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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA.

ESTUDIO PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CONFIABILIDAD DEL ELEVADOR DE CAPACHO.

Trabajo de titulación para optar al Título de Técnico universitario Industrial en ELECTRICIDAD EN

MENCIÓN

EN

DISTRIBUCIÓN Y CONTROL.

Alumno: Felipe Alejandro Carrasco Rivero. Profesor Guía: Oscar Medel H.

2015

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA Contenido UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA.....................................1 SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA..........................1 SIGLA Y SIMBOLOGÍA..................................................................................3 INTRODUCCION.......................................................................................... 4 Capítulo 1. DESCRIPCION DEL PROBLEMA Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION.......................................................................................... 5 1.1. Descripción del problema.................................................................5 1.3 Objetivo general................................................................................ 6 1.4 Objetivos específicos........................................................................7 1.5. Justificación...................................................................................... 7 1.6. Descripción de la metodología........................................................8 Capítulo 2. DESCRIPCION DEL PROCESO................................................11 2.1. Proceso Actual................................................................................ 12 2.2. Elevador de capacho......................................................................13 2.2.1. Componentes del elevador de capacho...................................14 CAPÍTULO 3. MARCO TEÓRICO.................................................................18 3. COMPORTAMIENTO DE CENIZAS EN SISTEMAS DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA............................................................................................... 18 3.1. CONTENIDO Y COMPOSICIÓN DE LAS CENIZAS EN BIOMASA.........19 3.2. PROBLEMAS ASOCIADOS A CENIZAS..............................................19 3.3. ANÁLISIS DE FALLA............................................................................20 3.3.1. Causas comunes de falla............................................................21 3.4. CONCEPTO Y OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.............22 3.4.1. Tipos de mantenimiento..........................................................23 3.4.1.1. Mantenimiento correctivo.....................................................24 3.4.1.2. Mantenimiento preventivo....................................................24 3.4.1.3. Mantenimiento predictivo.....................................................25 3.4.1.4. Mantenimiento productivo total (Total Productive Maintenance TPM)................................................................................................... 26 CAPÍTULO 4. LEVANTAMIENTO DE DATOS.................................................32 4.1. PRESENTACIÓN DE DATOS.............................................................32 4.2. ANÁLISIS DE DATOS.......................................................................34 4.3. ORGANIZACIÓN Y PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS................36 4.4. PROPUESTA DE SOLUCIÓN O INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS......................................................................................... 37 2

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA 4.5. PLANOS, PROGRAMAS, CÁLCULOS Y/O JUSTIFICATIVOS.................38 4.6. CONCLUSIÓN..................................................................................... 38 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................... 40 ANEXOS.................................................................................................... 42

SIGLA Y SIMBOLOGÍA SIGLA

MW: Mega Watts. S.I.C: Sistema Interconectado Central. VTI: Ventilador de Tiro Inducido. PPT: Precipitador Electrostático. RPM: Revoluciones por Minuto. 3

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA Dcs: Sistema de Control Distribuido. CCM: Comando Central de Motores. TT: Tratamiento Térmico. TPM: Tratamiento Productivo Total. SIMBOLOGÍA V: Volt. m³/h: Metros Cubicó Hora. Mm: Milímetros h: Entalpía

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INTRODUCCION

Planta Bioenergía Viñales, empresa generadora de energía eléctrica en base a desechos combustibles de la madera (biomasa forestal: viruta, despunte, aserrín y corteza), se estima que se dispone de aproximadamente 1674000 m 3/año de desechos combustibles. Se tiene una capacidad en la caldera de poder máxima de 210 ton/h de flujo de vapor sobrecalentado a una presión 85 bar y a una temperatura de 485 °C pero la generación de vapor podrá llegar a 190 ton/h de flujo de vapor desde la caldera de poder con el cual se alcanza la máxima capacidad de generación de la turbina. Con esto el turbogenerador con extracciones libre y controlada, y descarga a condensación; tiene una capacidad nominal de generación de 41 MW. Así se subástese los consumos del complejo Arauco (remanufactura, aserradero y consumos propios) lo que son aproximadamente 8 MW, entregando los excedentes de producción al sistema de interconectado central (SIC) considerando a capacidad máxima llegando a excedente de aproximadamente de 32 MW. Planta Bioenergía Viñales consta con un generador con el cual se trabaja con un proceso continuo los 365 días del año y las 24 horas del día. En planta Bioenergía Viñales el sistema de extracción de ceniza forma parte importante en el funcionamiento diario y continuo de la caldera de poder para la producción de vapor hacia el turbogenerador; el sistema de extracción de cenizas es el sistema encargado de evacuar y desechar la ceniza que procede del interior del lecho y pasa por el precipitador electroestático que se utiliza como filtro hacia la atmósfera. Las partículas son dirigidas hacia la tolva de descarga, transportada hacia el silo de ceniza.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA En el presente trabajo de título el tema principal consiste en realizar un estudio para el mejoramiento de la confiabilidad del elevador de capacho; con particular atención en los posibles problemas que ocurren cuando la ceniza circula por las diferentes partes móviles y su efecto sobre estas instalaciones. Palabras clave: extracción de ceniza, caldera de poder, precipitador electroestático, elevador de capacho, Ventilador de Tiro Inducido.

Capítulo 1. DESCRIPCION DEL PROBLEMA Y OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

1.1. Descripción del problema

En planta bioenergía viñales existe un equipo elevador de capachos para trasportar la ceniza que es llevada hacia el silo transitorio. Este elevador presenta un problema de frecuencia de fallas por reiteradas detenciones en el proceso continuo de extracción de cenizas. La ceniza derivada desde el proceso de combustión en la caldera de poder, es extraída por el Ventilador de Tiro Inducido (VTI) que extrae todo el material y gases suspendidos de la combustión, y los desecha hacia el precipitador electroestático, el cual funciona como un filtro por medio de las barras verticales ionizadas en su interior que capturan todas estas partículas las cuales a través de un sistema de martillos son depositadas por gravedad a la tolva que se encuentra en la parte inferior de los campos, la que es llevada por correas trasportadoras y conducidas al silo de cenizas mediante un elevador de capacho donde se produce la acumulación de éstas. Por lo tanto, la corrosión abrasiva que causa desgaste en las partes móviles del equipo produce mantenciones imprevistas en el proceso de evacuación de las cenizas, puesto que el proceso no debe estar detenido por más de una hora aproximadamente, ya que no se puede sobrepasar la capacidad de material que puede contener la tolva de los campos del Precipitador Electroestático (PPT). Este 6

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA tiempo puede ser variable, pues depende de la calidad del combustible (cantidad de humedad) y la cantidad de producción. La ceniza es una de las causas, ya que por ser abrasivo y volátil, produce desgaste de partes móviles. Por lo tanto, este material al ser trasportado (ceniza) acorta la vida útil del equipo. Por otra parte, la segunda causa probable seria la partida directa del equipo en conjunto con la velocidad de transporte. Por esta razón, al agregar un variador de frecuencia se podría tener una rampa de aceleración y control de velocidad que mitigue el desgaste, pero que reduzca más notablemente los esfuerzos destructivos de esta.

