Optimización de los sistemas de lubricación y enfriamiento...
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Optimización de los sistemas de lubricación y enfriamiento para los grupos de bombeo de las estaciones N°32 y 33 del sistema Tuy III Manuel A. Alvarez R. Tutor Académico: Ing. Frank Pietersz Tutor Industrial: Ing. Luis Carlos Navarro Caracas, abril 2004 Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Mecánica
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Optimización de los sistemas de lubricación y enfriamiento para los grupos de bombeo de las
estaciones N°32 y 33 del sistema Tuy III
Manuel A. Alvarez R.
Tutor Académico: Ing. Frank Pietersz Tutor Industrial: Ing. Luis Carlos Navarro
Caracas, abril 2004
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica
II
DERECHO DE AUTOR
Quien suscribe, en condición de autor del trabajo titulado "Optimización de los
sistemas de lubricación y enfriamiento para los grupos de bombeo de las
estaciones N° 32 y 33 del sistema Tuy III", declara que: Cedo a título gratuito, y en
forma pura y simple, ilimitada e irrevocable a la Universidad Metropolitana, los
derechos de autor de contenido patrimonial que me corresponden sobre el
presente trabajo. Conforme a lo anterior, esta cesión patrimonial sólo comprenderá
el derecho para la Universidad de comunicar públicamente la obra, divulgarla,
publicarla o reproducirla en la oportunidad que ella así lo estime conveniente, así
como, la de salvaguardar mis intereses y derechos que me corresponden como
autor de la obra antes señalada. La Universidad en todo momento deberá indicar
que la autoría o creación del trabajo corresponde a mi persona, salvo los créditos
que se deban hacer al tutor o a cualquier tercero que haya colaborado o fuere
hecho posible la realización de la presente obra.
__________________________
Manuel A. Alvarez R.
C.I. 14203290
En la ciudad de Caracas, a los 30 días del mes de Marzo del año 2004
III
APROBACIÓN
Considero que el Trabajo Final titulado
Optimización de los sistemas de lubricación y enfriamiento para los grupos
de bombeo de las estaciones N° 32 y 33 del sistema Tuy III
elaborado por el ciudadano
Manuel A. Alvarez R.
para optar al título de
Ingeniero Mecánico
reúne los requisitos exigidos por la Escuela de Ingeniería Mecánica de la
Universidad Metropolitana, y tiene méritos suficientes como para ser sometido a la
presentación y evaluación exhaustiva por parte del jurado examinador que se
designe.
En la ciudad de Caracas, a los 30 días del mes de Marzo del año 2004.
________________________
Tutor: Ing. Luis Carlos Navarro
IV
ACTA DE VEREDICTO
Nosotros, los abajo firmantes constituidos como jurado examinador y reunidos en
Caracas, el día de abril de 2004, con el propósito de evaluar el Trabajo Final
titulado.
Optimización de los sistemas de lubricación y enfriamiento para los grupos
de bombeo de las estaciones N° 32 y 33 del sistema Tuy III
Presentado por el ciudadano
Manuel A. Alvarez R.
para optar al título de
Ingeniero Mecánico
Emitimos el siguiente veredicto:
Reprobado____ Aprobado____ Notable____ Sobresaliente____
Observaciones:_________________________________________________
_____________________________________________________________
__________________ __________________ __________________
Ing. Luis C. Navarro Ing. Frank Pietersz Ing. Oscar Rodriguez
V
DEDICATORIA
A mis padres, por haberme brindado la gran oportunidad de ser un profesional.
VI
AGRADECIMIENTOS
A Nohemy Stella Ramírez, mi madre, por creer en mi y haber luchado a mi
lado durante todos estos años hasta alcanzar nuestra meta.
A Viky Alejandra de Paixao Martins, por haberme brindado su apoyo, cariño
y compañía, estando presente durante la elaboración de este proyecto y en toda
mi carrera en estos últimos años.
Al Ing. Luis Carlos Navarro, Ing. Roberto Silva, Sra. Gloria Masó y al Grupo
Aquasev por haberme brindado la oportunidad de trabajar con ellos, por su
colaboración y haber confiado en mi para la realización de este proyecto.
Al Ing. Frank Pietersz, por haberme inculcado valiosos conocimientos en el
área de turbomáquinas y fluidos, y por su colaboración en el desarrollo de este
proyecto.
A todos los operadores de la Estación Nº 32, por toda la colaboración
prestada durante mis visitas a la estación.
Al Ing. Alessandro Gaone, por la ayuda y conocimientos invaluables,
prestados en el área de instrumentación y planos.
A Maria Alejandra Alvarez Ramirez, por su apoyo durante mis estudios y los
conocimientos aportados para la elaboración de este trabajo.
A la Sra. Olgamar Berrizbeitia y al Sr. Joaquin Urbano por brindarme su
apoyo y confianza.
Y a todas aquellas personas que de una u otra forma han estado y
colaborado conmigo, tanto en mi carrera, como en la elaboración de este proyecto.
VII
TABLA DE CONTENIDO
DEDICATORIA........................................................................................................V AGRADECIMIENTOS ............................................................................................VI LISTA DE TABLAS..................................................................................................X LISTA DE FIGURAS ..............................................................................................XI RESUMEN ............................................................................................................XII INTRODUCCION .................................................................................................... 1 CAPITULO I. TEMA DE INVESTIGACION.............................................................. 3
I.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA........................................................... 4 I.2. OBJETIVOS.................................................................................................. 6
I.2.1. Objetivo General .................................................................................... 6 I.2.2. Objetivos específicos ............................................................................. 6
CAPITULO II. MARCO TEORICO........................................................................... 7 II.1. Turbomáquinas ............................................................................................... 8
II.1.1. Tipos de Turbomáquinas ........................................................................ 11 II.1.1.1. Bombas centrífugas ......................................................................... 11
II.2. Cojinetes y lubricación................................................................................... 13 II.2.1. Cojinetes con lubricación a presión ........................................................ 15 II.2.2. Tipos de lubricación ................................................................................ 16 II.2.3. Viscosidad .............................................................................................. 18 II.2.4. Desgaste en los cojinetes ....................................................................... 22
II.3. Fallas en los sellos mecánicos ...................................................................... 25 II.3.1. Causas de las fallas................................................................................ 27
II.4. Parámetros e instrumentos de medición ....................................................... 28 II.4.1. Clases de instrumentos .......................................................................... 30
II.4.1.1. En función del instrumento............................................................... 30 II.4.1.2. En función de la variable de proceso ............................................... 34
II.5. Controladores PLC........................................................................................ 35 II.5.1. Funcionamiento del PLC......................................................................... 36 II.5.2. Operación de un PLC ............................................................................. 38
II.6. Intercambiadores de calor ............................................................................. 39 II.7. Descripción del Sistema Tuy III ..................................................................... 42
II.7.1. Sistemas Tuy .......................................................................................... 42 II.7.2. Reseña Histórica..................................................................................... 42 II.7.3. Sistema TUY III....................................................................................... 43 II.7.4. Embalse de Camatagua ......................................................................... 45 II.7.5. Estaciones de bombeo ........................................................................... 45 II.7.6. Chimeneas de Equilibrio ......................................................................... 48 II.7.7. Válvulas de chorro .................................................................................. 48 II.7.8. Ventosas o Válvulas de Admisión y Expulsión de Aire ........................... 49
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO........................................................... 50 III.1. Estudio de los sistemas actuales .................................................................. 51 III.2. Levantamiento de datos de los sistemas en las estaciones .......................... 53 III.3. Evaluación de los procesos operativos ......................................................... 55
VIII
III.4. Establecer parámetros para la elaboración del nuevo diseño ....................... 56 III.5. Elaboración del nuevo diseño ....................................................................... 57 CAPITULO IV. RESULTADOS Y ANALISIS ......................................................... 60 IV.1. Funcionamiento teórico de los sistemas ....................................................... 61
IV.1.1. Sistema de lubricación ........................................................................... 61 IV.1.1.1. Caudales de aceite lubricante.......................................................... 62 IV.1.1.2. Presión de aceite a la entrada ......................................................... 63 IV.1.1.3. Temperatura de aceite lubricante .................................................... 63 IV.1.1.4. Calidad del aceite lubricante............................................................ 63
IV.1.2. Sistema de Enfriamiento ........................................................................ 64 IV.1.2.1. Caudales y presión de agua de refrigeración .................................. 65
IV.2. Estado de los sistemas actuales de lubricación y enfriamiento para cada grupo de bombeo operativo de la estación N° 32:................................................. 65 IV.3. Problemas comunes que presentan los sistemas de lubricación y enfriamiento........................................................................................................... 75 IV.4. Posibles fallas que se pueden presentar en los sistemas de control actuales.............................................................................................................................. 80 IV.5. Características que debe tener los nuevos sistemas de lubricación y enfriamiento........................................................................................................... 84
IV.5.1. Sistema de lubricación ........................................................................... 84 IV.5.2. Sistema de refrigeración......................................................................... 85
IV.6. Dispositivos de medición y control que deben tener los nuevos sistemas de lubricación y enfriamiento...................................................................................... 86
IV.6.1. Sistema de lubricación ........................................................................... 86 IV.6.2. Sistema de refrigeración......................................................................... 88
IV.6.2.1. Sistema principal.............................................................................. 88 IV.6.2.2. Sistema auxiliar................................................................................ 88
IV.7. Alternativas para el nuevo diseño ................................................................. 89 IV.7.1. Alternativa 1 ........................................................................................... 89
IV.7.1.1. Desventajas ..................................................................................... 91 IV.7.1.2. Ventajas........................................................................................... 92
IV.7.2. Alternativa 2 ........................................................................................... 92 IV.7.2.1. Desventajas ..................................................................................... 93 IV.7.2.2. Ventajas........................................................................................... 94
IV.8. Estudio de la alternativa seleccionada.......................................................... 95 IV.8.1. Funcionamiento teórico del nuevo sistema de lubricación ..................... 95 IV.8.2.- Dispositivos de control y supervisión para la lubricación....................... 96 IV.8.3. Funcionamiento teórico del sistema de refrigeración ............................. 98 IV.8.4. Dispositivos que controlan y supervisan el sistema de refrigeración...... 99
IV.8.5. Problemas que se pueden presentar en los sistemas de lubricación y enfriamiento del nuevo diseño............................................................................... 99
V.8.6. Especificaciones técnicas y proveedores de los equipos de medición necesarios en este proyecto ............................................................................ 103
CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................... 105 V.1. Conclusiones ............................................................................................... 106 V.2. Recomendaciones ....................................................................................... 107 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS .................................................................... 108
IX
APENDICE A. Lista de dispositivos actuales y especificaciones ........................ 111 APENDICE B. Plano de los sistemas actuales de lubricación y enfriamiento ..... 118 APENDICE C. Cuadro para el levantamiento de datos de los grupos en la estación. .............................................................................................................. 119 APENDICE D. Cuadro de posibles fallas que se puedan presentar tanto en el sistema actual como en el nuevo diseño............................................................. 121 APENDICE E. Normas ISA ................................................................................. 122 APENDICE F. P&ID para los sistemas de lubricación y enfriamiento del nuevo diseño.................................................................................................................. 131 APENDICE G. PFD para los sistemas de lubricación y enfriamiento del nuevo diseño.................................................................................................................. 132 APENDICE H. Medidor de flujo. .......................................................................... 133 APENDICE I. Termómetros para la medición local. ............................................ 134 APENDICE J. Válvulas reductoras de presión y válvula de alivio. ...................... 135 APÉNDICE K. Presostatos.................................................................................. 136
X
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Estado Grupo Nº3 ................................................................................... 65
Tabla 2. Estado Grupo Nº4 ................................................................................... 67
Tabla 3. Estado Grupo Nº5 ................................................................................... 69
Tabla 4. Estado Grupo Nº6 ................................................................................... 71
Tabla 5: Estado Grupo Nº7 ................................................................................... 73
Tabla 6. Cuadro de fallas del sistema actual......................................................... 80
Tabla 7. Cuadro de fallas del nuevo diseño ........................................................ 100
XI
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Variación lineal del esfuerzo cortante con la razón de deformación para
fluidos comunes ............................................................................................. 20
Figura 2. Viscosidad dinámica (absoluta) de algunos fluidos comunes en función
de la temperatura. .......................................................................................... 21
Figura 3. Termoresistencias del refrigerador de aceite desconectadas ................ 75
Figura 4. Presostatos de alta y baja presión ........................................................ 76
Figura 5. Vidrios de observación ........................................................................... 76
Figura 6. Controlador PLC..................................................................................... 77
Figura 7. Cojinete de lado no accionado del motor ............................................... 77
Figura 8. Sistema de refrigeración auxiliar ............................................................ 78
Figura 9. Ausencia de manómetro en la succión................................................... 79
Figura 10. Controlador de flujo .............................................................................. 79
XII
RESUMEN
OPTIMIZACION DE LOS SISTEMAS DE LUBRICACIÓN Y ENFRIAMIENTO PARA LOS GRUPOS DE BOMBEO DE LAS ESTACIONES N° 32 Y 33 DEL SISTEMA TUY III Autor: Manuel A. Alvarez R. Tutor Académico: Ing. Frank Pietersz Tutor Industrial: Ing. Luis Carlos Navarro
Caracas, Abril 2004
Se desarrollo un nuevo diseño para lograr una mayor eficiencia y confiabilidad de los sistemas de lubricación y enfriamiento para los grupos de bombeo pertenecientes a las estaciones N°32 y 33. Para ello se realizó un estudio del material proporcionado por el Grupo Aquasev que contenía planos, especificaciones técnicas y descripción de todos los componentes y equipos pertenecientes a los sistemas de lubricación y enfriamiento actualmente en operación, permitiendo conocer los equipos existentes y el funcionamiento en detalle de estos sistemas. También se obtuvo información sobre los requerimientos de los grupos de bombeo en cuanto a caudales, temperaturas, presiones en la lubricación y enfriamiento. Posteriormente era necesario conocer el estado de todos estos dispositivos y además los parámetros críticos (presión, temperatura o caudales) que no estaban controlados por estos. Para tal fin, se realizó un levantamiento de datos de todos los grupos de bombeo que estaban operativos en la estación N°32, mediante un cuadro que permitía la toma de anotaciones sobre la existencia, y estado de operatividad para cada instrumento o equipo perteneciente al sistema, realizando una comparación de las lecturas de los dispositivos de medición con los parámetros teóricos que debía tener los sistemas para su óptima operación. Luego, basado en la información recogida y en el conocimiento del funcionamiento de los sistemas, se elaboró una lista de las necesidades reales y problemas encontrados en los sistemas actuales, para así poder elaborar dos alternativas de diseño que cubrieran a cabalidad todas estos inconvenientes.
XIII
Se presentaron dos alternativas de diseño. Una consistía en rehabilitar el sistema en funcionamiento actualmente, que implicaba un bajo costo y poco tiempo de ejecución, pero no abarcaba todas las necesidades reales que tenían los sistemas. Por ende la alternativa 2 es la seleccionada, ya que presenta un sistema que supervisa todos los parámetros que pueden afectar de manera definitiva al estado operativo de los grupos de bombeo, mediante un PLC. En esta alternativa se realizó un estudio más profundo, mediante la elaboración de un cuadro de fallas posibles y dos planos, el P&ID y el PFD, bajo las normas ISA y en el programa Autocad.
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1
INTRODUCCION
Las estaciones N°32 y 33 conforman parte del sistema Tuy III, que junto al
Tuy I y Tuy II abastecen del agua potable para consumo humano en toda la región
Capital y sus adyacencias. Estas estaciones rebombean el agua proveniente del
embalse Camatagua a través de la estación de bombeo N°31, hasta dos tanques
ubicados en Baruta, para luego ser distribuida a toda la población, suministrando
el 60% del consumo de la ciudad.
