequeos y veloces Estudio de modos de
falla y sus efectos Sistemas expertos Multi-habilidades trabajo
en equipo
1940 1950 1960 1970 1980 1990 2000
Cortesa de John Moubray RCM II
Prevencin
12
Tcnicas del Mantenimiento Cuarta Generacin? Confiabilidad Monitoreo por condicin Diseo para confiabilidad
y manteniabilidad Estudio de probabilidades Redes de terminales Estudio de modos de fa-
lla y sus efectos Sistemas expertos Multi habilidades trabajo
en equipo
2000 2006
Cortesa de John Moubray RCM II
-
28/03/2013
5
13
Formas de fallar los mecanismos
Cortesa de John Moubray RCM II
Primera generacin
Segunda generacin
Tercera generacin
Mayor riesgo luego de un tiempo de operacin
Riesgos al principio y al final de un tiempo de operacin
Puede fallar en cualquier momento, no hay un patrn definido como en primera y segunda generacin
14
Formas de fallar los mecanismos
15
Mantenimiento correctivo Se arregla el equipo cuando falla
Mantenimiento preventivo Se establece una frecuencia fija para realizar tareas de mantenimiento
Mantenimiento predictivo Se hace mantenimiento cuando hay sntomas medibles de una falla en progreso
Mantenimiento basado en la confiabilidad Se basa en controlar las causas probables de falla
Filosofas de Mantenimiento
-
28/03/2013
6
16
No hay una manera efectiva y econmica de predecir cuando el componente va a fallar. Se espera a que
falle para repararlo o cambiarlo.
Ejemplo puede ser un bombillo
Mantenimiento Correctivo
17
Se establecen unas frecuencias fijas para hacer algunas tareas de mantenimiento cuando no es
econmicamente viable monitorear el componente para definir la tarea de mantenimiento.
Por ejemplo, cambiar el aceite en unidades que tienen depsitos muy pequeos que no ameritan hacerles
seguimiento mediante el anlisis del aceite
Mantenimiento Preventivo
18
El mantenimiento predictivo utiliza diversas tcnicas para pronosticar el punto futuro de falla de un
componente de una maquina, de tal forma que dicho componente pueda reemplazarse, con base en un plan
justo antes de que falle. As, el tiempo muerto del equipo se minimiza y el tiempo de vida del
componente se maximiza
Mantenimiento Predictivo (Monitoreo de condicin)
-
28/03/2013
7
19
Mantenimiento Predictivo (Monitoreo de condicin)
Punto donde empieza la falla Punto donde la falla
es detectable
Punto de Falla
20
Cambios dinmicos
Cambios fsicos
Cambios qumicos
Cambios trmicos
Cambios elctricos
Vibraciones / emisin acstica
Desgastes / fracturas
Oxidacin / corrosin
Temperatura
Resistencia / potencial
Que se monitorea?
Tomado de RCM II John Moubray
21
Tcnicas disponibles
Cambios Tcnicas mas conocidas
Dinmicos Vibraciones / Ultrasonido
Fsicos Ferrografia / Ultrasonido NDT
Qumicos Espectroscopia
Trmicos Termografa
Elctricos Anlisis del circuito del motor
Tomado de RCM II John Moubray
-
28/03/2013
8
22
Integrando las tcnicas Principal
Complementaria
Vibraciones
(Diagnostico)
Ultrasonido
(Monitoreo)
Termografa
(Monitoreo)
Anlisis Aceites
(Diagnostico/Mo.)
Vibraciones
Diagnostico de
problemas
mecnicos
Cavitacin
Confirmar causas de
puntos calientes en
maquinaria rotativa
Confirmar desgastes
en rodamientos
Ultrasonido
Deteccin rpida de
rodamientos
sospechosos
Deteccin a bajas rpm
Deteccin de corona,
interferencia
electromagntica y arcos incipientes
Confirma problemas
de viscosidad
inadecuada del lubricante
Termografa
Complementa
deteccin de
problemas de alineamiento
Confirmacin de
incremento
temperatura por sobre o sub
lubricacin.
Confirmar altas
temperaturas
localizadas que estn degradando el
lubricante
Anlisis
Aceites
Deteccin de
partculas causadas
por desgastes
Calidad del lubricante
en viscosidad y
aditivos anti desgaste
Nivel de oxidacin del
lubricante
23
Costos Relativos de Formas de Mantenimiento
24
Que tan sensible es la tcnica para detectar los sntomas con tiempo suficiente (MTBF)
Como se complementa con otras tcnicas
Facilidad de implementar
Facilidad de Interpretacin de los resultados
Puntos importantes al seleccionar una tecnologa predictiva
-
28/03/2013
9
25
Causa Sntoma Falla Consecuencia
Detectar
Prevenir Corregir
Desarrollo de una falla
Mantenimiento Predictivo
Mantenimiento Proactivo
26
Mantenimiento Centrado en la Confiabilidad
Mantenimiento centrado en la confiabilidad es un proceso usado para determinar que se debe hacer para asegurar que los equipos
continen haciendo lo que sus usuarios esperan que hagan en su propio
contexto operativo
Tomado de RCM II John Moubray
27
Cuales son las funciones que debe cumplir cada equipo y con que nivel de calidad?
