Análisis de Causa Raíz aplicada a fallas en bombas asociadas a sellos mecánicos

Análisis de Causa Raíz aplicada a fallas en bombas

asociadas a sellos mecánicos.

MSC. Tibaldo Alfredo, Díaz Molina Especialista en Ingeniería de Mantenimiento y Confiabilidad

E-mail: [email protected]

Resumen

El propósito de este articulo es exponer en forma sencilla un proceso de análisis de falla disciplinado (ACR) a través del entendimiento de hasta donde, debemos extender o definir los limites de control del análisis, con la finalidad de abarcar los elementos necesarios para lograr las acciones correctivas que eliminen el problema que origino la falla o lo lleve a niveles tolerables en función de sus consecuencias.

Palabras claves: Falla, Perdía de la Función, Mecanismo de Falla, Evento, Hecho, Hipótesis, Causa Raíz.

1. BOMBAS. FALLAS FRECUENTES

La bomba es una máquina “generadora” que absorbe energía mecánica proveniente de un motor eléctrico, térmico, etc., y la transfiere a un fluido transformándola en energía hidráulica, la cual permite que el fluido pueda ser transportado de un lugar a otro, a un mismo nivel o a diferentes niveles y a diferentes velocidades, presiones y caudales. Las fallas en las bombas son frecuentemente ocasionadas por los ingenieros y operadores de la planta que no reconocen las limitaciones inherentes de capacidad en las bombas. Cuando se opera una bomba con flujo alejado de su Punto de Máxima Eficiencia (B.E.P., siglas en ingles), se producen anomalías hidráulicas en la carcasa y el impulsor. Estas anomalías, que ocurren en todas las bombas, pueden ocasionar inestabilidad hidráulica, impulsos de vibración, flexiones del eje, trayendo como resultado desgaste acelerados, fallas prematuras y frecuentes de impulsores, cojinetes y sellos; los cuales, actúan bajo estas condiciones como fusibles mecánicos, siendo el resultado final de una cadena de acontecimientos. Por lo que, idealmente el punto de diseño y de operación deben mantenerse cercanos al Punto de Mejor Eficiencia (B.E.P.).

Fig. 1. Curvas Características de una Bomba

Dentro de las fallas frecuentes en bombas se pueden distinguir tres tipos de problemas, hidráulicos inherentes a la bomba, mecánicos e hidráulicos inherentes al sistema. Los problemas hidráulicos inherentes a la bomba surgen cuando esta no puede funcionar de acuerdo con las especificaciones de capacidad, carga y eficiencia. Los problemas mecánicos se refieren a desperfectos mecánicos, los cuales se manifiestan por síntomas como ruido, vibraciones, sobrecalentamiento y pueden llevar a originar problemas de mal funcionamiento hidráulico. En cuanto a los problemas hidráulicos inherentes al sistema, estos son el resultado de fallas en el

Análisis de Causa Raíz Aplicada a fallas en bombas asociadas a sellos mecánicos.

MSC. Tibaldo Alfredo, Díaz Molina

Asesor de Ingeniería de Mantenimiento y Confiabilidad E-mail: [email protected]

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diseño, procedimientos deficientes de instalación y colocación incorrecta de la tubería. Algunos de los eventos típicos (Perdida de la Función) que manifiestan las fallas en las bombas (rotativas) son:

- No entrega liquido. - Entrega menos liquido del esperado. - Pierde ceba después del arranque. - No levanta presión. - Consume demasiada potencia. - Presenta excesivo ruido. - Presenta excesiva vibración. - Presenta alta temperatura en la zona de

cojinetes y sellos. - Presenta excesiva fuga por empaques o sellos

mecánicos. Estos eventos que reflejan un mal funcionamiento en la bomba, llaman nuestra atención debido a la pérdida parcial o total de las funciones de la misma, bajo las especificaciones establecidas en su contexto operacional; tal como, la perdida de su función principal (entrega de un caudal a una presión requerida), que reflejara un impacto importante sobre el proceso; así como también, son importantes las perdidas de otras funciones como la de contención (fugas al ambiente), que cobran vital relevancia en sistemas que manejan fluidos altamente tóxicos o volátiles, los cuales requieren especificaciones de seguridad exigentes.

