Vibration, dynamics and noise

formerly BETA Machinery Analysis and SVT Engineering Consultants

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Ejemplos de monitoreo de desempeño

Monitorear, analizar, optimizar

Los servicios de evaluación de desempeño de BETA son servicios de monitoreo remoto de bajo costo para compresores de pistón, compresores centrífugos, motores, turbinas de gas, turbinas de vapor y otros tipos de maquinaria.

A partir de los datos operacionales suministrados por el cliente, el análisis detallado de BETA detecta la degradación mecánica y desviaciones del desempeño. Los especialistas en maquinaria revisan los resultados y desarrollan recomendaciones específicas y factibles. Entre los beneficios se incluyen un aumento en la disponibilidad y en la producción, la optimización de la maquinaria y la reducción de los costos de mantenimiento.

A continuación se pueden observar algunos ejemplos de este servicio.

Speak to an expert

1 Descubrimiento del descenso de la presión del aceite del motor

Un analista de BETA observó una anomalía en los patrones de la presión del aceite de un motor. La presión presentaba una tendencia de descenso, aunque todavía estaba a niveles aceptables.

El 20 de agosto se le envió al cliente la primera alerta.

Se envió al cliente una segunda alerta 11 días después (el 1 de septiembre) con un nivel de riesgo alto y recomendando que se actuara inmediatamente.

Reacción del cliente:
“Parece que la presión del aceite del motor del conjunto B está disminuyendo. Perderemos un motor si no hacemos algo".

El cliente informó de que encontró el resorte de alivio de aceite desgastado dentro la carcasa.
El problema se corrigió y la presión del aceite volvió a niveles normales.

Comentario del cliente: "Gracias a Dios que BETA identificó el problema, porque eso evitó una parada no planeada. Es probable que eso haya salvado el motor".

2 Ejemplos de compresores centrífugos
2.1 Compresor centrífugo impulsado por un motor

Este ejemplo es de un compresor centrífugo impulsado por un motor. Se analizó el desempeño durante un año utilizando los datos de sistema de control.

El gráfico muestra que la eficiencia politrópica (curva roja) tuvo un descenso constante de 66% a 58%. La potencia del motor (curva negra) para proveer el mismo flujo aumentó unos 100 kW. Si el impulsor está operando por debajo de su potencia nominal, como ocurre aquí, la consecuencia principal es un incremento del costo operacional. Cuando el impulsor alcanza su límite, cualquier descenso adicional de la eficiencia causa una pérdida del flujo entregado, que por lo general resulta bastante costosa.

Es probable que la eficiencia se reduzca debido a alguna combinación de suciedad o desgaste del impulsor y/o aumento de holguras. El monitoreo permite el planificar y programar el mantenimiento con conocimiento de causa.

2.2 Desviación del compresor centrífugo desde la línea de base

En este caso, se evalúa el desempeño contra la curva de línea de base para esta unidad en particular. Éste es el enfoque más apropiado para monitorear el desempeño de un compresor centrífugo, especialmente cuando las condiciones operacionales varían significativamente.

En la figura de abajo, se muestra una unidad que presenta un 11% de desviación en el cabezal en el punto mostrado, debido probablemente a suciedad o desgaste en el impulsor y/o un aumento de holguras.

El descenso del desempeño de la etapa (medido como desviación en el cabezal) requería una potencia extra para comprimir el gas; en este caso alrededor de 325 BHP. Se estimó que el costo del combustible extra sería de más de 250.000 dólares al año, basándose en los precios de mercado de ese momento.

2.3 Plataformas costa afuera - la variación de la presión diferencial de admisión de gas a la turbina indica que los filtros de aire habían sido derivados

Se monitoreaban varias unidades con compresores centrífugos/turbinas de gas situadas en plataformas costa afuera como parte del servicio de evaluación de desempeño de BETA. Uno de los parámetros más importantes es la presión diferencial medida a través de los filtros de admisión de aire en la sección del generador de gas de la turbina.

La presión diferencial de admisión de aire había sido bastante constante a 1,5 - 2,0 pulgadas de agua. Luego, hacia finales de septiembre de 2011, las lecturas empezaron a variar, desde alrededor de 2 pulgadas de agua a cero.
El problema en este caso es la lectura tan baja, casi llegando a cero, ya que esto indica que estaba ingresando por vías alternativas, no pasando por los filtros en ese momento. 

Una lectura más detallada muestra que había picos a cada 24 horas. Las lecturas de cero ocurrían principalmente durante las horas más calurosas del día. (Esta instalación está a unos 20 grados de latitud norte).

Se dedujo que se había reemplazado un filtro y que no se había ajustado correctamente cuando se reemplazó; la distorsión térmica del tubo de admisión permitió la entrada de aire sin pasar por el filtro durante las horas más calurosas del día. El problema de esta situación es que se puede acumular polvo y otros contaminantes en las etapas iniciales del compresor del generador de gas haciendo que el desempeño descienda rápidamente.