Cuales son las formas como pueden fallar los equipos para satisfacer el punto anterior?
Cuales son las causas de las fallas?
Cuales son las consecuencias de las fallas?
Que se puede hacer para predecir o prevenir las fallas?
Que se debe hacer si no hay manera de predecir la falla?
Preguntas bsicas del MCC
Tomado de RCM II John Moubray
-
28/03/2013
10
28
Falla Inhabilidad de un equipo para realizar lo que sus
usuarios esperan que haga
Falla Funcional Inhabilidad de un equipo para realizar una funcin a
un estndar de rendimiento definido por el usuario
Tomado de RCM II John Moubray
Definiciones
29
Modo de falla Cualquier evento que causa una falla funcional
Efectos de la falla
Describe que pasa cuando se presenta la falla
Consecuencias de la falla Los efectos sobre la seguridad, ambiente, u operacin de la planta. Su severidad ayuda a definir si se hace o
no tareas proactivas Tomado de RCM II John Moubray
Definiciones
30
Ejemplo
Saln de compresores
Funcin Alimentar 2,000 litros/min. de aire limpio y seco a
una presin entre 90 y 95 psig. al proceso
-
28/03/2013
11
31
Ejemplo
Saln de compresores
Falla
funcional
Caudal menor de 2000 litros o no aire
Presin fuera de especificacin
Calidad del aire fuera de especificacin
Modo de falla Compresor tiene problemas para comprimir el volumen requerido
Muchas fugas en la lnea
Problemas con los reguladores/filtros/desecadores
Efecto de
falla Equipo neumtico trabaja errticamente porque la presin no es
suficiente y vlvulas se atascan por aire sucio
Consecuencia Problemas de calidad con producto terminado
32
Costos tpicos del mantenimiento
Sector
1. Minera
2. Metales primarios
3. Manufactura
4. Procesamiento
5. Ensamble
Porcentaje sobre los costos totales
20 al 50
15 al 25
5 al 15
3 al 15
3 al 5
Cortesa de Uptime John Dixon Campbell
33
Factores que afectan los costos
Calidad y disponibilidad de mano de obra calificada
Manejo de inventario de materiales y repuestos
Tipo de organizacin del mantenimiento
Manejo de contratistas externos
-
28/03/2013
12
34
Estrategias para Mejorar el Mantenimiento
Evalu su programa actual
Realice benchmarking en su rea
Encuentre las diferencias con los mejores
Defina un plan para cerrar las diferencias
Defina parmetros cuantificables
Construya un caso para la alta gerencia
Ejecute el plan
Mida y tome acciones correctivas
35
Algunos indicadores de mejores practicas
Costos de mantenimiento/costos totales manufactura < 10 al 15%
Mantenimiento planeado/Mantenimiento total > 85 %
Mantenimiento planeado como % de horas trabajadas > 85 al 95 %
Mantenimiento reactivo < 15%
Sobre tiempo mantenimiento/Sobre tiempo total < 5%
Ordenes de trabajo reprocesadas/Ordenes totales > 1 al 0 %
% nomina usado para entrenamiento trabajadores +/- 4%
Disponibilidad de la planta en horas / horas totales > 97%
Tomado de Physical Asset Management Handbook Kyoumars Bahrami
36
Puede mantenimiento incrementar las utilidades?
Absolutamente Optimice el uso de la mano de obra
Racionalice el consumo de lubricante y repuestos
Disminuya el consumo de energa
Incremente disponibilidad de los equipos
-
28/03/2013
13
37
Optimice la mano de obra
Cambie lubricadores por Inspectores
38
Disminuya el consumo de energa
Lugar
1. Rodamientos
2. Sala compresores
3. Uso del vapor
Como
1. No sobre lubrique
2. No desperdicie aire
3. No desperdicie vapor
39
Disminuya el consumo de energa
Rodamientos
No sobre lubrique La sobre lubricacin causa:
1. Incremento de la temperatura operacional
2. Desperdicio de energa como calor
-
28/03/2013
14
40
Disminuya el consumo de energa
Sala Compresores No desperdicie aire 1. Use el aire de manera adecuada
2. Utilice la presin mnima requerida
3. Detecte y elimine fugas de aire
Entre el 20 y 30 % del aire comprimido se desperdicia
41
Disminuya el consumo de energa
Uso del vapor No desperdicie vapor
Detecte y cambie trampas de vapor funcionando mal
Alrededor del 40% de las trampas no funcionan de manera optima
42
Cuanto cuesta la energa?
