UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS UNIVERSIDAD DON BOSCO. “MANTENIMIENTO DE REDUCTORES CICLOIDALES Y DE ENGRANAJES” TRABAJO DE INVESTIGACIÓN PREPARADO PARA LA FACULTAD DE POSTGRADOS UCA Y FACULTAD DE INGENIERÍAS UDB. PARA OPTAR AL GRADO DE: MAESTRO EN GERENCIA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL. PRESENTADO POR: JOSÉ LUIS GARCÍA SANTIAGO. ASESOR DE TESIS: ING.MSC. MIGUEL CONTRERAS AGOSTO DE 2020 ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A. Rectores Andreu Oliva de la Esperanza, S.J. Mario Rafael Olmos Argueta, SDB. Secretarias Generales Silvia Elinor Azucena de Fernández Yesenia Xiomara Martínez Oviedo Decana de Postgrados UCA Nelly Arely Chévez Reynosa Decano Facultad de Ingeniería Mario Guillermo Juárez Pérez Directores de la Maestría en Gerencia de Mantenimiento Industrial Laura Beatriz Orellana UCA José Luis Martínez UDB Asesor de Tesis. Ing.Msc. Miguel Contreras AGRADECIMIENTOS. Primeramente quiero agradecer a Dios, por darme la fé, la sabiduría, y el entusiasmo para poder llegar hasta este momento de concluir este trabajo de graduación, ya que sin su ayuda, y solo con nuestras fuerzas no podríamos alcanzar los objetivos y metas en la vida. Agradezco también a mi familia por motivarme a seguir y darme su ayuda incondicional, mis padres que desde un inicio pusieron su empeño en guiarme hacia el aprendizaje y que a través de los años se volvía un peldaño más, era la base para seguir hasta este momento. Agradezco también a los miembros del jurado; Ing.MSc Carlos Líquez, Ing.MSc. Adolfo Velasco, Arq.Msc Eduardo Sandoval. Por su valioso aporte en observaciones y correcciones para la conclusión de este trabajo. A mis catedráticos que con esmero nos transmitieron sus conocimientos; a mi asesor de tesis, Ing. MSc Miguel contreras y al personal del ingenio Central Izalco que brindo su colaboración y tiempo en proporcionar aportes importantes para el desarrollo de este trabajo. DEDICATORIAS. Dedico este triunfo primeramente a Dios por permitirme concluir este trabajo, ya que sin su ayuda no lo habría logrado, a mi familia por contar siempre con su apoyo incondicional; así también a una persona muy especial en mi vida, Sonia Marisol Sánchez Mercado, por compartir su amistad incondicional y su tiempo conmigo. iv CONTENIDO AGRADECIMIENTOS............................................................................................................................. 3 DEDICATORIAS..................................................................................................................................... 3 ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................................. vi ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................................. viii OBJETIVO GENERAL. .............................................................................................................................x OBJETIVO ESPECÍFICO. .........................................................................................................................x ALCANCES. ........................................................................................................................................... xi LIMITANTES. ........................................................................................................................................ xi ANTECEDENTES. ................................................................................................................................. xii CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN AL CONOCIMIENTO DE REDUCTORES DE VELOCIDAD Y MOTORREDUCTORES. ....................................................................................................................... 14 1.1 PARTES DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD CICLOIDAL. ......................................................... 15 1.2 PARTES DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD DE ENGRANAJES. ................................................. 17 1.3 APLICACIONES DE LAS CAJAS REDUCTORAS DE VELOCIDAD. ................................................. 18 1.4 MOTORREDUCTORES. ............................................................................................................. 18 1.5 ELEMENTOS O ACCESORIOS ACOPLADOS A UN REDUCTOR DE VELOCIDAD. ......................... 18 1.5.1 ACOPLES. .......................................................................................................................... 19 1.5.2 RUEDA DENTADA ............................................................................................................. 23 1.5.3 POLEAS. ............................................................................................................................ 25 CAPÍTULO II. GESTIÓN DE ACTIVOS. .................................................................................................. 29 2.1 EL CONTROL DE LOS ACTIVOS REDUCTORES DE VELOCIDAD. ................................................ 29 2.2 BUENAS PRÁCTICAS O MEJORAS EN LA DE SELECCIÓN Y OPERACIÓN DE REDUCTORES DE VELOCIDAD. ................................................................................................................................... 32 2.2.1. BUENAS PRÁCTICAS DE SELECCIÓN DE REDUCTORES DE VELOCIDAD. .......................... 32 2.2.2 BUENAS PRÁCTICAS DE OPERACIÓN DE REDUCTORES DE VELOCIDAD. .......................... 35 2.3 ANÁLISIS CAUSA RAÍZ ............................................................................................................. 36 CAPÍTULO III. MANTENIMIENTO A REDUCTORES DE VELOCIDAD CICLOIDALES Y DE ENGRANAJES. 43 3.1. CLASIFICACION DE ACTIVOS DE ACUERDO A SU CRITICIDAD. ............................................... 43 3.2. ANÁLISIS SOBRE LOS ENGRANAJES DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD. ................................ 49 v 3.3 TÉCNICA DE ANÁLISIS CAUSA RAÍZ PARA REDUCTORES DE VELOCIDAD, UNA APLICACIÓN CRÍTICA, EN INGENIO CENTRAL IZALCO. ....................................................................................... 58 3.4 TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO APLICABLES A REDUCTORES DE VELOCIDAD. . 65 3.4.1 VIBRACIONES MECÁNICAS ............................................................................................... 65 3.4.2 ANÁLISIS POR TERMOGRAFÍA INFRARROJA . ................................................................ 80 3.4.3 ANÁLISIS DE ACEITES ........................................................................................................ 85 3.5 PLANES DE MANTENIMIENTO PARA REDUCTORES DE VELOCIDAD. ...................................... 90 3.5.1 REDUCTORES DE VELOCIDAD CLASIFICADOS COMO TIPO “A”, CRITICOS. ..................... 90 3.5.2 REDUCTORES DE VELOCIDAD CLASIFICADOS COMO TIPO “B”, MEDIANAMENTE CRÍTICOS. ................................................................................................................................... 97 3.5.3 REDUCTORES DE VELOCIDAD CLASIFICADOS COMO TIPO “C” (NO CRÍTICOS PARA LAS OPERACIONES). ......................................................................................................................... 98 3.6 ANÁLISIS DE DATOS DE LAS RUTINAS DE MANTENIMIENTO DE LOS REDUCTORES DE VELOCIDAD. ................................................................................................................................... 98 3.7 INDICADORES DE MANTENIMIENTO ....................................................................................... 99 3.7.1 INDICADORES TÉCNICOS. ................................................................................................. 99 3.7.2 INDICADORES DE COSTOS. ............................................................................................. 102 3.8 CICLOS DE VIDA ÚTIL DE REDUCTORES DE VELOCIDAD. ...................................................... 103 3.8.1 JUSTIFICACIÓN DE REEMPLAZO DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD. ............................. 107 3.9 ANÁLISIS DE REEMPLAZO DE UNA CAJA REDUCTORA DE VELOCIDAD. ................................ 109 3.9.1 BAJA FIABILIDAD. ............................................................................................................ 109 3.9.2 LAS CONDICIONES DE LA CARGA HAN CAMBIADO. ....................................................... 109 3.10 ANÁLISIS COSTO BENEFICIO. ............................................................................................... 112 3.10.1 COSTOS. ........................................................................................................................ 112 3.10.2 BENEFICIOS. .................................................................................................................. 112 CONCLUSIONES. .............................................................................................................................. 114 RECOMENCACIONES. ...................................................................................................................... 115 GLOSARIO. ....................................................................................................................................... 116 BIBLIOGRAFÍA. ................................................................................................................................. 119 ANÉXOS. .......................................................................................................................................... 120 vi ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Partes de un reductor cicloidal tipo simple montaje horizontal y vertical ............ 15 Figura 2. Reductor de velocidad /Tipo disco simple (tamaño de armazón 4075-4095) ..... 16 Figura 3. Reductor de velocidad doble reducción. ..................................................................... 16 Figura 4. Partes de un reductor de engranajes. ........................................................................ 17 Figura 5. Acople de rejilla .............................................................................................................. 21 Figura 6. Acople tipo cadena ......................................................................................................... 22 Figura 7. Acople de brida ...................................................................................................... 23 Figura 8. Tipos de sprocket ........................................................................................................... 24 Figura 9. Tipos de poleas .............................................................................................................. 27 Figura 10. Proceso de codificación de activos. Creación propia .............................................. 30 Figura 11. Esquema de análisis RCA .......................................................................................... 36 Figura 12. Pasos a seguir para aplicar la técnica RCA .............................................................. 37 Figura 13. Pasos a seguir para auditar la técnica RCA. ............................................................ 42 Figura 14. Diente desgastado ....................................................................................................... 51 Figura 15. Diente picado ................................................................................................................ 51 Figura 16. Diente roto debido a engranaje mal alineado ........................................................ 52 Figura 17. Dientes rotos debido a mal alineamiento de engranajes ....................................... 