Energía | Mantenimiento

Jugando a ser médicos

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Imagen del artículo Jugando a ser médicos

Mario Manuel Cabezuelo Navas
Certificado Experto Gestor de Mantenimiento por la AEM. 2022
Ingeniero de Fiabilidad
Planta termosolar Andasol 3
Marquesado Solar

El mantenimiento por definición busca realizar todas las acciones necesarias para mantener un activo o restaurarlo a un estado en el cual pueda llevar a cabo la función para la que fue diseñado.

Históricamente, cuando se hablaba de mantenimiento, de forma habitual se entendía como una forma de "arreglar cosas" y ese era la única vía de mantenimiento que existía, mantenimiento correctivo, es decir, cuando algo se rompe arreglarlo y seguir produciendo; afortunadamente para todo el mundo que nos dedicamos al mantenimiento, esto ha evolucionado mucho, pasando por las siguientes etapas:

  • Mantenimiento Preventivo, basado en las recomendaciones de los fabricantes.
  • Creación del control de calidad estadístico, donde se indica que la empresa comienza en el proveedor y termina en el cliente
  • TPM “Total Productive Maintenance”, donde se involucra a toda persona de la empresa en las tareas de mantenimiento.
  • PMO “Optimización del mantenimiento planificado” donde se la un enfoque al mantenimiento hacia la confiabilidad RCM
  • Introducción del mantenimiento Predictivo, anticipémonos al fallo
  • Mantenimiento en la industria 4.0, aprovechar la tecnología de la formación para adelantarnos al fallo y establecer patrones de funcionamiento.

Una de las premisas fundamentales en el mantenimiento actual es actuar solo cuando la máquina lo necesite, monitorizarla tanto como podamos y en función de sus condiciones y de los parámetros medidos, actuar sobre ella. Eso es lo que intentamos realizar desde el equipo de Marquesado Solar en la planta termosolar de Andasol 3.

Como todo equipo que empieza a diseñar un plan de mantenimiento con unos conocimientos básicos de la gestión del mismo, allá por 2012 se desarrolló un plan de mantenimiento basado en la documentación de los equipos y en las recomendaciones del fabricante; como se suele decir, a aquel Mario de 2012 le hubiera dicho yo unas cuantas cosas, pero bueno, de los errores se aprende mucho más que de los aciertos. Una vez diseñado el plan, cargado en el sistema de gestión de mantenimiento, comenzado a ejecutarlo y, porque no decirlo, tras romper un par de cierres mecánicos por inspecciones que no era necesario ejecutar, comenzamos a pensar algo que ya sabíamos: si algo funciona no lo toques y ahí comenzamos a hacer “PMO” sin saberlo.

¿QUÉ ES EL PMO?

El PMO (Optimización del mantenimiento planeado) es un método diseñado para mejorar las estrategias de mantenimiento basadas en las rutinas de mantenimiento preventivo (PM) existentes y el historial de fallas disponible.

Empezamos a eliminar gamas que considerábamos inútiles y a zambullirnos dentro del mantenimiento Predictivo. Tuvimos y tenemos dos casos con los cuales nos hemos convencido de que era el camino correcto, los cuales voy a exponer en este artículo:

Caso 1. BOMBA DE CAMPO SOLAR

Caso 2. BOMBA PRINCIPAL DE HTF NÚMERO CUATRO

Caso 1. Bomba de campo solar

Este caso es un claro ejemplo donde mezclamos el mantenimiento Predictivo con el mantenimiento Proactivo, pero antes de empezar por el final vamos a exponer la secuencia de fallos que hemos sufrido con esta bomba y empezaremos por describir al paciente.

Nuestra bomba de campo es una bomba centrifuga con el motor encapsulado y refrigerado por el fluido de trabajo; en este caso es HTF el fluido térmico que utilizamos en el campo solar. Una potencia de 66 KW y una frecuencia de 50 Hz a una velocidad de 1425 rpm sin variador de frecuencia, esta bomba no tiene redundancia y se usa para la circulación de aceite térmico por campo solar cuando la planta no está en operación, para mantener la temperatura de campo; pues bien, una vez descrito el paciente vamos a adentrarnos en el problema.

