Diagnóstico de condición de desgaste en cojinetes de biela y bancada motor Waukesha L7044 GSI mediante el análisis de vibraciones

El Mantenimiento Basado en Condición (CBM), es una metodología que ha sido introducida en los últimos años a través del área de CBM en la empresa TGI, la cual se encarga de asegurar y garantizar el funcionamiento óptimo de las unidades de las estaciones de compresión; aplicando algunas de las técnicas predictivas, recopilando información, que una vez analizada, se diagnostica y se generan las recomendaciones pertinentes para encontrar fallas potenciales que pudiesen volverse fallas catastróficas afectando la confiabilidad y disponibilidad de los diferentes equipos de las estaciones de compresión; esto ha arrojado como resultado ahorros importantes y optimación de los mantenimientos. Es por ello por lo que se presenta el siguiente estudio donde se demuestra la efectividad de la aplicación de las técnicas CBM.

Como parte del desarrollo de PDT asociado a la ejecución de actividades de CBM se realiza el monitoreo de condiciones de la unidad motocompresora TAG MAQUINA: TGI-CMP-CPADU-SCG-U3 la cual cuenta con 23.383 horas de operación y se encuentra ubicada en la Estación Compresora Padua; Colombia. El equipo utilizado para la colección de los registros es el quipo analizador WINDROCK 6320 PA, con el objetivo de determinar el estado de los componentes internos del motor; con lo cual se descartan desgastes, rupturas, metrología fuera de parámetros, des-calibración de válvulas, etc. Utilizando los principios de análisis de vibraciones en equipos reciprocantes.

Para el diagnostico de condiciones en equipos reciprocantes bajo la filosofía de mantenimiento basado en condición se usa el análisis de vibraciones como técnica principal. El análisis de vibraciones en equipos reciprocantes se ejecuta mediante la colección y análisis de registros de vibración FFT y vibración sincronizada con el TDC del motor en este caso; el cual representó la base para el diagnóstico de condiciones que se presenta.

Análisis técnico

Luego de realizado el monitoreo se hace el análisis respectivo de los registros de vibraciones; primeramente, en vibración sincronizada, donde los resultados obtenidos se muestran a continuación:

Fig 1. Forma de onda en Low Frequency bancadas.
Fig 1. Forma de onda en Low Frequency bancadas.
Fuente: Propia
Fig 2. Forma de onda en raw Frequency bancadas.
Fig 2. Forma de onda en raw Frequency bancadas.
Fuente: Propia

En las formas de onda de baja (Low Frequency) y media (Raw Frequency) frecuencia; se presentan picos simétricos de vibración espaciados @ 360 grados con mayor amplitud en la bancada 2, en las bancadas 1 y 3 se presenta un comportamiento similar, sin embargo, de menor amplitud por lo que se determina que el origen de la vibración proviene de la bancada 2 y bielas adyacentes a esta. Los eventos vibratorios se evidencian 2 veces por vuelta con diferente amplitud y ubicado en diferente carrera, por lo que se determina que la frecuencia de vibración es de 2X @rpm del motor.

En los registros de los espectros de vibración FFT en particular en forma de onda se obtuvieron los siguientes resultados:

Fig 3. Forma de Onda de Vibración FFT Aceleración
Fig 3. Forma de Onda de Vibración FFT Aceleración.
Fuente: Propia

En forma de onda de vibración FFT en aceleración se evidencian eventos periódicos de vibración a la frecuencia 2X @rpm lo cual corrobora la condición evidenciada en vibración sincronizada. Desde el punto de vista de las frecuencias asociadas al funcionamiento de los componentes del motor, esta frecuencia está asociada al funcionamiento de las bielas y el origen de la vibración se inclina hacia una condición asociada a estas.

Recomendación de CBM

Basado en el análisis de vibraciones se decide recomendar la revisión del cojinete de bancada 2 y el cojinete de biela más próximo a esta, ubicado entre la bancada 1 y 2, ya que la amplitud de la bancada 1 es presenta mayor amplitud que la bancada 3, por tal motivo el cojinete de biela a verificar es del conjunto 1L.

En conjunto con el supervisor, planeación, programación y asesores especialistas de la dirección de mantenimiento, se recomienda realizar la inspección y el reemplazo de los cojinetes de biela en mención.

Hallazgos y acciones correctivas

Se realiza la programación de la inspección del motor; el personal técnico atendió el aviso de mantenimiento y procede a realizar las recomendaciones.

Encontrándose fretting y desgaste adhesivo en los cojinetes, se evidencia exposición del babbit. Este caso es muy particular por el golpe de lubricación, pero se observa también que presenta desgaste en un solo borde del casquete lo cual podría tratarse de desalineación de bancada también.

Con estos hallazgos se evita problemas de mayor severidad que implicarían la afectación del cigüeñal.

Fig 4. desgaste abrasivo cojinete bancada
Fig 4. desgaste abrasivo cojinete bancada.
Fuente: Propia
Fig 5. desgaste adhesivo cojinete biela.
Fig 5. desgaste adhesivo cojinete biela.
Fuente: Propia

Verificación de condiciones de vibración posterior a la intervención

Se realizó monitoreo de vibraciones posterior al remplazo de los componentes antes mencionados, obteniendo los siguientes resultados:

Fig 6. Forma de onda en Low Frequency bancadas
Fig 6. Forma de onda en Low Frequency bancadas.
Fuente: Propia

Reducción de la amplitud de los eventos vibratorios en baja frecuencia, de 15 g´s a 8 g´s en promedio en la bancada 2, lo cual representa una mejora significativa de las condiciones de vibración 46,7% en pro del resguardo de la integridad del componente más importante y costoso del motor (el cigüeñal).

Beneficios del diagnostico

Los beneficios impactaron positivamente en ahorros por afectación al lucro cesante por incumplimiento en la entrega de gas a los clientes por parte de la empresa; se realizó la correcta planeación y programación para realizar la actividad.

Tabla 1. Evaluación de costos en dólares
Tabla 1. Evaluación de costos en dólares.
Fuente: Propia
Fig 7. Comparativo costo de mantenimiento
Fig 7. Comparativo costo de mantenimiento.
Fuente: Propia
Tabla 2. Relación costo-beneficio
Tabla 2. Relación costo-beneficio.
Fuente: Propia
Fig 8. Curva P-F
Fig 8. Curva P-F.
Fuente: Propia

Conclusiones

  • Se demuestra la efectividad del análisis de vibraciones para determinar condiciones anormales en el funcionamiento de componentes.
  • Se demuestra la relación costo beneficio que representa la detección oportuna de fallas en fase potencial antes de llegar a la fase de falla.
  • Se evidencia el aporte significativo del mantenimiento CBM dentro de la compañía, donde la eficiencia de este ha evitado daños que pudieron haber afectado los indicadores corporativos.

Autor: Leonardi Jaimes Gil
Colombia
Empresa: TGI S.A ESP
Centro de Conocimiento y Experiencia
Correo: leonardi.jaimes@tgi.com.co

3 Comentarios

  1. Favio Delgadillo

    Muy interesante el articulo, muy buen aporte, que norma se adopto como referencia?

    Responder
  2. Leonardi

    Favio muchas gracias, la norma de referencia es la ISO 10816-6: Vibración mecánica. Evaluación de la vibración de la máquina mediante mediciones en piezas no giratorias. Parte 6: Máquinas recíprocas con potencias superiores a 100 kW (ISO 10816-6: 1995 + Amd.1: 2015). Saludos.

    Responder
  3. Carlos

    Excelente análisis. Gracias

    Responder

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