Fuga de aire a travs de orificio de 1.5 mm 500 $ / ao
729 $ / ao
Motores sobre lubricados $$$$$
-
28/03/2013
15
43
Como le ayuda la tecnologa del Ultrasonido a lograr esto?
44
Fundamentos del Ultrasonido
-
28/03/2013
16
48
Es la sensacin que se produce cuando la vibracin de las ondas que viajan por el aire u otro medio alcanzan el rgano de la
audicin
Es un fenmeno ondulatorio
Que es el sonido?
-
28/03/2013
17
49
Longitudinales Las ondas se mueven adelante y atrs pero el medio permanece esttico
Mecnicas Requieren un medio elstico para propagarse
Son ondas de presin
Transportan energa pero no materia
50
El sonido es una onda sinusoidal
28 de marzo de 2013 Ultrasonido para el Mantenimiento de
Plantas Industriales 51
Onda sinusoidal de 10 kHz muestra 1 segundo
-
28/03/2013
18
52
Es la distancia que la perturbacin viaja a travs del medio en un ciclo completo de la onda.
Longitud de onda
Distancia entre dos picos consecutivos
53
- Frecuencia
Hace referencia a que tan a menudo algo ocurre (La frecuencia en una onda de sonido determina su tono)
- Periodo Hace referencia al tiempo que transcurre para que ocurra algo
54
Infrasonido
Sonido audible
Ultrasonido
Sonido audible
20 Hz 16 KHz/20 KHz
Infrasonido Ultrasonido
-
28/03/2013
19
55
Baja Frecuencia (Audible) Longitud de onda grande
Fuerte
Omni direccional
Alta Frecuencia (Ultrasnica) Longitud de onda pequea
Baja energa
Direccional
56
Se refiere a ondas de sonido con frecuencias por encima del umbral de audicin humano, el cual es 20,000 ciclos por segundo (20 Khz..)
No tiene limite superior definido
Son ondas de sonido de corta longitud, baja energa que rebotan fcilmente
Que es el Ultrasonido?
Turbulencia
Friccin
Fugas elctricas
-
28/03/2013
20
59
se refiere a que tan fuerte es el sonido, y refleja que tan juntas llegan a estar las molculas durante la
compresin
Intensidad = Potencia / rea Intensidad = watts/ m2 o HP/ ft2
28 de marzo de 2013 Ultrasonido Pasivo para Mantenimiento
de Plantas Industriales 60
Decibel = 10 log Energa acstica
Energa acstica de ref.
Energa acstica = SPL2
(SPL = Presin de la onda de sonido)
La intensidad del sonido se mide en decibeles
Decibel = 10 log SPL2
SPL2ref.
= SPL
SPLref.
20 log
-
28/03/2013
21
61
La escala decibel para sonidos mide la relacin logartmica de una intensidad dada a la intensidad
de los umbrales del odo humano
Esta escala mide intensidad
TOH = 1 x 10-12 watts/m2 = 0 dB (0.00002 Pa)
TOP = 1 x 101 watts/m2 = 130 dB (200 Pa)
62
Animal Rango de frecuencias
percibidas
Elefante 5 Hz 10.000 Hz
Humanos 20 Hz 20.000 Hz
Perros 50 Hz 45.000 Hz
Gatos 45 Hz 85.000 Hz
Murcilago 52.000 Hz 120.000 Hz
Delfn 80.000 Hz 200.000 Hz
Rango Ultrasnico = encima percepcin humanos Rango Infrasnico = debajo percepcin humanos
63
Frecuencia 300 Hz
Frecuencia 1000 Hz
Frecuencia 3000 Hz
alta frecuencia = Tono alto
baja frecuencia = Tono bajo
-
28/03/2013
22
64
Emisin
Distancia desde la fuente de emisin
Alta frecuencia
Baja frecuencia
66
Ondas de pequea amplitud transportan baja energa
Ondas de gran amplitud transportan alta energa
La cantidad de energa transportada es proporcional al cuadrado
de la amplitud de la onda
E 2
Amplitud Longitud de Onda
-
28/03/2013
23
1-) Atenuacin 2-) Impedancia de los medios por los que se desplaza la onda de sonido
1-) Atenuacin
2-) impedancia
Material Velocidad Densidad, Impedancia Z
Agua 0.148 1.0 0.148
Plomo 0.216 11.4 2.462
Nquel 0.563 8.88 4.999
Concreto 0.365 2.30 0.840
Acero
inoxidable 0.579 7.8 4.516
-
28/03/2013
24
Material de cada medio
Medio 1 Acero 4150 RC18 46.0598
Medio 2 Aluminio 17.0640
% Energia Reflejada
21.100%
% Energia Transmitida
78.900%
% de Energia reflejada al cambiar el sonido de medio
2-) impedancia
71
Pierre Curie descubre el efecto piezoelctrico de cristales asimtricos en 1883 No se tuvo un uso practico hasta 1930 que se invento el amplificador
Historia del Ultrasonido
Con el odo? Detectores especiales
20 Hrz 20,000 Hrz 38,000 Hrz
-
28/03/2013
25
Emisor
Detector piezoelctrico
Circuito heterodino
28 de marzo de 2013 Ultrasonido Pasivo para Mantenimiento
de Plantas Industriales
Energa acstica = SPL2
Decibel = 20 log SPL
SPLref. = 20 log
V
Vref.