Es por esto que existe la necesidad de tener un sistema confiable y en
óptimas condiciones, evitando así fallas inesperadas y interrupciones en el
suministro del preciado líquido, garantizandole a la población que se beneficia de
estos sistemas un servicio contínuo para su tranquilidad, evitándole molestias por
la deficiencia del suministro.
Este proyecto esta dirigido hacia esa meta, lograr que los grupos de
bombeo pertenecientes a las estaciones N°32 y 33 sean eficientes en su
funcionamiento y de gran confiabilidad, manteniendo bajo supervisión contínua
todos los parámetros críticos del funcionamiento de sus sistemas de lubricación y
enfriamiento.
Para el desarrollo de este trabajo, es necesario familiarizarse con los
grupos de bombeo, ver sus necesidades a nivel de lubricación y enfriamiento,
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2
verificar que los sistemas actuales cumplen con esos requerimientos, y si no es
así, tenerlos presentes para la elaboración de un nuevo diseño.
Para verificar el estado de los sistemas actuales de lubricación y
enfriamiento, es necesario familiarizarse con su funcionamiento, realizar un
levantamiento de datos para conocer su condición y necesidades reales que
tienen los grupos de bombeo en cuanto a estos servicios; y en base a este
estudio, elaborar un diseño para nuevos sistemas de control de la lubricación y el
enfriamiento que abarque todas estas necesidades y mejore notablemente las
condiciones de operación de esta maquinaria.
Para el nuevo diseño se presentan las revisiones y correcciónes que hay
que realizar en los sistemas actuales, incluyendo además los dispositivos
necesarios para abarcar todos los parámetros críticos que anteriormente no se
estaban supervisando. Adicionalmente se presenta los planos P&ID y PFD para el
nuevo sistema de control y los sistemas de lubricación y refrigeración modificados.
CAPITULO I. TEMA DE INVESTIGACION
Capítulo I.Tema de Investigación
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4
I.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente los sistemas en estudio supervisan cierta cantidad de
parámetros importantes como son: temperatura de los cojinetes, presión de aceite,
flujo, caudal de aceite y un flujometro para el enfriamiento.
Pero estos no son suficientes para mantener una estricta supervisión de su
funcionamiento, y algunos de los instrumentos de medición están inoperantes,
como por ejemplo el flujometro en el enfriamiento. Se han presentado fallas, sobre
todo en éste último, ya que es el sistema auxiliar con menos parámetros
supervisados; y estas no son detectables hasta que el sistema o el grupo de
bombeo ha sufrido un daño que provoca su parada inminente.
En los motores Siemmens, no se esta controlando el caudal de entrada a
los cojinetes, generando una situación de riesgo, ya que solo la medición de la
presión no es un parámetro confiable que nos diga qué tanto caudal llega a estos.
En el sistema de enfriamiento no se realiza medición ni de la presión, ni el
caudal de la bomba de recirculación. Solo se toma en cuenta el consumo de
corriente del motor, mediante un obrero que mide manualmente con una pinza
amperimétrica la corriente consumida, determinando así si la bomba está
operando correctamente o necesita mantenimiento. Esto no es suficiente para
determinar su buen funcionamiento.
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5
Por estos motivos y muchos otros, es que surgen las preguntas ¿Existiría
la posibilidad de mejorar la supervisión de los parámetros críticos de estos
sistemas, para lograr la detección temprana de posibles fallas?, ¿Es necesario
esperar a que el equipo se detenga para poder corregir las fallas existentes?,
¿Existe la necesidad de mantener un control visual en el patio de bombeo de los
sistemas de lubricación y enfriamiento?. Por estas preguntas es que surge la
necesidad de optimizar estos sistemas, ya que es de vital importancia para lograr
una mayor confiabilidad de los grupos de bombeo y del servicio prestado por
estos, supervisando todos los puntos que no se están vigilando y desarrollando un
sistema de control capaz de reaccionar ante cualquier situación fuera de lo normal.
Otro punto importante en la elaboración de este proyecto es el relacionado
con los costos de reposición de un grupo de bombeo en caso de daño
permanente. El costo aproximado de un motor de estas especificaciones esta
alrededor de los 420.000 dólares y de una bomba de las mismas especificaciones
es de 700.000 dólares. Es por esto que es importante tener sistemas auxiliares de
gran confiabilidad para mantener en buen funcionamiento los grupos, ya que al
dañarse un equipo, reponerlo sería muy costoso o prácticamente imposible en las
condiciones económicas actuales de nuestro país.
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6
I.2. OBJETIVOS
I.2.1. Objetivo General
Implantar un sistema que permita una supervisión y control continuo de los
parámetros críticos en los servicios auxiliares de lubricación y enfriamiento para
los grupos de bombeo, con mira a garantizar el normal funcionamiento de los
equipos.
I.2.2. Objetivos específicos
• Estudio y levantamiento de datos de los sistemas actualmente instalados y
en funcionamiento.
• Evaluación de los procesos operativos en busca de debilidades.
• Elaboración y estudio de dos alternativas de diseño para escoger la más
viable.
• Búsqueda de distintos proveedores para los dispositivos que sean
necesarios instalar en los sistemas de los diseños en estudio.
• Elaboración de diagrama de flujo, P&ID y descripción del proceso para el
diseño seleccionado.
CAPITULO II. MARCO TEORICO
Capítulo II.Marco Teórico
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8
II.1. Turbomáquinas
Las bombas y las turbinas (algunas veces denominadas máquinas de
fluidos) existen en una amplia gama de configuraciones. En general, las bombas
agregan energía al fluido: realizan trabajo sobre el fluido; las turbinas extraen
energía del fluido: el fluido realiza trabajo sobre ellas. Las máquinas de fluidos se
pueden dividir en dos grandes categorías: máquinas de desplazamiento positivo
(denotadas como de tipo estático) y turbomáquinas (denotadas como de tipo
dinámico)(1).
Las máquinas de desplazamiento positivo obligan a que un fluido entre o
salga de una cámara al cambiar el volumen de ésta. Las presiones desarrolladas y
el trabajo realizado son resultado de fuerzas estáticas esencialmente, más que de
efectos dinámicos(1).
Por otra parte las turbomáquinas, poseen una colección de aspas,
“cucharas”, canales de flujo o pasajes dispuestos en forma de “rotor” alrededor de
un eje de rotación, sobre unos cojinetes. El giro del rotor produce efectos
dinámicos que agregan o extraen energía del fluido. (1).
Las turbomáquinas sirven en una enorme gama de aplicaciones en la vida
diaria, por lo que juegan un papel importante en la sociedad moderna. Estas
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9
máquinas pueden poseer alta densidad de potencia (gran potencia de salida por
tamaño), relativamente pocas partes móviles y eficiencia razonable.
La interacción dinámica entre un fluido y un sólido a menudo se basa en el
flujo y en las fuerzas de interacción entre el fluido y el sólido. Por ejemplo, resulta
evidente que cuando una persona mueve una cucharilla en una taza de té, sus
músculos realizan trabajo. El movimiento de la cucharilla en la taza produce una
diferencia de presión dinámica entre las partes delantera y trasera de la cucharilla,
lo que produce una fuerza sobre ésta que debe ser superada con los músculos.
Esta fuerza que actúa a lo largo de una distancia requiere una cantidad específica
de trabajo de parte de la persona; este trabajo realizado en un período dado se
traduce en transferencia de potencia dado. La persona realiza trabajo sobre el
fluido: se tiene una bomba básica que agrega energía al fluido; en este caso para
hacer que el té se remoje mejor.
Recíprocamente, el efecto dinámico del viento que sopla en la vela de un
bote crea diferencias de presión sobre la vela, La fuerza del viento sobre la vela
que se mueve en la dirección del movimiento del bote proporciona la potencia para
impulsar el bote. La vela y el bote actúan como una máquina que extrae energía
del aire.
Las turbomáquinas operan con base en los principios antes descritos. En
vez de una cucharilla o una vela, a un eje giratorio se conecta un grupo de aspas,
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10
superficies aerodinámicas, “cangilones”, canales de flujo o pasajes. Al eje giratorio
se suministra energía (por medio de un motor, por ejemplo) que es transferida al
fluido por las aspas (una bomba), o la energía es transferida del fluido a las aspas
y está disponible en el eje giratorio como potencia del eje (una turbina).
El fluido usado puede ser un gas (como un ventilador de ventana) o un
líquido (como con la bomba de agua de un automóvil o una turbina en la planta
hidroeléctrica). Aunque los principios de operación básicos son los mismos sin
importar que el fluido sea un líquido o un gas, pueden ocurrir diferencias
importantes en la dinámica dependiendo del fluido. Por ejemplo, si la presión en
cualquier punto dentro del flujo se reduce a la presión de vapor, cuando el fluido
es un líquido, una consideración importante de diseño es la cavitación. Si el
número de Mach se vuelve suficientemente grande, cuando el fluido es un gas los
efectos de compresibilidad pueden ser importantes.
En muchas turbomáquinas, las aspas giratorias o el rotor están dentro de
una carcasa, formando así un pasaje de flujo interno por el que puede circular el
fluido. Algunas turbomáquinas incluyen aspas o alabes directores estacionarios
además de las aspas del rotor. Estos alabes directores estacionarios se pueden
acomodar para acelerar el flujo y servir así como toberas. O bien, se pueden
colocar de modo que difundan el flujo y actúen como difusores.
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11
Las turbomáquinas se clasifican como máquinas axiales, mixtas o radiales,
dependiendo de la dirección predominante del movimiento del fluido con respecto
al eje del rotor a medida que el fluido pasa por las aspas. Para una máquina axial
el fluido mantiene una componente importante la dirección de flujo axial desde la
entrada hasta la salida del rotor. Para una máquina radial el flujo a través de las
aspas incluye una componente sustancial de flujo radial en la entrada, salida o
ambas cosas del rotor. En otras máquinas, denominadas máquinas mixtas, puede
haber componentes significativas de velocidad radial o axial para el flujo a través
de la hilera del rotor. Cada tipo de máquina posee ventajas y desventajas para
diferentes aplicaciones y en términos de rendimiento en mecánica de fluidos(1).
II.1.1. Tipos de Turbomáquinas
II.1.1.1. Bombas centrífugas
Una de las turbomáquinas radiales más comunes es la bomba centrífuga.
Este tipo de bomba cuenta con dos componentes principales: un impulsor
conectado a un eje giratorio, y una caja, carcasa o voluta que contienen al
impulsor. El impulsor consta de varias aspas (casi siempre curvas), también
denominadas algunas veces alabes directores, dispuestas en un patrón
rectangular alrededor del eje. A medida que el impulsor gira, a través del ojo de la
caja se aspira fluido que fluye radialmente hacia fuera. Las aspas giratorias
agregan energía al fluido, y tanto la presión como la velocidad absoluta aumentan
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12
a medida que el fluido circula del ojo a la periferia de las aspas(1). Para el tipo más
sencillo de bomba centrífuga, el fluido descarga directamente a un difusor en
espiral. La forma de la carcasa está diseñada para reducir la velocidad a medida
que el fluido sale del impulsor, y esta disminución de energía cinética se convierte
en un aumento de presión. La carcasa en forma de espiral, con su área creciente
en la dirección del flujo, se usa para producir una distribución de velocidad
esencialmente uniforme a medida que el fluido se mueve alrededor de la carcasa
hacia la apertura de descarga. Para bombas centrífugas grandes, a menudo se
usa un diseño diferente, en el que alabes directores del difusor rodean al impulsor.
Los alabes directores del difusor desaceleran el flujo a medida que el fluido es
dirigido hacia la caja de la bomba. Este tipo de bomba centrífuga se denomina
bomba difusora(1).
Los impulsores suelen ser de dos tipos. Para una configuración, las aspas
están dispuestas sobre un cubo o placa de respaldo y están abiertas del otro lado
(caja o gualdera), denominado impulsor abierto. Para el segundo tipo de impulsor,
denominado impulsor cerrado, las aspas están cubiertas en los extremos del cubo
y de la gualdera.
Los impulsores de las bombas también pueden ser de aspiración simple o
doble. Para el impulsor de aspiración simple, el fluido entra a través del ojo sólo de
un lado del impulsor, en tanto que para los de aspiración doble el fluido entra al
impulsor a lo largo de su eje desde ambos lados. La disposición de aspiración
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doble reduce el empuje final sobre el eje y también, ya que el área neta de flujo de
entrada es mayor, se reducen las velocidades de entrada.
Las bombas pueden ser de etapa única o de etapas múltiples. En una
bomba de etapa única sobre el eje sólo está montado un impulsor, en tanto que
para las bombas de etapas múltiples, sobre el mismo eje están montados varios
impulsores. Las etapas operan en serie, es decir, la descarga de la primera etapa
fluye hacia el ojo de la segunda etapa, la descarga de la segunda etapa fluye
hacia el ojo de la tercera etapa y así sucesivamente. El caudal es el mismo a
través de todas las etapas, pero cada etapa aumenta la presión. Así, una bomba
de etapas múltiples es capaz de crear una presión de descarga, o carga, muy
grande(1).
II.2. Cojinetes y lubricación
La rueda y el eje, que son un hito en nuestra civilización, representan un
gran descubrimiento conceptual de primera magnitud. Inherente a la idea de la
rueda y el eje subyace un par muñón-cojinete al cual los cinemáticos llaman par
de revolución. Sus fines son de permitir el movimiento rotatorio relativo y controlar
(limitar) la naturaleza de ese movimiento. La humanidad ha estado en la búsqueda
continua de lubricantes, que son sustancias que ayudan a hacer el movimiento
deslizante relativo necesario más libre (aminoran la fricción)(2).
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El objeto de la lubricación consiste en reducir la fricción, el desgaste y el
calentamiento de elementos de máquinas, que se mueven en mutua relación. Se
define un lubricante como cualquier sustancia que, cuando se inserta entre las
superficies móviles, logra estos propósitos. En una chumacera de camisa, un árbol
o muñón gira u oscila dentro de la camisa o buje por lo que el movimiento relativo
se conoce como deslizante. En un cojinete antifricción, el movimiento relativo
principal es rodante. Un seguidor rueda o se desliza sobre la leva. Los dientes de
engranes se acoplan entre sí mediante una combinación de rodamiento y
deslizamiento. Los pistones se deslizan dentro de sus cilindros. Dichas
aplicaciones requieren lubricación para reducir la fricción, el desgaste y el
calentamiento.
El campo de aplicación de las chumaceras es inmenso. El cigüeñal y los
cojinetes de las bielas del motor de un automóvil deben operar durante miles de
kilómetros a altas temperaturas y bajo condiciones de carga variables. Se dice que
las chumaceras de las turbinas de vapor en las estaciones generadoras de
potencia poseen confiabilidades cercanas al 100%. Los desarrollos metalúrgicos
recientes en materiales para cojinetes, combinados con un mayor conocimiento
del proceso de lubricación, actualmente hacen posible el diseño de chumaceras
con vidas satisfactorias y confiabilidades muy buenas.
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II.2.1. Cojinetes con lubricación a presión
En los cojinetes auto contenidos de circulación natural se observa que su
capacidad de soporte de carga no es impresionante. Varios cientos de libras de
carga radial requieren un diámetro del muñón de aproximadamente dos (2) pulg.
El factor limitante de un mejor desempeño es la capacidad de disipación del
cojinete. Una primera idea para incrementar la disipación de calor consiste en
enfriar el colector de aceite con un fluido externo, como el agua. El problema de la
alta temperatura reside en la película donde se genera el calor, pero el
enfriamiento no es posible en la película hasta más adelante. Lo anterior no
protege contra el exceso de la temperatura máxima permisible del lubricante. Una
segunda alternativa significa reducir el aumento de la temperatura en la película
mediante el incremento considerable de la velocidad del flujo lubricante. El
lubricante por sí mismo reduce el incremento de la temperatura. Aún se puede
considerar un colector de lubricante enfriado por agua. Para incrementar el flujo
lubricante, hay que utilizar una bomba externa con el lubricante suministrado a
presiones de decenas de libras por pulgada cuadrada. Como el lubricante se
suministra a los cojinetes a presión, se les llama cojinetes con lubricación a
presión.