La disposición de la bomba en la instalación en la siguiente:

Figura 1. Disposición de la bomba en la instalación

Como vemos, la suportación del equipo es en voladizo, apoyado en el motor por la disposición de la tubería de aspiración e impulsión soporta una gran carga axial en el lado no acoplado del motor y esto nos ha generado muchos problemas a lo largo de la vida de la planta.

De hecho, tales son las cargas que soporta que el fabricante de la bomba se vio obligado a hacer una modificación en la puesta en marcha de la planta. Inicialmente la bomba iba soportada en ambos apoyos con cojinetes lisos y el fabricante se vio obligado a sustituir dichos cojinetes en el lado no acoplado por 2 rodamientos FAG 7210BMP UA, unos rodamientos de bolas de contacto angular que permiten soportar cargas axiales y radiales. Incluso con este cambio hemos seguido teniendo muchos problemas de diseño. Desde octubre de 2012 hasta diciembre de 2018 hemos tenido un total 15 intervenciones (desmontajes incluidos) de la bomba con un MTBF de 4 meses y 25 días.

Indicar que en Marzo de 2018 empezó a realizarse una revisión del plan de mantenimiento de planta con el cambio de dirección del departamento mantenimiento, enfocado al mantenimiento predictivo y el RCM, (que importante es en estos casos la visión, el conocimiento y el sentido del equipo de trabajo, fundamental en todos los ámbitos de la empresa, pero, esencial en el departamento de mantenimiento). Todo lo comentado anteriormente es importante y por eso hago reseña a este dato. Con este cambio de rumbo se aposto por el RCM, lo cual nos ha permitido afrontar el problema desde otro enfoque y suavizarlo; se ha pasado de un MTBF de 4,8 meses a un MTBF de 1,075 años mediante un mantenimiento PROACTIVO. Además, al tener implantado mantenimiento PREDICTIVO nos ha permitido establecer un patrón de fallo de la bomba por lo cual detectamos el fallo antes de que se produzca.

Es decir, hemos duplicado el MTBF y hemos pasado de un equipo que puede fallar en cualquier momento a detectar los fallos previamente y todo gracias al RCM. Como decía al principio de este artículo, somo unos enamorados del mantenimiento, bueno mejor dicho de esta forma de aplicar mantenimiento, y para finalizar con este caso para todos los curiosos, deciros que sí, a continuación, os voy a revelar la modificación que hemos aplicado.

Cabe indicar que dicha modificación se realizado internamente por el departamento mecánico de Andosol 3 sin la intervención de ninguna ingeniería ni del fabricante de la bomba indicar que importancia tiene un grupo humano, bueno no me hago de rogar, finalmente analizando las cargas que soportaba el rodamiento intentamos buscar un rodamiento alternativo, pero el instalado por fabricante resulto ser el más adecuado, de esta forma lo que decidimos fue incluir un rodamiento más en el lado no acoplado, pasando de los 2 rodamientos incluidos por el fabricante a 3 rodamientos FAG 7210 BMP; para ello hubo que modificar tanto el eje como la tapa de cierre de los rodamientos y los resultados como ya hemos comentado han sido excelentes.

En cuanto al patrón de fallo indicar que la única manera de obtenerlo es midiendo y lo vamos a observar muy bien en la siguiente imagen:

Figura 2. Patrón de fallo medido

Cuando aumenta la actividad el fallo comienza a producirse. Indicar que detectamos el fallo en alta frecuencia y que la norma nos vale de nada puesto que si observamos la siguiente matriz de salud que tenemos implantada previa a una intervención nos salen los siguientes valores:

Como observamos son valores muy bajos, de aquí la importancia que tiene lo que antes comentaba, los patrones los obtenemos midiendo. Y aquí finaliza el caso 1. A continuación, expondremos el caso 2.