-
28/03/2013
26
76
Aplicaciones generales del Ultrasonido
77
Pulso-Eco
Pruebas no destructiva Chequeo de espesor Deteccin de cavidades
Deteccin de flujo en tuberas Sonar Aplicaciones Medicas
Potencia Limpieza Soldadura
Generador de seal para control hermeticidad
78
Ultrasonido producido naturalmente
(Pasivo)
Friccin
Turbulencia
Electricidad
-
28/03/2013
27
79
Generacin y deteccin de ultrasonido
El ultrasonido se genera y se detecta utilizando aparatos denominados
Transductores
80
Deteccin ultrasnica de cavidades
Cortesa Panametrics
La medicin de un pulso-eco determina la localizacin de las cavidades
Cortesa Panametrics
81
Bsicamente una seal ultrasnica es generada y emitida desde un transductor a travs de la pieza. La seal que retorna se analiza.
Cortesa NDT resources
-
28/03/2013
28
82
Anlisis ultrasnico de espesores
T = (V) x (t/2) T = Espesor de la pieza V = Velocidad del sonido en el material t = Tiempo de transito (emisin/deteccin)
Picture from Panametrics
83
Ultrasonido en soldadura
La energa acstica es convertida
en calor por la friccin, este calor
se utiliza para fundir y soldar las
piezas en menos de un segundo
84
Generador de tonos
Ultrasonic detector
Ultrasonic Emitter
-
28/03/2013
29
85
Friccin Rodamientos
Engranajes
Acoples
Poleas y bandas
Turbulencia Fugas
Internas - Externas
Electricidad
86
Instrumentacin SDT 270/200
87
A travs de la estructura slida (structure borne)
Como es transportada la onda ultrasnica
A travs del aire (No Contacto)
Picture courtesy Sew Euro drivers
-
28/03/2013
30
88
Sensores de no contacto
Sensor Interno (viene en todos los modelos)
Externo Flexible
Disco Parablico
Sensores de Contacto
Lubricacin acstica NF
Inspeccin Mecnica 3F
Magntico
Roscado
Gus Velasquez SDT Ultrasound Solutions
Deteccin de fugas en sistemas de aire comprimido
$$
Tomar conciencia de los costos involucrados en los sistemas de aire comprimido con fugas
Conocer el sistema en el cual se presentan las fugas
Aprender las tcnicas de deteccin utilizando ultrasonido
Aprender a implementar un programa de control de fugas
Objetivos
-
28/03/2013
31
1. Sistemas industriales de aire comprimido
2. Mtodos de deteccin de fugas
3. Costos de las fugas
4. Deteccin de fugas con ultrasonido
Contenido
Sistemas Industriales de aire comprimido
Transporte neumtico
Mordazas y prensas neumticas
Controles e Instrumentos
Pintura y recubrimientos por spray
Inyeccin y soplado
Herramientas neumticas
Automatizacin
Aplicaciones del aire comprimido
Algunas aplicaciones entre las mas importantes
-
28/03/2013
32
Seguridad
Explosiones Combustibles fluidos
Envenenamiento Gases Txicos/Corrosivos
Econmicas
Evitar perdida de material a travs de la fuga
Manejo eficiente de la energa
Mantener procesos los procesos eficientes y confiables
Control de Calidad
Mantenimiento
Razones para detectar fugas
Pro
du
cc
in
C
alid
ad
Elec
tricid
ad
Man
ten
imie
nto
Ttiem
po
mu
erto
Incrementa
Disminuye
Ahorros de energa 20% al 50%
Imp
ac
to a
mb
ien
te
Resultados del control de fugas
S
eg
uri
da
d
Componentes tpicos del sistema
Simbologa utilizada en los planos
Sistemas de aire comprimido
Contenido
-
28/03/2013
33
Demanda Distribucin
Suministro
Se produce y acondiciona
Se lleva a los usuarios Se utiliza
Componentes del sistema
Compresor
Recibidor Secador Unidad de servicio
Tratamiento del aire
Suministro
Eleva la presin
Estabiliza la presin
Elimina el agua
Filtra y regula presin
Es una maquina que se utiliza para incrementar la presin de
aire o un gas.
