Análisis de Falla y Resolución de Problemas de Maquinaria

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Características del Libro

Análisis de Falla de Maquinaria y Resolución de Problemas

Gestión Práctica de Maquinaria para Plantas de Proceso – Volumen 2: Análisis de Falla y Resolución de Problemas de Maquinaria (Practical Machinery Management for Process Plants: Volume 2: Machinery Failure Analysis and Troubleshooting) Es un libro en inglés escrito por Heinz P. Bloch y Fred K. Geitner, fue publicado por Gulf Professional Publishing en el año 1997 y cuenta con 700 páginas. Esta edición recientemente ampliada analiza enfoques probados para definir las causas de fallas en la maquinaria, así como métodos para analizar y solucionar fallas.

«Análisis de Falla de Maquinaria y Resolución de Problemas» también está disponible en formato electrónico y cuenta con las ventajas de poder resaltar texto, tomar notas y hacer búsquedas rápidas en este, además pueden crearse tarjetas digitales instantáneamente.

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Sobre los autores

Heinz. P. Bloch es un ingeniero consultor que reside en Montgomery, Texas, que ha ocupado puestos de personal y línea orientados a la maquinaria con filiales de Exxon en los Estados Unidos, Italia, España, Inglaterra, los Países Bajos y Japón. Su carrera abarcó varias décadas antes de su retiro en 1986 como especialista regional en maquinaria de Exxon Chemical para EE. UU. Desde su retiro de Exxon, ha tenido demanda en todo el mundo como consultor y capacitador en las áreas de prevención de fallas, identificación de fallas de causa raíz y mejora de la confiabilidad. También es autor / coautor de trece libros y más de 200 publicaciones sobre temas relacionados con la confiabilidad de la maquinaria y la prevención de fallas. Es editor de confiabilidad y equipos de la revista Hydrocarbon Processing y ha presidido el programa anual de la conferencia de la Conferencia de confiabilidad de la planta de proceso de Hydrocarbon Processing durante varios años.

Fred K. Geitner es un ingeniero profesional registrado en la provincia de Ontario, Canadá, que se dedica a la consultoría de maquinaria de procesos. Se retiró de Imperial Oil con 20 años de servicio como ingeniero.

Contenido de «Análisis de Falla de Maquinaria y Resolución de Problemas»

Prefacio

Capítulo 1: El Sistema de Análisis de Falla y Solución de Problemas

Solución de problemas como una extensión del análisis de fallas. Causas de fallas de maquinaria. Causas de la falla de la maquinaria. Referencias

Capítulo 2: Análisis de Fallas Metalúrgicas

Metodología de análisis de fallas metalúrgicas. Análisis de fallas de Uniones atornilladas. Fallas del eje. Elevadores de estrés en ejes. Análisis de fallas de cambio de superficie. Análisis de fallas de desgaste. La planificación de acciones preventivas evita la falla por corrosión. Referencias

Capítulo 3: Análisis de Falla de Componentes de Maquinaria

Rodamientos en peligro. Fallas de rodamiento de elementos rodantes y sus causas. Patrones de rutas de carga y su significado en el daño del rodamiento. Solución de problemas de rodamientos. Cojinetes de empuje de cojinetes de empuje e inclinación. Análisis de fallas de engranajes. Consideraciones preliminares. Evaluación analítica de la capacidad teórica del engranaje. Evaluación metalúrgica. Diseño Mecánico General. Lubricación. Defectos inducidos por otros componentes del tren. Vestir. Tanteo. Fatiga de superficie. Fallos del proceso de fabricación. Rotura. Análisis de fallas de acoplamiento flexible lubricado. Análisis de fallas de acoplamiento de engranajes. Mecanismos de falla de acoplamiento de engranajes. Determinación de la causa de la angustia del sello mecánico. Solución de problemas y análisis de falla de sello. Resumen del análisis de falla de sello mecánico. Consideraciones de lubricantes. Análisis de fallas de lubricación. Por qué se debe purificar el aceite lubricante. Se requieren seis análisis de aceite lubricante. Muestreo periódico y rutinas de acondicionamiento implementadas. Relación de beneficio a costo calculada. Análisis de desgaste de partículas. Análisis de fallas de grasa. Magnetismo en Turbomáquina. Referencias

Capítulo 4: Solución de Problemas de Maquinaria

El enfoque matricial para la resolución de problemas de maquinaria. Solución de problemas de bombas. Solución de problemas de compresores centrífugos, sopladores y ventiladores. Solución de problemas de compresores alternativos. Solución de problemas de motores. Solución de problemas de turbinas de vapor. Solución de problemas de turbinas de gas. Solución de problemas de motores eléctricos. Solución de problemas del proceso. Referencias