1.3 Objetivo general

1. Mitigar el efecto abrasivo y mejorar la respuesta del sistema mecánico por reducción de los impactos de arranque.

1.4 Objetivos específicos

1. Obtener datos de mantención y operación correspondientes al proceso de extracción de ceniza. 2. Identificar los componentes críticos del elevador de capacho. 3. Detectar la causa raíz que se presenta en la frecuencia de fallas. 4. Demostrar que al integrar un sistema de partida con rampa de aceleración permite eliminar o reducir los cortes de pieza. 5. Establecer posibles soluciones

tecnológicas que contribuyan a mejorar el

funcionamiento del equipo.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA 1.5. Justificación

Los datos obtenidos por el departamento de mantención, en la frecuencia de mantenimiento de los equipos relacionados al proceso de extracción de ceniza de la caldera de poder, pone en duda la continuidad de los equipos y el proceso continuo. En torno a esto, la principal justificación del presente trabajo es mejorar el sistema del elevador de capacho con la posibilidad de incorporar un variador de frecuencia el que a través del sistema de partida con rampa de aceleración logre mitigar el desgaste de las partes móviles, puesto que, de este modo, se podrá controlar la velocidad del motor y reducir los esfuerzos destructivos en las partidas directa. Esto permitirá planificar las mantenciones a largo plazo para que no existan situaciones inesperadas que puedan llegar a provocar una detención general de la planta; y, asimismo complementariamente es conveniente para la planta bioenergía viñales realizar un plan de mantención, programando los tiempos de durabilidad de las partes críticas del equipo para así tener un mantenimiento preventivo de todo el sistema del equipo. Es por ello que a través de este trabajo se pretende establecer una solución, que permita mayor prolongación en la funcionalidad del equipo.

1.6. Descripción de la metodología

El diseño del presente trabajo se enmarca en un estudio No Experimental, es decir “se observan situaciones ya existentes, no provocadas intencional-mente por el investigador” (Hernández et al, 1998, p.184), esto significa que los datos a reunir se obtendrán del personal administrativo de la empresa en su formato original, sin interferir sobre ellos. Asimismo, la temporalidad de esta investigación es de carácter transeccional ya que como señala Hernández et al (1998), recolectan datos en un solo momento, en un tiempo único. Por otra parte, la propiedad descriptiva de este trabajo se centra en describir y explicar una realidad como fenómeno social. En otras palabras, describir las causas 8

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA que provoca la frecuencia de fallas en el sistema de elevador de capacho, asociado al proceso de extracción de ceniza; y, asimismo plantear una solución posible. Tal como se observa, Hernández, Fernández y Baptista (2003), señalan que los estudios descriptivos permiten “medir una variable, con el propósito de describir y observar su comportamiento en un entorno específico”. Es decir, obedece a la utilidad de recoger información y analizar cómo es, cómo se manifiesta el fenómeno y sus componentes. Para determinar en primer lugar aquello que debía estudiarse, se utilizó como instrumento de investigación la recopilación documental de los informes escritos de turno y de mantención realizados por personal administrativo de Planta Bioenergía Viñales. Una vez que la información fue procesada, se hizo el análisis adecuado para el estudio, detectando y describiendo cuáles eran las fallas más reiteradas que se producían en el elevador de capacho. Posteriormente, se presentan los resultados obtenidos de cada uno de los informes recopilados a traves de una tabla que demuestre las fallas, la solución aplicada y la falla eléctrica involucrada en el problema, la que permitirá dar una recopilación anual de las fallas y expresarlas a través de porcentaje .

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA Capítulo 2. DESCRIPCION DEL PROCESO

La planta Bioenergía Viñales se compone de una caldera, un precipitador electroestático, una turbina, un condensador, una torre de enfriamiento de agua. Genera vapor y potencia eléctrica para permitir la operación autónoma de la misma además del aserradero que cuenta con el área de secado de madera y planta de remanufactura. La potencia eléctrica excedente (no consumida por la planta bioenergía, el aserradero ni por remanufactura) es inyectada al sistema de interconectado central (SIC). La caldera usa biomasa como combustible (corteza, aserrín y otros subproductos de la explotación forestal) para general vapor a una presión de 85 bares manométricos y 485 ºC que se alimenta la turbina. La caldera para eliminar sus gases y el combustible consumido por el lecho del hogar que están expuestos a una temperatura promedio de 850 ºC son extraídos por el ventilador de tiro inducido (VTI) y a su vez el combustible es depositado en forma uniforme por el interior del lecho por el ventilador primario y secundario estos ingresan flujo de aire por lo tanto debe ser compensado el aire ingresado por el extraído el cual se controla por medio de instrumentos para mantener una presión interna en el hogar que no puede sobrepasar los 3kPa, esta una vez extraído son direccionadas hacia los campos del precipitador electroestático el cual tiene la funcionalidad de filtrar por medio de barras ionizantes hacia la atmosfera y por medio de martillos depositar en la parte inferior lo que va a una tolva las cuales por medio de correas trasportadoras son dirigidas al elevador de capacho y llevadas al silo el cual son redirigidas a una tolva de trasporte por camión al vertedero designado por la empresa. En la turbina la energía del vapor que ingresa al turbo es como vapor sobrecalentado este vapor posee una cierta energía cinética, además una energía interna disponible llamada entalpia (h) al interior de la turbina se produce un salto entalpico este salto es el que provoca la transformación de la energía cinética a energía mecánica en la medida que la entalpia del vapor va disminuyendo al interior de la turbina el vapor va disminuyendo su presión y su temperatura hasta llegar al punto de condensación y este fenómeno se produce al interior del condensador. La 11

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA energía mecánica producida por la turbina es trasmitida hacia el generador transformándose posterior mente en energía eléctrica. Como esta es una planta cogeneradora cierta cantidad de vapor es extraída por las etapas de la turbina en este caso son dos: entrega una extracción de media presión y otra extracción de baja presión. El agua presente en el condensador es enviada hacia la planta de tratamiento de agua para su reutilización y optimización del proceso. La planta para sus diferentes procesos necesita agua de refrigeración la cual es enviada principalmente hacia el condensador la cual facilitara la condensación del vapor en el interior de este. El agua que se encuentra al interior de la torre de enfriamiento y que es utilizada por los diferentes proyectos provoca un incremento en la temperatura, para evitar que esta se incremente sobre los valores de control entre 18ºC y 22 ºC posee 2 ventiladores los cuales nos controlan este delta de temperatura.