2. SELLOS MECÁNICOS. FALLAS PREMATURAS

Los sellos son componentes de las bombas, que evitan que un fluido (liquido o gas) escape al exterior de la misma, a través de las holguras o claros entre el eje y la carcasa, controlando las emisiones dentro de los rangos establecidas de diseño. Es un elemento que requiere mucha atención en la industria química, petroquímica y refinerías, entre otros. En la actualidad existe diversidad de sellos mecánicos que dependen de una aplicación en particular. Sin embargo, su configuración básica esta dispuesta de una parte rotativa y una estacionaria, las cuales están formadas por:

a. El Cabezal del Sello, es el ensamble de varios componentes, tale como, el anillo primario (el cual esta en contacto con el asiento, formando ambos el sellado primario), sellantes secundarios. (o-rings, Cuñas, fuelles, etc.), sistema de compensación de desgaste (resortes) y sistema de arrastre (retenedores, componentes metálicos misceláneos). Este cabezal es el lado flexible del sello, que se acomoda a ligeros movimientos axiales y radiales del equipo.

b. El Asiento del Sello, es el anillo de

desgaste removible en la brida si es estacionario ó en la camisa si es rotativo.

Fig. 2. Sello Mecánico Básico

Las cuales contienen los elementos que forman: a. El sellado primario, formado por el anillo

primario y el asiento, conocido comúnmente como las caras de contacto del sello. Estas caras están fabricados con materiales como Carburo de Silicio, Carburo de Tungsteno, Carbón Grafitado y Cerámica (Oxido de Aluminio).

b. El sellado secundario, formado por los elementos los empaques (o´ring, empaques grafitados, etc.) que evitan la fuga de las partes del sello con el eje y la brida.

Teóricamente el sello debe funcionar controlando las emisiones a la atmósfera hasta que uno de sus componentes pierda su función (Falla el sellado), en el primario se desgastan y/o fracturan las caras y el secundario se deforman, degradan los elementos de empaques. No obstante, en la práctica observamos que en 80% de los casos, los sellos fallan antes de cumplir con su ciclo de vida, Las mayores causas de estas fallas prematuras son:

1. Diseño y selección inadecuado del sello. 2. Instalación incorrecta del sello.




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3. Mala operación, mantenimiento o funcionamiento inadecuado de los sistemas auxiliares del sello, tales como, lubricación, fluido amortiguador / barrera, venteos, etc.

4. Problemas inherentes al sistema de bombeo, como inestabilidades hidráulicas (asociadas a diseño / selección / operación de la bomba), anomalías mecánicas (relacionadas con instalación / mantenimiento de la bomba).

5. Cambios en las condiciones de servicio (Contexto Operacional), respecto a las especificadas del diseño original.

En la mayoría de los casos los usuarios o custodios centran su atención en la falla del componente (en este caso del sello mecánico) y concluyen que requieren un sello mas robusto que se adapte a su condición de operación (Severa) desviadas de su contexto operacional actual, trayendo como consecuencia mayores costos en la adquisición de partes y repuestos, afectando notablemente el presupuesto de mantenimiento y logrando solo en el mejor de los casos, prolongar la ocurrencia de la falla; por tal motivo, debe realizarse un análisis integral del proceso para identificar aquellos factores que contribuyen a la ocurrencia de la falla.

3. EJEMPLO DE ACR EN FALLA DE SELLLOS MECÁNICOS EN BOMBAS CENTRIFUGAS.

Desarrollemos entonces un ACR para un caso de “Falla de una bomba centrifuga multietapas por fugas en los sellos mecánicos”, empleando un proceso disciplinado de análisis con el uso de un Árbol lógico. Lo primero es definir en Evento a Evitar, en este caso “Falla de la Bomba”; seguidamente respondiendo a la pregunta ¿Cómo puede fallar?, describimos los Hechos, los modos de falla que evidencia la ocurrencia del Evento, como por ejemplo “Paro o Atascamiento Súbito, Paro por Alta Vibración, Paro por Alta Temperatura, Paro por Baja Presión y/o Paro por Fugas”. Con lo anterior resumimos el evento en lo que llamamos la caja superior del análisis. Los Hechos deben soportarse a través de asignaciones al Equipo Natural de Trabajo (ENT), investigando y manejando datos reales (registros de paros, reparaciones, informes de producción, etc.), y entrevistas al personal involucrado con la operación y mantenimiento del equipo. En función de optimizar

tiempo y recursos, se puede emplear la técnica de Jerarquización de Eventos, aplicando una matriz de Prioridades, basada en Complejidad y Consecuencias, de tal forma de comenzar a resolver el árbol con aquellos hechos de mayores consecuencias pero menor complejidad en su solución y de esta forma obtener victorias tempranas con los hechos que aportan el mayor impacto al problema.