2.4 Mantenimiento predictivo - cambio de la presión diferencial en el filtro de aceite

Los datos operacionales de 8 grandes unidades de compresores centrífugos/turbinas de gas se revisan en forma regular por uno de los especialistas en monitoreo de BETA, quien comunicó lo siguiente al cliente el día 24 de noviembre:

PROBLEMA no resuelto aún
Observación/acción La presión diferencial del filtro de aceite de la turbina de potencia de la unidad 1 (tag DPT-301) ha aumentado consistentemente y alcanzó los 11 psi el 19 de noviembre. 
Recomendaciones Planificar el cambio del filtro; probablemente dentro de un mes
Probabilidad 2 - Media (probable)
Consecuencias 2 - Medias -parada de los equipos 
Nivel de riesgo 1 - Actuar tan rápido como sea posible

La gráfica de abajo muestra lo que sucedió en ese punto y posteriormente. El cursor (línea roja vertical) corresponde al día 19 de noviembre. La línea horizontal negra es un nivel de alarma de 15 psi. El 2 de diciembre, ocho días después, la presión diferencial alcanzó un nivel de alarma. El cliente cambió el filtro el 7 de diciembre. La alerta temprana de BETA permitió el mantenimiento planificado, evitando, o minimizando la pérdida de producción que podría haber ocurrido si la máquina hubiera fallado.

3 Ejemplos de compresores de pistón
3.1 Identificación de intercambiador de calor sucio

Una unidad flotante de producción, almacenamiento y descarga (FPSO) tiene tres motores grandes que accionan compresores de pistón de importancia crítica. El servicio de evaluación de desempeño de BETA monitoreaba estos compresores y motores. Se observó que se elevaba la temperatura de devanado en el motor de la unidad B. Aunque estaba bien por debajo de los niveles de alarma, la temperatura era más alta que la lectura equivalente en los motores A y C. Se alertó al cliente.

NUEVO PROBLEMA
Observación/acción

B1105, creado el 16 de enero de 2012. Las temperaturas de devanado del motor de la unidad B se acercan a los 115 ºC y han estado aumentando constantemente desde el 30 de diciembre. Las temperaturas equivalentes en la unidad A son de unos 95 °C y en la unidad C de unos 85 °C.

Recomendaciones Verificar las mediciones, asegurar el flujo de refrigeración apropiado.
Probabilidad 2 - Media (probable)
Consecuencias 1 - Graves - falla grave del equipo
Nivel de riesgo 2 - Actuar tan rápido como sea posible

El cliente investigó, encontró y corrigió rápidamente los problemas con un intercambiador de calor.

PROBLEMA RESUELTO
Observación/acción B1105, creado el 16 de enero de 2012. Las temperaturas de devanado del motor de la unidad B alcanzaron los 116°C y fueron aumentando de forma constante. Las temperaturas de devanado del motor de la unidad A eran de unos 95 °C y las de la unidad C eran de unos 85 °C.
Recomendaciones Verificar las mediciones, asegurar que hay una refrigeración apropiada.
Resolución Se encontró que había un flujo de refrigeración inadecuado y que los intercambiadores de calor refrigerados con agua de mar estaban sucios. Estos problemas se corrigieron.
Probabilidad 0 - No analizada
Consecuencias 0 - No analizada
Nivel de riesgo 5 - No se necesita actuar

Esta intervención proactiva permitió que se corrigiera el problema sin tener pérdidas en la producción. Sin el monitoreo, el desempeño del intercambiador de calor se podría haber degradado hasta que las temperaturas alcanzaran un nivel de alarma, requiriendo así una respuesta de emergencia, con posible pérdida en la producción.

Para obtener más información sobre el rentable servicio de evaluación remota de desempeño y estado  de BETA, entre en contacto con info@BetaMachinery.com. Este servicio cubre todo tipo de equipos utilizados en la compresión de gas.

3.2 Identificación de un cambio imperceptible en las vibraciones de un compresor previene una falla grave y costosa

El 27 de agosto de 2012, mientras se estaba llevando a cabo una revisión normal de unas unidades de compresores de pistón para un cliente, uno de los analistas de BETA envió el siguiente comunicado al cliente:
“Estoy observando una clara tendencia creciente de las vibraciones del compresor. Los niveles actuales de vibraciones no son muy altos pero está claro que la tendencia existe. Y no veo ningún cambio en la velocidad/carga en esta unidad”.

Las vibraciones no llegaban al nivel de alerta, pero el especialista en monitoreo remoto reconoció que eso no era normal.

El 11 de octubre de 2012, BETA recibió este comunicado de un cliente muy agradecido:
“Gracias a su alerta hemos investigado y encontrado que el casquillo del pie de biela en el cilindro #2 del compresor había fallado. Hemos corregido el problema y la unidad ha estado en línea desde el 5 de octubre de 2012 con el nuevo casquillo instalado. Los niveles de vibraciones parecen haber vuelto a la normalidad. Gracias".