2.1. Proceso Actual

En la actualidad la planta Bioenergía Viñales está ubicada en el kilómetro 5 camino a Chanco ruta M-50 al costado norte del aserradero Arauco en la comuna de Constitución, Región del Maule. Esta planta se abastece de agua cruda desde el rio Maule sector piedra del lobo, esta al llegar a la planta pasa un tratamiento de clarificación y floculación después de esto se deposita en el estanque de agua industrial. En la planta está estimado que el consumo promedio para la condición normal de operación será aproximadamente 110 m³/h. La caldera opera normalmente con desechos combustibles forestales tal como el aserrín, la corteza y desechos de bosque, esto tiene un almacenamiento al interior de planta en el galpón de acopio de aproximadamente 18.000 m³.la caldera tiene una serie de sistemas de control destinados a minimizar las emisores de material particulado hacia la atmosfera. En este sentido las bases de combustión de la caldera 12

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA pasaran antes de ser descargadas a la atmosfera, a través de un precipitador electroestático en que se removerá la mayor parte del material particulado contenido en ello. La turbina es alimenta con vapor desde la caldera a una presión de 85 bar y un flujo de 180 m³/h. la producción energética en la actualidad está alcanzando su mayor generación constante de 39 MW. Cabe destacar que el complejo incluyendo la planta tiene un consumo de 8MW. Los excedentes son inyectados al SIC (sistema interconectado central) los cuales están llegando a ser 31 MW.

Figura 1: Proceso de generación.

2.2. Elevador de capacho Este equipo es parte de un sistema muy importante en una planta de energía, específicamente en una planta térmica. Está diseñado para la extracción, trasporte y almacenamiento transitorio de la ceniza que se genera a traves de la combustión en el interior del hogar de la caldera. El proceso comienza con la inyección de biomasa a traves de una serie de subsistemas; de trasportadores de cadena, silos almacenadores

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA y silos compensatorios. Estos últimos son los encargados de dosificar la cantidad de biomasa necesaria para la generación de vapor.

2.2.1. Componentes del elevador de capacho El elevador de capachos es una estructura de 30 metros de altura que trabaja en forma vertical y consta de los siguientes elementos: Sistema motriz: motor reductor Sew-Eurodrive

Figura 2 Placa motor, Planta Bioenergía Viñales Constitución

Sprocket Motriz:

Diámetro 350mm   

Z: 16 Soportes de pie FY: 140 Eje : Ø 70 mm

Figura N°3: Parte interior superior de elevador de capacho, Planta Bioenergía Viñales Constitución

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Sistema conducido:   

Una rueda lisa de Ø 350mm Un eje de Ø 70mm 2 soportes de brida SY 140

Figura N°4: Parte interior e inferior de elevador de capacho, Planta Bioenergía Viñales Constitución.

El sistema motriz y conducido: van unidos a través de una cadena trasportadora (142N) La cadena trasportadora cuenta con una longitud de 40 metros aproximadamente esta lleva adosadas aditamentos que permiten la sujeción de los capachos. Capachos: estos elementos en forma de balde cuentan con una capacidad de trasporte de 10.000 cm³ con una cantidad de 46 unidades. 2.2.1.1. Funcionamiento de elevador de capacho Debido a la combustión de la biomasa en el hogar las cenizas resultantes son extraídos por el VTI (ventilador de tiro inducido) y conducidas hacia el PPT (Precipitador electrostático). Este sistema se encarga de aplicar una carga positiva am las partículas de ceniza las cuales son atraídas por las placas que esta con una carga negativa, luego con un sistema de martillos que golpean las placas logran decantar la ceniza sobre unas tolvas que a su vez cuentan con tres transportadores de cadena que trasportan el producto hacia el levador de capacho. 15

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA El elevador de capacho con un movimiento anti horario y en forma vertical carga los capachos elevándolos hacia la entrada del silo acumulador de cenizas, el cual deposita las cenizas en un subsistema(acondicionador de cenizas) este equipo cuenta con dos tornillos sin fin que dosifica los contenedores para luego ser extraídos y llevados a un vertedero autorizado. 2.2.1.2. Funcionamiento actual El proceso ya descrito anteriormente, permite que se presente en forma irregular con variadas detenciones y deterioro prematuro de equipos y componentes. 2.2.1.3. Funcionamiento eléctrico

Este equipo tiene un motor de 5.5 kilowatt (KW) con un reductor el cual trabaja con una relación de trasmisión de 36 a 1 esto quiere decir que el motor entrega 1145 revoluciones por minutos (rpm) y esta se complementa con el reductor entregando al final 40 rpm al elevador, el elevador a esta velocidad sigue siendo alta en la cual ahí que disminuirla aún más. Este equipo es controlado desde sala de control por el Sistema de control distribuido (DCS) este equipo tiene partida directa y trabaja en estrella con un voltaje de 660 volts. Además este equipo tiene incorporado un relé de sobrecarga E-3 plus el cual tiene comunicación DeviceNet. Este relé es un relé de sobrecarga electrónico de estado sólido multifunciones basado en microprocesador para la protección de motores de inducción de jaula de ardilla con corrientes nominales de 0.4…5,000 Amperes. Este equipo tiene sus protecciones en sala eléctrica número 1 en el cual posee control y fuerza y está tomado desde un comando central de motores (CCM) este tiene como protección fusibles de 10 amperes por fase modelo QS-00 Am y un Contactor 100-C16P10 16 amperes. Este equipo solo puede ser manipulado solo por el operador desde sala de control el cual tiene dos pulsadores en pantalla star / stop. Y puede ser usado en servicio en forma manual o automático.

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CAPÍTULO 3. MARCO TEÓRICO El presente trabajo de título pretende aclarar un conjunto de conceptos a la luz de despejar nuestros temas planteados. Esto nos permitirá crear raíces que servirán de sustento para el presente estudio, los que se presentan a continuación.

3. COMPORTAMIENTO DE CENIZAS EN SISTEMAS DE COMBUSTIÓN DE BIOMASA. Según FAO Bioenergy Terminology and Bioenergy Database, 1997, citado en Memoria de Trabajos de Difusión Científica y Técnica, Nº. 10, 2012 en el mundo 17

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA hay un creciente interés en el uso de la biomasa con propósitos energéticos. Las razones son tanto económicas como medioambientales, ya que además de proveer con energía usando recursos renovables, reduciendo considerablemente el impacto ambiental. Muchos de los residuos de madera y otras biomasas están en desuso y pueden potencialmente ser usados como fuente de energía. La biomasa como combustible

provee energía de manera renovable. El

conocimiento del comportamiento del combustible es imprescindible para diseñar y operar equipos de manera segura y eficiente, en particular el conocimiento de los minerales que contenga ya que su ceniza jugará un papel importante en la dinámica del sistema de generación. La ceniza es posible predecir la tendencia a formar depósitos en componentes de caldera y su potencial para causar corrosión, erosión y abrasión. El comportamiento de las cenizas en el sistema es altamente dependiente del combustible, en particular cuando se trata de desechos industriales. Estos combustibles tienen mayor contenido de minerales, en particular Sodio Potasio, Fósforo y Cloro, alto contenido de cenizas con bajo punto de fusión y alto potencial corrosivo.

3.1. CONTENIDO Y COMPOSICIÓN DE LAS CENIZAS EN BIOMASA.

De acuerdo a lo que plantea Montoya y otros, 2013 el contenido de cenizas es el residuo inorgánico que queda luego de que la biomasa ha sido a combustión completa. “Los principales elementos, presentes en las cenizas son el Na, K, Si, Fe, Mg, Mn, Cl, Cr”.