Para forzar un flujo mayor a través del cojinete y de esta manera obtener un
efecto de enfriamiento incrementado, una práctica común consiste en utilizar una
ranura circunferencial en el centro del cojinete, con un agujero de suministro de
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aceite ubicado en la parte opuesta a la zona de carga.. El efecto de la ranura es
crear dos mitades del cojinete, cada una con una relación longitud - diámetro (l/d)
menor que la original. La ranura divide la curva de la distribución de la presión en
dos lóbulos y reduce el espesor mínimo de la película, pero tiene una gran
aceptación entre los ingenieros de lubricación, porque dichos cojinetes pueden
soportar más carga sin sobrecalentarse.
II.2.2. Tipos de lubricación
Existen cinco (5) formas de lubricación:
• Hidrodinámica
• Hidrostática
• Elastohidrodinámica
• Marginal
• De película sólida
La lubricación hidrodinámica significa que las superficies de soporte de
carga del cojinete se encuentran separadas por una película de lubricación
relativamente gruesa, para prevenir el contacto metal con metal y que la
estabilidad que se obtiene de esta manera se explique mediante las leyes de la
mecánica de los fluidos. La lubricación hidrodinámica no depende de la
introducción del lubricante a presión, aunque puede ocurrir; pero requiere la
existencia de un suministro adecuado todo el tiempo. La presión de la película se
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crea por la propia superficie en movimiento al halar el lubricante hacia una zona
cuneiforme a una velocidad suficientemente alta para crear la presión necesaria, a
fin de separar las superficies contra la carga en el cojinete(2).
La lubricación hidrostática se obtiene introduciendo el lubricante, que a
veces es aire o agua, en el área de soporte de carga a una presión
suficientemente alta para separar las superficies con una película de lubricante
relativamente gruesa(2).
La lubricación elastohidrodinámica es el fenómeno que ocurre cuando se
introduce un lubricante entre las superficies en contacto rodante, como los
engranajes acoplados o en cojinetes de rodamiento(2).
Un área de contacto insuficiente, una caída en la velocidad de la superficie
móvil, una reducción en la cantidad de lubricante suministrado al cojinete, un
incremento en la carga del cojinete o un aumento en la temperatura del lubricante,
provoca disminución de la viscosidad, y evitan la acumulación de una película lo
suficientemente gruesa para la lubricación de una película completa. Cuando esto
sucede, las asperezas más superficiales quizá queden separadas por películas de
solo varias dimensiones moleculares de espesor. Lo anterior se conoce como
lubricación marginal. El cambio de lubricación hidrodinámica a marginal no sucede
de manera repentina o brusca. Tal vez primero ocurra una lubricación
hidrodinámica mezclada o de tipo marginal y, a medida que las superficies se
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acercan, la lubricación de tipo marginal predomina. La viscosidad del lubricante no
tiene tanta importancia en la lubricación marginal como en la composición química.
II.2.3. Viscosidad
Las propiedades de densidad y peso específico son medidas de la
“pesadez” de un fluido. Sin embargo, resulta claro que estas propiedades no son
suficientes para caracterizar de manera única cómo se comportan los fluidos, ya
que dos fluidos (como el agua y el aceite) pueden tener aproximadamente el
mismo valor de la densidad aunque un comportamiento bastante diferente al fluir.
Aparentemente, existe una propiedad adicional necesaria para describir la
“fluidez”(2).
A fin de determinar esta propiedad adicional, considérese un experimento
hipotético en el que un líquido se coloca entre dos placas paralelas bastante
anchas. La placa inferior esta fija, pero la placa superior se puede mover
libremente. Cuando una fuerza P se aplica en la capa superior, ésta se mueve de
manera continua con una velocidad (una vez que se extingue el movimiento
transitorio inicial). Este comportamiento es consistente con la definición del fluido;
es decir, si se aplica un esfuerzo cortante a un fluido, éste se deforma de manera
continua. Una revisión más detallada del movimiento del fluido entre las dos
placas revelaría que el fluido en contacto con la placa superior se mueve a la
velocidad de la placa, y que el fluido en contacto con la placa inferior fija posee
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una velocidad igual a cero. El fluido entre las dos placas se desplaza con una
velocidad que varía linealmente. Así, en el fluido entre las placas se forma un
gradiente de velocidad. La observación experimental de que el fluido se “adhiere”
a los linderos del sólido es de suma importancia en mecánica de fluidos, y se
llama condición de no-deslizamiento. Todos los fluidos, tanto líquidos como
gaseosos, satisfacen esta condición(1).
El valor real de la viscosidad depende del fluido en cuestión, y para un
fluido particular, la viscosidad también depende bastante de la temperatura, como
se ilustra en la Figura 1, con las dos curvas para el agua. Los fluidos para los
cuales el esfuerzo cortante está relacionado linealmente con la razón de
deformación de corte (también denominada velocidad de deformación angular) se
denominan fluidos newtonianos. Afortunadamente, la mayor parte de los fluidos
comunes, tanto líquidos como gaseosos, son newtonianos.
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Figura 1. Variación lineal del esfuerzo cortante con la razón de deformación para fluidos comunes
Las dimensiones de la viscosidad son FTL-2. Así, en unidades IG la
viscosidad está dada por libra por segundo entre pie cuadrado (lb x s / pie2) y en
unidades SI, por Newton por segundo entre metro cuadrado (N x s / m2). En la
Figura 2 se enumeran valores de la viscosidad para varios líquidos y gases
comunes, como además revela la amplia variación de la viscosidad que existe
entre los fluidos. La viscosidad depende solo ligeramente de la presión y el efecto
de ésta, por lo general, no se toma en cuenta. Sin embargo, como ya se mencionó
y se observa en la Figura 2, la viscosidad es bastante sensible a la temperatura.
Por ejemplo, a medida que la temperatura del agua cambia de 60 a 100 °F, la
densidad disminuye menos del 1%, pero la viscosidad disminuye casi un 40%. Así,
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resulta evidente que cuando se determina la viscosidad es necesario tener
cuidado especial con la temperatura.
Figura 2. Viscosidad dinámica (absoluta) de algunos fluidos comunes en función de la
temperatura.
La viscosidad varía de un fluido a otro y cómo para un fluido dado la
viscosidad varía con la temperatura, como, la viscosidad del líquido disminuye con
un aumento en la temperatura, como se observa en la Figura 2, esto debido a que
las moléculas del líquido están bastante próximas entre sí, con intensas fuerzas de
cohesión entre ellas, y la resistencia al movimiento relativo entre capas
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adyacentes del fluido está relacionada con estas fuerzas intermoleculares. Por
ello, a medida que aumenta la temperatura, las fuerzas de cohesión se reducen
con una disminución correspondiente de la resistencia al movimiento. Como la
viscosidad es un indicador de esta resistencia, se concluye que la viscosidad se
reduce al aumentar la temperatura.
II.2.4. Desgaste en los cojinetes
El desgaste es la pérdida o remoción de material en los cojinetes por acción
mecánica, ya que las superficies son ásperas o rugosas presentando
ondulaciones en forma de picos y valles, variando sus alturas entre 0.05 y 50 μm.
En el momento que los picos de las superficies en contacto interactúan, se
produce un cambio en la topografía de la superficie, produciendo calor, rayaduras,
micro soldaduras, fracturas y ablandamiento térmico en la interfase, reduciendo la
tensión de fluencia de los metales y facilitando la oxidación de la misma. Entre los
tipos más comunes de desgaste tenemos:
• Desgaste adhesivo (Contacto Metal- Metal).También llamado desgaste por
fricción, o desgaste deslizante, es una forma de deterioro que se presenta
entre dos superficies en contacto deslizante. Si es severo, se pueden tener
partículas de gran tamaño (50 a 200 micrones), deformando las superficies
debido a microsoldaduras; y si es leve, se presentan pequeñas partículas (5
micras), generalmente de óxidos. Este tipo de desgaste se presenta en
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arranques y paradas con escasez de película lubricante, cuando existe
lubricación limite o marginal con altas temperaturas de operación, bajo nivel
de fluido lubricante, viscosidad incorrecta, sobrecalentamiento, sobre
velocidad y desalineamiento.
• Desgaste abrasivo (elementos de corte). Se genera por la presencia, entre
superficies en movimiento relativo, de partículas extrañas de igual o mayor
dureza a la de los materiales que las conforman. Estas partículas pueden
provenir del medio ambiente o del desgaste adhesivo y/o corrosivo interno.
Las áreas más susceptibles son las de menor dureza y donde las partículas
son de igual tamaño o ligeramente mayor al juego dinámico. Este tipo de
desgaste es ocasionado por “pitting” por descarga eléctrica, fluido
contaminado, partículas de polvo, partículas metálicas, superficies rugosas
y contaminantes externos.
• Desgaste corrosivo (corrosión o herrumbre). La corrosión se genera en el
ataque de las superficies metálicas por los ácidos orgánicos e inorgánicos
presentes en el lubricante y la herrumbre se genera por el ataque del agua
sobre las superficies ferrosas.
Los compuestos de oxidación son generados por contaminación con
agua o ácidos del proceso, siendo las áreas más susceptibles los materiales
ferrosos (herrumbre), materiales blandos (material Babbit, corrosión ácida).
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Este desgaste es ocasionado por aire contaminado, fluido lubricante
inapropiado, contaminación con agua, bajas temperaturas de operación y
contenido alto de azufre.
• Desgaste por fatiga (grietas con posterior picadura). La fatiga se genera
como resultado de esfuerzos cíclicos de tensión, compresión y esfuerzo
cortante sobre las superficies, resultando en grietas profundas que causan
finalmente picaduras y escamas. Se presenta inevitablemente con el tiempo
y se acelera por la presencia de partículas del tamaño del juego dinámico.
Este tipo de desgaste ocurre en mecanismos con movimiento por rodadura:
pistas de rodamientos, flancos de engranajes, entre otros.
• Desgaste por contacto corrosivo (Fretting). Es una corrosión de materiales
ferrosos en contacto, casi estático pero sujeto a vibración y oscilación,
causando acumulación de polvo rojo y la remoción de material en ambas
superficies.
• Desgaste erosivo y erosivo por cavitación. Se considera a la erosión como
una forma de abrasión producida por esfuerzos de contacto relativamente
bajos, debidos al impacto de partículas sobre una superficie. Esto conlleva
a la formación de cavidades en la superficie por efectos del aire o burbujas
de gas de los fluidos en movimiento.
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Ocurre por el efecto de explosión y posterior implosión que
ocasionan las burbujas cuando el fluido pasa por zonas de cambio de
diámetro de menor a mayor. Este tipo de desgaste es ocasionado por flujo
inapropiado, bajo nivel de fluido, alto nivel de fluido, sobrecargas, escapes
en líneas de succión, restricciones en tuberías y sobrevelocidad.
Un desgaste anormal de un cojinete no es producido por la operación
normal del equipo y generalmente es resultado de técnicas de mantenimiento
erróneas, lubricación inadecuada, contaminantes en el aceite, operaciones
incorrectas, entre otros. Los problemas que pueden traer un desgaste anormal
son una menor productividad por paros en maquinarias, mayor consumo de
repuestos, mano de obra y energía, disminución de la vida útil de la máquina,
mayor contaminación ambiental y pérdida de potencia.
II.3. Fallas en los sellos mecánicos
La función de un sello mecánico es evitar el escape de líquido por el
espacio libre entre un eje de rotación y el conducto o abertura en la pared de una
carcasa o un recipiente de presión(3). Todos los sellos tienen tres (3) componentes
básicos: 1) un grupo de elementos primarios, 2) un grupo de sellos secundarios, y
3) los componentes para instalar, sujetar y mantener el contacto entre las caras.
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El sello primario esta formado por dos caras pulimentadas que dificultan las
fugas por el contacto de fricción entre ellas. En todos los sellos, una cara está
sujeta en una carcasa o cubierta y la otra está montada en un eje y gira con el
mismo.
Se dice que se dificultan las fugas, pero todos los sellos mecánicos tienen
cierta cantidad de fugas, aunque la mayor parte de ellas no se pueda ver. Suelen
ser pequeñas y se debe permitir que los líquidos que no son peligrosos ni tóxicos
se evaporen en la atmósfera en un tiempo corto. Para los líquidos peligrosos y
tóxicos, hay que tener algún medio de control.
Las trayectorias de fuga entre la cara fija y la giratoria se suelen cerrar con
los sellos secundarios hechos con fluoroelastómeros. En los sellos del tipo de
empuje, el secundario debe avanzar sobre el eje para compensar el desgaste y la
vibración en sus caras. En los sellos sin empujador, como los de fuelle metálico,
absorbe las vibraciones y el desgaste y los sellos secundarios son estáticos.
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Los componentes y accesorios metálicos para el sello se utilizan para(3):
• Adaptar los sellos en un equipo. Pueden ser una camisa o una cubierta
para tener instalación más fácil y precisa.
• Aplicar precarga mecánica en las caras del sello hasta que empiece la
presión hidráulica. Se logra con un solo resorte grande o con un grupo de
resortes pequeños.
• Transmitir el par o torsión a las caras fija y rotatoria del sello. Se obtiene
con pasadores, rebajos, muescas o tornillos integrales con el sello.
Por complicada que pueda parecer la construcción de un sello, el primer
paso es el análisis de fallas es determinar cuál de los componentes básicos tiene
daños que puedan indicar la causa de la fuga.
II.3.1. Causas de las fallas
Cuando las fugas son excesivas es que hay falla del sello y las causas
comunes son:
• Manejo incorrecto de los componentes. Permitir que se desportillen, raspen
o dañen antes o durante su instalación.
• Ensamblaje incorrecto del sello. Colocación incorrecta o no instalar un
componente en la cavidad para el sello.
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• Materiales o tipo de sello inadecuado. Selección incorrecta del material o
tipo de sello para las presiones, temperaturas, velocidades y propiedades
de los líquidos en determinada aplicación.
• Procedimientos incorrectos para el arranque y funcionamiento. Puede ser
algo tan sencillo como no aplicar presión en un sello doble antes de poner
en marcha la bomba o dejar que el sello funcione en seco por accidente.
• Contaminantes en el líquido. Pueden ser partículas de sólidos en el líquido
para la cavidad del sello.
• Equipo en malas condiciones . El problema puede ser por desviación,
flexión o vibración excesiva del eje.
• Sello gastado. Ha terminado la duración útil del sello.
II.4. Parámetros e instrumentos de medición
Los procesos industriales exigen el control de la fabricación de los diversos
productos obtenidos. Los procesos son muy variados y abarcan muchos tipos de
productos: la fabricación de los productos derivados del petróleo, de los productos
alimenticios, la industria cerámica, las centrales generadoras de energía, la
siderurgia, los tratamientos térmicos, la industria papelera, la industria textil, los
servicios públicos, etc.
En todos estos procesos es absolutamente necesario controlar y mantener
constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, el nivel, la
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temperatura, el pH, la conductividad, la velocidad, la humedad, el pto. de rocío,
etcétera. Los instrumentos de medición y control permiten el mantenimiento y la
regulación de estas constantes en condiciones más idóneas que las que el propio
operador podría realizar.
Los procesos industriales a controlar pueden dividirse ampliamente en dos
categorías: procesos continuos y procesos discontinuos. En ambos tipos, deben
mantenerse en general las variables (presión, caudal, nivel, temperatura, entre
otros.), bien en un valor deseado fijo, bien en un valor variable con el tiempo de
acuerdo con una relación predeterminada, o bien guardando una relación
determinada con otra variable.