53 Figura 18. Rotura de dientes por mal alineamiento. ................................................................. 54 Figura 19.Modos de fallo de reductores de velocidad. .............................................................. 57 Figura 20.Datos de placa reductor de picadora de caña #1. ................................................... 58 Figura 21. Árbol de análisis de fallo. ............................................................................................ 63 Figura 22. Toma de vibraciones mecánicas a reductores de velocidad ................................. 65 Figura 23. Posible falla en el sensor. ........................................................................................... 67 Figura 24. Desequilibrio máquinas verticales. ........................................................................... 68 Figura 25. Rotor excéntrico. .......................................................................................................... 69 Figura 26. Falla en el engranaje. .................................................................................................. 69 Figura 27. Falla de desalineación. ................................................................................................ 69 Figura 28. Falla de desalineación angular ................................................................................... 70 Figura 29. Falla de desalineación paralela. ................................................................................. 71 Figura 30. Falla de eje doblado. ................................................................................................... 72 Figura 31. Falla de rodamiento amartillado ................................................................................ 73 Figura 32. Falla de desgaste de los dientes ................................................................................ 74 Figura 33. Falla de los dientes sobrecargados. .......................................................................... 74 Figura 34. Falla juego de engranajes .......................................................................................... 75 Figura 35. Falla engranajes excéntricos. ..................................................................................... 76 Figura 36. Falla engranaje desalineado ....................................................................................... 76 Figura 37. Falla engranaje agrietado o roto. .............................................................................. 77 Figura 38. Falla engranaje agrietado o roto ............................................................................... 78 Figura 39. Falla de acoplamiento. ................................................................................................ 78 file:///C:/Users/Luis%20Garcia/Desktop/ENVIAR%20A%20BIBLIOTECA/TESIS.%20MANTENIMIENTO%20DE%20REDUCTORES%20CICLOIDALES%20Y%20DE%20ENGRANAJES..docx%23_Toc48225159 file:///C:/Users/Luis%20Garcia/Desktop/ENVIAR%20A%20BIBLIOTECA/TESIS.%20MANTENIMIENTO%20DE%20REDUCTORES%20CICLOIDALES%20Y%20DE%20ENGRANAJES..docx%23_Toc48225160 file:///C:/Users/Luis%20Garcia/Desktop/ENVIAR%20A%20BIBLIOTECA/TESIS.%20MANTENIMIENTO%20DE%20REDUCTORES%20CICLOIDALES%20Y%20DE%20ENGRANAJES..docx%23_Toc48225162 file:///C:/Users/Luis%20Garcia/Desktop/ENVIAR%20A%20BIBLIOTECA/TESIS.%20MANTENIMIENTO%20DE%20REDUCTORES%20CICLOIDALES%20Y%20DE%20ENGRANAJES..docx%23_Toc48225170 vii Figura 40. Falla desbalance del acople. ....................................................................................... 78 Figura 41. Falla desgaste del acople ............................................................................................ 79 Figura 42. Falla fajas desgastadas o sueltas. ............................................................................. 79 Figura 43. Termografía a Reductor. ............................................................................................. 84 Figura 44. Proceso de deterioro de equipos a causa del aceite. ............................................. 86 Figura 45. Análisis comparativo de resultados LCCA. Creación propia. .............................. 105 Figura 46. Curva de la bañera evolución del mantenimiento y sus costos. ......................... 106 Figura 47. Variación de la disponibilidad en función del tipo de mantenimiento. .............. 107 Figura 48. Afectación de la vida útil del equipo al aplicar solo un tipo de mantenimiento. ......................................................................................................................................................... 108 Figura 49. Comparación de selección de equipos. Creación propia. ..................................... 110 file:///C:/Users/Luis%20Garcia/Desktop/ENVIAR%20A%20BIBLIOTECA/TESIS.%20MANTENIMIENTO%20DE%20REDUCTORES%20CICLOIDALES%20Y%20DE%20ENGRANAJES..docx%23_Toc48225193 viii ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Modos de fallo de un acople. Creación propia ........................................................... 20 Tabla 2. Modos de fallo de los Sprocket. Creación propia. ...................................................... 25 Tabla 3. Modos de fallo de las poleas. Creación Propia. ........................................................... 28 Tabla 4. Clasificación de riesgo de los equipos .......................................................................... 48 Tabla 5. Jerarquización de criticidad de los equipos. Creación propia. .................................. 48 Tabla 6. Modo de fallo de un engranaje. .................................................................................... 49 Tabla 7. Lubricación con grasa de reductores cicloidales ......................................................... 55 Tabla 8. Reductores cicloidales lubricados con aceite. ............................................................. 55 Tabla 9. Reductores cicloidales lubricados con aceite y bombeado ........................................ 56 Tabla 10. Modos de fallo y sus respectivos costos. Elaboración propia. ................................ 61 Tabla 11. Tabla ISO 10816-3 Cuadro de severidad de vibraciones ........................................ 66 Tabla 12. Índice de acidez............................................................................................................. 88 Tabla 13. Tabla para control general del estado de los equipos. Creación propia ............... 93 Tabla 14. Partes a revisar para un mantenimiento programado reductor cicloidales. Creación propia. .............................................................................................................................. 95 Tabla 15 . Partes a revisar para mantenimiento programado reductores de engranaje. Creación propia. .............................................................................................................................. 96 Tabla 16. Número de horas hombre. Creación propia. ............................................................ 96 Tabla 17. Cronograma de ejecución de mantenimiento de acuerdo a horas hombre. Creación propia. .............................................................................................................................. 97 Tabla 18. Componentes que se pueden evaluar en la confiabilidad. .................................. 100 Tabla 19. Componentes que se pueden evaluar para la frecuencia de falla. ...................... 100 Tabla 20. Componentes que se pueden evaluar para tiempo medio entre fallas. ............. 101 Tabla 21. Componentes que se pueden evaluar para la disponibilidad ............................... 101 file:///C:/Users/Luis%20Garcia/Desktop/ENVIAR%20A%20BIBLIOTECA/TESIS.%20MANTENIMIENTO%20DE%20REDUCTORES%20CICLOIDALES%20Y%20DE%20ENGRANAJES..docx%23_Toc48225218 ix RESUMEN. El mantenimiento a reductores de velocidad ya sea cicloidales o de engranajes es un tema que ocupará el presente trabajo; en la presente investigación, se estudia los diferentes componentes, que forman parte en sí del equipo reductor de velocidad, y que juegan un papel importante en la operación y en la prolongación de la vida útil del mismo, También se analiza la gestión de activos enfocado en el control que estos deben de tener dentro de la planta y se pueda hacer una buena documentación y registros para el mantenimiento. Además se plasma de manera sistemática como realizar una gestión de mantenimiento. Derivándose de todo esto la necesidad de establecer una línea de conocimiento la cual se denominará “Mantenimiento a reductores de velocidades cicloidales y de engranajes”. En muchas ocasiones cuando falla un equipo, se vuelve un tema integral de análisis que puede involucrar diversos escenarios que va desde investigar si fue una selección inadecuada del equipo, hasta conocer si las causas de falla han sido por los componentes mal instalados, mal seleccionados o por averías, ya sea por el uso o por otra causa. Hacer un análisis completo involucra tener un personal capacitado tanto en conocer cómo se comportan estos componentes, así como tener conocimiento en diversas técnicas de mantenimiento predictivo. Debido a que las empresas cada día buscan tener equipos que fallen menos; al reparar una falla, la empresa, debe de hacer un análisis RCA, (Análisis Causa Raíz), y hacer una investigación más a fondo en la solución para no tener problemas de paros recurrentes, ya que impacta negativamente en los indicadores de operación y mantenimiento de la planta x OBJETIVO GENERAL. Generar tópicos de buenas prácticas de mantenimientos de los reductores cicloidales y de engranajes, analizándolo de manera integral con todos los accesorios que lo componen, su buena gestión de activos, sus planes de mantenimiento y su metodología de inspección para minimizar costos por fallas durante la zafra, contando con personal de planta o tercerizado. OBJETIVO ESPECÍFICO.  Conocer los modos de fallo de los componentes acoplados en un reductor de velocidad cicloidales y de engranajes.  Establecer buenas prácticas de selección y operación a reductores de velocidad cicloidal y de engranajes que ayuden a minimizar fallas.  Proponer planes de mantenimiento a reductores de velocidad y su metodología de inspección. xi ALCANCES.  Conocer las partes o accesorios que están asociados a un reductor de velocidad, presentar los modos de fallos de sus accesorios acoplados, así como los propiamente ocurridos sobre ellos. Y ante una falla dar a conocer cómo realizar un análisis RCA.  Proponer mejoras en su gestión que como activos, así como proponer planes de mantenimiento requerido, tomando en cuenta su metodología de inspección para minimizar fallas a lo largo de su ciclo de vida. LIMITANTES.  se ha enfocado en un área específica que son los reductores de velocidad considerados críticos específicamente del área de picado de caña del Ingenio Central Izalco del cual se tomaron datos y se plasma un análisis RCA, de una de las fallas ocurridas. Para los demás equipos considerados no críticos se tuvo como limitante la recolección de información administrativa de mantenimiento (causas de falla, frecuencia de falla, tiempo medio entre falla, otros). La limitante también fue en tiempo.  