Caso 2. Bomba principal de HTF número cuatro

Como en el caso anterior vamos a presentar a nuestro paciente y, antes de nada, indicar que este caso ha sido mucho más complejo que al anterior por un motivo principal: hasta hace poco desconocíamos porque fallaba la bomba. Indicar que en este caso de estudio hemos pasado por todas las fases de un análisis predictivo; sin más dilación os presento a la bomba principal de HTF.

Es una bomba centrifuga de paletas con un impulsor de 5 aspas, con un motor de 4 polos de 1350 KW; tanto la bomba como el motor están sostenidos en los apoyos por rodamientos. En el caso de la bomba lubricados mediante aceite y en el caso del motor mediante grasa. La velocidad de trabajo de la bomba es de 3600 rpm, pero tenemos variador de frecuencia instalado; el fluido de trabajo es aceite térmico (HTF). Disponemos de 4 bombas principales de HTF de las cuales 3 trabajan de continuo durante la operación diurna y 2 trabajan de continuo mientras la planta está en operación por la noche; al tener variador podemos regular el régimen de trabajo y este es diferente si es por la noche, si es día y diferente también en invierno y en verano, ya que depende de la incidencia de la radiación solar; debido a la variedad de regímenes que tenemos, obtenemos la dificultad de detectar el problema.

La disposición del paciente en nuestra instalación en las siguiente:

Figura 3. Disposición de la bomba principal de HFT nº cuatro

Como vemos tanto motor como bomba están apoyados sobre rodamientos. Como hemos comentado anteriormente, en el caso del motor en el lado acoplado tenemos una combinación de un rodamiento FAG NU 1022 M, rodamiento de rodillos cilíndricos capaz de admitir cargas radiales altas y velocidades altas y un rodamiento FAG 6022 C3 rodamiento de bolas diseñado para admitir tanto cargas radiales como axiales. En el lado no acoplado tenemos un rodamiento FAG UN 1022 M, mientras que en la bomba tenemos los siguientes rodamientos en los apoyos, lado acoplado 6217 SKF, rodamiento rígido de bolas y en el lado no acoplado 7314 SKF, rodamiento de bolas de contacto angular.

Pues bien, sin extendernos más voy a comentar el problema que nos atañe. Desde el inicio de la operación de la bomba se detectaban unas vibraciones tan elevadas que hacían disparar la misma en torno a un régimen de 2780 rpm. Los valores llegaban a los 12 mm/s en la dirección vertical en el lado acoplado de la bomba. Previo a la realización de ningún análisis predictivo se sustituyeron rodamientos en unas cuantas ocasiones: agosto de 2014 y diciembre de 2013, abril de 2015 y agosto de 2017, hasta que en ese mismo año en septiembre se sustituyó la cajera del rodamiento del lado acoplado y se reconstruyó el alojamiento del rodamiento, con escasos resultados. Todo esto acompañado de una limitación en la operación de la bomba: debido a las altas vibraciones se limitaba su operación a la época de otoño e invierno en cualquier circunstancia y a las noches en la época de primavera y verano.

Cuando implantamos el mantenimiento predictivo allá por 2018, se empezó a analizar el problema en las primeras medidas y comenzamos a detectar que la bomba tenía holguras rotativas, puesto que el espectro es muy característico:

Indicar que el pico más alto aparece al 5X, que coincide con la frecuencia de alabe del equipo ya que este tiene 5 alabes. Esta medida se realiza a 3150 rpm y más adelante nos dimos cuenta que este espectro es la firma característica de este tipo de bombas por eso se revisó tanto el apriete como el acoplamiento del equipo y se detectó que estaba un poco dañado y se sustituyó en septiembre de 2018.

En junio de ese mismo año se le realizó tanto un test de impacto como un análisis modal a las 4 bombas principales de HTF para descartar posibles resonancias y daños en la bancada que pudieran estar generando estas vibraciones.