El contenido de cenizas es determinado por las normas ASTM D-1102 para

maderas, E-1755-01 para biomasas. En general, el contenido de cenizas de la mayoría de las biomasas no supera el 5% en peso, sin embargo, durante el procesamiento y manejo se puede contaminar con arena o tierra, elevando considerablemente el contenido de cenizas y reduciendo la energía neta disponible. “La composición de la ceniza y el punto de fusión pueden generar

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA problemas de depósitos en las calderas y reducir la disponibilidad del equipo por fallas en sus sistemas de limpieza”. (Jara,

2009)

3.2. PROBLEMAS ASOCIADOS A CENIZAS. En términos prácticos, los problemas relacionados a la ceniza en sistema de combustión de biomasa en quemadores y calderas están asociados con: · Formación de aglomerados de ceniza en estado líquido parcialmente derretido y su influencia en la grilla y depósitos de escoria a alta temperatura en los equipos.

· Formación de depósitos de ceniza en lugares de baja temperatura o superficies de intercambio en calderas en donde existen secciones convectivas.

· Corrosión y erosión acelerada del metal del lado de los gases.

· Emisión de ceniza en estado de aerosol (fly-ash), su formación y control.

· Utilización, manejo y disposición de los residuos de ceniza de los equipos de biomasa.

En reglas generales la naturaleza de los problemas y el impacto que tienen en la performance de la planta depende de las características del combustible (principalmente el contenido de ceniza y su composición química) y del diseño y operación de los equipos de combustión y caldera. (Van

Loo,

S y Koppejan, J. 2010, citado en Memoria de Trabajos de Difusión Científica y Técnica, núm. 10 2012, p. 75)

3.3. ANÁLISIS DE FALLA

De acuerdo al reporte entregado por la periodista Rojas Cruz en la revista electrónica Metal Actual, el análisis de falla de un equipo o elemento está diseñado para que, a través de él, “se pueda examinar cuidadosamente la pieza o sección que falló, su diseño, su fabricación y su historia de operación y encontrar las razones del cómo y por qué falló”.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA En este sentido, las razones para adelantar este proceso pueden ser muchas: prevenir futuros eventos de falla, garantizar seguridad, funcionamiento y uso eficiente de los componentes o máquinas a lo largo de su vida, descubrir defectos en el procesamiento de un material o componente, incluso desde su diseño y en la fase de fabricación, o corregir y prevenir futuros episodios que se convierten en pérdidas económicas invaluables. La importancia del análisis de falla radica entonces en que funciona como una herramienta para disminuir los costos de mantenimiento, incrementar la disponibilidad del sistema o equipo, apoyar el cumplimiento de las metas de producción, aminorar las probabilidades de pérdidas tanto financieras como humanas y, en algunos casos, hasta impulsar el desarrollo de avances técnicos o tecnológicos importantes para distintos segmentos de la industria. Dado su amplio campo de acción, puede realizarse sobre grandes estructuras o piezas mecánicas inoperables (un eje que se rompe), sobre componentes que operan pero no cumplen la función para la cual fueron creados (rodamiento con picaduras) y en piezas cuyo alto grado de deterioro hacen inseguro su uso (una caldera de 150 psi con una fisura que, al explotar, puede tener mayor efecto devastador que el de un carrobomba). Así, para determinar el mecanismo de la falla, se examina la evidencia objetiva que presenta el componente fallado y que puede tener como causas: fatiga, corrosión, oxidación, entre otros; para determinar la causa o la raíz de la falla, se aplican exámenes especiales al diseño y a los aspectos operacionales y; para generar acciones correctivas, se reúnen y avalúan todas las pruebas compiladas. En síntesis, el análisis de falla es un examen sistemático de la pieza dañada para determinar la causa raíz de la falla y usar esta información para mejorar la confiabilidad del producto, el cual está diseñado para: a) Identificar los modos de falla (la forma de fallar del producto o pieza) b) Identificar el mecanismo de falla (el fenómeno físico involucrado en la falla) c) Determinar la causa raíz (el diseño, defecto, o cargas que llevaron a la falla)

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA d) Recomendar métodos de prevención de la falla.

3.3.1. Causas comunes de falla.

Las fallas que pueden presentar un equipo, componente o pieza y sus causas, están generalmente ligadas a varios aspectos, entre ellos: 

Diseño Inadecuado: Se entiende entonces que el diseño es parte importante a la hora de evaluar la aparición de una falla, por lo que es necesario tener en cuenta las condiciones a las cuales ha estado expuesta la pieza durante su funcionamiento tales como el medio ambiente, tipo y magnitud de la carga,



temperatura de operación y vida útil, entre otras. Material Inadecuado y/o defectuoso: afectado por segregación, contenido



excesivo de inclusiones, porosidades y cavidades de contracciones. Negligencia: ocurre por lo general, cuando no se respetan las condiciones de operación de un equipo o pieza y se sobre-utilizan, cuando no se cumple con los



mantenimientos adecuados o desactivan los sistemas de seguridad. Tratamiento térmico (TT) defectuoso: Los TT deficientes pueden generar micro-grietas en los componentes después del tratamiento o al poco tiempo de



servicio. Manufactura defectuosa: en las piezas pueden presentarse surcos de mecanizado, sobre todo en zonas de esfuerzo que conllevan a la ruptura de los



componentes y acortan su vida útil. La fatiga: en este caso, el material es sometido a esfuerzos alternados, con la presencia de fallas progresivas como grietas que se incrementan al paso del



tiempo y el uso. El desgaste: referido al daño superficial que se manifiesta con la pérdida progresiva de material ocasionada por el contacto mecánico. En el intervienen factores como la intensidad de la carga, compatibilidad, dureza del material, lubricación, tiempo de operación y puede ser abrasivo, con la pérdida progresiva



de material superficial y adhesivo con deformación superficial. La corrosión: deterioro de un material metálico a consecuencia de un ataque electroquímico por su entorno. El ambiente, el oxígeno, las ferro bacterias, entre otros, son factores incidentes que originan este fenómeno. 21

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA 

El creep o termofluencia: es una deformación dependiente del tiempo y de carácter permanente, a alta temperatura que se presenta con carga constante o con esfuerzo constante.

3.4. CONCEPTO Y OBJETIVOS DEL MANTENIMIENTO INDUSTRIAL.

De acuerdo a lo que plantea Gómez de León, 1998 el mantenimiento se puede definir como: el control constante de las instalaciones (en el caso de una planta) o de los componentes (en el caso de un producto), así como el conjunto de trabajos de reparación y revisión necesarios para garantizar el funcionamiento regular y el buen estado de conservación de un sistema en general.