El sistema de control que permite este mantenimiento de las variables
puede definirse como aquel que compara el valor de la variable o condición a
controlar con un valor deseado y toma una acción de corrección de acuerdo con la
desviación existente sin que el operario intervenga en absoluto(4).
El sistema de control exige pues, para que esta comparación y subsiguiente
corrección sean posibles, que se incluya una unidad de medida, una unidad de
control, un elemento final de control y el propio proceso. Este conjunto de
unidades forma un bucle o lazo que recibe el nombre de bucle de control. El bucle
puede ser abierto o cerrado.
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II.4.1. Clases de instrumentos
Los instrumentos de medición y de control son relativamente complejos y su
función puede comprenderse bien si están incluidos dentro de una clasificación
adecuada. Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los
instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y limitaciones. Se
considerarán dos clasificaciones básicas: la primera relacionada con la función del
instrumento y la segunda con la variable del proceso.
II.4.1.1. En función del instrumento
De acuerdo con la función del instrumento, obtenemos las formas siguientes(5):
• Los instrumentos ciegos. Son aquellos que no tienen indicación visible de la
variable. Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma,
tales como presostatos y termostatos (interruptores de presión y
temperatura respectivamente) que poseen una escala exterior con un índice
de selección de la variable, ya que sólo ajustan el punto de disparo del
interruptor o conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son
también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presión, nivel y
temperatura sin indicación.
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• Los instrumentos indicadores. Disponen de un índice y de una escala
graduada en la que puede leerse el valor de la variable. Según la amplitud
de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Existen
también indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica
con dígitos.
• Los instrumentos registradores. Registran con trazo continuo o a puntos la
variable, y pueden ser circulares o de gráfico rectangular o alargado según
sea la forma del gráfico.
Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de 1
revolución en 24 horas mientras que en los de gráfico rectangular la
velocidad normal del gráfico es de unos 20 milímetros sobre hora (mm /
hora).
• Los elementos primarios. Están en contacto con la variable y utilizan o
absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una
indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. El efecto
producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza,
posición, medida eléctrica, etc. Por ejemplo: en los elementos primarios de
temperatura de bulbo y capilar, el efecto es la variación de presión del fluido
que los llena y en los termopar se presenta una variación de fuerza
electromotriz.
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• Los transmisores. Captan la variable de proceso a través del elemento
primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen
3 a 15 psi o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua. La señal
neumática de 3 a 15 psi equivale a 0,206 – 1,033 bar (0,21 – 1,05 kg/cm2).
Asimismo, se emplean señales electrónicas de 1 a 5 mA c.c., de 10 a 15
mA c.c. y de 0 a 20 mA c.c., si bien la señal normalizada es de 4 – 20 mA
c.c. la señal utilizada en algunos transmisores inteligentes es apta
directamente para ordenador.
El elemento primario puede formar o no parte integral del transmisor;
el primer caso lo constituye un transmisor de temperatura de bulbo y capilar
y segundo un transmisor de caudal con la placa orificio como elemento
primario.
• Los transductores. Reciben una señal de entrada función de una o más
cantidades físicas y la convierten modificada o no a una señal de salida.
Son transductores, un relé, un elemento primario, un transmisor, un
convertidor PP/I (presión de proceso a intensidad), un convertidor PP/P
(presión de proceso a señal neumática), etc.
• Los convertidores. Son aparatos que reciben una señal de entrada
neumática (3 – 15 psi) o electrónica (4 – 20 mA c.c.) procedente de un
instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de
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señal de salida estándar. Ejemplo: un convertidor P/I (señal de entrada
neumática a señal de salida electrónica), un convertidor I/P (señal de
entrada eléctrica a señal de salida neumática).
Conviene señalar que a veces se confunde convertidor con
transductor. Este último término es general y no debe aplicarse a un
aparato que convierta una señal de instrumentos.
• Los receptores. Reciben las señales procedentes de los transmisores y las
indican o registran. Los receptores controladores envían otra señal de
salida normalizada a los valores ya indicados 3 – 15 psi en señal
neumática, o 4 – 20 mA c.c., en señal electrónica, que actúan sobre el
elemento final de control.
• Los controladores comparan la variable controlada (presión, nivel,
temperatura) con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de
acuerdo con la desviación.
La variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores
locales o bien indirectamente en forma de señal neumática, electrónica o
digital procedente de un transmisor.
• El elemento final de control. Recibe la señal del controlador y modifica el
caudal del fluido o agente de control. En el control neumático, el elemento
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suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático que efectúan
su carrera completa de 3 a 15 psi (0,2 – 1 bar). En el control electrónico la
válvula o el servomotor anteriores son accionados a través de un
convertidor de intensidad a presión (I/P) o señal digital a presión que
convierte la señal electrónica de 4 a 20 mA c.c. o digital a neumática 3 – 15
psi. En el control eléctrico el elemento suele ser una válvula motorizada que
efectúa su carrera completa accionada por un servomotor eléctrico.
En el control electrónico y en particular en regulación de temperatura
de hornos pueden utilizarse rectificadores de silicio (tiristores). Estos se
comportan esencialmente como bobinas de impedancia variable y varían la
corriente de alimentación de las resistencias del horno, en la misma forma
en que una válvula de control cambia el caudal de fluido en una tubería.
II.4.1.2. En función de la variable de proceso
De acuerdo con la variable de proceso, los instrumentos se dividen en
instrumentos de caudal, nivel, presión, temperatura, densidad y peso específico,
humedad y punto de rocío, viscosidad, posición, velocidad, pH, conductividad,
frecuencia, fuerza, turbidez, entre otros(4).
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Esta clasificación corresponde específicamente al tipo de las señales
medidas siendo independiente del sistema empleado en la conversión de la señal
de proceso. De este modo, un transmisor neumático de temperatura del tipo de
bulbo y capilar, es un instrumento de temperatura a pesar de que la medida se
efectúa convirtiendo las variaciones de presión del fluido que llena el bulbo y el
capilar; el aparato receptor de la señal neumática del transmisor anterior es un
instrumento de temperatura, si bien, al ser receptor neumático lo podríamos
considerar instrumento de presión, caudal, nivel o cualquier otra variable , según
fuera la señal medida por el transmisor correspondiente; un registrador
potenciométrico puede ser un instrumento de temperatura, de conductividad o de
velocidad, según sean las señales medidas por los elementos primarios de
termopar, electrodos o dínamo.
II.5. Controladores PLC
Un PLC (Programable Logic Controller) es un intrumento que fue inventado
para reemplazar los circuitos secuenciales de relés necesarios para el control de
maquinaria. Trabaja monitoreando todas las entradas y dependiendo de su
estado, enciende o apaga sus salidas. El usuario introduce el programa de control,
vía software, para obtener los resultados deseados.
Los PLC son usados en muchas aplicaciones del mundo industrial. Si se
esta envuelto en maquinaria, empaquetado, manejo de material, ensamblaje
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automatizado y otras incontables industrias, probablemente encuentren un PLC.
Casi cualquier aplicación que necesite algún tipo de control eléctrico tiene la
necesidad de usar uno de éstos.
Por ejemplo, vamos a asumir que cuando un switch enciende nosotros
queremos encender un solenoide por 5 segundos y apagarlo, a pesar del tiempo
que este cerrado el switch. Nosotros podemos hacer esto con un simple reloj
externo. Pero ¿si el proceso incluyera 10 switches y solenoides?. Necesitaríamos
10 relojes externos. ¿Y si el proceso también necesitara contar individualmente el
encendido de los switches?. Necesitamos muchos contadores externos.
Como se puede observar, mientras más grande es el proceso, mayor es la
necesidad que tenemos por un PLC. Podemos simplemente programarlo para
contar sus entradas y encender los solenoides por un tiempo específico.
II.5.1. Funcionamiento del PLC
El PLC consiste principalmente de un CPU, áreas de memoria, y circuitos
apropiados para recibir y enviar datos. Podemos considerar al PLC como una caja
llena de miles de relés separados, tableros, cronómetros y almacenamiento de
ubicación de datos. Estas piezas físicamente no existen, sino que son simulados
y pueden ser considerados software. Sus partes constitutivas son:
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• Relés de entrada (contactos): Estos están conectados al mundo externo.
Ellos físicamente existen y reciben señales de switches, sensores, etc.
Típicamente no son relés, sino transistores.
• Relés de utilidad interna (contactos): Estos no reciben señales del mundo
exterior ni existen físicamente. Son relés simulados y son los que capacitan
a un PLC para eliminar relés externos. Existen también algunos especiales
que están dedicados a llevar a cabo una sola tarea. Algunos están siempre
encendidos, mientras otros están siempre apagados. Algunos están
encendidos solo una vez durante la energía inicial y son típicamente usados
para iniciar los datos que fueron almacenados.
• Contadores: Nuevamente estos físicamente no existen. Son contadores
simulados y pueden ser programados para contar pulsos, pudiendo hacerlo
hacia adelante, atrás, o ambos. Desde que ellos son simulados, están
limitados en su velocidad de conteo. Algunos fabricantes incluyen
contadores de alta velocidad que están basados en hardware, o sea que
son físicamente existentes. También pueden contar hacia delante, atrás, o
ambos.
• Cronómetros: Estos tampoco existen físicamente, vienen en muchas
variedades e incrementos. El tipo más común es uno de retraso de
encendido, y otros incluyen retraso de apagado y ambos tipo retentivo y no
retentivo. Los incrementos varían desde 1 ms hasta 1 s.
• Relés de salida (bobinas): Estos están conectados al mundo exterior.
Físicamente existen y envían señales de encendido / apagado a
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solenoides, luces, etc. Pueden ser transistores, relés, etc. dependiendo del
modelo escogido.
• Almacenamiento de datos: Comúnmente hay registros asignados
simplemente a datos almacenados. Ellos son usualmente utilizados como
almacenamiento temporal para matemática o manipulación de datos.
Pueden también ser usados para almacenar datos cuando la energía es
removida del PLC. Y, al regresar la energía, ellos todavía tendrán los
mismos contenidos como antes de que fuera removida. Esto es muy
conveniente y necesario.
II.5.2. Operación de un PLC
Un PLC trabaja continuamente explorando un programa. Podemos pensar
que este ciclo de exploración consiste en tres pasos importantes:
• Paso 1. Revisar paso de entrada: Primero el PLC echa una mirada a cada
entrada para determinar si esta encendida o apagada. En otras palabras,
¿está el sensor conectado a la primera entrada encendido?, ¿qué hay de la
segunda entrada?, ¿qué hay de la tercera?. Esta graba esos datos en su
memoria para ser usados durante el paso siguiente.
• Paso 2. Ejecutar programa: Seguidamente el PLC ejecuta su programa, una
instrucción a la vez. Quizás su programa diga que si la primera entrada
estaba encendida, entonces debería encender la primera salida. Desde que
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ya sabe cuáles entradas están encendidas o apagadas del paso previo,
será capaz de decidir si la primera salida debería ser encendida basado en
el estado de la primera entrada. Almacenará los resultados de ejecución
para uso posterior en el siguiente paso.
• Paso 3. Actualizar el estado de salida: Finalmente el PLC actualiza el
estado de las salidas. Actualiza las salidas basado en cuáles entradas
estuvieron encendidas durante el primer paso y los resultados de ejecutar
su programa durante el segundo paso. Basado en el ejemplo del paso 2,
ahora encendería la primera salida porque la primera entrada estaba
encendida y su programa indicó encender la primera salida cuando esta
condición es cierta.
Después del tercer paso, el PLC vuelve al paso 1 y repite los pasos
continuamente. Un tiempo de exploración es definido como el tiempo que toma
para ejecutar los 3 pasos arriba mencionados.
II.6. Intercambiadores de calor
El proceso de intercambio de calor entre dos fluidos que están a diferentes
temperaturas y separados por una pared sólida, ocurre en muchas aplicaciones de
ingeniería. El dispositivo que se utiliza para llevar a cabo este intercambio se
denomina intercambiador de calor, y las aplicaciones específicas se pueden
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encontrar en calefacción de locales y acondicionamiento de aire, producción de
potencia, recuperación de calor de desecho y algunos procedimientos químicos.
Los intercambiadores normalmente se clasifican de acuerdo con el arreglo
del flujo y el tipo de construcción. El intercambiador de calor más simple es aquel
en que los fluidos caliente y frío se mueven en la misma dirección o en direcciones
opuestas en una construcción de tubos concéntricos (o doble tubo). En el arreglo
de flujo paralelo, los fluidos caliente y frío entran por el mismo extremo, fluyen en
la misma dirección y salen por el mismo extremo. En el arreglo de contraflujo, los
fluidos entran por extremos expuestos, fluyen en direcciones opuestas, y salen por
extremos opuestos(5).
De manera alternativa, los fluidos se pueden mover en flujo cruzado
(perpendiculares entre sí), mediante los intercambiadores de calor tubulares con
aletas y sin aletas(5). Las dos configuraciones difieren según el fluido que se
mueve sobre los tubos esté mezclado o no-mezclado. Se dice que el fluido no está
mezclado porque las aletas impiden el movimiento en una dirección (Y) que es
transversal ala dirección del flujo principal (X), en este caso , la temperatura del
fluido varía con X y Y. Por el contrario, para el conjunto de tubos sin aletas , es
posible el movimiento del fluido en la dirección transversal, que en consecuencia
es mezclado, y la variaciones de temperatura se producen, en principio, en la
dirección del flujo principal. En el intercambiador con aletas, dado que el flujo del
tubo no es mezclado, ambos fluidos están sin mezclar mientras que en el
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intercambiador sin aletas un fluido esta mezclado y el otro sin mezclar. La
naturaleza de la condición de mezcla puede influir de manera significativa en el
funcionamiento del intercambiador de calor.
Otra configuración común es el intercambiador de calor de tubos y corazas.
Las formas específicas difieren de acuerdo con el número de tubos y corazas.
Normalmente se instalan deflectores para aumentar el coeficiente de convección
del fluido del lado de la coraza al inducir turbulencia y una componente de la
velocidad de flujo cruzado.
Una clase especial e importante de intercambiadores de calor se usa para
conseguir un área superficial de transferencia de calor por unidad de volumen muy
grande (≥ 700 m2/ m3). Denominados intercambiadores de calor compactos, estos
dispositivos tienen complejos arreglos de tubos con aletas o placas y se usan
normalmente cuando al menos uno de los fluidos es gas, y en consecuencia se
caracteriza por un coeficiente de convección pequeña. Los tubos pueden ser
planos o circulares, y las aletas pueden ser de placa o circular(5) .Los
intercambiadores de calor de placas paralelas pueden ser con aletas o corrugadas
y se pueden usar en modos de operación de un solo paso o multipaso. Los pasos
de flujo asociados con intercambiadores de calor compactos normalmente son
pequeños, y el flujo es por lo general laminar.
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42
II.7. Descripción del Sistema Tuy III
II.7.1. Sistemas Tuy
El Sistema TUY esta formado por tres subsistemas el I, II, y III. Estos
proveen el agua necesaria para la región capital, litoral central y el estado
Miranda. La importancia del sistema TUY radica en que este sirve al menos al 10
% de la población de Venezuela. EL sistema TUY III suministra el 60% del agua
de todo el sistema TUY y en épocas de sequía llega hasta un 70 %. Se estima que
el consumo promedio de agua por persona por día es de 320 litros. En
funcionamiento normal el TUY III suministra 8300 litros por segundos.
II.7.2. Reseña Histórica
1948 Caracas se autoabastecía de agua con fuentes naturales provenientes del
mismo valle. La quebrada Catuche fue la primera en ser utilizada,
posteriormente se utilizaron las aguas del río Macarao, quebradas de la fila
norte del Avila y por último las aguas del subsuelo. Aún hoy en día gran
parte del norte de la cuidad se abastece con agua proveniente del Avila.