Capítulo 5: Análisis de Vibraciones

Interpretación de los datos recopilados. Vibraciones Aerodinámicas Inducidas por Flujo. Establecimiento de límites operativos seguros para maquinaria. Apéndice: Glosario de términos de vibración. Fórmulas. Referencias

Capítulo 6: Secuencia de Resolución de Problemas de Maquinaria Generalizada

Análisis de la situación. Análisis de causa. Planificación de acciones y generación. Toma de decisiones. Planificación para el cambio. Referencias

Capítulo 7: Enfoques Estadísticos en la Solución de Problemas de Maquinaria

Modos de falla de maquinaria y estrategias de mantenimiento. Estrategias de mantenimiento de maquinaria. Trazado de riesgos para datos de fallas incompletas. Método para identificar malas reparaciones a partir de malos diseños. Referencias

Capítulo 8: Análisis Furtivo

Uso de análisis furtivo. Circuitos furtivos y su análisis. Desarrollo histórico de SCA. Técnicas topológicas. Costo, horario y factores de seguridad. Resumen del análisis furtivo. Conclusión. Referencias

Capítulo 9: Informe de Falla Formalizada como Herramienta de Enseñanza

El caso de la alta velocidad. Falla de la bomba de bajo flujo. El caso de la falla de la bomba de producto de alquitrán.

Capítulo 10: El «Enfoque de Categoría de Siete Causas» para el Análisis de Falla de Causa Raíz

Enfoques de lista de verificación generalmente disponibles. Las estadísticas de fallas pueden ser útiles. Enfoques sistemáticos siempre valiosos. El diseño defectuoso provoca fallas prematuras en los rodamientos. Los errores de fabricación y procesamiento pueden resultar costosos. Los errores de operaciones pueden causar fallas frecuentes en los rodamientos. Las omisiones de mantenimiento pueden causar la pérdida de la vida. Conocimiento de las condiciones de servicio no diseñadas y no deseadas necesarias para evitar fallas. Haciendo un caso para la prevención de fallas antes del análisis de fallas. Referencias

Capítulo 11: Análisis de Causa Persiguiendo la Relación Causa-Efecto

Dos tipos de problemas. El principio de causa y efecto. Soluciones efectivas. Soluciones creativas. Historia exitosa.

Capítulo 12: Sistemas Basados ​​en el Conocimiento para el Diagnóstico de Falla de Maquinaria

Ejemplos de sistemas basados ​​en el conocimiento. Identificación y selección de aplicaciones de sistemas basados ​​en el conocimiento. Implementación de proyecto. Cuestionario de sistema experto. Referencias

Capítulo 13: Capacitación y Organización para el Análisis Exitoso de Falla y Solución de Problemas

Se debe considerar la capacitación de especialistas. Crecimiento profesional: el siguiente paso. Organización para el análisis de fallas y resolución de problemas. Definición de enfoque y objetivos. Pasos de acción descritos. Desarrollo de listas de verificación y procedimientos. Resultados del programa. Postdata: Cómo encontrar un profesional en confiabilidad. Referencias

Apéndice A Datos de Vida del Equipo de Maquinaria

Apéndice B Teoría del Trazado de Riesgos

Apéndice C Glosario de Resolución de Problemas y Términos de Toma de Decisiones

Apéndice D Nomenclatura de Engranajes

Índice

Introducción a la temática del libro

Heinz P. Bloch y Fred K. Geitner expresan en el prefacio del libro:

La prevención de posibles daños a la maquinaria es necesaria para la operación segura y confiable de las plantas de proceso. La prevención de fallas se puede lograr mediante especificaciones de sonido, selección, revisión y rutinas de auditoría de diseño. Cuando ocurren fallas, la definición precisa de la causa raíz es un prerrequisito absoluto para la prevención de eventos de fallas futuras.

Este libro se refiere a enfoques probados para la definición de fallas. Presenta una sección transversal liberal de eventos de falla documentados y analiza los procedimientos empleados para definir la secuencia de eventos que condujeron a la falla de componentes o sistemas.

Debido a que es simplemente imposible tratar con cualquier tipo de falla concebible, este libro está estructurado para enseñar métodos de identificación y análisis de falla que pueden ser aplicado a prácticamente todas las situaciones problemáticas que puedan surgir. Es necesaria una metodología uniforme de análisis de falla y solución de problemas porque la experiencia muestra que con demasiada frecuencia los problemas de la maquinaria de proceso nunca se definen suficientemente; simplemente están «resueltos» para «volver a la corriente». Las presiones de producción a menudo anulan la necesidad de analizar una situación a fondo, y el problema y su causa subyacente regresan y nos persiguen más tarde.