Menos del 1 % de la energa que se suministra es utilizada .
El componente mas costoso en el ciclo de vida de un
compresor es la electricidad.
Compresor
-
28/03/2013
34
Unidades de presin
Nivel del mar
Presin atmosfrica
1 atmosfera = 14.69 PSI = 760 torr = 1013.25 mbars
Presin manomtrica Presin absoluta
Vaco
Presin atmosfrica
Nivel del mar
mm de Hg pulgadas de Hg
Relacin de compresin
Presin entrada
P1
Presin salida
P2
Pat
RC = (P2+P1)/P1
1 bar 8 bar
RC = (8 + 1)/1= 9
Desplazamiento positivo Dinmicos
La presin se incrementa reduciendo el volumen
La energa cintica se convierte en presin
Tipos de compresores
Flujo constante Presin constante
R.C Max 3.0
-
28/03/2013
35
Desplazamiento positivo Dinmicos
Rotatorios
Reciprocantes
Helical Tornillo Anillo liquido Paletas Lbulos
Accin simple Accin doble Axiales
Centrfugos
Tipos de compresores
Tratamiento del aire
Polvo Humedad
Entrada del Aire
Salida del aire
Temperatura Humedad
Aceite
Tabla psicomtrica
0.09 lb. H2O/lb. aire
-
28/03/2013
36
Tratamiento del aire
21 oC 60% HR
Entrada del Aire
200 lts. /seg. 3000 hrs./ao
0.09 lbs agua/lb aire
= 0.0026444 lbs/lt.
Salida aire = 233 ton agua/ao
Separadores de agua
Tipo de Separadores
Post enfriadores Secadores refrigerados Secadores por adsorcin Secadores por absorcin Secadores de membrana Sobre compresin
Filtros
-
28/03/2013
37
Distribucin
Dimetro de tuberas no debe causar cada de presin entre suministro y consumo mayor a 0.1 bar (1.45 PSI)
Para seleccionar el dimetro se debe considerar: La longitud de la tubera El caudal del aire La presin del aire La cada de presin en la red
Los accesorios en la red causan cadas de presin. Para los clculos de dimetro cada accesorio tiene un valor equivalente de perdida a un tramo de tubera recta
Distribucin
Tubera Servicio
Tubera Servicio Tubera
Servicio
Tubera Conexin
Tubera Conexin
Tubera Servicio
Tubera Distribucin
Tubera Distribucin
0.05 bar 0.02 bar
0.03 bar
0.1 bar
Distribucin
P = 450Lqc1.85/d5p
ISO Imperial
l Longitud total tubera 100 mts 328 pies
p Presin absoluta entrada 8 bar 116.03 PSI
q c Caudal aire salida compresor 200 litros/segundo 423.8 pies3/min
d Dimetro interno de la tubera 80 mm 3 2/16 pulgadas
Cada de presin 0.03 bar 0.45 PSI
Cada de Presin en una lnea de aire comprimido
Un sistema bien diseado no debe tener mas de 10% de cada de presin
-
28/03/2013
38
Distribucin
Compresor
Compresor
Red abierta
Red cerrada
Tomas elevadas para evitar ingreso agua condensada
Se prefiere red cerrada cuando el consumo de aire es alto pues es mas estable la presin
Distribucin
Consumo Demanda
Que es un smbolo? Es una forma grafica de representar un objeto o una idea. En neumtica se usan para dibujar los planos de ingeniera
Filtro con indicador de contaminacin
Simbologa Simbologa
-
28/03/2013
39
Simbologa
Compresor
Enfriador
Tanque recibidor
Unidad de acondicionamiento
Filtro Regulador
Compresor
Enfriador
Tanque recibidor
Unidad de acondicionamiento
Filtro Regulador
Simbologa
Simbologa Simbologa
Mtodos de Deteccin de fugas
Capitulo 2 Deteccin de fugas
-
28/03/2013
40
Fuga es una perdida no deseada de materia y/o energa a travs de un orificio que se supone no debe existir
P2
P1>P2
Definicin
Fuga
P1
Deteccin de fugas
Mtodos de Deteccin de Fugas
Inmersin
Trazadores Qumicos
Tintas Penetrantes
Detectores de Gases
Mtodo del Jabn
Decaimiento de la Presin
Ultrasonido
Deteccin de fugas
Burbujas indican el sitio de la fuga
Inmersin
Deteccin de fugas
-
28/03/2013
41
Se agregan sustancias qumicas Que se pueden detectar mas fcilmente que el gas portador
Olores Mercaptano Colorantes fluorescentes
Trazadores qumicos
Deteccin de fugas
Tintas de baja tensin superficial se esparcen sobre la superficie penetrando en las grietas. Se observa con luz negra (ultravioleta) para ver el contraste entre la superficie normal y la grieta
Tintas penetrantes
Deteccin de fugas
Utilizan diferentes tecnologas para detectar gases especficos HC, CO, CO2 etc., en concentraciones hasta 1 ppm en algunos caso
Detectores de Gases
Deteccin de fugas
-
28/03/2013
42
Las fugas crean burbujas Que se detectan visualmente.