Se plasma información de diferentes visitas a ingenios azucareros, por lo cual es ésta industria la más estudiada en este trabajo. xii ANTECEDENTES. En El Salvador hoy día existen al menos seis ingenios azucareros (Ingenio Chaparrastique, Ingenio central Izalco, Ingenio El Ángel, Ingenio Jiboa, Ingenio La cabaña, Ingenio La Magdalena). Cada uno con una maquinaria similar propia para el proceso de extracción de azúcar, y cada uno enfocado en lograr crecer en el rubro de la generación de energía eléctrica. El presente trabajo se enfoca en el ingenio Central Izalco debido a que fue éste ingenio quien abrió sus puertas para poder hacer la recolección de información que se estudia en este trabajo; aunque también fue posible visitar otros ingenios de los cuales se pudo tener información valiosa del ambiente operacional bajo el cual funcionan los reductores de velocidad, y se plasman también una seria de recomendaciones encaminadas a la solución de las malas prácticas ejecutadas en muchas ocasiones por un desconocimiento de estos equipos, y en otras veces por la premura de mantener la planta operativa. Algunas malas prácticas van desde la selección inadecuada de equipos hasta accesorios mal instalados (ruedas dentadas, acoples entre otros); lo que repercute en que la planta opere a un costo mayor. Si bien es cierto hay muchas técnicas de mantenimiento predictivo, que se aplican al mantenimiento de reductores de velocidad (termografía, vibración mecánica, análisis de aceite, y otros), además de personal entrenado y con experiencia en el mantenimiento de reductores; se logra determinar que hay una necesidad en este rubro, que va más allá de solo instalar un equipo y dar mantenimiento, ya que su buen desempeño depende no solo de una buena instalación mecánica; si no también, del análisis de la carga y la aplicación específica en la cual trabajará, es por eso que, existe la necesidad de conocer más a profundidad los procesos operativos de producción (toneladas a mover, velocidades, tipo de producto, horas diarias de operación, y otros) a los que se someterá un equipo xiii reductor de velocidad, en ocasiones al cambiar los parámetros operativos, el equipo se ve afectado en su desempeño y falla prematuramente. 14 CAPÍTULO I. INTRODUCCIÓN AL CONOCIMIENTO DE REDUCTORES DE VELOCIDAD Y MOTORREDUCTORES. Reductores de velocidad hay de diversos tipos: desde potencias muy pequeñas que pueden ser de menos de 1 HP hasta potencias muy grandes, de 1000HP o más. Todo depende de la aplicación para la cual se requiera. Estos equipos existen en la mayoría de empresas industriales, desempeñando un trabajo sumamente importante en las operaciones de la planta. Su trabajo principal es transformar una potencia eléctrica en mecánica, debido al diseño que estos equipos tienen esta transformación se lleva a cabo internamente en la caja reductora de velocidad a través de sus engranajes o discos cicloidales, de esta manera pasa de una velocidad alta, la cual recibe el reductor, a una velocidad baja la cual entrega el reductor en su eje de baja velocidad. Para ello se usa el termino llamado ratio, el ratio nos indica la relación de trasformación de velocidad en un reductor, así por ejemplo un ratio 20:1 indica que por cada 20 vueltas en su entrada, el reductor entregara 1 vuelta a la salida. Entonces, la frase reductores de velocidad, es usada en este trabajo para dar a entender el cambio de velocidad en su eje de salida que experimenta un equipo cuando en su eje de entrada o eje de alta recibe una velocidad superior en rpm. Hay diversos tipos de reductores de velocidad entre los cuales podemos mencionar como ejemplo los siguientes: a) Reductores de velocidad sin fin corona. b) Reductores de velocidad de engranajes. c) Reductores de velocidad cicloidales. Estos equipos están compuestos por diferentes partes, en este documento se estudiarán los reductores de engranajes y los del tipo cicloidal. 15 1.1 PARTES DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD CICLOIDAL1. La construcción general de la que se compone un reductor de velocidad del tipo cicloidal es la siguiente: Figura 1. Partes de un reductor cicloidal tipo simple montaje horizontal y vertical 1 Sumitomo,2004, manual de operación y mantenimiento Reducción simple Montaje horizontal Reducción simple montaje Vertical N° Parte Nombre de parte 1-01 Pines para el eje de baja velocidad 1-02 Rodamiento A 1-03 Rodamiento B 1-04H Sello para el collar horizontal 1-06 Rodillos para el eje de baja velocidad 2-01 Carcasa radial para los engranajes. 2-02 Pasadores de corona 2-03 Rodillo para los engranajes radiales. 2-04 Discos cicloidales 2-05 Anillo espaciador 3-01 Eje de alta velocidad 3-02 Balero C 3-03 Balero D 3-04 Ensamblaje del balero excentrico 3-05 Cuña para excentrica **3-6 Contrapeso 3-07 Espaciador 3-08 Espaciador 3-09 Espaciador 3-10 Anillos retenedores 3-11 Anillos retenedores 3-13 Collar 5-01 Pines para eje intermedio 5-02 Balero F 5-03 Balero G 5-04 Ensamblaje del balero excentrico 6 Empaquetadura 7 Perno de tuerca de la carcasa 8 Alta velocidad y proteccion 9 ventilador de enfriamiento y set de tornillos 10 Cubierta protectora. 11 cuña para ventilador 12 Pernos para SS y sellos para el aceite de la carcasa 13 Pernos espaciadores para cubierta del ventilador 14 Enchufe 15 Niple para grasa 18 Sello para aceite de la salida de baja velocidad 19 Sello para aceite de la salida de alta velocidad 25 Sello de aceite para la Carcasa horizontal 26 Caja horizontal 28 Enchufe para cambio de aciete 29 Calibrador de aciete unidad vertical 35 Sello de aceite para la Carcasa vertical 38 Caja vertical, integral tipo V 39 Calibrador de aciete unidad vertical 40 Leva 41 Set de tuberia y señal de aciete 42 Desatascador 43 Bomba de desplazamiento positivo 46 Drenaje 55 Cubierta intermedia 57 Cáncamo 58 Lanzador de aciete 59 Espacidor 16 Figura 2. Reductor de velocidad /Tipo disco simple (tamaño de armazón 4075-4095) Figura 3. Reductor de velocidad doble reducción. 17 1.2 PARTES DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD DE ENGRANAJES. Entre las partes que se pueden encontrar en una caja reductora de velocidad del tipo engranaje se tienen las siguientes. Figura 4. Partes de un reductor de engranajes. 1A Ensamblaje de eje 1A1 a 1A5 1A1 Rodamiento 1A2 Rodamiento 1A3 eje 1A4 Piñon 1A5 Espaciador tamaño 1060 a 1070 4A Ensamblaje de eje 4A1 a 4A7 4A1 Rodamiento 4A2 Rodamientoo 4A4 Piñon y eje Ref 4A7 4A5 Spaciador tamaño 1100-1130 & 100 a 130 4A6 Engranaje 4A7 Tuerca de bloqueo 5A Ensamblaje de eje 5A1 a 5A6 5A1 Rodamiento 5A2 Rodamiento 5A3 Eje 5A6 Engranaje ENSAMBLAJE DEL EJE DE ALTA VELOCIDAD 1A ENSAMBLAJE DEL EJE DE BAJA VELOCIDAD 4A ENSAMBLAJE DEL EJE DE BAJA VELOCIDAD 5A 18 1.3 APLICACIONES DE LAS CAJAS REDUCTORAS DE VELOCIDAD. La variedad de aplicaciones para este tipo de equipos es amplia, trabaja comúnmente en conjunto con motores eléctricos. En la industria azucarera por ejemplo, se pueden ver instalados desde los inicios del proceso en el área de patio de caña, accionando ejes de mesas alimentadoras de caña; en los conductores de caña; en las áreas de purificación de jugo, se pueden ver movilizando ejes verticales en tanques mezcladores. Los sistemas trasportadores de bagazo hacia las calderas, aquí la función de los reductores es movilizar bandas, y así se pueden enumerar muchas aplicaciones para estos equipos en esta industria. En empresas de rubros diferentes al de la agroindustria como los ejemplos mencionados anteriormente, las aplicaciones son muy similares, lo que cambia son los equipos que movilizan. 1.4 MOTORREDUCTORES. Los motorreductores, son las unidades que como su nombre mismo lo indica es una palabra compuesta que indica que ya viene integrado a través de una brida el motor y reductor a la vez, para su selección correcta siguen el mismo patrón que una caja reductora, tomando los mismos parámetros que se describen para ellos. Sus usos también son diversos en la agroindustria. 1.5 ELEMENTOS O ACCESORIOS ACOPLADOS A UN REDUCTOR DE VELOCIDAD. Para el desarrollo del presente trabajo se mencionarán los accesorios o elementos que trabajan en conjunto con la caja reductora; ya que éstas, usan elementos mecánicos ya sea en su eje de entrada tal como los acoples; o en su eje de salida, las ruedas dentadas o poleas. Estos deben de cumplir criterios técnicos para su uso. La buena selección e instalación tiene incidencia en el buen desempeño de los reductores, así también en la prolongación de su vida útil. 19 1.5.1 ACOPLES. Para los acoples es determinante realizar una buena selección, es por eso que es necesario conocer los diámetros de eje de ambos equipos; diámetro del eje del motor y diámetro del eje de entrada del reductor, estos datos se deben de conocer para corregir a un acople mayor si se observa que el diámetro obtenido de (EC.1.1) arroja un dato que excede el límite máximo de barrenado al que se debe de maquinar una maza. Al no considerar estos datos y excederse en mecanizar una maza de un acople, éste se debilita y pueden fallar al someterlo a esfuerzos de torsión fuera de su diseño. Los pasos específicos para una selección adecuada de acoples (D-flex, tipo rejilla, de cadena y de bridas) se presentan a continuación: 1) Selecciona el factor de servicio. 2) Determina la aplicación HP por 100 RPM. 𝒉𝒑 𝟏𝟎𝟎 = 𝑯𝑷𝒙𝟏𝟎𝟎𝒙𝑭𝑺/𝑹𝑷𝑴 (𝑬𝑪𝟏. 𝟏) Dónde: 100: Constante. HP: Potencia del motor. FS: Factor de servicio. RPM: RPM del acople. 3) Directamente de las tablas del fabricante encontrar el rango igual o más grande que el dato obtenido en la formula HP/100. 4) Verifica la máxima capacidad en RPM. 20 5) Verifica la máxima capacidad de barrenado, si el máximo barrenado excede, elija un rango mayor, pero asegurarse que las máximas RPM del acople no son excedidas. El factor de servicio se puede obtener de tablas que proporciona el fabricante (ver anexo 5 al final del documento), mientras que las rpm del eje del acople, se selecciona de acuerdo a la velocidad final que se está requiriendo. Para el presente trabajo, se mencionan al menos 4 tipos de acoples, los cuales son usados para la transferencia de torque mecánico entre un motor y una caja reductora:  Acople de rejillas.  Tipo cadena.  De mordaza.  De bridas. Para un acople se pueden tener los siguiente modos de fallo. Tabla 1. Modos de fallo de un acople. Creación propia Tipo de Acople Modo de fallo Posible Causa De rejillas Quebradura en mazas Maquinado excesivo, mala selección de acoples, mala selección de las mazas De rejillas Quebradura en elemento que une a ambas mazas (rejilla) Desalineamiento en mazas provenientes también desde los ejes. Falta de lubricación, en su instalación no fue lubricado De rejillas Recalentamiento de acople Falta de lubricación De cadena Quebradura en mazas Maquinado excesivo, mala selección de acoples, mala selección de las mazas De cadena Quebradura en rodillos de cadenas Desalineamiento en las mazas De cadena Cadena floja Dientes desgastados De mordaza Quebradura en sus dientes Torque excesivo De Brida Quebradura en sus bridas Torque excesivo 21 1) ACOPLES DE REJILLA2 Los acoples de rejilla están compuestos por dos mazas de acero las cuales vienen centropunteadas y se pueden mecanizar a la medida, bajo criterios técnicos; en todo caso lo que se debe de evitar es mecanizarlas más de lo indicado, ya que si eso ocurre, el acople quedaría debilitado y propenso a quebrarse en la operación. Estos acoples pueden funcionar perfectamente bien desde -35 a 210 °F, toleran desalineamiento angular de 0.5°, desalineamiento paralelo de 0.012”, las velocidades que pueden alcanzar es un poco arriba de 6,000 rpm. Figura 5. Acople de rejilla 2) ACOPLE TIPO CADENA3 El acople tipo cadena transmite torque a través de dos mazas con un sprocket endurecidos y doble cadena de rodillos, la cadena es envuelta alrededor del sprocket con un eslabón o pin fácil 2DODGE,2010, PT Catalogo de componentes de ingeniería. 