Por lo tanto, las tareas de mantenimiento se aplican sobre las instalaciones fijas y móviles, sobre equipos y maquinarias, sobre edificios industriales, comerciales o de servicios específicos, sobre las mejoras introducidas al terreno y sobre cualquier otro tipo de bien productivo. El objetivo final del mantenimiento industrial se puede sintetizar en los siguientes puntos: · Evitar, reducir, y en su caso, reparar, los fallos sobre los bienes · Disminuir la gravedad de los fallos que no se lleguen a evitar · Evitar detenciones inútiles o paros de máquinas. · Evitar accidentes. · Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas. · Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas de operación. · Reducir costes. · Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes.

En resumen, un mantenimiento adecuado, tiende a prolongar la vida útil de los bienes, a obtener un rendimiento aceptable de los mismos durante más tiempo y a reducir el número de fallos.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA 3.4.1. Tipos de mantenimiento.

Actualmente existen variados sistemas para acometer el servicio de mantenimiento de las instalaciones en operación. Algunos de ellos no solamente centran su atención en la tarea de corregir los fallos, sino que también tratan de actuar antes de la aparición de los mismos haciéndolo tanto sobre los bienes, tal como fueron concebidos, como sobre los que se encuentran en etapa de diseño, introduciendo en estos últimos, las modalidades de simplicidad en el diseño, diseño robusto, análisis de su mantenibilidad, diseño sin mantenimiento, etc. Los tipos de mantenimiento que se van a nombrar son los siguientes: · Mantenimiento correctivo · Mantenimiento preventivo · Mantenimiento predictivo · Mantenimiento productivo total

3.4.1.1. Mantenimiento correctivo.

“Es el conjunto de actividades de reparación y sustitución de elementos deteriorados por repuestos que se realiza cuando aparece el fallo” .

Este sistema resulta aplicable en sistemas

complejos, normalmente componentes electrónicos o en los que es imposible predecir los fallos y en los procesos que admiten ser interrumpidos en cualquier momento y durante cualquier tiempo, sin afectar la seguridad. También para equipos que ya cuentan con cierta antigüedad. Tiene como inconvenientes, que el fallo puede sobrevenir en cualquier momento, muchas veces, el menos oportuno, debido justamente a que en esos 23

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA momentos se somete al bien a una mayor exigencia. Asimismo, fallas no detectadas a tiempo, ocurridos en partes cuyo cambio hubiera resultado de escaso coste, pueden causar daños importantes en otros elementos o piezas conexos que se encontraban en buen estado de uso y conservación. Otro inconveniente de este sistema, es que se debe disponer de un capital importante invertido en piezas de repuesto.

3.4.1.2. Mantenimiento preventivo.

Es el conjunto de actividades programadas de antemano, tales como inspecciones regulares, pruebas, reparaciones, etc., encaminadas a reducir la frecuencia y el impacto de los fallos de un sistema. Las desventajas que presenta este sistema son: ·

·

· · ·

Cambios innecesarios: al alcanzarse la vida útil de un elemento se procede a su cambio, encontrándose muchas veces que el elemento que se cambia permitiría ser utilizado durante un tiempo más prolongado. En otros casos, ya con el equipo desmontado, se observa la necesidad de "aprovechar" para realizar el reemplazo de piezas menores en buen estado, cuyo coste es escaso frente al correspondiente de desmontaje y montaje, con el fin de prolongar la vida del conjunto. Estamos ante el caso de una anticipación del reemplazo o cambio prematuro. Problemas iniciales de operación: cuando se desmonta, se montan piezas nuevas, se monta y se efectúan las primeras pruebas de funcionamiento, pueden aparecer diferencias en la estabilidad, seguridad o regularidad de la marcha. Coste en inventarios: el coste en inventarios sigue siendo alto aunque previsible, lo cual permite una mejor gestión. Mano de obra: se necesitará contar con mano de obra intensiva y especial para períodos cortos, a efectos de liberar el equipo para el servicio lo más rápidamente posible. Mantenimiento no efectuado: si por alguna razón, no se realiza un servicio de mantenimiento previsto, se alteran los períodos de intervención y se produce una degeneración del servicio.

Por lo tanto, la planificación para la aplicación de este sistema consiste en definir qué partes o elementos serán objeto de este mantenimiento, establecer la vida útil de los mismos, determinar los trabajos a realizar en cada caso y agrupar los trabajos según época en que deberán efectuarse las intervenciones. ·

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA 3.4.1.3. Mantenimiento predictivo.

Es el conjunto de actividades de seguimiento y diagnóstico continuo (monitorización) de un sistema, que permiten una intervención correctora inmediata como consecuencia de la detección de algún síntoma de fallo. El mantenimiento predictivo se basa en el hecho de que la mayoría de los fallos se producen lentamente y previamente, en algunos casos, arrojan indicios evidentes de un futuro fallo, bien a simple vista, o bien mediante la monitorización, es decir, mediante la elección, medición y de algunos parámetros relevantes que representen el buen funcionamiento del equipo analizado. Por ejemplo, estos parámetros pueden ser: la temperatura, la presión, la velocidad lineal, la velocidad angular, la resistencia eléctrica, los ruidos y vibraciones, la rigidez dieléctrica, la viscosidad, el contenido de humedad, de impurezas y de cenizas en aceites aislantes, el espesor de chapas, el nivel de un fluido, etc. En otras palabras, con este método, tratamos de seguir la evolución de los futuros fallos. Este sistema tiene la ventaja de que el seguimiento nos permite contar con un registro de la historia de la característica en análisis, sumamente útil ante fallos repetitivos; puede programarse la reparación en algunos casos, junto con la parada programada del equipo y existen menos intervenciones de la mano de obra en mantenimiento.

3.4.1.4. Mantenimiento productivo total (Total Productive Maintenance TPM).

Este sistema está basado en la concepción japonesa del "Mantenimiento al primer nivel", en la que el propio usuario realiza pequeñas tareas de mantenimiento como: reglaje, inspección, sustitución de pequeñas cosas, etc., facilitando al jefe de mantenimiento la información necesaria para que luego las otras tareas se puedan hacer mejor y con mayor conocimiento de causa. 25

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA Este sistema coloca a todos los integrantes de la organización en la tarea de ejecutar un programa de mantenimiento preventivo, con el objetivo de maximizar la efectividad de los bienes. Centra el programa en el factor humano de toda la compañía, para lo cual se asignan tareas de mantenimiento que deben ser realizadas en pequeños grupos, mediante una dirección motivadora.