Puesto que esta bomba presentaba también un 1X bastante más pronunciado que sus gemelas, esto es síntoma de que podía existir un desequilibrio y al persistir esto tras realizar la sustitución del acoplamiento, se decide realizar un equilibrado del conjunto rotatorio, se desmonta y se realiza en octubre de 2018.

Un gran problema que tenemos para comprobar si la reparación ha sido o no exitosa, es que hasta primavera no podemos comprobarlo por el régimen de trabajo que se alcanza hasta entonces. La reparación se ejecutó en octubre, pero hasta finales de marzo o primeros de abril no alcanzamos los valores de carga en los cuales se producían las vibraciones.

Y primavera llegó, entonces descubrimos que habían desaparecido las vibraciones elevadas al régimen de 2700 rpm y cuando pensábamos que habíamos solucionado el problema con el equilibrado, lo único que hicimos fue trasladarlo y quizás empeorarlo puesto que estas vibraciones se nos desplazaron al punto de máxima carga en torno a las 3150 rpm y acentuándonos mucho el 5X.

La realidad es que habían descendido un poco las vibraciones y no se producían de manera tan continua; como el patrón que teníamos seguía siendo el de holguras tan característico marcándose el 1X, 2X, 3X, …, 10X, llegaban los valores; decidimos medir la cajera y al observar que había perdido un par de décimas volvimos a encamisarla; esto sucedió en mayo de 2019 y pasamos el verano. Al finalizar volvieron los valores elevados.

Seguimos operando y al final de verano de 2020 aparecieron nuevamente unos valores muy elevados en 5X, frecuencia de alabes llegando a 10 mm/s:

Debido a las altas vibraciones y puesto que se iba a realizar una intervención en el motor de la bomba, inspeccionamos los rodamientos y los sustituimos en la parada anual de noviembre de 2020. Aunque ya sabíamos que el problema no venía por ahí, intuíamos que podríamos tener un problema hidráulico en el equipo puesto que cuando se excitaba la frecuencia de paso por alabe (5X), como es el caso, uno de los problemas puede ser la inestabilidad hidráulica de la bomba, lo que no conocíamos es si ese problema hidráulico podía venir provocado por la bomba o por factores externos a ella, de modo que adquirimos de manera preventiva un conjunto rotatorio, (eje, impulsor, anillos) de repuesto.

Durante verano de 2021 seguimos analizando, como ya hemos comentado, los cambios no se ven hasta primavera y esta vez llegaron antes, ya en Junio alcanzamos los 9,5 mm/s en el 5X, así que decimos lo siguiente dejar la bomba en verano para la operación nocturna y sustituir el rotor en la parada anual. Esta sería la última bala, si no funcionaba dejaríamos la bomba en reserva y para operación nocturna en verano, de modo que en la parada anual esta vez coincidía con una para mayor, decidimos sustituir el conjunto rotativo.

Como ya sabemos, hasta la primavera-verano de 2022 no veríamos los resultados, pero en la emisión del informe del bombero era esperanzador, al realizar el desmontaje nos indicaron los siguientes problemas: “en el desmontaje se observa que el conjunto hidráulico ha estado trabajando en una posición incorrecta respecto a la concentricidad de las partes fijas de la bomba tanto en camisas y aros de desgaste se puede apreciar el desgaste en la parte inferior de las misma”, nos indicaron las holguras y realizaron la reparación.

Al llegar el verano, se confirmó eran un problema hidráulico en el conjunto rotativo, habíamos solucionado el problema, aunque fuera con la última bala.

Como he indicado anteriormente, estos dos casos nos hicieron convencernos más si cabe que el mantenimiento predictivo y el mantenimiento basado en la condición son el camino, son el presente, porque el futuro, pero cuando digo futuro es un futuro muy muy próximo es el mantenimiento 4.0, establecer patrones de funcionamiento uno de sus pilares pero eso ya sería objeto de otro artículo o más bien de al menos una tesis, solo decir que con el 4.0 seguiremos “JUGANDO A SER MÉDICOS” pero con herramientas más exactas.

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