El tiempo de inactividad del equipo y el riesgo de falla de los componentes se pueden reducir solo si se anticipan y evitan posibles problemas. A menudo, esto no es posible si aplicamos solo métodos tradicionales de análisis. Por lo tanto, es apropiado emplear otros medios para evitar o reducir el daño consecuente a la planta, el equipo y el personal. Este objetivo incluye, entre otros, la aplicación de componentes o sistemas redundantes y la aplicación de técnicas de análisis de circuitos furtivos para sistemas eléctricos / electrónicos.

El entorno organizacional y el estilo de gestión que se encuentran en las plantas de proceso a menudo permiten un nivel «rutinario» de falla y fallas en la maquinaria. Este libro muestra cómo llegar a un método uniforme para evaluar qué nivel de experiencia de falla debe considerarse aceptable y alcanzable. Además, muestra cómo el entorno organizacional puede estar mejor preparado para abordar la tarea de análisis exhaustivo de falla de maquinaria y resolución de problemas, con la consiguiente reducción de incidentes de mantenimiento. Finalmente, a modo de ejemplos exitosos, este libro demuestra cómo el progreso y los resultados del análisis de falla y los esfuerzos de resolución de problemas pueden documentarse y, por lo tanto, monitorearse.

Fuente: Practical Machinery Management for Process Plants: Volume 2: Machinery Failure Analysis and Troubleshooting 3rd Edition, Kindle Edition by Heinz P. Bloch (Author), Fred K. Geitner (Author).

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El Sistema de Análisis de Falla y Solución de Problemas

A continuación se reproduce un extracto traducido del primer capítulo de «Análisis de Falla de Maquinaria y Resolución de Problemas» :

Solución de Problemas como una Extensión del Análisis de Falla

Durante años, el término «análisis de falla» ha tenido un significado específico en relación con la mecánica de fracturas y las actividades de análisis de fallas de corrosión llevadas a cabo por grupos de inspección de equipos de proceso estático.

La siguiente imagen muestra un esquema básico de los pasos del análisis de falla de materiales.

Pasos de análisis de falla: tecnología de materiales
Fuente: Practical Machinery Management for Process Plants: Volume 2: Machinery Failure Analysis and Troubleshooting 3rd Edition, Kindle Edition by Heinz P. Bloch (Author), Fred K. Geitner (Author).

Los métodos aplicados en nuestro contexto de análisis de falla de maquinaria de proceso son básicamente los mismos; sin embargo, no se limitan a investigaciones metalúrgicas. Aquí, el análisis de falla es la determinación de los modos de falla de los componentes de la maquinaria y sus causas más probables.

La siguiente imagen ilustra la importancia general del análisis del modo de falla de componentes de maquinaria en relación con los esfuerzos de calidad, confiabilidad y esfuerzos de seguridad en el desarrollo de productos de un importante fabricante de turbinas.

Análisis de falla y la «rueda de la calidad»
Fuente: Practical Machinery Management for Process Plants: Volume 2: Machinery Failure Analysis and Troubleshooting 3rd Edition, Kindle Edition by Heinz P. Bloch (Author), Fred K. Geitner (Author).

Muy a menudo, las fallas en la maquinaria revelan una cadena de reacción de causa y efecto. El final de la cadena suele ser una deficiencia de rendimiento comúnmente conocida como síntoma, problema o simplemente «el problema». La resolución de problemas funciona hacia atrás para definir los elementos de la cadena de reacción y luego procede a vincular la causa de falla más probable en función de la falla (apariencia) con la causa raíz de un problema existente o potencial. A todos los efectos prácticos, el análisis de falla y las actividades de solución de problemas a menudo se combinarán entre sí sin ninguna transición clara.

Sin embargo, hay numerosos casos en los que la resolución de problemas por sí sola tendrá que ser suficiente para llegar a la raíz del problema. Estos son los casos que se presentan como deficiencias de rendimiento sin modos de falla aparentes.

El mal funcionamiento intermitente y las fallas son ejemplos típicos y gravarán incluso al solucionador de problemas más experimentado. En estos casos, la resolución de problemas será exitosa solo si el investigador conoce el sistema con el que está tratando. A menos que esté completamente familiarizado con la interacción de componentes, los modos de operación o falla y las características funcionales, sus esfuerzos pueden ser infructuosos.