3 DODGE,2010, PT Catalogo de componentes de ingeniería 22 de instalar y remover. El acople dispone de un claro entre la cadena y los dientes del sprocket; este dispone de 2° de desalineamiento angular, 0.15” de desalineamiento paralelo. El rango de temperatura de operación es de -30F hasta 225°F. Figura 6. Acople tipo cadena 3) ACOPLE DE BRIDA4 El acople tipo raptor puede tolerar hasta 4° de desalineamiento angular y 4.8mm de desalineamiento paralelo, rango de torque hasta 38,438 N-m. En un caso que llegue a fallar los tiempos de reemplazo es mucho menor que cualquier otro, de esta manera, puede mejorarse los tiempos perdidos para reparar. Mejorando así el indicador de mantenimiento (MTTR). 4 DODGE,2010, PT Catalogo de componentes de ingeniería 23 Figura 7. Acople de brida 1.5.2 RUEDA DENTADA Otro elemente que forma parte o puede formar parte en los accesorios acoplados a un reductor de velocidad son las ruedas dentadas o comúnmente conocidas como sprocket, son usados en el eje de baja velocidad en las cajas reductoras, estos en conjunto con cadenas son necesarios para la transmisión de potencia. No todas las cajas reductoras llevan sprocket en su eje de baja, esto dependerá de la aplicación que se esté ejecutando. El material para los sprocket debe de ser seleccionado de acuerdo a las condiciones de trabajo y los requerimientos para la aplicación. Hay diferentes tipos de sprocket entre los cuales podemos mencionar5:  Tipo A: planos sin mazas en ninguno de los lados. 5 Martin Sprocket,2013, El gran catalogo 4000 24  Tipo B: con mazas en uno de los lados.  Tipo C: con mazas en ambos lados. Tipo D: con mazas desmontables atornillables. Figura 8. Tipos de sprocket Rueda dentada de hileras múltiples. Se encuentran enlistados con un prefijo de letra empezando por la letra D para doble hilera, E para triple hilera, F para hilera cuádruple. Hay otros estilos de sprocket, se mencionan a continuación: 25 Rueda dentada tipo QD (Desmontaje Rápido) donde el buje cónico se atornilla dentro del barreno maquinado en el sprocket. Al ser insertado en el sprocket el buje se comprime contra el eje obteniéndose una sujeción firme. Tipo MST. Son otros tipos de sprocket para buje y es similar al QD excepto que tiene una cuña externa para sujetar el sprocket. Tipo con buje Taper, es otro estilo de sprocket con buje intercambiable. Este buje permite una firme sujeción en el eje de la transmisión. Tipo bipartido, se utiliza en lugar de un sprocket con maza sólida para instalarse rápidamente sin dañar el eje ni desalinear la transmisión. Existen algunos modos de fallo en las ruedas dentadas las cuales se escriben a continuación. Tabla 2. Modos de fallo de los Sprocket. Creación propia. Modo de fallo Posible Causa. Dientes desgastados perdida de paso. El material del cual están hechos los dientes no es adecuado para la aplicación, hay condiciones de contaminación que hace que el diente se desgaste o sufra corrosión. Desmontaje de la cadena en el sprocket o rueda dentada. Desalineamiento entre sprocket conductor y conducido. Resequedad en la cadena. Cariado de los dientes 1.5.3 POLEAS6. Las poleas son otros elementos los cuales se ven involucrados indirectamente en el trabajo de los reductores de velocidad. Al igual que los acoples, las poleas deben ser seleccionadas de 6 Martin Sprocket,2013, El gran catalogo 4000 26 acuerdo al diámetro del eje en el cual se instalará, si no se hace una selección apropiada estos pueden quebrarse. Otro factor a tomar en cuenta para la selección de poleas son las velocidades. Hay diferentes tipos de poleas; pero, para este trabajo se presentan los tipo QD entre las cuales se mencionan:  Polea tipo A  Polea tipo B  Polea tipo C  Polea tipo D 27  Polea tipo E Figura 9. Tipos de poleas Para todas las anteriores de acuerdo a la aplicación pueden existir: Poleas 3V : 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8 y 10 ranuras. Poleas 5V : 2 ,3, 4, 5, 6, 7,8, 9 y 10 ranuras. Poleas 8V : 4,5,6,8,10, y 12 ranuras. La información necesaria que se debe de recopilar para la selección de poleas que transmiten potencia a través de bandas en V tenemos:  La potencia del motor (HP).  Rpm de la unidad motriz.  Rpm de la máquina impulsada.  La distancia entre centros de los ejes.  Diámetros de los ejes de las dos unidades.  El promedio diario de horas de operación. En el anexo 7 se podrá encontrar, los parámetros técnicos correspondiente a las poleas mencionadas en este apartado. 28 A continuación se listan algunos modos de fallo; cuando una polea ya no está funcionando con las características de diseño original. Tabla 3. Modos de fallo de las poleas. Creación Propia. Modo de fallo Posible Causa. No se desarrolla las rpm que se requieren Ranuras desgastadas, la faja queda floja. Se dispara el motor. Hay una mala selección en la faja y hay mucha tracción en las ranuras de las poleas. Quebradura en sus bujes Mala selección de las poleas, se seleccionó para eje muy grueso y se excedió en su maquinado. 29 CAPÍTULO II. GESTIÓN DE ACTIVOS. En el contenido de este capítulo se proponen mejoras en la administración de los bienes con el objetivo de generar beneficios en la estrategia de mantenimiento. 2.1 EL CONTROL DE LOS ACTIVOS REDUCTORES DE VELOCIDAD. Cuando un equipo entra nuevo a la planta el primer día de operación es necesario recolectarle los datos de placa, o los datos operativos iniciales; así por ejemplo se pueden recolectar: La potencia del motor que lo mueve, la relación de velocidad o ratio del reductor, toneladas por hora a mover, los datos de la carga (carga liviana, moderada, o de alto impacto, otros). Esto con el fin de documentar sus datos y monitorear el comportamiento del reductor desde sus inicios e ir analizándolo a lo largo de su ciclo de vida. En este breve apartado se harán recomendaciones de un proceso que se debe de seguir desde la adquisición y puesta en marcha de un activo con el objetivo de lograr su trazabilidad de su mantenimiento. Generar nombres y códigos a los equipos ayudará para hacer una buena documentación general del mantenimiento, y conocer en todo tiempo el estado del equipo y por último registrar evento de fallas. En la práctica ya sea por emergencia o por cualquier otra índole muchas veces no se tiene control de los movimientos que tiene un equipo dentro de la planta. Si un reductor de velocidad u otro equipo, fue adquirido para operar en conjunto con una máquina, que con los años hay necesidad de ir repotenciándolos, estos al ser desinstalados quedan en bodegas o son movidos hacia otras áreas dentro de la planta. Dentro del GMAO debe quedar registrado si este equipo está operando en otras condiciones; se le dará de alta en la nueva posición y esto llevaría a que la descripción del equipo cambie y adquiera un nuevo código correlativo en el lugar de la nueva instalación. Esto es un trabajo de gestión y control de activos muy importante 30 en la cual se deben de ver involucrados comprometidamente los supervisores y jefes con el objetivo que el GMAO logre tener información relevante para la toma de decisiones, de lo contrario se estaría cargando ordenes de trabajo a un equipo falso y no a un equipo que en realidad se le necesitan imputar los costos. A continuación se presenta un procedimiento propuesto para ayudar a tener control de los activos, generándoles desde el inicio su correspondiente código de equipo. La codificación de equipos se debe de realizar acorde a las políticas de codificación de equipos de la empresa, lo ideal sería que el código que se dé de alta sea el mismo al cual se dará de baja al final de su ciclo de vida. Sin embargo en el correr de los años existe la necesidad de mover equipos hacia diferentes áreas. Figura 10. Proceso de codificación de activos. Creación propia Proceso de compra Codificar equipo Ejecución de la compra Llamar al departamento que solicita el equipo Ingreso al GMAO Entrega al departamento solicitante Sí No 31 Para un control de activos de los reductores de velocidad se hace necesario llevar a cabo una estrategia de codificación, la cual el personal de mantenimiento debe de conocer. Se propone agrupar y codificar los reductores de acuerdo a su lugar de operación inicial. A continuación se da una propuesta. 1. Designar la letra “R” como inicial para distinguirlo del resto de los activos. 2. Agrupar los reductores por área.  Extracción de azúcar: EXT.  Conductor principal: 01  Molinos: 02  Fabricación de azúcar y áreas similares: FAB  Tachos:01  Centrifugas: 02  Mieles: 03  Generación de energía: GEN.  Caldera. 01  Caldera:02  Caldera:03 3. Ubicar la potencia del reductor. 4. Ubicar el año de ingreso a la planta. De esta manera se busca tener un control de los activos desde sus ingresos iniciales a la planta. Ejemplo: R-EXT-01-200HP-2020. 32 Que se lee: “Reductor en el área de extracción, conductor principal de 200HP ingresado en el año 2,020”. Para la fabricación de este código se puede usar lámina inoxidable de 1mm de espesor y puede ser remachada con remaches pop en la carcasa del equipo. Que pasaría si este mismo equipo es llevado al área de fabricación de azúcar a mover una bomba?. Si no estuviera codificado el reductor se le perdería el seguimiento de mantenimiento, pero es obvio que existe una nueva necesidad de codificación y control en su nueva área y al deducir costos de mantenimiento por áreas se vería afectada el área de la cual salió. ¿ Que hacer en este caso?. Si se le cambia código se estaría perdiendo el record de repuestos que se le han cambiado a este equipo. Si no se le cambia el código estaría operando en un área al que no pertenece. Se propone darle da baja de la posición inicial y darle de alta en la nueva posición. Sin perder el record de mantenibilidad que ha tenido en las áreas anteriores. Llevando un registro el tiempo que estuvo en cada posición. 2.2 BUENAS PRÁCTICAS O MEJORAS EN LA DE SELECCIÓN Y OPERACIÓN DE REDUCTORES DE VELOCIDAD. 2.2.1. BUENAS PRÁCTICAS DE SELECCIÓN DE REDUCTORES DE VELOCIDAD. Para asegurar que una caja reductora está siendo bien seleccionada a esto le precede un análisis que puede ser simple pero si no se pone en práctica y se elige sin un criterio técnico la caja reductora está destinada a sufrir daños prematuros en sus componentes o partes. La manera de seleccionar los reductores de velocidad puede variar de acuerdo al fabricante del equipo sin embargo uno de los datos más relevantes que tiene que ver con la buena selección de los 33 equipos es el factor de servicio. El factor de servicio es un dato que se obtiene de la aplicación de la carga, conociendo por anticipado si ésta operará a cargas uniformes a cargas moderadas o cargas de alto impacto. (Ver anexo 6). En algunos casos y para un fabricante específico, se puede tener variaciones de factores de servicio desde 0.5 para cargas uniformes hasta 2.5 para cargas de alto impacto. Ejemplo1: Se tiene un motor eléctrico de 5 HP que operara una caja reductora a carga uniforme y un factor de servicio de 0.5. Como resultado podemos elegir una caja reductora de 2.5HP, y todo marchara muy bien (se ha hecho una buena selección). Ejemplo 2: Se tiene un motor de 5HP que operara una caja reductora con una carga de alto impacto donde el factor de servicio es de 2.5. Como resultado se tiene que seleccionar una caja reductora de 2.5 veces la potencia del motor, esto nos daría una caja reductora de 12.5HP (se ha hecho una buena selección). Para estos ejemplos el problema ocurre cuando una caja reductora con un factor de servicio bajo, se instala en un lugar de alto impacto. Se logra ver la diferencia para el ejemplo 1. En el cual se tiene una caja reductora de 2.5HP y en el ejemplo 2 se tiene una caja reductora de 12.5HP; ambos acoplados a un motor de 5HP. El problema ocurre cuando el del ejemplo 1 se ubica en el lugar de operación del ejemplo 2. 