1949 Se empezaron a utilizar los embalses de Agua Fría y la Mariposa.
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43
1956 Se pone en servicio el TUY I, diseñado para producir 3,2 m3/seg,
alimentado por el río Tuy y posteriormente por las aguas de los embalses
de Quebrada Seca y de Lagartijo. Para ese momento el TUY I solo
produce 1 m3/seg.
1968 Se amplia a capacidad del TUY I a 4,0 m3/seg. Mediante el cambio de
frecuencia de 50 a 60 ciclos por segundo y la instalación de las estaciones
Booster y la Intermedia. Simultáneamente se están realizando las obras del
Sistema TUY II para integrar los recursos de los Valles del Tuy con los del
río Guárico. Se proyecto para una capacidad de 6 m3/seg.
1970 Se comienza la ampliación del TUY II para producir 8,0 m3/seg, y se
comienzan las obras del TUY III.
1980 Entra en servicio el TUY III.
II.7.3. Sistema TUY III
El sistema TUY III fue construido por el Instituto Nacional de Obras
Sanitarias (INOS) y puesto en servicio en abril de 1980.
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44
El sistema está constituido por el embalse de Camatagua que suministra el
agua, cuatro estaciones de bombeo que impulsan el agua, la planta de tratamiento
de Caujarito que trata el agua para hacerla apta para el consumo humano, siete
chimeneas de equilibrios, válvulas de chorro y ventosas que protegen el sistema
de las variaciones de presión.
El primer tramo de la aducción tiene una longitud de 24,7 Km constituido
por una tubería de 85 pulgadas de diámetro, seguidos por el túnel de las Ollas de
una longitud de 5,6 Km, el cual termina en una estructura de bifurcación
denominada Caicita. El máximo desnivel de 180 metros comprendido entre el túnel
de las Ollas y el embalse de Camatagua, es salvado mediante las estaciones de
bombeo 31 y Mamonal.
En Caicita, las aguas pasan mediante un sistema de vertedero y compuerta,
al embalse Ocumarito a través del cauce o al segundo tramo de tubería que
continúa hacia la planta de tratamiento de Caujarito. Esta tubería tiene una
longitud total de 31,9 Km
En la planta de Caujarito las aguas son tratadas, y a través del tercer tramo
de la aducción, constituido por una tubería de 18,2 Km y 100 pulgadas de
diámetro, son enviadas a Caracas, salvando un desnivel de 750 metros gracias a
las estaciones de bombeo 32 y 33.
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45
La construcción de la estación de bombeo Mamonal se concluyó en 1993.
Esto permitió que la capacidad del sistema TUY III aumentara de 6,4 m3/seg a 9,6
m3/seg, que es la condición actual en operación optima.
II.7.4. Embalse de Camatagua
El embalse de Camatagua es alimentado por varios ríos, su afluente
principal es el Río Guárico. Tiene una capacidad de almacenamiento de
1.500.000.000. metros cúbicos que corresponde al volumen de una caja de 1,1
kilómetros de lado. Su cota de rebose es de 301.5 msnm, y el nivel mínimo para
su operación es de 260 msnm. El embalse de Camatagua tiene una producción
promedio anual de 13,8 metros cúbicos por segundo. Su función es la de
almacenar y suministrar el agua. Además el embalse de Camatagua abastece a
las poblaciones cercanas a él: sur del estado Aragua y nordeste del estado
Guárico.
II.7.5. Estaciones de bombeo
La función de las estaciones de bombeo es impulsar el agua hasta un punto
distante y de cota o altura mayor. El sistema TUY III esta constituido por cuatro
estaciones de bombeo.
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46
La estación de bombeo 31 está ubicada por debajo del embalse de
Camatagua y es la primera en impulsar el agua hasta un punto de mayor cota.
Cuenta con una instalación de cinco (5) unidades. El caudal de operación de
cada unidad es de 2333 lts/seg. y una altura de 217.5 mca. Las bombas son KSB
de carcaza de caracol de una sola pieza con un impulsor y un difusor, posee una
succión biaxial y descarga radial. La característica más notoria de esta bomba es
que permite las variaciones del caudal.
Esta constituido por una subestación eléctrica de transformación de 115/
6,6 kV y una potencia de 3 x 30 MVA. Los motores de accionamiento de las
bombas principales son sincrónicos con excitación estática con tensión nominal de
6,6 kV. y potencia nominal de 8000 Kw .
La estación impulsa el agua a través de la tubería desde la toma del
embalse de Camatagua, hasta la estación de bombeo Mamonal.
Mamonal es la estación de bombeo más moderna del sistema. Se
construyo con el fin de incrementar el caudal de salida desde la estación 31, y por
consiguiente aumentar la eficiencia de los grupos en ésta estación.
La estación Mamonal está constituida por una subestación eléctrica de
transformación de 115/6,6 kV y una potencia de 30 MVA.
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47
El funcionamiento de los grupos de bombeo es vigilado por PLC, que son
micro-computadores programados. Esta estación consta de 5 unidades de
bombeo. Los motores de accionamiento de las bombas son de inducción, con
tensión nominal de 6,6 kV, y potencia nominal de 2700 kW.
El agua es impulsada a través de la tubería hasta el Túnel las Ollas, de allí
pasa a la toma de Caicita donde vuelve a entrar una parte hacia la tubería para
llegar finalmente a la planta de tratamiento Caujarito.
La función de una planta de tratamiento es la de asegurar que el agua que
llega finalmente a los hogares sea apta para el consumo humano, para esto se
eliminan residuos sólidos como hojas y tierra, se combaten bacterias que
producen enfermedades y se eliminan olores.
La estación de bombeo 32 impulsa el agua proveniente de la planta de
tratamiento Caujarito, hasta la estación de bombeo 33, y esta la impulsa hasta los
tanques de Baruta.
Las estaciones de bombeo 32 y 33 están constituidas por una subestación
eléctrica de transformación de 230 / 13.2 kV y una potencia de 2 x 50 / 80 MVA.
Consta de 6 unidades de bombeo cada una, con una capacidad de 3000 lts/seg.
por unidad.
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Los motores de accionamiento de las bombas principales son de inducción,
con tensión nominal de 13.2 kV y potencia nominal de 15000 kW.
II.7.6. Chimeneas de Equilibrio
Es el elemento más seguro de protección contra el golpe de ariete. Estas
estructuras están constituidas por tuberías y cámaras abiertas a la atmósfera. Al
estar presentes en la línea de una tubería restringen o eliminan el paso de ondas
de sobrepresión o depresión producto del golpe de ariete. Las chimeneas de
equilibrio aumentan su eficacia en tanto que sea mayor el área del tubo, menor la
longitud de la chimenea y cuanto más cerca se encuentre de la instalación que
produce la perturbación. El efecto de una chimenea sobre el golpe de ariete se
asemeja al de un amortiguador respecto a un hueco.
II.7.7. Válvulas de chorro
Las válvulas de chorro son elementos de protección del sistema para evitar
el efecto negativo de cambios bruscos en la presión interna de la tubería, llamado
golpe de ariete. Están instaladas en diferentes puntos de la tubería, y permiten el
ingreso de aire cuando la presión interna de la tubería tiende a ser menor que la
atmosférica. Una vez abierta, la válvula permite el ingreso y salida de aire,
permitiendo la formación de un espacio de aire en la tubería. Al ocurrir
posteriormente un aumento de presión la válvula permitirá la salida de aire y
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49
posteriormente de agua. Finalmente al salir el agua por la válvula se producirá el
cierre de esta en un tiempo ya establecido, gracias a un mecanismo óleo-
hidráulico.
II.7.8. Ventosas o Válvulas de Admisión y Expulsión de Aire
Las ventosas sirven al igual que las válvulas de chorro para proteger la
tubería, sin embargo están diseñadas para rangos de presión menores que los de
las válvulas de chorro, y no poseen un mecanismo para un cierre lento controlado.
A pesar de su reducido tamaño son elementos de protección esenciales.
CAPITULO III. MARCO METODOLOGICO
Capítulo III.Marco Metodológico
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51
III.1. Estudio de los sistemas actuales
Esta parte fue primordial para el desarrollo del proyecto, ya que permitió
conocer a fondo el funcionamiento actual de los sistemas, los parámetros para el
nuevo diseño, las fallas actuales que deberían ser corregidas y las necesidades
reales de los grupos de bombeo a nivel de lubricación y enfriamiento.
Para llevar a cabo este estudio se disponía de una gran cantidad de
información entregada por la empresa Hidrocapital al Grupo Aquasev para que
fuese utilizada en la operación y mantenimiento de las estaciones de bombeo en
estudio. Entre los puntos en que se hace referencia en ese material, tenemos:
• Planos detallados del grupo de bombeo en todas sus vistas (superior,
laterales e inferior).
• Listado de todos los componentes de los sistemas de lubricación y
enfriamiento actuales, indicando su tipo, marca, función, escala, entre otros
datos importantes, dependiendo del equipo en estudio (véase Apéndice A).
• Parámetros necesarios para el funcionamiento adecuado de los grupos de
bombeo, sobre todo con respecto a la lubricación y el enfriamiento
(caudales de aceite en los cojinetes, caudales del líquido refrigerante,
presiones en la línea de lubricación y refrigeración, temperaturas en los
cojinetes, entre otros).
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52
• Instrucciones detalladas con respecto al mantenimiento y ensamblaje de los
sistemas.
• Especificaciones técnicas de las bombas de lubricación y refrigeración
(planos, datos técnicos y curvas de rendimiento)
• Manuales de especificaciones técnicas de todos los componentes
(termómetros, interruptores de presión, válvulas de retorno, entre otros) de
los sistemas.
• Planos de la mayoría de los componentes integrantes de los sistemas,
indicando sus dimensiones y cortes transversales.
• Especificaciones físicas y químicas del lubricante a utilizar.
Luego del análisis de toda esta información, se estudió el funcionamiento
teórico de los sistemas de lubricación y enfriamiento por separado, tanto en el
arranque como en la operación normal mediante el análisis de sus planos y la
función de cada componente presente. También se pudo conocer los parámetros
que debían cumplir estos sistemas, como los caudales de entrada a los cojinetes
de motor y bomba, los caudales de refrigeración para los radiadores del motor y
refrigerador de aceite, las temperaturas, las presiones, las especificaciones del
lubricante, entre otros.
En los planos (véase Apéndice B), cada dispositivo existente en los sistemas
tiene un número asignado, y mediante una lista se pudo identificar cada
componente y su ubicación dentro del sistema. Este número también permitió
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53
buscar en un manual las especificaciones técnicas de cada instrumento o equipo
utilizado, permitiendo así conocer a fondo la configuración del dispositivo y su
función específica, incluyendo sus rangos de operación. Al tener estos
conocimientos, se pudo fácilmente comprobar la función de cada uno dentro del
sistema y su comportamiento, pudiendo establecer así el funcionamiento general
de la lubricación y el enfriamiento.
III.2. Levantamiento de datos de los sistemas en las estaciones
Posteriormente, se realizó un levantamiento de datos en sitio de los
sistemas y comprobación de los dispositivos, mediante una tabla que permitía
conocer el componente en estudio, su existencia y su nivel de operatividad (véase
Apéndice C) . El nivel de operatividad tiene tres números, siendo el número 1 un
funcionamiento óptimo y sin fallas, el 2 indica que el dispositivo presenta alguna
falla, pero se mantiene operativo; y el 3 significa que el dispositivo esta
inoperativo. También se tomaron fotografías para tener una muestra visual de la
existencia y el estado general del componente. Este estudio sólo se realizó en la
estación N° 32, ya que ésta presenta la misma configuración y equipos que la N°
33 y, por ende, situaciones similares; y su ubicación es de difícil acceso.
Este proceso se llevó a cabo con ayuda de un operador de los grupos de
bombeo y el ingeniero a cargo de la estación, considerando siempre que el estudio
de los equipos es a nivel exterior y comprobando su operatividad mediante sus
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54
lecturas si es un dispositivo de medición, ó su funcionamiento si es un equipo de
bombeo, válvula ó intercambiador; ya que realizar un análisis más profundo de los
componentes requeriría la parada del grupo de bombeo en estudio, ocasionando
su salida de operatividad y dejando desprovista a la estación de un equipo de
reserva. También se obtuvo gran información del funcionamiento real de los
equipos mediante el conocimiento aportado por el personal de mantenimiento y
por los operadores de los grupos.
En el análisis de los dispositivos de medición de los parámetros críticos, se
verificaron que las temperaturas, presiones y caudales indicados en los manuales
fueran los mismos o muy cercanos a los leídos por los dispositivos. Se debe
considerar que las lecturas entregadas por estos equipos de medición
probablemente tengan ciertas diferencias con respecto a las teóricas, ya que es
posible que algunos presenten ciertas deficiencias en su funcionamiento.
Para cada grupo de bombeo en la estación, se hizo el análisis a los
sistemas de lubricación y enfriamiento, para así detectar el mayor número de
problemas posibles y ser corregidos en el nuevo diseño. Es importante acotar que
el grupo de bombeo N°1 nunca se instaló, ya que solo se haría en caso de futuras
ampliaciones del servicio, al igual que el N° 8. El grupo N° 2 cumplió su tiempo de
servicio y ameritaba su revisión general. Por ende el levantamiento de datos en
estos grupos no se realizó, ya que estaban incompletos.
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III.3. Evaluación de los procesos operativos
Luego de estudiar el funcionamiento de los sistemas actuales y el
levantamiento de datos en cada grupo, considerando las fallas detectadas y los
dispositivos de medición disponibles y operativos, se evaluaron los procesos en
busca de parámetros (temperaturas, caudales o presiones) que no se estuvieran
controlando, y generar posibles problemas que se pueden presentar en los grupos
durante su arranque ó funcionamiento, para poder analizar el comportamiento de
los sistemas y detectar así defectos en el proceso de control. Esto se hizo
mediante un cuadro (véase Apéndice D) que indicaba el tipo de problema,
ubicación, y respuesta del PLC o sistema análogo existente actualmente.
Cuando se generen los problemas y las respuestas del sistema, se debe
tomar en cuenta el actual sistema análogo de control, que fue el instalado
originalmente con los equipos y que para ciertos parámetros, como las presiones
por ejemplo, mantiene la autoría de la señal, alarma y desconexión del grupo en
caso de variaciones perjudiciales. El conocimiento sobre el estado de este sistema
es limitado, ya que un análisis profundo es bastante complejo, por la gran cantidad
de dispositivos electrónicos que posee (relés, transistores, interruptores, etc.), por
lo fácilmente corruptible que puede ser, y por la falta de conocimiento en este
campo. Para los casos que el sistema análogo sea el encargado de dar una
respuesta en los problemas generados en el cuadro, se considerará operativo, a
menos que el personal de la planta tenga conocimiento de que el parámetro
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56
involucrado en el problema no se esta controlando debido a fallas en el sistema
análogo.
Otro punto importante a considerar es que actualmente también existe un
controlador PLC que supervisa las temperaturas de ranura del motor, cojinetes
radiales y axiales de motor y bomba, que no son supervisadas por el otro sistema,
y que únicamente tiene como salidas: señal, alarma, y desconexión del grupo
III.4. Establecer parámetros para la elaboración del nuevo diseño
Luego de efectuados todos los pasos anteriores, se procede a establecer
una lista de parámetros que debe cumplir el nuevo diseño de los sistemas para
lograr así un conjunto de dispositivos que permitan controlar con eficiencia y
obtener mayor confiabilidad de los grupos de bombeo.
Para la elaboración de esta lista, se toman en cuenta todas las fallas
detectadas en los sistemas por separado (lubricación y enfriamiento) durante el
levantamiento de datos, y todas las deficiencias encontradas en el proceso
operativo, a nivel físico y operacional, tanto en el arranque como en la operación
normal.