3.5. DEFINICIÓN Y TIPOS DE ESFUERZO.

Las cargas que soportan las estructuras generan fuerzas internas en la propia estructura (tensiones), que tienden a deformarlas y/o romperlas. A estas fuerzas deformantes producidas por las cargas se las llaman esfuerzos. Como menciona Salán, 2005 los materiales de uso más común suelen trabajar sometidos a esfuerzos de mayor o menor intensidad. La necesidad de conocer los límites que puedan soportar conduce al estudio de las propiedades mecánicas de los materiales, que se determinarán a partir de la respuesta macroscópica a distintos tipos de tensión aplicados. Entre los cuales se mencionan los siguientes: a. Esfuerzos de tracción: Una estructura está sometida a un esfuerzo de tracción cuando se aplican dos fuerzas o cargas de sentido opuesto, que tienden a deformar la estructura por alargamiento. b. Esfuerzo de corte o cizalladura: Una estructura está sometida a un esfuerzo cortante o de cizalladura cuando recibe dos fuerzas o cargas opuestas que tienden romper o cortar la estructura. Cualquier material sometido a un esfuerzo, independientemente de su naturaleza presentará una mayor o menor deformación, es decir, “el cambio de forma de un cuerpo debido a la acción de un esfuerzo”

(González, 2003, p.57). La relación entre los

esfuerzos de cualquier tipo y las deformaciones asociadas a ellos describirá gran parte de las propiedades mecánicas de los materiales. Cabe destacar que el tipo de deformación que puede sufrir un material bajo la acción de un esfuerzo puede ser

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA distinto en función del grado de tensión aplicada, o bien en función de la naturaleza del material.

3.6. FATIGA DE MATERIALES.

Cuando un metal se somete a ciclos de esfuerzo o de deformación repetidos, ello ocasiona que su estructura se colapse, y, finalmente se fracture. Este comportamiento de se llama fatiga, y por lo regular es la causa de un gran porcentaje de fallas en bielas de máquinas, álabes de turbinas de gas o de vapor, conexiones o soportes de puentes, así como otras partes sometidas a cargas cíclicas. (Hibbeler, 2006, p. 113) En congruencia, González, 2003 define el concepto de fatiga como “ un proceso de agrietamiento progresivo que culmina en la fractura de un material sujeto a cargas repetitivas o fluctuantes, cuyo valor máximo es menor a la resistencia tensil”. Las fracturas por fatiga inician como grietas que crecen bajo la acción de esfuerzos fluctuantes hasta que alcanzan su tamaño crítico y sobreviene la fractura final, la fatiga, en sus etapas inicial e intermedia, no produce cambios aparentes en la geometría ni en la microestructura del material y las grietas producidas son muy finas, lo que la hace muy difícil de detectar anticipadamente, de ahí su peligrosidad. Se estima que más de 50% de las fallas en componentes mecánicos se debe a la fatiga. Asimismo, plantea tres condiciones necesarias las que deben cumplirse para que la fatiga ocurra, ya que, si alguna de estas condiciones no se presenta, la fatiga no ocurre, las cuales son: a. un esfuerzo de tensión, suficientemente alto pero menor que la resistencia ultima del material. b. una variación o fluctuación del esfuerzo mayor a un valor dado llamado límite de fatiga. c. un número suficiente de ciclos de carga.

Dicho en otras palabras, lo importante en la fatiga no es tanto si esta ocurrirá o no (teóricamente siempre va a ocurrir), sino en cuanto tiempo o número de ciclos 27

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA se presentara y si ese tiempo o número de ciclos es mayor a la vida esperada de servicio del componente. Lo anterior hace que la fatiga sea evaluada en términos del tiempo o número de ciclos que tarda en ocurrir la fractura final, definiendo esa cantidad como al vida en fatiga. Con relación a la naturaleza de la fatiga, dos de los primeros descubrimientos fueron: primero, que a mayor amplitud de esfuerzo, el número de ciclos de carga necesarios para producir fatiga (la vida) se reduce en una relación exponencial y segundo, que la presencia de entallas agudas, grietas y en general, cualquier concentrador de esfuerzos reduce drásticamente el número de ciclos de fallas. 3.7. ARRANQUE DIRECTO. (D´Addario, 2012, p. 138) define el concepto de arranque como “todas aquellas maniobras que conducen a la puesta en marcha, y solo a la puesta en marcha, de un determinado proceso”. “El arranque de un motor está comprendido desde que se alimenta el motor (motor a velocidad cero o motor en reposo) hasta que consigue llegar a su velocidad nominal” .

(Solves, p.

88). La velocidad del eje aumenta progresivamente durante el arranque hasta estabilizarse en un valor, el par motor es igual al par resistente de la carga, y pasa de un régimen transitorio a uno estable. El arranque de motor directo, entendido como el

proceso que “inicia el

funcionamiento del mismo por el simple hecho de suministrarle tensión, sin ninguna intervención sobre éste”

(D´Addario, 2012, p. 144), además es el método más sencillo y económico

para arrancar un motor trifásico asíncrono, cuyas características fundamentales se expresan a continuación según lo planteado por el mismo autor:  



Par inicial de arranque: 0,6 a 1,5 Mn (Par nominal) Corriente inicial de arranque: 4 a 8 In (Intensidad nominal) la conexión directa a la red de alimentación y, por lo tanto, el arranque tiene lugar a plena tensión y con frecuencia constante, desarrollando un par de arranque elevado con tiempos de aceleración de media muy reducidos. Las aplicaciones típicas son relativas a motores de poca potencia incluso con arranque a plena carga. Duración media del arranque: 2 a 3 seg.

Aplicaciones básicas:  Motores de hasta 4KW.  Maquinas pequeñas que pueden arrancar a plena carga, sin problemas mecánicos (rodamientos, correas, cadena, etc.)  Bombas, ventiladores Ventajas:  Arrancador de esquema simple.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA  Coste económico.  Par de arranque importante, en comparación con otros arranques. Inconvenientes:  Arranque brusco, golpe mecánico: riesgo de roturas, mayor desgaste en rodamientos y en las transmisiones a correas o cadena.  Parada no controlada o en rueda libre.

Como se aprecia, estas ventajas llevan intrínsecas algunos problemas, como por ejemplo la elevada corriente inicial de arranque, que puede alcanzar en los primeros instantes valores de hasta 10 ó 12 veces la intensidad nominal, para decrecer después a valores cercanos a las 6 u 8 veces y permanecer en este rango hasta alcanzar la velocidad de par máxima. Los efectos de dicha corriente pueden identificarse en los elevados esfuerzos electrodinámicos de los cables de conexión al motor y podrían afectar incluso a los devanados del propio motor; además, los elevados pares iniciales de arranque pueden dar lugar a violentas aceleraciones que repercuten en esfuerzos sobre los elementos de transmisión (correas y juntas mecánicas) generando problemas en la distribución con la consecuente reducción de la vida mecánica de los componentes.

Finalmente, han de tenerse en cuenta eventuales problemas de naturaleza eléctrica por caídas de la tensión en la línea de alimentación del motor o de la aparamenta conectada a la misma.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA CAPÍTULO 4. LEVANTAMIENTO DE DATOS.

Para el levantamiento de datos se utilizó como instrumento la recopilación documental, pertenecientes a los informes de falla recurrentes en el equipo, realizados por el personal de mantención y de turno. A traves de la observación de estos datos se analizará la tasa de falla mensual y anual que se produce en el equipo; así como también, se calculará el porcentaje de fallas. 4.1. PRESENTACIÓN DE DATOS.