34 A continuación se presenta una lista de las buenas prácticas de selección de cajas reductoras de velocidad7: Recolectar datos de su aplicación.  Se debe de conocer la aplicación en la que trabajará la caja reductora, (transportador, mezclador, etc).  Si trabajará en posición horizontal o vertical.  Se debe conocer las horas de operación (24 horas, 10 horas al día, etc).  Potencia del motor, velocidad de entrada (rpm).  Velocidad de salida deseada.  Esfuerzos radiales o de impulso. Selección del tamaño de la carcasa.  Encontrar la clasificación de la carga  Encontrar el factor de servicio  Seleccionar la potencia de la caja reductora (multiplicando la potencia del motor con el factor de servicio).  Seleccione un tamaño de carcasa. Seleccione un estilo de carcasa y una posición de montaje. Seleccione un estilo de carcasa. Verificar las dimensiones de acuerdo a planos, previamente a su adquisición. (Ver anexo 6. Para una mejor interpretación de selección de reductores de velocidad cicloidades serie cyclo 6000). 7 SUMITOMO, Reductores de velocidad cyclo 6000. 35 2.2.2 BUENAS PRÁCTICAS DE OPERACIÓN DE REDUCTORES DE VELOCIDAD8. Para las buenas prácticas de operación de los reductores de velocidad se pueden considerar aquellas que contribuirán a que el reductor de velocidad no sufra daños por mover cargas las cuales ya no están aptas para su capacidad.  Operar los equipos bajo los parámetros para lo cual fueron seleccionados: Esto ayudara a que los reductores no se sobrecarguen de trabajo o no operarlos en otras condiciones de carga, esto impactara negativamente en su vida útil.  Utilizar los equipos en las aplicaciones para lo cual fueron seleccionados: Es muy necesario considerar las condiciones de diseño del equipo reductor de velocidad, debido a que éstos, se seleccionan para una aplicación específica y si la condición de la carga cambia, se debería de cambiar también el reductor a la nueva capacidad; aquí juega un papel muy importante el factor de servicio de la caja reductora. Por ejemplo una caja reductora que inicialmente se seleccionó para una carga constante no podrá ir a operar a un lugar donde las condiciones de la carga son pesadas, el equipo estaría propenso a fallar. 8 Otras fuentes. Conceptos y definiciones propias del autor. 36 2.3 ANÁLISIS CAUSA RAÍZ9 Cada vez que ocurre una falla en un reductor de velocidad; no solo se ira a reemplazar la pieza dañada de lo que físicamente se ve, se tiene que hacer un análisis del porqué está ocurriendo la falla. Eso ayudará a localizar la causa raíz del problema ocurrido. A continuación un esquema de análisis RCA. En muchas ocasiones como el esquema lo indica ya sea por solventar la falla de inmediato, se olvida de llevar a cabo un análisis más enfocado a eliminar el problema desde la causa raíz, pasando de una vez del paso uno al tres, el cual es una falla en la solución de problemas según el RCA. Para la implantación de la técnica de análisis causa raíz se presenta a continuación un esquema: 9 Parra, C. & Crespo, A.2015. Introducción a la Gestión de activos integrado con las técnicas de ingeniería de confiabilidad y mantenimiento. Crimen y evidencia Sospechosos, confesiones, proceso de juicio Deliberación Sentencia Definición del problema Proceso del análisis del problema Identificación de soluciones Implementación de soluciones Analogía del método del RCA con un juicio Figura 11. Esquema de análisis RCA 37 Figura 12. Pasos a seguir para aplicar la técnica RCA Los pasos detallados en el esquema anterior tiene el objetivo de seguir un desarrollo de beneficio en el análisis, a continuación una breve explicación:  Etapa 1. Conformación de un equipo de trabajo: un conjunto de personas con esfuerzos aunados con un objetivo común. Las características generales son:  Alineación  Coordinación  Comprensión  Respeto  Confianza Conformación de equipos de trabajo Definición y jerarquización de los problemas Definición de causas raíces: físicas, humanas y latentes Definición e implementación de las soluciones Definición y priorización de los modos de fallo Definición y validación de hipótesis Evaluación de la efectividad de las soluciones 38  Etapa 2: Definición y jerarquización de problemas. La primera actividad a ser desarrollada por el equipo de trabajo consiste en definir y jerarquizar los problemas existentes en el área a ser evaluada. Esto significa evaluar los siguientes puntos.  ¿Qué es un problema?  ¿Cómo definimos los problemas?  ¿Todos vemos el problema igual?  ¿Hemos definido problemas en términos de nuestra realidad?  ¿Tenemos experiencias y percepciones distintas?  ¿Entendemos nuestra ignorancia o prejuicios?  ¿Trabajamos en el problema equivocado?  ¿Trabajamos en el síntoma o en la causa? El equipo de trabajo, debe de responder de una manera sistematizada las siguientes preguntas:  ¿Qué? Qué fue lo que ocurrió? Esta pregunta se recomienda que se responda a nivel de equipos o sistemas. (Por ejemplo. Fallas en eje de alta, fallas en sellos, fallas en rodamientos, otros).  ¿Cuándo? Cuándo ocurrió? Aquí se incluyen las fechas y las frecuencias de ocurrencias de los eventos.  ¿Dónde? Dónde ocurrió el problema? Aquí se agrupan las instalaciones y permite visualizar si hay diversos problemas en una misma área.  ¿Importancia? Se describe el impacto y las consecuencias del evento de falla sobre el ambiente, las personas y las operaciones (pérdidas económicas). Se propone cuantificar económicamente el impacto promedio del evento en función del riesgo y se puede llevar a cabo con la siguiente ecuación: 𝑹 = 𝑭𝑭 𝒙 𝑻𝑷𝑭𝑺 𝒙 (𝑪𝑫 + 𝑷𝑬𝑵). (𝑬𝑪. 𝟐. 𝟏) 39 Dónde: R=Riesgo. FF: Frecuencia de fallos, fallos /año. TPFS: Tiempo promedio fuera de servicio, horas/falla CD: Costos promedios directos por fallas por hora. PEN: Costos promedios de penalización por fallas. Conociendo el valor del riesgo de cada evento previamente identificado, el equipo de trabajo debe jerarquizar el nivel de riesgo de cada evento de menor a mayor con el objetivo de reorientar esfuerzos y atender aquellos que generan la mayor cantidad de pérdidas. Se recomienda hacer un análisis de Pareto.  Etapa 3: Definición y priorización de los modos de fallos. Se toman los problemas de mayor impacto y se identifican los posibles modos de fallos. Los modos de fallo dentro del RCA se definen como los eventos físicos que generan el paro imprevisto (problema identificado). Para facilitar el proceso de definición de los modos de fallo el método RCA propone que el grupo de trabajo seleccione el problema y sobre el enunciado del problema responder a la pregunta: ¿Cómo pueden ocurrir los paros imprevistos? Una vez identificados los modos de fallo, se procede a definir el nivel de criticidad de los mismos, se propone calcular el indicador de riesgo total anualizado (RTA). El cual se estima por la siguiente ecuación. 𝑹𝑻𝑨 = 𝑪𝑨𝑹 + 𝑷𝑨𝑭. (𝑬𝒄. 𝟐. 𝟐) 𝑪𝑨𝑹 = 𝐅𝐅 𝐱(𝐂𝐌𝐎 + 𝐂𝐌). (𝐄𝐜. 𝟐. 𝟑) 𝐏𝐀𝐅: 𝐅𝐅𝐱𝐏𝐄. (𝑬𝒄. 𝟐. 𝟒) 40 𝐏𝐄: 𝐓𝐑𝐱𝐈𝐏. (𝐄𝐜. 𝟐. 𝟓) Dónde: CAR: Costes anuales de reparación. PAF: Penalización anual por fallos. FF: Frecuencia de fallos (fallos/año). CMO: Costes de mano de obra por fallo. CM: Coste de materiales por fallo. TR: Tiempo de reparación. IP: Impacto producción. PE: Penalización por evento de falla. Una vez definido el valor de riesgo (dinero/año) y jerarquización de cada modo de fallo (de mayor a menor), se recomienda que el tiempo de trabajo, oriente el esfuerzo de validación de la hipótesis para aquellos modos de fallo que tengan la mejor oportunidad de mejora, utilizando un análisis de Pareto.  Etapa 4: Definición y validación de la hipótesis. Las hipótesis se definen como los posibles mecanismos que provocan los modos de fallo (Latino y Latino 2002). Al ser verificada una hipótesis se convierte en una causa raíz. El grupo de trabajo se plantea una pregunta cómo la siguiente: ¿Por qué ocurren los modos de fallo?. Este paso consiste en eliminar aquellas hipótesis que no son muy consistentes y validar con hechos las hipótesis más probables. Durante esta etapa se deben evaluar los siguientes aspectos: Variables de operación, historiales de mantenimiento, Libros diarios de los eventos de cada turno, resultados de inspecciones (visuales, ensayos no destructivos, etc), 41 resultados de laboratorio (químico y metalúrgico), datos de vibraciones, información de compras, procedimientos de mantenimiento, procedimientos operacionales, datos y modificaciones sobre diseños, registros de entrenamiento del personal.  Etapa 5: Definición y validación de causas raíces. Una vez identificadas las hipótesis el equipo de trabajo procede a identificar las posibles causas raíces.  Causa raíz física (CRF): se refiere a las causas raíces que envuelven materiales o cosas tangibles.  Causa raíz humana (CRH): Se refiere al tipo de causas raíces que generan fallos debido a intervenciones inapropiadas del ser humano. (Errores humanos).  Causa raíz latente (CRL): se refiere al tipo de causas raíces relacionadas con la falta o deficiencia en los sistemas de gestión y administrativos (reglas, procedimientos, guías) o “normas culturales” que permiten que un fallo ocurra. Para definir los diferentes tipos de causas raíces se debe responder la siguiente pregunta: ¿Por qué ocurrió la hipótesis planteada? Esta pregunta se debe de dirigir a los tres niveles de causas citadas anteriormente (CRF, CRH, CRL)  Etapa 6. Definición y evaluación de la efectividad de las soluciones propuestas. Las soluciones a un problema deben de diseñarse para evitar o al menos reducir tanto la recurrencia como el impacto (consecuencia), que trae consigo el evento de fallo a la seguridad de las personas, al ambiente, a la calidad y a la producción (Woodhouse, 1999). Por otro lado la solución no debe de ayudar solo a la confiabilidad del proceso, 42 si no se debe de justificar con un análisis Costo-Riesgo, Beneficio- Riesgo, la solución propuesta debe satisfacer los siguientes criterios:  Prevenir la recurrencia: prevenir o mitigar el problema original, prevenir problemas similares, no crear problemas adicionales.  Minimizar y controlar: Los efectos y consecuencias que traen consigo los nuevos modos de fallos aportados por las soluciones propuestas.  Satisfacer las metas y objetivos: De la organización y del área afectada (maximizar la rentabilidad del negocio). Después de implantado la solución, se propone medir su desempeño con el fin de cuantificar los valores exactos obtenidos y poder cuantificar el beneficio real del cambio. Se propone como modelo el siguiente flujograma (Parra 2000). No Evaluar el funcionamiento del equipo (Fiabilidad y costes) Solución efectiva Cuantificar el beneficio real y estandarizar la solución Presentar el informe final de cierre (medir los beneficios reales) Definir los planes futuros de la técnica RCA Revisar de nuevo el RCA realizado (escenario no deseado) Figura 13. Pasos a seguir para auditar la técnica RCA. Si 43 CAPÍTULO III. MANTENIMIENTO A REDUCTORES DE VELOCIDAD CICLOIDALES Y DE ENGRANAJES. La estrategia de mantenimiento de activos debe de centrarse en primer lugar en la jerarquización como premisa para saber dónde está la mayor necesidad de atención de los planes de mantenimiento. Objetivos del mantenimiento: Minimizar las fallas en los reductores de velocidad para mantener una planta operativa la mayor cantidad de tiempo aplicando diferentes tipos de mantenimiento. Tipos de mantenimiento:  Mantenimiento Predictivo: Mantenimiento basado en inspecciones periódicas y que se utilizan para predecir una falla.  