Hay ciertos objetivos del análisis de falla de maquinaria y la resolución de problemas:

  1. Prevención de futuros eventos de falla.
  2. Garantía de seguridad, confiabilidad y mantenibilidad de la maquinaria a medida que pasa por sus ciclos de vida de:
    • Diseño y especificación de procesos.
    • Diseño, fabricación y prueba de equipos originales.
    • Envío y almacenaje.
    • Instalación y puesta en servicio.
    • Operación y mantenimiento.
    • Reemplazo.

De esto resulta muy obvio que el análisis de falla y la resolución de problemas son procesos altamente cooperativos. Debido a que muchas partes diferentes estarán involucradas y sus objetivos a veces serán diferentes, es importante una descripción sistemática y uniforme, y la comprensión de los eventos de falla de la maquinaria del proceso.

Causas de Falla de Maquinaria

En su forma más simple, la falla se puede definir como cualquier cambio en una pieza o componente de la maquinaria que hace que no pueda realizar su función prevista de manera satisfactoria. Las etapas familiares que preceden a la falla final son «falla incipiente», «daño incipiente», «angustia», «deterioro» y «daño», todo lo cual eventualmente hace que la parte o componente sea poco confiable o inseguro para un uso continuo. Las clasificaciones significativas de las causas de falla son:

  1. Diseño defectuoso.
  2. Defectos materiales.
  3. Deficiencias de procesamiento y fabricación.
  4. Defectos de montaje o instalación.
  5. Condiciones de servicio no diseñadas o no intencionadas.
  6. Deficiencias de mantenimiento (negligencia, procedimientos).
  7. Operación incorrecta.

Todas las estadísticas y referencias relacionadas con falla de maquinaria, sus fuentes y causas, generalmente usan estas clasificaciones. Y, recordar estas siete clasificaciones puede ser extremadamente útil en el análisis de falla y la resolución de problemas del equipo.

Las causas de falla generalmente se determinan relacionándolas con uno o más modos de falla específicos. Esto se convierte en la idea central de cualquier actividad de análisis de falla. El modo de falla (FM) en nuestro contexto es la apariencia, la forma o la forma en que se manifiesta un componente de la maquinaria o falla de la unidad.

A continuación enumeran los modos básicos de falla encontrados en el 99 por ciento de todas las fallas de maquinaria de la plantas de procesos petroquímicos.

Clasificación del modo de falla de maquinaria:

  • Deformación, es decir: plástico, elástico, etc.
  • Fractura, es decir: grietas, fractura por fatiga, picaduras, etc.
  • Cambios en la superficie, es decir: grietas finas, cavitación, desgaste, etc.
  • Cambios materiales, es decir: contaminación, corrosión, desgaste, etc.
  • Desplazamiento, es decir: aflojamiento, asimiento, espacio libre excesivo, etc.
  • Fuga
  • Contaminación

El modo de falla no debe confundirse con la causa de la falla, ya que el primero es el efecto y el segundo es la causa de un evento de falla. El modo de falla también puede ser el resultado de una larga cadena de causas y efectos, lo que en última instancia conduce a una falla funcional, es decir, un síntoma, problema o queja operativa perteneciente a una pieza de equipo de maquinaria como entidad.

Otros términos utilizados con frecuencia en el contexto anterior son «tipo de defecto», «defecto» o «mecanismo de falla». El término «mecanismo de falla» se describe a menudo como el proceso metalúrgico, químico y tribológico que conduce a un modo de falla particular. Por ejemplo, se han desarrollado mecanismos de falla para describir la cadena de causa y efecto del desgaste por fricción (FM) en conjuntos de rodamientos de rodillos, cavitación (FM) en impulsores de bombas y picaduras iniciales (FM) en la superficie de un diente de engranaje, para nombrar unos pocos. Los agentes básicos de los mecanismos de falla de componentes y piezas de maquinaria son siempre la fuerza, el tiempo, la temperatura y un entorno reactivo. Cada uno de estos se puede subdividir como se indica a continuación.

Agentes de mecanismos de falla de componentes y piezas de maquinaria:

  1. Fuerza: constante, transitoria, cíclica.
  2. Temperatura: baja, ambiente, elevada, constante, transitoria, cíclica.
  3. Tiempo: muy corto, corto, largo.
  4. Ambiente reactivo: químico, nuclear.

Para nuestro propósito, los mecanismos de falla así definidos deberán permanecer como parte de la definición del modo de falla: le dirán cómo y por qué pudo haber ocurrido un modo de falla en términos químicos o metalúrgicos, pero al hacerlo, la causa raíz de la falla seguirá siendo indefinido.