Mediante esta lista, se pudo conocer las necesidades reales de los grupos
de bombeo, para crear así un sistema de control que permitiese a los operadores
mantener una supervisión constante sobre los parámetros críticos de los grupos.
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En esta lista también se tomó en cuenta los parámetros indicados en los
manuales de operación de los grupos para un funcionamiento óptimo de los
grupos de bombeo.
Para el nuevo diseño también es importante tomar en cuenta el nivel de
conocimiento de los operadores sobre sistemas automáticos (PLC) y sobre el
funcionamiento de los grupos de bombeo, con sus sistemas de lubricación y
enfriamiento, ya que es de vital importancia para la efectividad del nuevo sistema
que el operador esté en la capacidad de detectar cualquier tipo de anomalía en los
sistemas de seguridad y monitoreo, pudiendo corregirlos prontamente, evitando
que el grupo se quede sin vigilancia constante durante su funcionamiento.
III.5. Elaboración del nuevo diseño
Después de establecer todos los parámetros críticos (temperaturas,
presiones y caudales), se procedió a elaborar dos alternativas de diseño para los
sistemas de lubricación y enfriamiento, que cumplieran a cabalidad con los
parámetros especificados en el paso anterior. Para ello se realizó primero una lista
de los dispositivos a utilizar, considerando la existencia de algunos del sistema
antiguo que se puedan utilizar y que estén en óptimas condiciones, para abaratar
costos.
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Posteriormente se investigó sobre diferentes empresas proveedoras de
estos equipos para obtener información sobre especificaciones, tipos existentes en
el mercado, y otros parámetros necesarios para la elaboración del diseño. Luego,
dependiendo de la información entregada y del análisis realizado posteriormente
en busca de proyecto más viable, se escogen los dispositivos que sirvan para
operar en los rangos establecidos y que brinden gran confiabilidad en sus
mediciones y operación.
Un punto importante en la hora de seleccionar los dispositivos es la
capacidad de los operadores y de los grupos de mantenimiento para poder
manejar y montar con sumo cuidado equipos de gran delicadeza y sensibilidad. Es
por ello, que el dispositivo a seleccionar debe cumplir con ciertas condiciones de
durabilidad, robustez y fácil mantenimiento, para evitar generar problemas a la
hora del montaje y funcionamiento.
Para la escogencia final del diseño a utilizar, primero se habrán elaborado
dos planteamientos de sistemas que se puedan utilizar en los grupos,
considerando diferentes dispositivos, o los ya existentes en las estaciones. Esta
selección se hizo dependiendo de varios puntos:
• Costo de la implementación del diseño
• Confiabilidad
• Parámetros abarcados
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• Automatización
• Facilidad del manejo y mantenimiento
• Durabilidad
Luego de escogido el diseño final, se procede al estudio detallado de este,
elaboración de su plano P&ID y PFD mediante el programa autocad y siguiendo
las normas ISA (Instrument Society of America) (véase Apéndice E), siempre
tratando de abaratar costos y tener instrumentos de calidad, durabilidad y
confianza, logrando así un óptimo sistema de lubricación y enfriamiento, confiable,
de fácil operación, fácil mantenimiento y de bajo costo a largo plazo.
CAPITULO IV. RESULTADOS Y ANALISIS
Capítulo IV.Resultados y Análisis
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IV.1. Funcionamiento teórico de los sistemas
IV.1.1. Sistema de lubricación
El plano del sistema explicado se encuentra en el Apéndice B.
El aceite es succionado del depósito (1), ya sea por la bomba auxiliar (2)
para el arranque, o la bomba principal (22) cuando el grupo esta trabajando a un
régimen estable con caudal de 150 litros por minuto (L/min) y con una presión
óptima cercana a los 2 bar. Luego pasa al doble filtro de aceite (5), en donde se
recogen todas las partículas, metálicas o no metálicas no deseadas. A la entrada
de éste hay una válvula de recirculación (6) para el caso en que la presión exceda
los 3 bar; también existe un interruptor diferencial de presión (7), que se encarga
de controlar la caída de ésta en el filtro, generando una señal de alarma cuando es
mayor a 0,8 bar. A la salida del doble filtro existen 2 controles de presión (11)
adicionales, uno para la baja presión y otro para la alta, supervisando ésta en toda
la línea de suministro de aceite de los cojinetes, generando una señal de alarma y
desconexión del grupo cuando la presión esta por debajo de los 1,4 bar, y
generando solo una señal de alarma cuando ésta supera los 3,2 bar.
Seguidamente, el aceite pasa al refrigerador de 3 vías (4), para disminuir su
temperatura, siendo medida tanto en la entrada como a la salida por 2
termómetros de resistencia (9). Al detectar un incremento de temperatura del
aceite a la salida del refrigerador mayor a 45 °C, se dispara una señal de alarma.
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Luego de ser enfriado, el lubricante entra a los cojinetes del motor y la
bomba, siendo controlada la cantidad por 5 reguladores de caudal (38), a 15 L/min
para cada cojinete radial del lado accionado y no accionado de la bomba, a 9,2
L/min para cada cojinete radial del lado accionado y no accionado del motor, a 45
L/min para los cojinetes axiales en total, y a 5 L/min para el acoplamiento;
pudiéndose observar el flujo a través de los vidrios de observación (36 y 37) a la
salida de cada cojinete. Por último el aceite es recogido en la tubería de retorno, a
una temperatura aproximada de 56 °C, para ser llevado al depósito (1),
comenzando el ciclo nuevamente.
IV.1.1.1. Caudales de aceite lubricante
Bomba HP 75 EDE
Cojinete radial en el lado de accionamiento
Y en el lado no accionado 15 L/min por cojinete
Cojinete Axial 45 L/min
Motor 18,4 L/min
Acoplamiento ZHXS-10 5 L/min
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IV.1.1.2. Presión de aceite a la entrada
Bomba 1,8 a 2 bar
Motor 0,5 bar
IV.1.1.3. Temperatura de aceite lubricante
Antes de la refrigeración 56 °C
Después de la refrigeración 39 a 40 °C
IV.1.1.4. Calidad del aceite lubricante
Para la lubricación se ha de emplear un aceite mineral bien refinado. Este
no debe contener ni ácidos libres ni alcalinos y presentar los valores
característicos siguientes:
Viscosidad a 50 °C 3,5 a 4,5°E
Punto de inflamación > 160 °C
Indices de neutralización < 0,3 KOH/g
Contenido de agua < 0, 1 %
Contenido de ceniza < 0,05 %
Asfalto duro No admisible
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IV.1.2. Sistema de Enfriamiento
El plano del sistema explicado se encuentra en el Apéndice B.
El agua de enfriamiento es tomada directamente de la succión del grupo de
bombeo, por la bomba para la circulación de agua (52), entregando un caudal de
77 metro cúbico sobre hora (m3/h), con una presión de 3 bar, pasando por 2
válvulas de compuerta (50) y 1 válvula de retención (51). Luego el flujo es dividido
en dos partes, una es dirigida al refrigerador de aceite (4), con un caudal de 9
m3/h, y la otra hacia los radiadores del motor, para posteriormente ser unidas de
nuevo, pasar por un control de flujo (29), supervisando el caudal en una medida
mayor a 70 m3/h, y por una válvula de compuerta (32), retornando de nuevo a la
succión principal del grupo. En el caso de que la bomba de circulación de agua
falle, se tiene un sistema auxiliar que toma el agua de la descarga del grupo de
bombeo, pasando por una estación reductora de presión (30), llevándola desde 42
bar a 4 bar, siendo un nivel de presión adecuado para los equipos de refrigeración.
Este parámetro es medido tanto en la entrada como en la salida del dispositivo .
En caso de que la estación falle, se tiene una válvula de sobre presión (48), que
se abre y libera fluido cuando la presión supera los 10 bar, estabilizándola y es
medida después de ésta. Por último el agua pasa por una válvula de compuerta
(31), que controla el caudal que necesita el sistema para seguir operando
correctamente, y luego se tiene un control de flujo para medir el caudal extra que
se le está suministrando al sistema.
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IV.1.2.1. Caudales y presión de agua de refrigeración
Motor eléctrico 68 m3/h
Refrigerador de aceite 9 m3/h
Presión del sistema 3 a 8 bar
IV.2. Estado de los sistemas actuales de lubricación y enfriamiento para cada
grupo de bombeo operativo de la estación N° 32:
Tabla 1. Estado Grupo Nº3
Cantidad Existencia FuncionamientoEquipos Indicada Real SI NO 1 2 3
1.- Recipiente para aceite de lubricación IMO 1 1 X X 2.- Bomba de aceite para el arranque IMO ALA 38-4 forma N5 1 1 X X 3.- Motor eléctrico Siemens 1LA3 106-2AA91 1 1 X X 4.- Refrigerador de aceite de 3 vías Gerberich ASD/ALDI/12 1 1 X X 5.- Filtro doble de aceite BOLL 2.0 2.5 DN 50 1 1 X X 6.- Válvula de recirculación IMO GAD 40mm S6 B-615W 1 1 X X 7.- Interruptor diferencial presión al filtro de aceite Herión 1 1 X X 8.- Control de nivel Ruf HR-002/E 1 1 X X 9.- Termómetro de reistencia con rosca Siemens PN 10, PT 2 2 X X 10.- Manómetro de muelle tubular Haenni 133.828/233.653 1 1 X X 11.- Control de presión Herión 7D08116 2 2 X X 12.- Válvula para manómetro Klinger MAB-KKW-22-VII 5 5 X X 13.- Válvula de retención Gefa D DN 50 MAA 1 1/2" 1 1 X X 14.- Válvula de drenaje Nyffenegger R 1" 1 1 X X 15.- Vidrio de observación 3 3 X X 16.- Racor para llenar R 2" con filtro 1 1 X X 17.- Filtro de aire para la aireación y desaireación 1 1 X X 18.- Tubería de retorno DN 40 ó PN 10 1 1 X X 19.- Tubería de retorno DN 150 1 1 X X 19ª.- Tubería de succión DN 50 1 1 X X 20.- Válvula de drenaje del filtro 2 2 X X 21.- Montaje completo desde el 1 hasta el 20 X 22.- Bomba principal de aceite IMO ACG 45-2 N2F 1 1 X X 23.- Válvula de retención Gefa D DN 50 4 4 X X 24.- 25.- 26.- 27.- 28.-
=================================================================
6629.- Control de flujo ( PENN Controls F 61 MB- 1 1/2 " ) 1 1 X X 30.- Estación reductora de presión Ramus 1 1 X X 31.- Válvula compuerta DN 100 PN16 1 1 X X 32.- Válvula compuerta DN 100 PN16 2 2 X X 33.- Control de flujo ASEA TIVG 125 F-1 1 1 X X 34.- Llave o válvula DN 50 PN16 1 1 X X 35.- Llave o válvula DN 50 PN16 2 2 X X 36.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1" 2 0 X X 37.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1 1/2 " 3 3 X X 38.- Regulador de caudal 5 5 X X 39.- Válvula para manómetros G ½" 2 2 X X 40.- Manómetro 0 - 10 bar 1 0 X X 41.- Manómetro 0 - 60 bar 1 0 X X 42.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.76 2 0 X X 43.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.64 1 0 X X 44.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 2 2 X X 45.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 1 1 X X 46.- Manguito - M4 020.855.10 -003 G 1/2" 1 1 X X 47.- Vidrio para observación del flujo G 1/2"x 3/4" - 666 496 - 1 0 X X 48.- Válvula de sobre presión 1 1 X X 49.- 50.- Válvula DN 100, PN 16 2 2 X X 51.- Válvula de retención DN 65 , PN 16 1 1 X X 52.- Bomba para circulación de agua SULZER AZF 65 - 160 1 1 X X
Observaciones:
• Los termómetros a la entrada y salida del refrigerador de aceite están
desconectados.
• Válvula del drenaje del depósito presenta goteo.
• Falta filtro para la aireación y desaireación del depósito de aceite.
• Válvula de drenaje del filtro de aceite presenta goteo y le falta tapón de
seguridad.
• Medidor de flujo inoperativo.
• No hay vidrios de observación de flujo de aceite para los cojinetes del
motor.
• No hay ningún medidor de caudal de aceite para la entrada a los cojinetes.
=================================================================
67
• No hay manómetros, ni en la succión ni en la descarga de la bomba.
• No hay termómetros para el chequeo de temperatura en campo.
Tabla 2. Estado Grupo Nº4
Cantidad Existencia FuncionamientoEquipos Indicada Real SI NO 1 2 3
1.- Recipiente para aceite de lubricación IMO 1 1 X X 2.- Bomba de aceite para el arranque IMO ALA 38-4 forma N5 1 1 X X 3.- Motor eléctrico Siemens 1LA3 106-2AA91 1 1 X X 4.- Refrigerador de aceite de 3 vías Gerberich ASD/ALDI/12 1 1 X X 5.- Filtro doble de aceite BOLL 2.0 2.5 DN 50 1 1 X X 6.- Válvula de recirculación IMO GAD 40mm S6 B-615W 1 1 X X 7.- Interruptor diferencial presión al filtro de aceite Herión 1 1 X X 8.- Control de nivel Ruf HR-002/E 1 1 X X 9.- Termómetro de reistencia con rosca Siemens PN 10, PT 2 0 X X 10.- Manómetro de muelle tubular Haenni 133.828/233.653 1 1 X X 11.- Control de presión Herión 7D08116 2 2 X X 12.- Válvula para manómetro Klinger MAB-KKW-22-VII 5 5 X X 13.- Válvula de retención Gefa D DN 50 MAA 1 1/2" 1 1 X X 14.- Válvula de drenaje Nyffenegger R 1" 1 1 X X 15.- Vidrio de observación 3 3 X X 16.- Racor para llenar R 2" con filtro 1 1 X X 17.- Filtro de aire para la aireación y desaireación 1 1 X X 18.- Tubería de retorno DN 40 ó PN 10 1 1 X X 19.- Tubería de retorno DN 150 1 1 X X 19ª.- Tubería de succión DN 50 1 1 X X 20.- Válvula de drenaje del filtro 2 2 X X 21.- Montaje completo desde el 1 hasta el 20 X 22.- Bomba principal de aceite IMO ACG 45-2 N2F 1 0 X X 23.- Válvula de retención Gefa D DN 50 4 0 X X 24.- 25.- 26.- 27.- 28.- 29.- Control de flujo ( PENN Controls F 61 MB- 1 1/2 " ) 1 1 X X 30.- Estación reductora de presión Ramus 1 1 X X 31.- Válvula compuerta DN 100 PN16 1 1 X X 32.- Válvula compuerta DN 100 PN16 2 2 X X 33.- Control de flujo ASEA TIVG 125 F-1 1 1 X X 34.- Llave o válvula DN 50 PN16 1 1 X X 35.- Llave o válvula DN 50 PN16 2 2 X X 36.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1" 2 0 X X 37.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1 1/2 " 3 2 X X 38.- Regulador de caudal 5 5 X X 39.- Válvula para manómetros G 1/2" 2 2 X X 40.- Manómetro 0 – 10 bar 1 0 X X41.- Manómetro 0 – 60 bar 1 1 X X 42.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.76 2 0 X X 43.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.64 1 0 X X
=================================================================
6845.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 1 0 X X 46.- Manguito - M4 020.855.10 -003 G 1/2" 1 1 X X 47.- Vidrio para observación del flujo G 1/2"x 3/4" - 666 496 – 1 0 X X 48.- Válvula de sobre presión 1 1 X X 49.- 50.- Válvula DN 100, PN 16 2 2 X X 51.- Válvula de retención DN 65 , PN 16 1 1 X X 52.- Bomba para circulación de agua SULZER AZF 65 - 160 1 1 X X
Observaciones:
• Grupo de bombeo en mantenimiento.
• Termómetros a la entrada y salida del aceite en el refrigerador no existen.