Mantenimiento preventivo: Esta basado en el mantenimiento que reciben los equipos conociendo previamente que hay una avería y se sospecha que puede fallar.  Mantenimiento Correctivo: Mantenimiento que se aplica a aquella maquinaria que ya falló. 3.1. CLASIFICACION DE ACTIVOS DE ACUERDO A SU CRITICIDAD. Es importante, antes de poder llevar a cabo un plan de mantenimiento para las cajas reductoras de velocidad, tener un mapa de criticidad de los equipos, se le debe de dar prioridad de mantenimiento a aquellos que pueden parar las operaciones de la planta si estos llegaran a fallar. Los equipos se pueden clasificar como tipo A, Tipo B, y tipo C; la gerencia debe de tener un plan por nivel de criticidad para mantener el control desde los equipos más críticos hasta aquellos menos críticos. Para los equipos críticos que se ha considerado que afectarían las 44 operaciones de la planta se debe de tener un stock de repuestos que asegure el restablecimiento rápido de la máquina y minimizar el tiempo medio para reparar (MTTR. Mean Time to Repair). Los registros de cada falla ocurrida es muy importante cuando se quiere evaluar cada cuanto tiempo el equipo falla (MTBF. Mean Time Between Failures), que repuesto es el que falla, cuánto cuesta una falla en mano de obra, y por no decir cuánto cuesta dejar de producir al tener la máquina sin operar. Debe de existir una logística más allá del departamento de mantenimiento, es por eso que juega un papel muy importante el departamento de compras para enfrentar una falla en los equipos. El departamento de compras debe de tener claro que al menos en los equipos considerados críticos no debe elegir los repuestos únicamente por el precio que hay en el mercado, más bien se debe de hacer tomando en cuenta aquellos que cumplan los requerimientos técnicos y la calidad para asegurar que el tiempo medio entre fallas será lo más prolongado posible y no estarán poniendo en riesgo la producción. En esta etapa puede ser de mucho interés considerar que hacer si mi equipo falla, y esto debe de ser conocido por todo el personal, esto ayudara mucho a minimizar el MTTR. Algo necesario y se debe de desarrollar para efectos de mejorar los tiempos de respuesta del MTTR es tener los procedimientos para realizar las reparaciones de las fallas ocurridas, esto implica que estarán los procedimientos en papel, y además el personal a cargo del mantenimiento de la maquinaria deberá de conocerlos de primera mano, no en todas las ocasiones los equipos fallan por la misma causa; sin embargo de acuerdo a la documentación recolectada a lo largo del ciclo de vida se puede ver la estadística y la causa de falla, y así tener presente las que hayan sido más recurrentes y estar preparados ante esto. Los tipos de mantenimiento a los reductores de velocidad se propone en este trabajo que deben de ir de acuerdo a la criticidad. Si un equipo es crítico para una planta, a este se le designaran 45 los recursos necesarios para asegurar la operación. Por ejemplo si se tienen un equipo “A”, el cual es más crítico que un equipo “B”; al equipo “A” se le designara más recursos comprándoles aquellos repuestos que podrían fallar, previendo así que no se tendrían tiempos largos para reparar. Depende de la estrategia de mantenimiento que lleve a cabo la gerencia de mantenimiento, podría hasta tener un plan a seguir en caso que se presente una falla. En un equipo crítico se le deben de aplicar las rutinas diarias de mantenimiento, monitoreando los reductores cada día, con el fin de detectar anormalidades, de tal manera que las fallas no se vuelvan severas. Esto tomando en cuenta que las fallas pueden ser previamente conocidas y planear su reparación. Se propone tener mapeada la planta haciendo una clasificación de los equipos críticos, medianamente críticos y los no críticos. Los equipos críticos se pueden clasificar de la siguiente manera.  Equipos clasificación “A” (Equipos críticos).  Equipos clasificación “B” (Equipos medianamente críticos).  Equipos clasificación “C” (No críticos para las operaciones). Para llevar a cabo este proceso de clasificación es necesario presentarlo matemáticamente a través de la siguiente expresión: 𝐂𝐓𝐑 = 𝐅𝐅𝐱𝐂 (𝐄𝐜. 𝟑. 𝟏) Dónde: CTR= Criticidad total por riesgo. FF=Frecuencia de fallas (rango de fallas en un tiempo determinado (fallas/año)). 46 C= consecuencia de los eventos de falla. Donde además el valor de las consecuencias se obtiene a partir de la siguiente expresión. 𝐂 = (𝐈𝐎𝐱𝐅𝐎) + 𝐂𝐌 + 𝐒𝐇𝐀. (𝐄𝐜. 𝟑. 𝟐) Dónde: IO=Factor de impacto en la producción. FO=Factor de flexibilidad operacional. CM= Factor de costes de mantenimiento. SHA=Factor de impacto en seguridad, higiene y ambiente. La expresión final queda: 𝑪𝑻𝑹 = 𝑭𝑭𝒙((𝑰𝑶𝒙𝑭𝑶) + 𝑪𝑴 + 𝑺𝑯𝑨)) (𝑬𝒄. 𝟑. 𝟑) Los factores ponderados para cada variable son.  Frecuencia de falla (FF) (Escala del 1 al 4). 1. Excelente: menos de 0.5 eventos al año. 2. Bueno: Entre 0.5 y 1 evento al año. 3. Promedio: 1 y 2 eventos al año. 4. Frecuente: Mayor a 2 eventos al año.  Factores de consecuencia.  Impacto operacional (IO) (Escala del 1-10). 1. Pérdida de producción menor al 10%. 3. Pérdida de producción entre 10% y 24% 5. Pérdida de producción entre el 25% y 49% 7. Pérdida de producción entre el 50%y 74%. 10. Pérdida de producción superior al 75%.  Impacto por flexibilidad operacional (FO) (Escala del 1 al 4). 47 1. Se cuenta con unidades de reserva en línea, tiempos de reparación y logística pequeña. 2. Se cuenta con unidades de reserva que logran cubrir de forma parcial el impacto de producción, tiempos de reparación y logística intermedia. 4. No cuenta con unidades de reserva para cubrir la producción, tiempos de reparación y logística muy grande.  Impacto en costes de mantenimiento (CM) (escala 1-2). 1. Costes de reparación, materiales y mano de obra inferiores a $20,000. 2. Costes de reparación, materiales y mano de obra superiores a $20,000 (para maquinaria altamente crítica y muy significativa para la planta).  Impacto en seguridad, higiene y ambiente (SHA) (escala de 1-8). 1. No existe ningún riesgo de pérdida de vida, ni afección a la salud , ni daños ambientales. 3. Riesgo mínimo de pérdida de vida y afección a la salud (recuperable en el corto plazo) y/o incidente ambiental menor (controlable), derrames fáciles de contener y fugas repetitivas. 6. Riesgo medio de pérdida de vida, daños importantes a la salud y/o incidente ambiental de difícil restauración. 8. Riesgo alto de pérdida de vida, daños graves a la salud del personal y/o incidente ambiental mayor (catastrófico) que exceden los límites permitidos. 48 Tabla 4. Clasificación de riesgo de los equipos A= Críticos. B= Medianamente críticos. C= No críticos. Como ejemplo para la clasificación de equipos de acuerdo a su criticidad se puede realizar una tabla verificando las frecuencias de fallas, impacto operacional, flexibilidad operacional, impacto en los costos de mantenimiento y e impacto al ambiente. Esta clasificación se lleva a cabo en reuniones y participan en conjunto (operaciones, mantenimiento, procesos, seguridad y ambiente); para ayudar a la clasificación de los equipos para tener una planta mapeada se puede realizar con la ayuda de la siguiente tabla. Tabla 5. Jerarquización de criticidad de los equipos. Creación propia. Nota aclaratoria: si el máximo valor promedio sumado es mayor a 5 para efectos de clasificarlo en la matriz se ubicará en número 5. Frecuencia de fallos IO (Impacto Operacional) FO (Flexibilidad Operacional) CM (Impacto en los costos de mantenimiento) SHA (Impacto en seguridad ocupacional) Posicion de matriz Nivel de criticidad 1 1 10 2 2 6 (1,5) A 2 2 7 4 2 7 (2,5) A 3 3 5 1 1 6 (3,3.25) B 4 4 3 2 2 5 (4,3) B 5 4 9 2 1 8 (4,5) A 6 1 1 4 2 1 (1,2) C 7 3 3 3 1 4 (3,2.75) C 8 2 6 2 2 2 (2,3) B 9 1 5 4 1 8 (1,4.5) A 10 2 4 3 2 7 (2,4) A EQUIPOS JERARQUIZACION DE CRITICIDAD 4 B B B A A 3 C C B A A 2 C C B A A 1 C C B A A 10 20 30 40 50 CONSECUENCIA FR EC U EN C IA 49 Aun así como se menciona en párrafos anteriores las decisiones si un equipo entra en clasificación crítico, medianamente crítico, o no crítico dependerá de lo que se haya acordado en reuniones con las áreas. Aunque como ya se ha mencionado para el presente trabajo solo se han realizado tres clasificaciones: críticos (“A”). Medianamente crítico “B”. Baja criticidad “C”. 3.2. ANÁLISIS SOBRE LOS ENGRANAJES DE UN REDUCTOR DE VELOCIDAD. Los engranes pueden fallar de muchas maneras diferentes; sin embargo si se evalúa por vibraciones, no siempre se encontrará un aumento en el nivel de ruido o vibración, esto debido en muchas ocasiones a las bajas revoluciones a las cuales el equipo opera. Cuando se realiza mantenimiento a los reductores de velocidad, en general cada falla deja pistas características en los dientes del engranaje y con un análisis de falla esto podría dejar una información valiosa para establecer la causa raíz del fracaso. Los modos de fallo para los engranajes se describen a continuación. Tabla 6. Modo de fallo de un engranaje. Modo de fallo Tipo de falla Fatiga Dientes doblados, Contacto de superficie (picadura o desprendimiento), contacto rodante, fatiga térmica. Impacto Doblez en los dientes, cortes en los dientes, dientes astillados, dientes aplastados, corte torsional. Desgaste Abrasivo y adhesivo. Estrés de ruptura Interno y externo. De estas causas de falla la más común es la producida por la fatiga y desgaste abrasivo. Los dientes de los engranajes deben de estar hechos de un material apropiado y maquinados con una muy buena precisión. 50  Contacto de los dientes de los engranajes de reductores de velocidad. La forma en que la superficie de los dientes de los engranajes correctamente alineados hacen contacto entre sí es responsable de las cargas pesadas que los engranajes son capaces de llevar. Teóricamente los dientes de los engranajes hacen contacto a lo largo de líneas o en puntos. Las superficies de los dientes de los engranajes no están continuamente activas; cada parte de la superficie del diente está en acción solo por periodos cortos de tiempo. La carga máxima que pueden llevar los dientes de los engranajes también depende de la velocidad de deslizamiento entre las superficies, porque el calor generado varía con la velocidad de deslizamiento y con la presión. Si tanto la presión como las velocidades de deslizamiento son excesivas, el calor de fricción desarrollado puede causar la destrucción de la superficie de los dientes. Este factor presión velocidad por lo tanto tiene una importancia crítica, influencia en la probabilidad de desgaste y puntuación de los dientes de los engranajes. El valor permisible de este factor crítico está influenciada por engranajes metálicos, diseño de engranajes, tipo de lubricación y métodos de lubricación. Los engranajes metálicos normalmente se lubrican con aceite, grafito o grasa. Algunos engranajes pequeños, no metálicos tienen una capacidad limitada para correr sin lubricación, debido a las propiedades autolubricantes del material. Cuando los engranajes metálicos se lubrican adecuadamente con un lubricante limpio, hay muy poco desgaste abrasivo de los contactos de los dientes. Sin embargo, la superficie del diente puede dañarse rápidamente si se raspa. Si el lubricante no es adecuado, tiene baja viscosidad, la intensidad de la carga, la temperatura y la velocidad de frotamiento son demasiado altas. El desgaste consiste en pequeñas lágrimas 51 radiales en la superficie del diente. Es más probable que ocurra cuando la punta de un diente está en contacto con el flanco inferior de un diente; diente de acoplamiento. Figura 14. Diente desgastado Las picaduras en los dientes pueden ocurrir después de algunos millones o miles de millones de contacto dentales. En general las picaduras nunca ocurren antes de 10,000 contactos, la picadura es una falla por fatiga en la cual se forman pequeñas grietas en la superficie del diente y luego crecen hasta el punto en que son pequeños trozos redondos de metal que salen de la superficie del diente. Figura 15. Diente picado La rotura de los dientes es normalmente la situación en la que comienza una grieta en el filete de la raíz, y luego la grieta crece de tal manera que un diente entero se rompe en un tipo de falla de viga en voladizo. En la cara ancha del engranaje, en un extremo del diente 52 puede romperse, dejando el diente intacto por el resto del ancho de la cara. Esto puede ocurrir por un engranaje mal alineado. Figura 16. Diente roto debido a engranaje mal alineado Cuando un engranaje es dañado por las picaduras, una grieta puede comenzar en un hoyo, extenderse a lo largo y atravesar todo el diente. En engranajes más anchos, una pieza triangular del diente a menudo se rompe. Esta pieza puede ser tan ancha como un tercio o la mitad del ancho de la cara. El descanso, puede progresar tan profundo como el filete de raíz en un extremo y correr hacia el diámetro exterior en el otro extremo. El "ojo" donde la fisura iniciada puede estar en la línea de inclinación, o puede estar en el flanco inferior del diente. Si un piñón o engranaje continúa en servicio después de que una parte apreciable del diente haya desaparecido, el resto ahora sobrecargado del diente es probable que se rompa. A veces, aunque se hayan roto partes de varios dientes, los engranajes continúan en servicio porque el aumento de ruido y vibraciones no son suficientes para llamar la atención. 