til en pequeos sistemas fciles de alcanzar y visualizar
Jabn
Deteccin de fugas
Decaimiento de la presin
X X
X
Se asla el sistema y se presuriza, se lee Pi luego de un tiempo T se lee Pf. Con la formula siguiente se calcula las fugas
Fugas mt3/seg =
V x (Pi Pf)
T
V = volumen del sistema mt3
Pi y Pf en bares
T tiempo en segundos
X
X
Deteccin de fugas
Ultrasonido
Deteccin de fugas
-
28/03/2013
43
Ultrasonido
Ventajas del Ultrasonido
Rapidez Exacto detecta por
donde se presenta la fuga
No lo afecta ruido del medio ambiente
Detecta fugas a larga distancia
El equipo se utiliza en otras tareas de inspeccin
Deteccin de fugas
Flujo turbulento caudal mayor de 10-2 ccs/seg. las partculas se mueven de forma desorganizada
Flujo Laminar caudal entre 10-1 y 10-6 ccs/seg. las partculas fluyen de manera organizada
Flujo molecular probablemente caudal menor de 10-5 ccs/seg.
Flujo de transicin ocurre entre laminar y molecular Flujo de choque velocidad de flujo proxima a velocidad
del sonido en el gas
Deteccin de fugas
Tipo de Flujos
Cuando un fluido se mueve de una zona de alta presin a una zona de baja presin (o viceversa), la friccin entre las molculas del fluido y del medio generan ondas ultrasnica
Tipos de flujos neumticos
Turbulencia
Deteccin de fugas
-
28/03/2013
44
Donde
Re = Numero de Reynolds (adimensional) u = velocidad (m/s, ft/s)
L = longitud caracterstica (m, ft) 2/s, ft2/s)
Numero de Reynolds
Deteccin de fugas
Tipo de flujo de acuerdo al numero de Reynolds
Laminar si Re < 2300
Transiente si 2300 < Re < 4000
Turbulento si Re > 4000
Numero de Reynolds
Deteccin de fugas
Tipos de flujos neumticos
nicamente fugas que presenten flujo turbulento se pueden detectar directamente con ultrasonido
Deteccin de fugas
-
28/03/2013
45
Diferencial de presin
Forma y tamao del orificio
Viscosidad del fluido
Factores que la afectan la turbulencia
Factor de Fuga Deteccin de fugas
Costos de las fugas
Capitulo 3 Deteccin de fugas
Costos econmicos Son aquellos que se pueden cuantificar en dinero. Se
generan bsicamente por
Costos de comprimir y acondicionar el aire
Costos de mantenimiento
Costos ambientales No se pueden cuantificar tan fcil, provienen bsicamente
de los sub. productos de la generacin de electricidad para los compresores. Cada k-watt de electricidad producido dependiendo del combustible, emite gases de invernadero.
Deteccin de fugas
-
28/03/2013
46
Cuanto cuestan las fugas de aire? Costos de las fugas de aire
Precio de la electricidad
Volumen de aire perdido en las fugas
Presin y caudal de aire requerido
Calidad del aire
Aire para aplicaciones humanas (respirar)
Aire para proceso (comida, farmacuticas, electrnica)
Aire para instrumentacin
Aire para uso general
Mantenimiento
Factores que afectan los costos
Cuanto cuestan las fugas de aire? Costos de las fugas de aire
Cuanto cuestan las fugas de aire?
Preguntas a responder
1. Costos de la Electricidad?
2. Volumen de fugas?
Costos de las fugas de aire
-
28/03/2013
47
Cuanto cuestan las fugas de aire?