Falla en el casquillo de la biela

Gracias a que BETA monitoreó la unidad, se evitó que se desencadenara un daño significativo y costoso. Con el tiempo, esta falla  habría probablemente  afectado el ensamblaje y causado una ruptura grave.

3.3 Compañía de tuberías - se evitó un daño significativo a los compresores de pistón

Mientras se monitoreaba un grupo de compresores que pertenecían a una compañía de tuberías, el especialista de BETA asignado encontró una desviación de la temperatura por una descarga en la unidad 3 y alertó al cliente.
En la siguiente alerta se puede identificar lo que se observó, las probabilidades y consecuencias de los riesgos y se recomienda un plan de acción. En los dos casos que se muestran, la consecuencia de no haber actuado es la aparición de unas fallas de equipo significativas.

Nuevo problema para la unidad 3
Observación/acción Problema reportado el 11 de febrero de 2013. La desviación de la temperatura de descarga en el cilindro número 4 ha estado aumentando desde el 30 de enero de 2013 y subió de los 14 a los 24 ºC el 11 de febrero de 2013.
Recomendaciones Comprobar el cilindro 4 para ver si hay algún problema en la válvula. Comprobar también las tasas de lubricación en este cilindro.
Probabilidad 1 - Alta (muy probable)
Consecuencias 2 - Significativas - falla del equipo
Nivel de riesgo 2 - Actuar tan rápido como sea posible
Unidad 3, cilindro #4

Se descubrió que en esta unidad había una válvula de descarga en la culata que estaba fallando.

Un problema similar ocurrió en el cilindro número 2 de la unidad 21, en donde se descubrió que había dos válvulas de descarga en la cabeza del cigüeñal que estaban fallando.

Nuevo problema para la unidad 21
Observación/acción Issue raised Feb 11, 2013: Discharge temperature deviation throw 2 stage 1 has increased from 8 to about 16 °C since Feb 05, 2013.
Recomendaciones Verificar el cilindro 2 para ver si hay algún problema en sus válvulas y/o las tasas de lubricación.
Probabilidad 1 - Alta (muy probable)
Consecuencias 2 - Significativa - falla del equipo
Nivel de riesgo 2 - Actuar tan rápido como sea posible

Beneficios del programa de monitoreo
La rápida detección de las válvulas del compresor que estaban fallando preservó la capacidad y eficiencia y previno efectos secundarios que podrían ocurrir si una válvula se desintegrara. El segundo caso es particularmente significativo; las válvulas de descarga de la cabeza del cigüeñal rotas pueden conducir a fallas catastróficas, ya que la carga de la biela tiende a una tensión continua con poco o ningún retorno. Afortunadamente, el cliente actuó enseguida y las dos unidades se repararon antes de cuatro días después de recibir la alerta, evitando una falla significativa del equipo.

3.4 Pequeño problema de desempeño del compresor detectado

Las fallas que casi no se perciben se convierten en grandes problemas, así que un aviso temprano puede evitar que ocurran fallas graves. Este ejemplo surge del monitoreo remoto de un compresor de gas de 4 cilindros y 2 etapas. Los cilindros 2 y 4 están en la etapa 1; y los cilindros 1 y 3 están en la etapa 2.

En lugar de monitorear los datos de temperatura sin procesar, la siguiente lista se basa en una medida derivada llamada "desviación de la temperatura de descarga". La "desviación" es la diferencia entre la temperatura de descarga esperada y la temperatura de descarga medida.

Este gráfico muestra el historial de la temperatura de descarga del cilindro 4 (curva negra). Un examen más profundo muestra un pequeño incremento, pero no lo suficiente para preocuparse.

Para obtener más información sobre el rentable servicio de monitoreo remoto de estado y desempeño, entre en contacto con info@BetaMachinery.com. Este servicio cubre todo tipo de equipos utilizados en la compresión de gas.

Sin embargo, observamos un aumento considerable (curva roja). Por lo general, esto apunta a que hay un escape en alguna válvula o posiblemente en un anillo de soporte.​

Para confirmarlo podemos comprobar la relación de compresión en las etapas. La relación de compresión de la etapa 1 disminuye y la de la etapa 2 aumenta. Esto es coherente con la degradación del desempeño en la etapa 1.

Se puede encontrar una confirmación adicional del flujo medido (después de la válvula de recirculación) y la posición de la válvula de recirculación. Durante el mismo periodo de tiempo que las gráficas anteriores, el flujo es fundamentalmente constante. Pero la posición de la válvula de recirculación disminuye desde casi un 20% hasta casi un 15%. 

Los datos indican una pérdida de rendimiento del compresor. Conclusión: Hay un escape en una válvula  o un anillo de sujeción en el cilindro 4.

Este ejemplo ilustra que detectar problemas pequeños como este requiere técnicas avanzadas en manos de especialistas capacitados. Los procedimientos de procesos automatizados que dependen de métodos simples como buscar cambios de temperatura significativos probablemente no habrían detectado estos problemas.

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