53 Figura 17. Dientes rotos debido a mal alineamiento de engranajes Los engranajes deberían de estar hechos de buen material y bien diseñados; muy bien maquinados con precisión para que la vida útil se alargue mucho más y se desempeñe muy bien para el servicio previsto. La vida útil de los engranajes se ve muy afectada por la precisión geométrica, las condiciones de contacto entre los dientes de los engranajes y el estado del material, la calidad metalúrgica es tan importante también como la precisión geométrica de los dientes. Los engranajes endurecidos en el rango de 300 a 400 HB también son bastante críticos. En general, no se utilizan engranajes que están alrededor 500 HB a 450 HB y más, un engranaje endurecido generalmente es tan quebradizo. Las piezas endurecidas a 300 HB no son tan sensibles a la muesca y Probablemente no desarrollará grietas a partir de hoyos. Las piezas endurecidas a 210 HB no son sensibles a la muesca. No hay mucho riesgo de grietas por picaduras en este nivel de dureza. Las picaduras mucho más pesadas son bastante riesgosas para los dientes de engranajes carburados y moderadamente riesgosos para el endurecimiento. 54 Si un piñón es bastante duro (por ejemplo, 360 HB) y el engranaje tiene una dureza mucho menor (por ejemplo, 300 HB), puede haber un desgaste tan grave. Esto puede dar como resultado que el engranaje sea forzado a llevar toda la carga. Esto tiende a duplicar la tensión en el filete de la raíz del engranaje, y los dientes de los engranajes se rompen debido a la mayor tensión. El gran peligro que puede llevar a una rotura de los dientes se produce cuando un engranaje con hoyos tiene poco o ningún desgaste en el borde, y el engranaje de acoplamiento tiene desgaste serio de la repisa. A continuación se presenta un ejemplo en el cual un diente de engranaje se ve con desgaste de borde y en peligro de rotura. Figura 18. Rotura de dientes por mal alineamiento.  Tipo de lubricación de los engranajes. La lubricación se realiza en los dientes de los engranajes mediante la formación de dos tipos de películas de aceite. La película de reacción, también conocida como lubricante de borde, se produce por reacción química para formar una película deseada que es suave y fácilmente cortada, pero difícil de penetrar o remover de la superficie. La película elastohidrodinámica se forma dinámicamente sobre la superficie del diente del engranaje en función de la velocidad de la superficie. Esta película secundaria es muy delgada y tiene una resistencia al cizallamiento muy alta y solo se ve ligeramente afectada por las cargas de compresión. 55 Para llevar a cabo la lubricación se deben de seguir ciertas reglas:  La carga se transfiere de un engranaje en el diente a su acoplamiento del diente a través de una película de aceite a presión, o grafito.  Si desea aumentar la viscosidad del aceite en una película de aceite más grueso mantenga la carga, la velocidad y la constante de temperatura. Las fallas en los engranajes ocurren o pueden ocurrir por problemas directos o indirectos de la lubricación.  Lubricación para reductores cicloidales Para los reductores con grasa Tabla 7. Lubricación con grasa de reductores cicloidales Para los reductores Lubricados con aceite. Se deben de llenar con aceite antes de la operación. Tabla 8. Reductores cicloidales lubricados con aceite. Temperatura ambiente cyclo planetario °F °C Shell Oil Shell Oil 14 a 122 -10 a -50 Shell Alvania Grasa 2 ( Grado NLGI N°2) Shell Alvania EP (Grado NLGI N°0) Temperatura ambiente °F °C 14 a 41 -10 a 5 EP Lubricant HD 68 Spartan EP 68 Mobilgear 626 ISO VG 68 Omala Oil 68 Energol GR-XP 68 32 a 95 0 a 35 EP Lubricant HD 100 HD 150 Spartan EP 100 EP 150 Mobilgear 627,629 (ISO) VG 100,150 Omala Oil 100,150 Energol GR-XP 68 86 a 122 30 a 50 EP Lubricant HD220 HD 320 HD 460 Spartan EP 220 EP 320 EP 460 Mobilgear 630,632 633,634 (ISO) VG 220- 460 Omala Oil 220 320 460 Energol GR-XP 220 GR-XP 320 GR-XP 460 Gulf oil Exxon Oil Mobil Oil Shell oil BP Oil 56 Tabla 9. Reductores cicloidales lubricados con aceite y bombeado *Con Bomba. Si se evalúa la cantidad.  Modos de fallos en reductores de velocidad. Las principales causas que generan fallas en un reductor de velocidad pueden ser variables y pueden depender de: Diseño mecánico, condiciones operacionales, metalúrgica del material, química del lubricante. Galones Litros Galones Litros 6130, 6135 0.18 0.7 0.29 1.1 6140,6145,614H 0.18 0.7 0.29 1.1 6160,6165,616H 0.37 1.4 0.26 1 6170, 6175 0.5 1.9 0.5 1.9 6180, 6185 0.66 2.5 0.53 2 6190, 6195 1.1 4 0.71 2.7 6205 1.5 5.5 1.5 5.7 6215 2.2 8.5 2 7.5 6225 2.6 10 2.6 10 6235 4 15 3.2 12 6245 4.2 16 4 15 6255 5.5 21 11.1 42 6265 7.7 29 13.5 51 6275 14.8 56 15.9* 60* Simple reduccion Configuracion de montaje Horizontal VerticalTamaño de carcaza 57 A continuación, y según los apartados anteriores se puede resumir algunos modos de falla: Modos de falla Posible causa Diseño mecánico Quebradura en los dientes de los piñones  Esfuerzo de torsión excesivo.  Mala selección de la dureza de los dientes desde el diseño.  Mala selección de la aplicación. Quebradura en los ejes  Mala instalación de los mismos Fallas en los rodamientos del reductor  Rodamientos de baja calidad o no apropiados para la aplicación. Daños generales completos en un reductor  Mala selección de la aplicación Potencia del motor es muy elevada para la capacidad de la caja reductora. Metalúrgica del material Quebradura en los ejes.    Mala selección de la dureza de los dientes desde el diseño.  Desprendimiento de material de los engranajes   Fatiga en los dientes Condiciones operacionales Quebradura en los ejes.  Mala selección de la aplicación.   Fallas en los rodamientos del reductor  Mala selección del rodamiento para la aplicación. Rotura en los dientes del engranaje.  Esfuerzo de torsión excesivo. Química del lubricante Recalentamiento fuera de las especificaciones del fabricante.  Bajo nivel de aceite.  Selección inadecuada del aceite.  Quebradura en los dientes de los piñones  Insuficiente nivel de lubricación.  Mala selección del lubricante. Rotura en los dientes del engranaje.  Mala selección del lubricante. Fallas en los rodamientos del reductor  Rodamientos mal lubricados. Figura 19.Modos de fallo de reductores de velocidad. 58 3.3 TÉCNICA DE ANÁLISIS CAUSA RAÍZ PARA REDUCTORES DE VELOCIDAD, UNA APLICACIÓN CRÍTICA, EN INGENIO CENTRAL IZALCO. RCA REDUCTOR DE PICADORA DE CAÑA.  Etapa 1: análisis Conformación de un equipo de trabajo. Se inicia primeramente conformando un equipo de trabajo de diferentes funciones de la organización que trabajan juntas un periodo de tiempo para aunar esfuerzos y analizar los problemas comunes.  Etapa 2: Definición y jerarquización de problemas. ¿Qué fue lo que ocurrió. ¿Cuándo ocurrió?. ¿Dónde ocurrió?. ¿Qué fue lo que ocurrió? Fállo en el reductor de velocidad de la picadora de caña N°1 de 3,800kW. Marca Weg, velocidad de entrada 1794, velocidad de salida 629rpm, factor de servicio 3.45. Alimentado por un motor de 1200 HP. ¿Cuándo ocurrió? Falló en uno de los engranajes a pocos días de haber iniciado operaciones en los inicios de un periodo de zafra, el 03 de diciembre de 2017. A continuación datos de placa. Figura 20.Datos de placa reductor de picadora de caña #1. Motor Reductor 59 ¿Dónde ocurrió el problema?. Ocurrió en el área de patios en la mesa alimentadora número 1. ¿Importancia? La falla ocurrió en la picadora 1, la cual sirve para preparar la caña de tal manera que quede totalmente lista para ser introducida al molino y tiene una importancia alta: No hay impactos en el ambiente. No hay impacto en las personas. Impacto en las operaciones: debido a que hay pérdidas en la producción de azúcar y al final son quintales que se dejan de producir, también tiene incidencia en la producción de bagazo que se traduce en pérdidas de potencia no entregada a la red. A continuación se cuantificará económicamente el impacto promedio del evento en función del riesgo y se puede llevar a cabo con la siguiente ecuación: 𝑹 = 𝑭𝑭 𝒙 𝑻𝑷𝑭𝑺 𝒙 (𝑪𝑫 + 𝑷𝑬𝑵). (𝒅𝒆 𝑬𝑪. 𝟐. 𝟏) Dónde: R: Riesgo. FF: Frecuencia de fallos, fallos /año: (una vez en periodo de zafra) TPFS: Tiempo promedio fuera de servicio, horas/falla: (21 días) CD: Costos promedios directos por fallas por hora: $125.87 por hora. (CMO+CM/N°horas) PEN: Costos promedios de penalización por fallas: $12,000. 𝐑 = 𝟏𝐱𝟓𝟎𝟒𝐱(𝟏𝟐𝟓. 𝟖𝟕 + 𝟏𝟐, 𝟎𝟎𝟎) 𝑹 = $𝟔, 𝟏𝟏𝟏, 𝟒𝟑𝟖. 𝟒𝟖 60  Etapa 3: Definición de los modos de fallo. Definición del problema: Fallos en reductor de la picadora número uno. Modos de fallo: 1. Fallos en los engranajes. 2. Fallos en los rodamientos. 3. Fallos en eje de alta. 4. Fallos en el eje intermedio 5. Fallos en eje de baja. Al utilizar las siguientes formulas. 𝐑𝐓𝐀 = 𝐂𝐀𝐑 + 𝐏𝐀𝐅(𝐝𝐞 𝐄𝐂. 𝟐. 𝟐) 𝑪𝑨𝑹 = 𝑭𝑭𝒙(𝑪𝑴𝑶 + 𝑪𝑴)(𝒅𝒆 𝑬𝒄. 𝟐. 𝟑) 𝐏𝐀𝐅: 𝐅𝐅𝐱𝐏𝐄(𝐝𝐞 𝐄𝐜. 𝟐. 𝟒) 𝐏𝐄: 𝐓𝐑𝐱𝐈𝐏(𝐝𝐞 𝐄𝐜. 𝟐. 𝟓) Dónde: RTA: Riesgo total anualizado. CAR: Costes anuales de reparación. PAF: Penalización anual por fallos. FF: Frecuencia de fallos (fallos/año). CMO: Costes de mano de obra por fallo. CM: Coste de materiales por fallo. TR: Tiempo de reparación. IP: impacto producción. PE: Penalización por evento de falla. 61 Tabla 10. Modos de fallo y sus respectivos costos. Elaboración propia. Para la importancia que tiene este reductor, al momento de recibir una nueva unidad se debe de pedir información del material del cual están hechos los engranajes; la dureza que tienen los dientes y compararlas con lo que se está recibiendo en físico; también juega un papel muy importante tener garantía de parte del fabricante que aunque no evita que hayan pérdidas de producción si ayuda para que no hayan costos de materiales ni de mano de obra especializada para reparar un equipo significativo como el mencionado.  Etapa 4: Definición y validación de la hipótesis. Definición del problema: Fallos en picadora de caña Modo de fallo: cómo ocurrieron los paros en el reductor. 1. Daños en los engranajes. 