• Controladores de presión con cierto deterioro exterior.
• Falta bomba de aceite principal con sus válvulas de retención. Estan en
mantenimiento.
• Sistema de refrigeración por toma en la descarga inoperativo.
• Caudalímetro averiado.
• Faltan vidrios de observación de flujo a la salida de los cojinetes. Fueron
desmontados en el mantenimiento.
• Existen 2 manómetros a la entrada de los cojinetes del motor, pero están
averiados.
• No hay ningún medidor de caudal en los cojinetes de la bomba y el motor.
• No hay ningún termómetro para el chequeo de campo de las temperaturas
de aceite a las salidas de los cojinetes.
• Los termómetros de resistencia fueron extraídos por mantenimiento.
=================================================================
69
Tabla 3. Estado Grupo Nº5
Cantidad Existencia FuncionamientoEquipos Indicada Real SI NO 1 2 3
1.- Recipiente para aceite de lubricación IMO 1 1 X X 2.- Bomba de aceite para el arranque IMO ALA 38-4 forma N5 1 1 X X 3.- Motor eléctrico Siemens 1LA3 106-2AA91 1 1 X X 4.- Refrigerador de aceite de 3 vías Gerberich ASD/ALDI/12 1 1 X X 5.- Filtro doble de aceite BOLL 2.0 2.5 DN 50 1 1 X X 6.- Válvula de recirculación IMO GAD 40mm S6 B-615W 1 1 X X 7.- Interruptor diferencial presión al filtro de aceite Herión 1 1 X X 8.- Control de nivel Ruf HR-002/E 1 1 X X 9.- Termómetro de reistencia con rosca Siemens PN 10, PT 2 0 X X 10.- Manómetro de muelle tubular Haenni 133.828/233.653 1 1 X X 11.- Control de presión Herión 7D08116 2 2 X X 12.- Válvula para manómetro Klinger MAB-KKW-22-VII 5 5 X X 13.- Válvula de retención Gefa D DN 50 MAA 1 1/2" 1 1 X X 14.- Válvula de drenaje Nyffenegger R 1" 1 1 X X 15.- Vidrio de observación 3 3 X X 16.- Racor para llenar R 2" con filtro 1 1 X X 17.- Filtro de aire para la aireación y desaireación 1 1 X X 18.- Tubería de retorno DN 40 ó PN 10 1 1 X X 19.- Tubería de retorno DN 150 1 1 X X 19ª.- Tubería de succión DN 50 1 1 X X 20.- Válvula de drenaje del filtro 2 2 X X 21.- Montaje completo desde el 1 hasta el 20 X 22.- Bomba principal de aceite IMO ACG 45-2 N2F 1 1 X X 23.- Válvula de retención Gefa D DN 50 4 4 X X 24.- 25.- 26.- 27.- 28.- 29.- Control de flujo ( PENN Controls F 61 MB- 1 1/2 " ) 1 1 X X 30.- Estación reductora de presión Ramus 1 1 X X 31.- Válvula compuerta DN 100 PN16 1 1 X X 32.- Válvula compuerta DN 100 PN16 2 2 X X 33.- Control de flujo ASEA TIVG 125 F-1 1 1 X X 34.- Llave o válvula DN 50 PN16 1 1 X X 35.- Llave o válvula DN 50 PN16 2 2 X X 36.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1" 2 2 X X 37.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1 1/2 " 3 3 X X 38.- Regulador de caudal 5 5 X X 39.- Válvula para manómetros G 1/2" 2 1 X X 40.- Manómetro 0 – 10 bar 1 0 X X41.- Manómetro 0 – 60 bar 1 1 X X 42.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.76 2 0 X X 43.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.64 1 0 X X 44.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 2 2 X X 45.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 1 1 X X 46.- Manguito - M4 020.855.10 -003 G 1/2" 1 1 X X 47.- Vidrio para observación del flujo G 1/2"x 3/4" - 666 496 - 1 1 X X 48.- Válvula de sobre presión 1 1 X X
=================================================================
7050.- Válvula DN 100, PN 16 2 2 X X 51.- Válvula de retención DN 65 , PN 16 1 1 X X 52.- Bomba para circulación de agua SULZER AZF 65 - 160 1 1 X X
Observaciones:
• Termómetros para la medición local de la temperatura de los cojinetes de la
bomba no existen.
• Termómetros para la medición de temperatura en la entrada y salida del
refrigerador de aceite están desconectados.
• Válvulas de drenaje del filtro mal colocadas.
• Vidrios de observación de flujos deteriorado.
• Refrigeración por toma de agua en la succión esta inoperativo.
=================================================================
71
Tabla 4. Estado Grupo Nº6
Cantidad Existencia FuncionamientoEquipos Indicada Real SI NO 1 2 3
1.- Recipiente para aceite de lubricación IMO 1 1 X X 2.- Bomba de aceite para el arranque IMO ALA 38-4 forma N5 1 1 X X 3.- Motor eléctrico Siemens 1LA3 106-2AA91 1 1 X X 4.- Refrigerador de aceite de 3 vías Gerberich ASD/ALDI/12 1 1 X X 5.- Filtro doble de aceite BOLL 2.0 2.5 DN 50 1 1 X X 6.- Válvula de recirculación IMO GAD 40mm S6 B-615W 1 1 X X 7.- Interruptor diferencial presión al filtro de aceite Herión 1 1 X X 8.- Control de nivel Ruf HR-002/E 1 1 X X 9.- Termómetro de reistencia con rosca Siemens PN 10, PT 2 2 X X 10.- Manómetro de muelle tubular Haenni 133.828/233.653 1 1 X X 11.- Control de presión Herión 7D08116 2 2 X X 12.- Válvula para manómetro Klinger MAB-KKW-22-VII 5 5 X X 13.- Válvula de retención Gefa D DN 50 MAA 1 1/2" 1 1 X X 14.- Válvula de drenaje Nyffenegger R 1" 1 1 X X 15.- Vidrio de observación 3 3 X X 16.- Racor para llenar R 2" con filtro 1 1 X X 17.- Filtro de aire para la aireación y desaireación 1 1 X X 18.- Tubería de retorno DN 40 ó PN 10 1 1 X X 19.- Tubería de retorno DN 150 1 1 X X 19ª.- Tubería de succión DN 50 1 1 X X 20.- Válvula de drenaje del filtro 2 2 X X 21.- Montaje completo desde el 1 hasta el 20 X 22.- Bomba principal de aceite IMO ACG 45-2 N2F 1 1 X X 23.- Válvula de retención Gefa D DN 50 4 4 X X 24.- 25.- 26.- 27.- 28.- 29.- Control de flujo ( PENN Controls F 61 MB- 1 1/2 " ) 1 1 X X 30.- Estación reductora de presión Ramus 1 1 X X 31.- Válvula compuerta DN 100 PN16 1 1 X X 32.- Válvula compuerta DN 100 PN16 2 2 X X 33.- Control de flujo ASEA TIVG 125 F-1 1 1 X X 34.- Llave o válvula DN 50 PN16 1 1 X X 35.- Llave o válvula DN 50 PN16 2 2 X X 36.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1" 2 2 X X 37.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1 1/2 " 3 3 X X 38.- Regulador de caudal 5 5 X X 39.- Válvula para manómetros G 1/2" 2 1 X X 40.- Manómetro 0 – 10 bar 1 0 X X41.- Manómetro 0 – 60 bar 1 1 X X 42.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.76 2 0 X X 43.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.64 1 0 X X 44.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 2 2 X X 45.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 1 1 X X 46.- Manguito - M4 020.855.10 -003 G 1/2" 1 1 X X 47.- Vidrio para observación del flujo G 1/2"x 3/4" - 666 496 - 1 1 X X 48.- Válvula de sobre presión 1 1 X X 49.-
=================================================================
7250.- Válvula DN 100, PN 16 2 2 X X 51.- Válvula de retención DN 65 , PN 16 1 1 X X 52.- Bomba para circulación de agua SULZER AZF 65 - 160 1 1 X X
Observaciones:
• Presostatos de aceite en condiciones regulares
• Termómetro en la entrada y salida del aceite del refrigerador están
desconectados
• Interruptor diferencial de presión deteriorado
• Vidrios de observación en mal estado
• Sistema auxiliar de enfriamiento por toma en la descarga inoperativo
• Válvula de manómetros deteriorada
• Manómetros en la succión de la bomba no existen
• Termómetros para medir temperatura de los cojinetes en sitio no existen
• Faltan medidores de caudal a la entrada de los cojinetes de la bomba y el
motor
• Fuga de aceite por el sello del cojinete no accionado del motor
• Filtro de aire para la desaireación del depósito de aceite no está completo
=================================================================
73
Tabla 5: Estado Grupo Nº7 Cantidad Existencia Funcionamiento
Equipos Indicada Real SI NO 1 2 31.- Recipiente para aceite de lubricación IMO 1 1 X X 2.- Bomba de aceite para el arranque IMO ALA 38-4 forma N5 1 1 X X 3.- Motor eléctrico Siemens 1LA3 106-2AA91 1 1 X X 4.- Refrigerador de aceite de 3 vías Gerberich ASD/ALDI/12 1 1 X X 5.- Filtro doble de aceite BOLL 2.0 2.5 DN 50 1 1 X X 6.- Válvula de recirculación IMO GAD 40mm S6 B-615W 1 1 X X 7.- Interruptor diferencial presión al filtro de aceite Herión 1 1 X X 8.- Control de nivel Ruf HR-002/E 1 1 X X 9.- Termómetro de reistencia con rosca Siemens PN 10, PT 2 2 X X 10.- Manómetro de muelle tubular Haenni 133.828/233.653 1 1 X X 11.- Control de presión Herión 7D08116 2 2 X X 12.- Válvula para manómetro Klinger MAB-KKW-22-VII 5 5 X X 13.- Válvula de retención Gefa D DN 50 MAA 1 1/2" 1 1 X X 14.- Válvula de drenaje Nyffenegger R 1" 1 1 X X 15.- Vidrio de observación 3 3 X X 16.- Racor para llenar R 2" con filtro 1 1 X X 17.- Filtro de aire para la aireación y desaireación 1 1 X X 18.- Tubería de retorno DN 40 ó PN 10 1 1 X X 19.- Tubería de retorno DN 150 1 1 X X 19ª.- Tubería de succión DN 50 1 1 X X 20.- Válvula de drenaje del filtro 2 2 X X 21.- Montaje completo desde el 1 hasta el 20 X 22.- Bomba principal de aceite IMO ACG 45-2 N2F 1 1 X X 23.- Válvula de retención Gefa D DN 50 4 4 X X 24.- 25.- 26.- 27.- 28.- 29.- Control de flujo ( PENN Controls F 61 MB- 1 1/2 " ) 1 1 X X 30.- Estación reductora de presión Ramus 1 1 X X 31.- Válvula compuerta DN 100 PN16 1 1 X X 32.- Válvula compuerta DN 100 PN16 2 2 X X 33.- Control de flujo ASEA TIVG 125 F-1 1 1 X X 34.- Llave o válvula DN 50 PN16 1 1 X X 35.- Llave o válvula DN 50 PN16 2 2 X X 36.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1" 2 2 X X 37.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1 1/2 " 3 3 X X 38.- Regulador de caudal 5 5 X X 39.- Válvula para manómetros G 1/2" 2 1 X X 40.- Manómetro 0 – 10 bar 1 0 X X41.- Manómetro 0 – 60 bar 1 0 X X 42.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.76 2 0 X X 43.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.64 1 0 X X 44.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 2 2 X X 45.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 150°C 1 1 X X 46.- Manguito - M4 020.855.10 -003 G 1/2" 1 1 X X 47.- Vidrio para observación del flujo G 1/2"x 3/4" - 666 496 - 1 1 X X 48.- Válvula de sobre presión 1 1 X X 49.-
=================================================================
7451.- Válvula de retención DN 65 , PN 16 1 1 X X 52.- Bomba para circulación de agua SULZER AZF 65 - 160 1 1 X X
Observaciones:
• Presostatos de aceite en condiciones regulares.
• Termómetro en la entrada y salida del aceite del refrigerador están
desconectados.
• Interruptor diferencial de presión deteriorado.
• Vidrios de observación en mal estado.
• Sistema auxiliar de enfriamiento por toma en la descarga inoperativo.
• Válvula de manómetros deteriorada.
• Manómetros en la succión y descarga de la bomba no existen.
• Termómetros para medir temperatura de los cojinetes en sitio no existen.
• Faltan medidores de caudal a la entrada de los cojinetes de la bomba y el
motor.
• Fuga de aceite por el sello del cojinete no accionado del motor.
=================================================================
75
IV.3. Problemas comunes que presentan los sistemas de lubricación y
enfriamiento
• Todo el equipo es antiguo y presenta deterioro.
• Las temperaturas de entrada y salida del aceite en el refrigerador no están
siendo controladas (ver Figura 3).
Figura 3. Termoresistencias del refrigerador de aceite desconectadas
• Controladores de presión antiguos y con cierto deterioro, tanto interior como
exterior (ver Figura 4).
=================================================================
76
Figura 4. Presostatos de alta y baja presión
• Vidrios de observación para la verificación del flujo de aceite a la salida de
los cojinetes, tanto del motor como de la bomba, están deteriorados, sucios,
pintados o no existen (ver Figura 5).
Figura 5. Vidrios de observación
=================================================================
77
• Los grupos de bombeo controlan las temperaturas de los cojinetes y de las
ranuras del motor a través de un PLC. No hay forma de verificar las
temperaturas en campo (ver Figura 6).
Figura 6. Controlador PLC
• Existen fugas en los sellos de los cojinetes de los motores (ver Figura 7).
Figura 7. Cojinete de lado no accionado del motor
=================================================================
78
Esta fuga es debido posiblemente a un exceso de caudal provocado por una
presión muy alta en la entrada del aceite a los cojinetes en la línea de lubricación.
• El sistema auxiliar de refrigeración con toma en la descarga del grupo de
bombeo esta fuera de servicio (ver Figura 8).
Figura 8. Sistema de refrigeración auxiliar
• Faltan manómetros para medir la presión en la succión y descarga de
los grupos de bombeo (ver Figura 9).
=================================================================
79
Figura 9. Ausencia de manómetro en la succión
• El controlador de flujo del sistema de enfriamiento presenta deterioro, y
en algunos casos no funciona (ver Figura 10).
Figura 10. Controlador de flujo
• No se esta midiendo la presión en el sistema de refrigeración.
• No se esta midiendo el caudal de entrada a los cojinetes, tanto del motor
como de la bomba.
=================================================================
80
• Los filtros de aire para la aireación y desaireación del depósito de aceite
están incompletos.
IV.4. Posibles fallas que se pueden presentar en los sistemas de control
actuales
Tabla 6. Cuadro de fallas del sistema actual
Problema Causa Actuación del PLC
El interruptor de presión
diferencial indica un valor
mayor o igual a 0,8 bar.
Tamices de los filtros
tapados.
Disparo de señal y alarma
por sistema analógico.
El nivel en el depósito de
aceite es el mínimo
permitido.
Fugas en el sistema de
lubricación.
Disparo de señal y alarma
por sistema analógico.
El termómetro a distancia
en la salida de aceite en el
refrigerador de aceite
marca una temperatura
mayor o igual a 45 °C.
-Disminución del caudal
de agua de refrigeración
- Refrigerador necesita
mantenimiento.
No hay actuación de
ningún sistema.
El interruptor de baja
presión en la línea de
lubricante indica un valor
menor o igual a 1,4 bar.
-Fugas u obstrucción en la
línea de lubricación.
-Falla de la bomba
principal de aceite.
-Fallas en las válvulas de
retorno.
Disparo de señal y alarma
por sistema analógico,
con desconexión del
grupo.
=================================================================
81
El interruptor de baja
presión en la línea del
lubricante indica una
presión menor o igual a 1
bar durante el arranque.