Costos de la Electricidad
Costo = (HP)x(0.746)x($ Kwatt-hr)x(hrs)/eficiencia
Costos de las fugas de aire
Volumen de fugas
Mtodos de evaluacin
Globalmente
Se estima la perdida total en el sistema
Conteo de fugas
Se identifican cada punto individualmente y se determina el volumen de la fuga
Costos de las fugas de aire
Evaluacin Global
Ventajas
Mas rpido de realizar (sistemas pequeos y medianos)
Mas exacto si se tiene toda la informacin necesaria
Desventajas
No da informacin de los puntos de fuga
Requiere parar los procesos que utilizan aire comprimido para realizar la evaluacin
En sistemas muy complejos no es fcil de implementar
Costos de las fugas de aire
-
28/03/2013
48
Evaluacin Puntual
Ventajas
Permite identificar cada punto para poder tomar acciones correctivas
No hay que parar los procesos
Puede establecerse como un programa de predictivo
Desventajas
Dificultad para evaluar el volumen de perdidas por cada punto
Toma mas tiempo para inspeccionar la planta
Requiere equipos
Requiere inspector calificado
Costos de las fugas de aire
En base al tiempo de operacin del compresor
En base a la cada de presin en el sistema
Mtodos de evaluacin global
Costos de las fugas de aire
Mtodos de evaluacin global
% de Fugas Operacin del compresor
No debe haber consumo en la planta
Start Stop
T
Costos de las fugas de aire
-
28/03/2013
49
Mtodos de evaluacin global
% de Fugas Operacin del compresor
% Fugas = {T/(T+t)}x100
T = tiempo de carga compresor t = tiempo entre cargas Ejemplo T = 30 minutos t = 360 minutos (6 horas) % = (30/360)*100 = 8.3 %
Costos de las fugas de aire
Mtodos de evaluacin global
No debe haber consumo en la planta
P1
P2 T
V = volumen del sistema
% de Fugas Cada de la Presin
Costos de las fugas de aire
Mtodos de evaluacin global
% de Fugas Cada de la Presin
Fugas (cfm) = {Vx(P1-P2)/Tx14.7}x1.25
V = Volumen del sistema en pies cbicos P1 = Presin inicial en psig P2 = Presin final en psig T = tiempo (minutos) para cada de presin Ejemplo P1 = 90 psig P2 = 70 psig V = 30 pies cbicos T = 15 minutos Volumen (cfm) = {30x(90-70)/15x14.7}x1.25 = 3.4
Costos de las fugas de aire
-
28/03/2013
50
Mtodos de evaluacin puntual U L T R A S O N I D O
Costos de las fugas de aire
Mtodos de evaluacin puntual
Perdidas a 90 psig
0
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
mm
lts / m
in
Determinar el punto de la fuga
Medir caudal Medir fuga
Usar graficas de vrs caudal
Costos de las fugas de aire
Volumen comprimido
Costo Electricidad.
Costo por litro
Volumen fugas
Perdida en $
(Capacidad Compresor lts/ hr) X ( horas trabajo ao)
Costo Elect. =(HP)(0.746)($/kwatt-hr)(tiempo)/Eficiencia Motor
Costo Energa / Volumen Comprimido
Graficas, formulas o sensor flujo de masa
(Aire perdido en fugas) X (Costo por lt)
Cuanto cuesta comprimir el aire?
Costeo paso a paso
Costos de las fugas de aire
-
28/03/2013
51
Datos Compresor - Capacidad: 16,800 lts/min - Motor HP: 145 - Eficiencia: 89%
Presin lnea 90 psig
Fuga 2 mm
Fuga 3 mm
Fuga 4 mm
Fuga 2 mm
Fuga 1 mm
Costo energa 0.07 $/kw-hr
Horas ao 7.000
Ejercicio
Costos de las fugas de aire
Perdidas a 90 psig
0
200
400
600
800
1,000
1,200
1,400
0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
mm
lts / m
in
Costos de las fugas de aire
Fuga 2 mm = 240 lts / min
Fuga 3 mm = 520 lts / min
Fuga 4 mm = 950 lts / min
Fuga 1 mm = 60 lts/ min
Fuga 2 mm = 240 lts / min
Total aire en las fugas = 2010 lts. / min
Aire perdido por las fugas
Costos de las fugas de aire
-
28/03/2013
52
Volumen comprimido
Costo Electricidad
Costo por litro
Volumen fugas
Perdidas $
(16.800 lt/min*60Min/hr) X ( 7000 hr/ao) = 7,056 MM
Costo electricidad =(145*0.746*0.07*7,000)/0.89 =59,554 $
59,554 $ /7,056 MM = 8.44 $ / 1MM litros
2,010 lt/min. * 60 * 7.000 = 844.2 MM ao (*)
844,2 MM) X (8.44 $ / 1MM) = $ 7,125 ao
(*) volumen calculado de grafica
Solucin Ejemplo
5 puntos de fuga!!!!
Costos de las fugas de aire
Costeo de fugas con la calculadora SDT
Costos de las fugas de aire
Costos de las fugas de aire
-
28/03/2013
53
Conclusin Costos de las fugas de aire
Porque inspeccionar sus trampas?