1.1 Mal alineamiento entre motor y reductor. 1.2 Mal diseño de fábrica de los engranajes. 1.3 Mala operación del reductor 1.4 Aplicación incorrecta del reductor (mala selección del reductor). 1.5 Falta de lubricación del reductor 1.6 Mala selección del lubricante  Etapa 5: Definición y Validación de causas Raíces. Hipótesis: ¿Por qué ocurrieron los fallos en la picadora de caña?. Modo de fallo: ¿Cómo ocurrieron los paros en el reductor? 1. Daños en los engranajes. Hipótesis. ¿ Por qué ocurrieron los fallos en los engranajes?. Modos de fallo FF Fallos/año CMO $ CM $ CAR $/Año TR Horas IP $/hora PE $ PAF $/Año RTA $/Año. Fallos en los engranajes 1 1,438.64$ 62,000.00$ 63,438.64$ 504 12,000.00$ 6048,000.00$ 6048,000.00$ 6111,438.64$ Fallos en los rodamientos 1 122.02$ 4,000.00$ 4,122.02$ 8 12,000.00$ 96,000.00$ 96,000.00$ 100,122.02$ Fallos en el eje de alta 1 716.50$ 5,000.00$ 5,716.50$ 44 12,000.00$ 528,000.00$ 528,000.00$ 533,716.50$ Fallos en el eje de intermedio 1 284.23$ 2,500.00$ 2,784.23$ 44 12,000.00$ 528,000.00$ 528,000.00$ 530,784.23$ Fallos en el eje de baja 1 153.55$ 1,500.00$ 1,653.55$ 44 12,000.00$ 528,000.00$ 528,000.00$ 529,653.55$ 62 1.1 Mal alineamiento entre motor y reductor (hipótesis validada) 1.2 El equipo se recibió con un mal diseño de fábrica de los engranajes (hipótesis validada) 1.3 Mala operación del reductor (hipótesis descartada) 1.4 Aplicación incorrecta del reductor; mala selección del reductor. (Hipótesis descartada) 1.5 Falta de lubricación del reductor. (Hipótesis descartada) 1.6 Mala selección del lubricante. (Hipótesis descartada). Causas Raíces. ¿Por qué hay un mal alineamiento entre motor y reductor?. 1.1.1 Pórque el tiempo de montaje fue muy corto. 1.1.2 Pórque no habían las herramientas correctas. 1.1.3 El personal asignado no tiene una formación para este tipo de actividad. ¿ Por qué se recibió con un mal diseño de fábrica de los engranajes? 1.2.1 Reductor comprado fuera de especificaciones técnicas. 1.2.2. Diseño original erróneo, no se verificaron las durezas a la hora de recibirlo. 63 PAROS EN REDUCTOR DE PICADORA DE CAÑA FALLOS EN LOS ENGRANAJES MAL ALINEAMIENTO ENTRE MOTOR Y REDUCTOR - PORQUE EL TIEMPO DE MONTAJE FUE MUY CORTO (CRL) - PORQUE NO HABIAN LAS HERRAMIENTAS CORRECTAS -EL PERSONAL ASIGNADO NO TIENE LA FORMACIÓN CORRECTA PARA ESTE TIPO DE ACTIVIDAD MAL DISEÑO DE FÁBRICA DE LOS ENGRANAJES -REDUCTOR FUERA DE ESPECIFICACIONES TECNICAS ( CRL) -DISEÑO ORIGINAL ERRONEO NO SE REVISARON LAS DUREZAS DE ENGRANES A LA HORA DE RECIBIRLO (CRL) MALA OPERACIÓN DEL REDUCTOR APLICACIÓN INCORRECTA DEL REDUCTOR FALTA DE LUBRICACIÓN DEL REDUCTOR MALA SELECCIÓN DEL LUBRICANTE FALLOS EN LOS RODAMIENTOS FALLOS EN EL EJE DE ALTA FALLOS EN EL EJE INTERMEDIO FALLOS EN EL EJE DE BAJA PROBLEMAS IDENTIFICADOS MODOS DE FALLO HIPÓTESIS CAUSAS RAICES Figura 21. Árbol de análisis de fallo. 64  Etapa 6: Definición y evaluación de la efectividad de las soluciones propuestas. Definición del problema: fallos en reductor de picadora de caña. Modo de fallo: porqué ocurrieron los fallos en el reductor? 1. Daños en los engranajes. Hipótesis: ¿por qué ocurrieron los fallos en el reductor? 1.2 Mal diseño de fábrica de los engranajes (hipótesis validada). Causas raíces. ¿ Por qué se recibió un reductor erróneo?. 1.2.1 No se revisaron las especificaciones técnicas 1.2.2 No se hizo prueba de dureza de engranajes a la hora de recibirlo. Solución propuesta: con los datos que se tienen a partir de la hipótesis validada se detectó que para los reductores de potencia significativa y para aplicaciones críticas, los reductores deben de pasar por un procedimiento de verificación de las especificaciones técnicas. El fabricante debe de proveer los manuales de diseño y fabricación, y el cliente debe de revisar el manual y comprobar en campo hacer las pruebas respectivas de dureza a los engranes y recibirlo de acuerdo a lo que se dice en el manual técnico. Cuando un reductor ya está en operación y se necesite diagnosticar averías, se puede hacer un análisis predictivo del aceite del reductor, análisis de vibraciones, termografía; con el objetivo de detectar a tiempo los fallos. 65 3.4 TÉCNICAS DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO APLICABLES A REDUCTORES DE VELOCIDAD. En el siguiente apartado se presentan las técnicas de mantenimiento predictivo con las cuales se pueden detectar averías en un reductor de velocidad antes que estas se vuelvan más severas. 3.4.1 VIBRACIONES MECÁNICAS Hacer un análisis de vibraciones mecánicas en reductores de velocidad, a sus inicios es un análisis un poco difuso debido a que en el instrumento se captan señales de múltiples engranajes y estos emiten cada uno su frecuencia; para los reductores de velocidad que trabajan a muy bajas rpm no se logra tener una apreciación clara de lo que está ocurriendo en los dientes del engranaje del reductor, aún más si el analista no está experimentado en la técnica. Figura 22. Toma de vibraciones mecánicas a reductores de velocidad Sin embargo para el caso de rodamientos se puede tener una apreciación más acertada especialmente en el lado de alta velocidad. Así por ejemplo se puede llevar la tendencia de vibraciones desde su inicio después de un mantenimiento y definir un límite de “BCU” para los cuales la máquina ya ira dando alertas para reemplazo de rodamientos. Se deben de ir guardando los historiales del estado del rodamiento para cada reductor de velocidad y se debe 66 de programar aquellos que den alertas. Para un análisis rápido usando los datos globales, hay tablas las cuales se pueden usar para ayudar a definir los niveles de “BCU” en los cuales una máquina ya está indicando averías. Tabla 11. Tabla ISO 10816-3 Cuadro de severidad de vibraciones10 Los puntos de medición para la obtención de datos globales de “BCU” en una máquina son:  Verticales  Horizontales  Axiales Los valores verticales son aquellos que se toman verticalmente en un punto, para una mejor obtención de los datos este valor y todos los valores se toman en los puntos más críticos, así por ejemplo se tomará lectura vertical en el punto de abajo donde esté más próximo al rodamiento y que se considere que es el punto de mayor carga (siempre y cuando se tomen estos datos con seguridad y la operación de la máquina lo permita). Los valores radiales son los que se toman horizontalmente sobre el radio de operación del rodamiento y los valores axiales 10 MOBIUS INSTITUTE, 1999-2005 Entrenamiento de vibraciones- referencias rápidas 67 son los que se toman en dirección del eje del reductor, se ubica el sensor en dirección paralela al eje. Diagnóstico de fallas generales en reductores, análisis avanzado. Para llevar a cabo un diagnóstico de un reductor de velocidad por vibraciones mecánicas se tiene que tener cierto grado de conocimiento (nivel 1, nivel 2 o más), en la técnica de vibraciones mecánicas, para saber interpretar y diagnosticar la falla. A continuación se verán algunos criterios de análisis utilizando esta técnica y su interpretación espectral11.  Pista de esquí Síntomas:  Muy cerca de los cero Hz, desintegrándose en todo el espectro. Figura 23. Posible falla en el sensor. Si se observa que el espectro comienza en un nivel alto en el extremo de baja frecuencia de la gráfica, y decae lentamente a través de la gráfica, entonces existe un problema con el sensor, o el sensor experimentó un choque / transitorio durante la medición. El transitorio 11 MOBIUS INSTITUTE, Entrenamiento de vibraciones-referencias rápidas 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Orders 68 puede ser mecánico (el sensor fue golpeado o hay una vibración muy alta); térmico (el sensor fue colocado en una superficie muy caliente) o eléctrico. El espectro tendrá una pendiente de esquí y un piso de ruido elevado en el extremo de alta frecuencia del espectro si el transductor se "satura". Esto ocurre típicamente cuando hay una fuente de vibración alta a alta frecuencia.  Desequilibrio: máquinas verticales. Síntomas:  1x radial (horizontal).  Lectura de fase similar en la misma dirección en diferentes puntos de la máquina. Figura 24. Desequilibrio máquinas verticales. El espectro volverá a mostrar un fuerte pico 1x cuando se mide en la dirección radial (horizontal o tangencial).  Rotor excéntrico o engranaje. Síntomas.  1x radial (V Y H). 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Orders 69 Figura 25. Rotor excéntrico. La excentricidad se produce cuando el centro de rotación se desplaza de la línea central geométrica del engranaje, rodamiento o rotor. Figura 26. Falla en el engranaje. La excentricidad del rotor / engranaje generará una fuerte componente radial de 1X, especialmente en la dirección paralela al rotor / engranaje. Esto es muy común, y simula desequilibrio.  Desalineación. Figura 27. Falla de desalineación. 0 1 2 3 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Orders Orders Orders 70 Frecuencia: 1x y 2x (3x, 4x…) en dirección radial y horizontal. En resumen, la desalineación es una condición donde la línea central de los ejes acoplados no coincide. Si las líneas centrales del eje desalineadas son paralelas pero no coincidentes, se dice que la desalineación es paralela (o desviada). Si los ejes desalineados se encuentran en un punto pero no son paralelos, se denomina desalineación angular. La mayoría de los casos desalineados son una combinación de desalineación paralela y angular. El diagnóstico, como regla general, se basa en la vibración dominante al doble de la velocidad de rotación (2x) con niveles de velocidad de rotación incrementados (1x) que actúan en las direcciones axial y vertical u horizontal.  Desalineamiento angular. Síntomas:  Alta vibración axial; 1x fuerte pero 2x y 3x pueden también serlo.  180 ° a través del acoplamiento en dirección axial. Figura 28. Falla de desalineación angular 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Orders 71 Si los ejes mal alineados se encuentran en un punto pero no son paralelos, entonces la desalineación se denomina desalineación angular. La desalineación angular produce un momento de flexión en cada eje, y esto genera una fuerte vibración a 1x y cierta vibración a 2x e incluso 3x en la dirección axial en ambos cojinetes. También habrá niveles radiales (verticales y horizontales) justamente fuertes (1x y 2x), pero estos componentes estarán en fase. La vibración es de 180° fuera de la fase a través del acoplamiento en la dirección axial, y en fase en la dirección radial.  Desalineamiento paralelo. Síntomas: 2x radial, 1x radial más pequeño (VyH). Figura 29. Falla de desalineación paralela. 180° a través del acople en dirección radial. Si las líneas centrales del eje desalineadas son paralelas, pero no coinciden, se dice que la desalineación es una desalineación paralela (o desviada). La desalineación paralela produce una fuerza de corte y un momento de flexión en el extremo acoplado de cada eje. Los niveles de vibración altos a 2x así como 1x se producen en las direcciones radiales (verticales y horizontales) en los cojinetes en cada lado del acoplamiento. Más a menudo el 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Orders 72 componente 2x será mayor que 1x. Dependiendo del tipo de acoplamiento, puede haber 3x, 4x hasta 8x picos, parcialmente cuando la desalineación es grave. En este caso, el piso de ruido no se eleva (a diferencia de la flojedad de la rotación) y el armónico no continúa a frecuencias más altas (como lo hacen con flojedad giratoria).  Eje doblado. Síntomas:  1x axial.  Cerca de 180° diferencia de fase entre el rodamiento Figura 30. Falla de eje doblado. Un eje doblado provoca predominantemente una alta vib