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

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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

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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 $$$$$

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15

43

Como le ayuda la tecnologa del Ultrasonido a lograr esto?

44

Fundamentos del Ultrasonido

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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?

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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169

Calor Latente del Vapor

Trampas de vapor

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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

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Vlvulas de proceso

Vlvulas de proceso

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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