Una trampa en falla causa
Desperdicio de vapor energa Riesgos de golpe de ariete Disminucin eficiencia del sistema Incrementa problemas de corrosin Incrementa el costo de operacin
Trampas de vapor
-
28/03/2013
54
Tipo de trampa Carga normal Alta carga
Flotador & termostato
Continuamente o por ciclos
Continuamente
Balde invertido Intermitente Continuamente
Termosttica A alta presin puede soplar
Intermitente
Impulso Continuamente Continuamente
Disco Intermitente Continuamente
Como trabajan las trampas de vapor
Trampas de vapor
Como inspeccionar las trampas de vapor
Identifique el tipo de trampa por tipo y tamao del orificio Verifique si esta instalada correctamente Familiarcese con el ciclo de operacin Con un sensor de contacto y con los ajustes
apropiados en el colector toque el cuerpo de la trampa Escuche por el ciclo de la trampa
Trampas de vapor
28 de marzo de 2013 Ultrasonido para el Mantenimiento de
Plantas Industriales 162
Frecuencia de inspeccin
Trampas de vapor
Presin de trabajo trampa Frecuencia sugerida
Alta (250 psig o mas) Diaria
Media (30 250 psig) Semanal
Baja < 30 psig Mensual
-
28/03/2013
55
Inspeccin de Trampas con US
Los sonidos no corresponden necesariamente con las trampas en la foto
Trampas de vapor
Trampas de vapor
Como fallan las trampas de vapor
Modo de falla Cuales son las mas propensas a
este modo de falla Consecuencias
Abierta
Termostticas Impulso Termodinmicas de disco Balde invertido
Perdida de vapor
Cerrada Flotador & termosttica Balde invertido
Golpe de ariete
Trampas de vapor
-
28/03/2013
56
Costos asociados a las trampas defectuosas
Combustible, agua, qumicos
Operacin deficiente del sistema trmico
Incremento costos de mantenimiento
Trampas de vapor
167
Perdidas econmicas en trampas abiertas
Flujo Vapor (lb./hrs) = 24.24*Pa*D2
Pa= Pat + Pman. D = Dimetro orificio de la trampa en pulgadas
Perdidas ($) = (FV*T*EV*CC)/EC*1000,000
FV= Flujo del vapor (lb./hrs.) T = Horas Operacin Caldera
EV = Calor Latente vapor a presin de operacin BTU/lb. CC = Costo del combustible en $/Milln BTU
EC = Eficiencia de la Caldera %
Trampas de vapor
168
Ejercicio
Eficiencia caldera 81% Opera 8,500 hrs/ao
Presin 5 psig
6 USD por 1MM BTUS
Presin atm. 14.5 psig
Trampas de vapor
-
28/03/2013
57
169
Calor Latente del Vapor
Trampas de vapor
170
Solucin Ejercicio
Flujo Vapor (lb./hr.) = 24.24*Pa*D2 = 66
Pa= 14.5 + 5 = 19.5 D = Dimetro orificio de la trampa en pulgadas = 0.375
Perdidas ($) = (SF*BWH*LHS*FC)/BE*1000,000 SF= Flujo del vapor (lb./hr) = 66
BWH = Horas Operacin Caldera = 8,500 LHS = Calor Latente vapor a presin de operacin BTU/lb.= 965
FC = Costo del combustible en $/Milln BTU = 6 USD BE = Eficiencia de la Caldera % = 81%
$ USD 4010 por trampa
Trampas de vapor
Trampas de vapor
Calculadora de perdidas en trampas abiertas
-
28/03/2013
58
Vlvulas de proceso
Vlvulas de proceso
-
28/03/2013
59
Vlvulas de regulacin del flujo corriente
Parte final de un bucle de control
Controlan variables como caudal, presin etc.
Pueden ser automticas o manuales
Vlvulas de aislamiento
Se utilizan para interrumpir el flujo de forma total cuando se requiere
Trabajan manualmente
Se clasifican en dos grupos de acuerdo al movimiento del elemento de cierre, cierre vertical y cierre giratorio
Vlvulas de seguridad
Control de presin o vacio
Corte inmediato de una corriente
Trabajan autnomamente
Vlvulas de retencin
Controlan que no se retorne el flujo en una lnea
Trabajan automticamente
Muy usadas en instalacin de bombas y a la entrada de gas en depsitos a presin
Tipo de Vlvulas
Proceso
S
Controlador
Es una vlvula que esta accionada por un actuador que responde a una seal externa
Sensor
Vlvula
Sensor + Controlador + Vlvula de proceso = bucle de Control
Materia prima Producto
Vlvulas de regulacin
Vlvula cortesa de Fisher
Cuerpo de la vlvula
Actuador
Neumtico 90% Elctricos Electro-hidrulicos Manual
Globo Mariposa Compuerta Bola
Empaquetadura
Vlvulas de regulacin