Fig. 3. Matriz Complejidad -Consecuencia

Una vez, identificados los hechos, nuevamente empleando la pregunta ¿Cómo puede fallar? y comenzamos con el proceso de generar Hipótesis, que representen los mecanismos de fallo (Proceso físico, químico u otro, que conlleva a una falla a través de un deterioro progresivo o súbito), como por ejemplo “Desgaste (Erosivo, Adhesivo, Oxidación o Corrosión) o Fatiga” los cuales deben ser verificados a través de inspección directa, manejo de datos (registros de reparaciones, calibraciones, control de calidad, etc.), o el uso de tecnologías de diagnósticos disponibles; tales como, pruebas, ensayos y/o exámenes de laboratorio (Exámenes Métalográficos, Mecánicos y/o Químicos a componentes fallados), informes de inspecciones técnicas (Análisis de Vibración, Análisis de Aceite, Termografía, Ultrasonido, etc.). De esta forma se ira bajando de nivel hasta llegar a los limites de control del ENT. En este punto, una vez verificadas y validadas las Hipótesis (convertidas a Hechos), la pregunta se transforma a ¿Por qué Fallo?, en este momento comenzamos a determinar las Causas Raíces Componente, Laboral y/o Administrativas que desencadenaron las acciones que eventualmente condujeron a la falla, pudiendo introducirse durante su proceso de diseño, manufactura o uso (instalación, operación o mantenimiento).




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Finalmente emitir recomendaciones e implantarlas, generando un plan de seguimiento y control para medir resultados cuantificando los beneficios.

Fig. 4. Árbol Lógico

4. CONCLUSIONES

1. Las Bombas son equipos susceptibles a cambios severos de sus condiciones de operación, lo cual origina inestabilidades hidráulicas que súbita o progresivamente afectara la integridad de sus componentes mecánicos, igualmente desviaciones en su selección, instalación y mantenimiento ocasionan problemas de origen mecánicos, donde algunos de ellos eventualmente desarrollaran problemas hidráulicos.

2. En la actualidad los Sellos Mecánicos son excelentes elementos de contención para evitar los escapes “no controlados” a la atmósfera en los procesos de manejo de fluidos; sin embargo,

requieren de condiciones mínimas de instalación, mantenimiento y operación que garanticen la vida esperada del mismo, donde la intervención humana juega un importante papel.

3. El uso de procesos de análisis disciplinados (ACR) y el empleo de la tecnología disponibles para soportar este proceso de pensamiento (validación de hipótesis), contribuyen al logro de resultaos exitosos en el control de fallas y gestión del mantenimiento.

5. REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFIA

(1) KENNERH J. MCNAUGTON. Bombas.

Selección, Uso y Mantenimiento. México. McGRAW-HILL. N° 373 p. 1999.

(2) ENGINEERING RELIABILITY AND MANAGEMENT. Fundamentos de Selección, Operación y Mantenimiento de Bombas. Curso. 2005

(3) ANSI/API Standard 610. Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries. 10th Edition. 2004

(4) INSTITUTO DE ENERGÍA Y TERMODINÁMICA. Curso de Bombas. Compañía de Sudamericana de Seguros S.A. Nº Pág. 8. 2002.

(5) J.D.SUMMERS-SMITH. Mechanical Seal Practice for Improved Performance, Londres; editorial MEP, N° 216 p. 1992.

(6) J.D.SUMMERS-SMITH. An Introductory Guide To Industrial Tribology. Londres; editorial MEP, N° 201 p. 1994.

(7) ROBERT J. LATINO, SR. VP, RELIABILITY CENTER, INC. Calidad del Proceso y el Análisis de Causa Raíz Parte 1, 2 y 3. Reliability Center, Inc. N° pag. 7. 2001.

(8) WOODHOUSE PARTNERSHIP LTD. Análisis Causa - Raíz. Curso. CIED. Tamare.1998

(9) ENGINEERING RELIABILITY AND MANAGEMENT - ER & M. Técnicas de Análisis de Falla Centradas en Confiabilidad, con Énfasis en Causa Raíz. Curso. 2005

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