A continuación en la tabla N°1, se enuncian detalladamente los informes de falla recopilados del personal de Planta Bioenergía Viñales. Tabla 4-1 Informe de Análisis de falla de Planta Bioenergía Viñales 2014. Mes Descripción de la falla Solución Falla Aplicada Se cambia soporte

Eléctrica Trip

Enero

Falla en soporte brida

Febrero

sobrecarga Problemas de aislación polución Se instala plancha Trip por polvo en el área.

para espesor

por

aumentar sobrecarga de

aislación debido al desgaste Se desmonta cadena

de

producido. Se instala cadena

en su lugar Se desmonta una unidad de Se repone capacho Marzo

capacho Sprocket motriz desgastado en Se

Trip

por

sobrecarga realiza Trip por

flancos y garganta. Mantención sobrecarga Cadena desgastada en bujes de general al equipo unión y pasadores se cambian piezas 5 capachos f/s por aditamentos dañadas y se quebrados. una Rodamientos en soporte de instala brida

superior

dañados

por plancha de 10 mm 31

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA golpes

para

evitar

movimientos bruscos donde se Abril

Cadena

desgastada

en

soporta al eje sus Se reemplazan Trip

por

uniones y pasadores partes y se sueldan sobrecarga Capachos f/s por aditamentos elementos de quebrados. unión de capachos Sprocket motriz desgastado Se manda a reparar se rellena en sus partes de mayor fatiga de Mayo

Julio

material. Falla en cadena de trasporte por Reparaciones

de Trip

por

desgaste de piezas turno. Sprocket conducido desgastado

velocidad. Trip por

en eje y fisurado. Capacho cortado

sobrecarga

Segmentos Sprocket desgastado Segmentos nuevos sistema motriz Cadena desgastada

reemplazados Retiro de cadena y se reemplaza por

Desgaste en capachos

Trip

por

velocidad

una nueva Estos se miden los cuales 7.5

presentan

mm

y

su

espesor original es y

desgaste

de 10 mm de Corte de eslabones Trip

Septiembr

Estiramiento

e

cadena de la cadena y velocidad y Ambos Sprocket se traban en desgaste con Trip por sus ejes. esmeril angular sobrecarga los

dientes

por

del 32

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA Sprocket

para

guiar cadena Noviembre Capachos cortados desde punto Se repara en forma Trip

por

de acoplamiento de cadena. provisoria la cual velocidad y Sprocket motriz y conducido se soldán Trip por desgastado. aditamentos para sobrecarga Cadena desgastada en uniones y anclar capachos pasadores. Soportes de brida se ven necesarios para la severamente sueltos por golpes extracción

Diciembre

bruscos. Se desmonta cadena. Desgaste y estiramiento

de

ceniza. de Cambio

de Trip

por

cadena. Sprocket motriz y velocidad Desgaste de Sprocket conducido conducido y motriz en dientes y eje. Fuente: Elaboración Propia

4.2. ANÁLISIS DE DATOS.

El presente capitulo ofrece los resultados obtenidos del análisis descriptivo efectuado con los datos recogidos para poder contestar a los objetivos del presente trabajo. Al categorizar los informes mensualmente se pueden obtener una visión detallada de la falla, lo que conlleva a realizar el siguiente análisis descriptivo. En primer lugar, en el mes de Enero se presenta la falla de soporte la que sé da solución haciendo el cambio de pieza; lo que produjo a su vez fallas eléctricas que fueron trip por sobrecarga, esto demuestra que el soporte estuvo muy expuesto al material trasportado (ceniza) y por la velocidad de trasporte sufrió mayor daño. Segundo, en el mes de Febrero se producen varias fallas las cuales son consecuencia del desmontaje de la cadena la que lleva adosada a ella los capachos con los que se cargan la ceniza, esto sucede porque los Sprocket tanto conducido como motriz se desgastan en sus engranajes de avance por lo que genera desencaje 33

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA en el estiramiento de la cadena, producto de esto los capachos son golpeados en la estructura. A su vez los Sprocket tienen desgastes por el material de trasporte y sufren golpes de partida del equipo al encontrarse el motor de este con partida directa. Por otra parte la solución aplicada en este aspecto fue el mantenimiento correctivo puesto que se repararon y sustituyeron los elementos deteriorados. Tercero, en el mes de Marzo, Abril, Mayo y Julio los problemas se hacen presentes en reiteradas ocasiones como por ejemplo Sprocket motriz y conducido desgastados en flancos y garganta, cadena con desgaste en bujes de unión y pasadores, cinco capachos fuera de servicio por aditamentos quebrados. Esto provoca que se intervengan mensualmente realizando una mantención general al equipo cambiando piezas dañadas, reparando otras tratando que el equipo pueda funcionar de forma adecuada, esto también llevo a intervenciones de reparación provisorias para alcanzar a llevar a la mantención mensual programada. Esto a su vez trajo como consecuencia fallas eléctricas que fueron trip por sobrecarga y por velocidad cero esta última por desmontaje de cadena o atoche del sistema impidiendo hacer movimiento vertical. Cuarto, en los Meses de Septiembre, Noviembre y Diciembre se repiten ciertas fallas que ya son recurrente en el equipo como son: capachos cortados en el punto de acoplamiento, ejes trabados los que corresponden a los Sprocket, estos mismos presentan desgastes, cadena desgastada en uniones y pasadores, soportes de bridas se ven severamente sueltos por golpes bruscos en el equipo, desmontaje de cadena en servicio. Esto hace que lo planteado en el mantenimiento correctivo de reparar y sustituir los elementos deteriorados sean y alcanzan un alto valor anual por la mantención necesaria para corregir el funcionamiento, es por esto que decimos que los problemas y el impacto que tiene la ceniza en la performance de la planta depende de las características del combustible y su composición química ya por su potencial corrosión, erosión y abrasión es la causa principal de fallas en este equipo. 4.3. ORGANIZACIÓN Y PRESENTACIÓN DE LOS RESULTADOS.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA A continuación se presenta, en la tabla N°2, la síntesis de cada una de las fallas anteriormente señaladas con su respectivo porcentaje que representa al total de casos por falla.

Tabla 4-2 porcentaje de falla anual. Causa de la falla

Número de fallas

Frecuencia

registradas

relativa (%)