Causas principales de falla de maquinaria

Anteriormente se mostró que siempre habrá una serie de causas y efectos en cualquier evento de falla dado. Necesitamos llegar a un punto práctico, si no hasta el principio, de la cadena de causa y efecto donde la eliminación o modificación de los factores contribuyentes resolverá el problema. Un buen ejemplo sería el desgaste (FM) como uno de los principales modos de falla de los engranajes. Es una forma severa de desgaste adhesivo (FM) con su propio mecanismo de falla bien definido. El desgaste del adhesivo no puede ocurrir si una película de aceite suficientemente gruesa separa las superficies de los dientes del engranaje. Esta última oración, a pesar de que hay una larga cadena de causas y efectos ocultos en el mecanismo de falla de desgaste del adhesivo, nos dará una pista sobre la causa raíz. ¿Cuál es entonces la causa raíz?

Sabemos que las raspaduras generalmente ocurren de manera bastante repentina, en contraste con el modo de picadura de falla dependiente del tiempo. Por lo tanto, no podemos buscar la causa raíz en el diseño del sistema de aceite lubricante o en el aceite lubricante en sí, es decir, si no se observaron raspaduras antes en ese conjunto de engranajes en particular. La pérdida repentina e intermitente de lubricación podría ser la causa. ¿Es la causa raíz? No, todavía tenemos que encontrarlo porque estamos buscando el elemento que, si se elimina o modifica, evitará la recurrencia o la continuación del desgaste. ¿Es porque esta planta en particular está probando periódicamente sus bombas de aceite lubricante en espera, causando una pérdida repentina y momentánea de la presión del aceite lubricante? Finalmente, llegaremos a un punto donde un cambio en el diseño, la operación o las prácticas de mantenimiento detendrán el desgaste de los dientes del engranaje.

La eliminación de la causa raíz de las fallas de la maquinaria debe llevarse a cabo en el diseño y en las operaciones de mantenimiento. Muy a menudo, a este último, en su forma tradicional, se le da demasiado énfasis en el análisis de falla y la prevención de fallas. En nuestra opinión, las reducciones a largo plazo en las tendencias de falla solo se lograrán mediante modificaciones en el diseño de las especificaciones. Solo los cambios de diseño lograrán los resultados requeridos. ¿Cómo funciona esto? Después de determinar el modo de falla, determinamos si el componente de maquinaria con falla podría hacerse más resistente al evento de falla. Esto se realiza comprobando los parámetros de diseño como los que se muestran en la Tabla 1-4 para una posible modificación.

Propiedades De Diseño De Maquinaria De Proceso:

  • Nivel de material de construcción
    1. Propiedades del material, es decir, ductilidad, resistencia a la fluencia, resistencia al calor, etc.
    2. Propiedades derivadas del procesamiento, es decir, fundido, laminado, forjado, etc.
    3. Propiedades resultantes del tratamiento térmico, i. mi. sin tratamiento térmico, endurecido, aliviado del estrés, etc.
    4. Propiedades de la superficie, es decir, mecanizado, rectificado, lapeado, etc.
    5. Propiedades derivadas de las medidas de protección contra la corrosión y el desgaste, es decir, superpuestas, esmaltado, pintado, etc.
    6. Propiedades resultantes del método de conexión, es decir, soldado, encogido, enrollado, etc.
  • Nivel de parte y componente
    1. Propiedades derivadas de la forma y la forma, es decir, cilíndrica, esférica, perforada, etc.
  • Nivel de pieza, componente y ensamblaje
    1. Idoneidad para el servicio, es decir, propenso a taponarse, desgastarse, vibrar, etc.
    2. Propiedades resultantes del tipo de ensamblaje, es decir, remachado, fijado, atornillado, etc.
    3. Calidad de montaje, es decir, avellanado, al ras, apretado, bloqueado, etc.

Una vez que se ha obtenido una respuesta positiva, también se ha determinado la causa raíz y podemos especificar lo que sea necesario para impartir menos vulnerabilidad al material, componente, ensamblaje o sistema. A medida que formulamos nuestro plan de acción, probaremos si el axioma del mecánico es cierto:

En caso de duda, hazlo fuerte. Diseña con cosas que sabes

Tendremos en cuenta nuestra incapacidad para influir en las fallas de maquinaria simplemente fortaleciendo la pieza en cada situación concebible. Un componente de diseño flexible puede en algunos casos, sobrevivir ciertas condiciones de operación severas mejor que la parte rígida.

Fuente: Practical Machinery Management for Process Plants: Volume 2: Machinery Failure Analysis and Troubleshooting 3rd Edition, Kindle Edition by Heinz P. Bloch (Author), Fred K. Geitner (Author).

Nota de la editorial: En todas las cuestiones relativas al sentido, los textos originales en inglés citados en esta entrada tienen validez última.

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