8

29.64

6

22,22

aditamentos quebrados. Sprocket motriz

6

22,22

conducido

y

4

14.82

gargantas y otros) Falla en soporte de brida Problemas de polución

2

7.4

polvo en el área TOTAL

1 27

3.7 100

Desmontaje de cadena, estiramiento, desgaste en bujes

de

unión

pasadores. Sprocket

y

motriz

desgastado(flancos

y

gargantas y otros) Desmontaje de capacho y

(flancos

Fuente: Elaboración Propia

En la tabla 4-2 se refleja la descripción de fallas y el número de casos que afecta a cada una anualmente, expresada en porcentaje, el total de todas estas alcanzo a 27 que corresponde al 100% de fallas en el equipo del elevador de capacho en todo el año 2014. 4.4. PROPUESTA DE SOLUCIÓN O INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA A través de estos datos se observa claramente que la causa raíz de las fallas que se manifestaron durante cada mes se debe principalmente a dos factores. En primer lugar, corresponde a la ceniza por su alto potencial de corrosión, erosión y abrasión en el elevador de capacho, el que está expuesto a este material constantemente, puesto que se encarga de transportarlo, por ende, se refleja en los daños a sus partes móviles como fijas como se describe en la tabla 4-2. Sin embargo, tal como lo demuestran los resultados obtenidos no deja de ser menos importante que el equipo presente 27 problemas anuales, por lo tanto, con el propósito de evitar estas fallas continuas y reiteradas sería conveniente proponer un plan de mantención preventiva con el objetivo de revisar su estructuración o tratar de evitar y ayudar al equipo a prolongar su vida útil como instalando un variador de frecuencia el cual podría dar partidas controladas en su arranque y trabajar a valores mínimos de velocidad, este variador podría ser de marca ABB ACS 800-01: 0.55 a 200 kW ( 3x 230-690v), el variador recomendado es por el uso que ya existe en planta bioenergía y cumple las características de rango y voltaje, además se puede utilizar en otros equipos si la circunstancias lo amerita. Esto ayudaría a evitar golpes bruscos en el equipo y aumentar en alguna medida la capacidad de transporte de cada capacho. El segundo factor es la velocidad de trasporte ya que el motor tiene partida directa por lo tanto su arranque es brusco en el equipo, la velocidad es alta para trasportar la ceniza ya que como es abrasiva provoca mayor desgaste por rose en partes motrices.

4.5. PLANOS, PROGRAMAS, CÁLCULOS Y/O JUSTIFICATIVOS.

  

Adjunto plano de cubículo del elevador de capacho 663-M-910 ANEXO L. Adjunto Plano de fuerza y control elevador de capacho 663-M-910 ANEXO M. Adjunto Planos de estructura de elevador de capacho y partes móviles ANEXO N.

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA 4.6. CONCLUSIÓN. Las conclusiones que se entregan a continuación son presentadas ordenadamente con el propósito de responder a cada uno de los objetivos específicos señalados al inicio del presente estudio.

1. Respecto del primer objetivo que buscaba obtener datos de mantención y operación correspondientes al proceso de extracción de ceniza.  se logró parcialmente, puesto que los datos obtenidos no fueron recopilados en su totalidad, debido a que por ser datos privados de la empresa ni se tuvo acceso a una gran parte ellos. Los datos que se obtuvieron fueron proporcionados por no tener contenidos confidenciales. En particular por ser funcionario de la empresa se realizó una excepción para facilitar información para dicho estudio. 2. Respecto del segundo objetivo que buscaba identificar los componentes críticos del elevador de capacho, se deriva la siguiente conclusión:  Se logró identificar los componentes críticos del elevador de capacho, los cuales están compuestos por el Motor reductor Sew-Eurodrive, Sprocket motriz que lleva consigo 2 soportes de pie FY-140 y un eje de Ø 70 mm , Sprocket conducido el cual lleva consigo una rueda lisa de Ø 350 mm,2 soporte de brida y un eje de Ø 70 mm, una cadena trasportadora 142N, cuenta con una longitud de 40 metros aproximadamente esta lleva adosadas aditamentos que permiten la sujeción de los capachos y 46 unidades de capachos. 3. En lo relativo al tercer objetivo detectar la causa raíz que se presenta en la frecuencia de fallas, se concluye que:  La frecuencia de fallas detectadas en los equipos móviles del elevador de capacho, confirman que la causa raíz del problema se debe a la presencia de ceniza, ya que, causa corrosión, erosión y abrasión. Esta última produce

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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA desgaste por fricción siendo ayudado por el movimiento de trasporte y el entorno encapsulado. 4. En cuanto al cuarto objetivo demostrar que al integrar un sistema de partida con rampa de aceleración permite eliminar o reducir los cortes de pieza, se concluye que:  5. En cuanto al quinto objetivo establecer posibles soluciones tecnológicas que contribuyan a mejorar el funcionamiento del equipo.  Para el mejoramiento se debería instalar un Variador de frecuencia el que otorgue garantías de arranque, paradas controladas, y suaves, sin movimientos bruscos, disminuyendo estiramientos, el desmontaje de cadena y de capachos, además la otra medida es controlar la velocidad de trasponte que se puede disminuir a rango mínimo esto evitaría en parte la fricción entre la ceniza y las partes móviles.

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ANEXOS ANEXO A: GLOSARIO TÉCNICO 40

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA Precipitadores electrostáticos son dispositivos de filtración altamente eficientes, que mínimamente impiden el flujo de los gases a través del dispositivo, y pueden eliminar fácilmente finas partículas como polvo y humo de la corriente de aire. Sprocket Motriz: Piñon de cadena y en inglés “Sprocket”. Es una rueda dentada en la cual engrana o calza la cadena para transmitir la fuerza al eje. Lo característico de la forma del diente es su fondo en medio círculo para que en este sienten los rodillos de la cadena. Soporte de brida: elementos mecánicos que sirven para unir o sujetar dos o más piezas entre sí. Consiste en una pletina en forma de disco o con orejetas, con dos o más agujeros, que se suelda o se atornilla en el extremo de los tubos o árboles y sirve para efectuar empalmes entre sí o uniones con otras piezas mecánicas. Tiro inducido: Extrae los gases de la cámara de combustión y los expulsa hacia la chimenea, pero el inconveniente que tiene es que el ventilador que extrae el aire de la cámara se encuentra trabajando en una zona conflictiva por la elevada temperatura, trabaja en una zona donde hay gases corrosivos y hay sólidos como ceniza, que pueden llegar a estropear las paletas de los ventiladores. Trip: corte del circuito eléctrico por alguna falla

.

Variador de frecuencia: son dispositivos electrónicos que permiten variar la velocidad y el par de fuerza de los motores asincrónicos trifásicos, al variar la magnitud fija de la frecuencia de la red.

ANEXO B: INFORME DE TURNO ENERO 2014 ANEXO C: INFORME DE TURNO FEBRERO 2014 ANEXO D: INFORME DE MANTENCIÓN MARZO 2014 ANEXO E: INFORME DE MANTENCIÓN ABRIL 2014 ANEXO F: INFORME DE MANTENCIÓN MAYO2014 41

UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA SEDE DE CONCEPCIÓN – REY DE BALDUINO DE BÉLGICA ANEXO G: INFORME DE MANTENCIÓN JULIO 2014 ANEXO H: INFORME DE MANTENCIÓN AGOSTO 2014 ANEXO I: INFORME DE MANTENCIÓN SEPTIEMBRE 2014 ANEXO J: INFORME DE MANTENCIÓN NOVIEMBRE 2014 ANEXO K: INFORME DE MANTENCIÓN DICIEMBRE 2014 ANEXO L: PLANO DE CUBÍCULO DEL ELEVADOR DE CAPACHO 663-M-910 ANEXO M: PLANO DE FUERZA Y CONTROL ELEVADOR DE CAPACHO 663M-910 ANEXO N: PLANOS DE ESTRUCTURA DE ELEVADOR DE CAPACHO Y PARTES MÓVILES

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