-Fugas u obstrucción en la
línea de lubricación.
-Falla de la bomba auxiliar
de aceite para el
arranque.
-Fallas en las válvulas de
retorno.
Disparo de señal y alarma
por sistema analógico. Se
impide el arranque del
grupo.
El interruptor de alta
presión el la línea de
lubricación indica un valor
mayor o igual a 3,2 bar.
-Obstrucción en la línea
de lubricación.
-Falla en las válvulas de
retorno.
Disparo de señal y alarma
por sistema analógico.
El medidor de caudal en la
línea de refrigeración
indica un valor menor o
igual a 1000 L/min.
-Falla en la bomba de
refrigeración.
-Fuga en el sistema de
refrigeración.
- Obstrucción en el
sistema de refrigeración.
No hay actuación de
ningún sistema.
El medidor de caudal en la
línea de refrigeración
indica un valor menor o
igual a 1000 L/min durante
el arranque.
-Falla en la bomba de
refrigeración.
-Fuga en el sistema de
refrigeración.
- Obstrucción en el
sistema de refrigeración.
No hay actuación de
ningún sistema.
El termómetro a distancia
de los cojinetes del lado
accionado o no accionado
de la bomba indican una
temperatura mayor a 55
°C.
-Desgaste excesivo del
cojinete.
-Disminución del caudal a
la entrada del cojinete.
Disparo de señal y
alarma. Desconexión del
grupo.
=================================================================
82
El termómetro a distancia
del cojinete de carga axial
plano indica una
temperatura mayor o
iguala 55 °C.
-Desgaste excesivo del
cojinete.
-Disminución del caudal a
la entrada del cojinete.
Disparo de señal y
alarma. Desconexión del
grupo.
El caudal de entrada de
aceite al uno o varios de
los cojinetes radiales es
menor a 15 L/min.
-Obstrucción en la línea
de entrada al cojinete.
-Problemas con la bomba
de aceite principal.
- Filtros obstruidos.
No hay actuación de
ningún sistema.
El caudal de entrada de
aceite a uno o varios de
los cojinetes axiales es
menor a 45 L/min.
-Obstrucción en la línea
de entrada al cojinete.
-Problemas con la bomba
de aceite principal.
- Filtros obstruidos.
No hay actuación de
ningún sistema.
El caudal de entrada de
aceite a los cojinetes del
motor es menor a 18,4
L/min.
-Obstrucción en la línea
de entrada al cojinete.
-Problemas con la bomba
de aceite principal.
- Filtros obstruidos.
No hay actuación de
ningún sistema.
El caudal de entrada de
aceite al acoplamiento es
menor a 5 L/min.
-Obstrucción en la línea
de entrada al acople.
-Problemas con la bomba
de aceite principal.
- Filtros obstruidos.
No hay actuación de
ningún sistema.
=================================================================
83
El caudal del agua de
refrigeración es menor a
77 m3/h.
-Falla de la bomba de
refrigeración.
-Obstrucción de la línea
de refrigeración.
-Fuga en alguna parte de
la línea.
No hay actuación de
ningún sistema.
La presión en el sistema
de refrigeración es menor
a 3 bar.
-Falla en la bomba de
refrigeración.
- Fuga en alguna parte de
la línea.
No hay actuación de
ningún sistema.
La temperatura en
cualquiera de las ranuras
del motor tiene una
medición mayor a 115 °C.
-Radiadores obstruidos.
-Disminución del caudal
de agua de refrigeración.
-Exceso de carga al
motor.
Disparo de señal, alarma
y desconexión del grupo
por PLC.
La presión en el sistema
de refrigeración es mayor
a 10 bar.
-Falla en la válvula
reductora de presión.
-Falla en la válvula de
alivio.
No hay actuación de
ningún sistema.
=================================================================
84
IV.5. Características que debe tener los nuevos sistemas de lubricación y
enfriamiento
IV.5.1. Sistema de lubricación
El sistema de lubricación debe estar en la capacidad de proporcionar y mantener:
• Un aceite debidamente filtrado y con una temperatura entre los 39 y 40 °C.
• Un caudal de aceite para cada cojinete radial de la bomba de 15 L/min, con
una presión entre 1,8 y 2 bar.
• Un caudal de aceite para todos los cojinetes axiales de la bomba de 45
L/min, con una presión de 1,8 a 2 bar.
• Un caudal de aceite para los cojinetes del motor de 18,4 lts/min, con una
presión de 0,5 bar.
• Un caudal de aceite para el acoplamiento ZHXS – 10 de 5 L/min, con una
presión de 1,8 a 2 bar.
En la capacidad de supervisar:
• Las temperatura de entrada y salida del refrigerador de aceite.
• Las temperaturas de cada cojinete radial y axial, tanto de la bomba como
del motor.
=================================================================
85
• Presiones en la línea de lubricación de la bomba (tanto en funcionamiento
normal como en el arranque).
• Presiones en la línea de lubricación del motor (tanto en funcionamiento
normal como en el arranque).
• Caudales a la entrada de cada cojinete radial y axial del motor y la bomba
(tanto en el funcionamiento normal como en el arranque).
Y en la capacidad de controlar:
• Bomba auxiliar de aceite en la línea de lubricación.
• Desconexión del grupo de bombeo.
• Señales y alarmas.
IV.5.2. Sistema de refrigeración
El sistema de refrigeración debe estar en la capacidad de proporcionar y
mantener:
• Un caudal de 68 m3/h para los radiadores del motor eléctrico, con una
presión entre 3 y 8 bar.
• Un caudal de 9 m3/h para el refrigerador de aceite, con una presión entre 3
y 8 bar.
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En la capacidad de supervisar:
• Corriente consumida por el motor de la bomba de refrigeración.
• Caudal en la línea.
• Presión en la línea.
• Presión a la entrada y salida del sistema de refrigeración auxiliar.
• Caudal en la línea del sistema de refrigeración auxiliar.
Y debe estar en la capacidad de controlar:
• Dispositivos de señal y alarma.
IV.6. Dispositivos de medición y control que deben tener los nuevos
sistemas de lubricación y enfriamiento
IV.6.1. Sistema de lubricación
• Un manómetro en la línea principal, después del filtro.
• Un presostato para la baja presión.
• Un presostato para la alta presión.
• Un presostato para el diferencial de presión en el filtro.
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87
• Una termoresistencia para medir la temperatura de entrada del aceite al
refrigerador a través de un PLC.
• Una termoresistencia para medir la temperatura de salida del aceite del
refrigerador a través de un PLC.
• Un termómetro para obtener una indicación local de la temperatura de
salida del aceite del refrigerador.
• Un regulador de caudal para cada cojinete, tanto del motor como de la
bomba, y el acople.
• Un medidor de flujo a la entrada de aceite para cada cojinete, tanto del
motor como de la bomba, que ofrezca una indicación local y una señal
analógica para un PLC.
• Un medidor de flujo a la entrada de aceite para el acoplamiento, que
ofrezca una indicación local y una señal analógica para un PLC.
• Un regulador de presión para la línea de entrada de aceite a los cojinetes
del motor.
• Un manómetro para tener una indicación local de la presión de entrada a
los cojinetes del motor.
• Vidrios de observación de flujo a la salida de cada cojinete, tanto del motor
como de la bomba, y del acople.
• Una termoresistencia para medir la temperatura de cada cojinete, tanto del
motor como de la bomba, y el acople; a través del PLC.
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88
• Un termómetro para obtener una indicación local de la temperatura de cada
cojinete, tanto del motor como de la bomba, y el acople.
• Un medidor de nivel de aceite en el depósito, supervisado por PLC.
IV.6.2. Sistema de refrigeración
IV.6.2.1. Sistema principal
• Un amperímetro para la medición de la corriente utilizada por el motor de la
bomba de enfriamiento.
• Un manómetro para indicación local de la presión en la línea.
• Un presostato para baja presión.
• Un presostato para alta presión.
• Un medidor de flujo con indicación local y una señal analógica para un PLC.
IV.6.2.2. Sistema auxiliar
• Una válvula reductora de presión con un manómetro para indicación local
de la presión a la salida de la válvula.
• Una válvula mecánica de sobrepresión.
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89
IV.7. Alternativas para el nuevo diseño
IV.7.1. Alternativa 1
La primera opción para el estudio es el caso de rehabilitar el sistema actual,
sin ninguna modificación. Se debe realizar una revisión exhaustiva de todo el
sistema, para así poder detectar con más precisión las fallas existentes en los
equipos e instrumentos de medición y control. Entre las revisiones y correcciones
más importantes tenemos:
• Realizar una revisión de las bombas de aceite, bomba de refrigeración,
depósito de lubricante, filtros de aceite, intercambiador de calor, radiadores
del motor y válvulas.
• Aplicar planes de mantenimiento a todos los equipos anteriormente
nombrados, y reemplazarlos si es necesario.
• Revisar los instrumentos de medición, como las termoresistencias, los
manómetros, entre otros, para verificar el margen de error de la lectura. Si
esta es muy grande, se debe reemplazar el dispositivo.
• Revisar y reconectar las termoresistencias del intercambiador de calor al
PLC existente, para que éste mantenga una supervisión sobre las
temperaturas de entrada y salida del aceite del refrigerador.
• Revisar el interruptor de nivel y verificar que su lectura sea la correcta y que
su ajuste sea el indicado.
=================================================================
90
• Revisar los interruptores de presión de baja y de alta de la línea de
lubricación, y el interruptor diferencial, para ver si cierran y abren
correctamente, con el parámetro ajustado. Y verificar posteriormente que
esta señal es procesada por el sistema análogo existente y su respuesta es
correcta. Reemplazar el dispositivo si es necesario.
• Reactivar el medidor de flujo en la línea de refrigeración, y verificar su
lectura con los valores reales de caudal. Reemplazar si es necesario.
• Limpieza y reparación de todos los vidrios de observación de flujo.
• Cambio de sellos en los cojinetes del motor.
• Colocar los manómetros faltantes, tanto en la succión como en la descarga
de los grupos de bombeo.
• Verificar que las llaves reguladoras de caudal de los cojinetes estén
ajustadas a un valor óptimo para cada cojinete en específico.
• Reparar los filtros de aireación y desaireación del depósito de aceite.
• Revisar el regulador de caudal del sistema auxiliar de refrigeración, para
verificar si funciona y esta bien ajustado. Reemplazar si es necesario.
• Revisar la válvula reductora de presión, verificando su correcto
funcionamiento, ya que esta es una parte muy delicada del sistema auxiliar.
Reemplazar si es necesario.
• Revisar la válvula mecánica de sobrepresión del sistema auxiliar, para ver
si abre en el valor ajustado (10 bar). Reemplazar si es necesario.
=================================================================
91
• Revisar todas las válvulas, tanto del sistema de lubricación como en el de
enfriamiento, para ver si su apertura o cierre se hacen en forma adecuada y
verificar que no tengan fugas.
• Verificar todas las uniones de la tubería en busca de fugas o malas
conexiones.
IV.7.1.1. Desventajas
• El control de la presión en la línea de lubricación y el control de nivel se
sigue dejando en manos de un sistema analógico de eficiencia dudosa y
fácilmente corruptible por cualquier operador de la estación.
• Los caudales a la entrada de cada cojinete no se supervisan. Solo se
cuenta con una válvula reguladora de caudal.
• No se tiene una medición local de temperatura en los cojinetes, ni de la
temperatura del aceite a la salida del refrigerador.
• Los interruptores de presión existentes son muy antiguos y poco eficientes,
si todavía funcionan.
• No se tiene una supervisión de ningún tipo de la presión en la línea de
enfriamiento.
=================================================================
92
IV.7.1.2. Ventajas
• Se puede poner 100% operativo los sistemas actuales de lubricación y
enfriamiento por bajo costo.
• No existe la necesidad de capacitar al personal en el manejo de nuevas
tecnologías, ya que ellos conocen el sistema analógico existente.
IV.7.2. Alternativa 2
Para la segunda opción en estudio, consideraremos un sistema totalmente
supervisado por el PLC, ya sea el existente con una ampliación, o uno nuevo más
actualizado. Todas las revisiones y correcciones anteriormente nombradas se
deben realizar independientemente de la alternativa escogida, y para ésta se
deben tomar en cuenta otras revisiones, como lo son:
• Las señales de los interruptores de presión de alta, baja y diferencial del
filtro y de la línea de lubricación deben ser dirigidas al PLC. Si estas
señales no son compatibles, se debe instalar un transductor o cambiar el
interruptor.
• La señal del interruptor de nivel debe ser dirigida al PLC. Si estas señal no
es compatible, se debe instalar un transductor o cambiar el interruptor.
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93
• Se debe cambiar el caudalímetro del sistema de refrigeración por uno que
tenga una indicación local y una señal analógica para un PLC.
• Se debe instalar un amperímetro para medir el consumo de corriente del
motor de la línea de refrigeración.
• Se deben instalar caudalímetros en las entradas de aceite lubricante a los
cojinetes de motor y bomba, y en el acople, que tengan una indicación local
y una señal analógica para un PLC.
• Se deben instalar interruptores de presión de alta y baja en la línea de
refrigeración con su señal dirigida al PLC.
• Se debe instalar un tablero con luces indicativas de alarma dentro del
cuarto de control, controladas por el PLC.
• Se debe instalar un termómetro de indicación local en cada cojinete de
motor y bomba, en el acople, y en la salida del aceite del refrigerador.
IV.7.2.1. Desventajas
• El costo implicado en la compra e instalación de los nuevos dispositivos de
medición.
• El costo implicado en la ampliación del PLC actual o compra de un nuevo
sistema PLC.
• El sistema debe ser actualizado con mucha regularidad, debido al avance
de la tecnología.
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94
• La necesidad de capacitación del personal en el funcionamiento del PLC y
en el manejo de su software, para posteriores reparaciones a nivel lógico.
• El costo implicado en la adquisición de nuevos equipos para poder realizar
configuraciones del PLC en campo por personal existente en la estación.
IV.7.2.2. Ventajas
• Se está utilizando una tecnología actual de gran confiabilidad y eficiencia.
• Se esta supervisando una gran cantidad de parámetros críticos que antes
no se estaban controlando.
• En comparación con el sistema analógico actual, el espacio que ocuparía
un PLC y un tablero de luces indicativas de alarma es mucho mas pequeño.
• Este sistema es imposible de corromper por personal que no este
familiarizado con su funcionamiento, ya que su acceso solo es por vía
software.
• El PLC en su mayoría, solo da alarmas cuando los parámetros no son los
establecidos en el software, dejando en manos de los operadores las
correcciones pertinentes, evitando así gastos extras por mayor
automatización y manteniendo el control en manos del personal.
• Este sistema puede llevar un registro de los parámetros críticos más
importantes por lapsos de tiempo establecidos.
• El sistema es mas sencillo y más fácil de manejar.
=================================================================
95
• Su mantenimiento es muy sencillo.
Basado en las ventajas y desventajas expuestas para cada alternativa, se llego
a la decisión de escoger la N °2, aunque represente mayores costos a la
compañía, es la que ofrece mayor confiabilidad y una supervisión más amplia de
todos los parámetros que de una u otra forma influyen significativamente en el
buen funcionamiento de los sistemas de lubricación y enfriamiento.
Pero estos costos no se comparan con el dinero que sería necesario invertir
para la sustitución de un grupo de bombeo, que sería un alrededor de 1.100.000
dólares. Un PLC que permita supervisar todos los parámetros necesarios y de las
especificaciones esperadas, tiene un precio entre los 8.000 y los 12.000 dólares,
que sería solo un pequeño porcentaje de los valores de los equipos completos.
IV.8. Estudio de la alternativa seleccionada
IV.8.1. Funcionamiento teórico del nuevo sistema de lubricación
El plano de P&ID del sistema explicado se encuentra en el Apéndice F y el
plano PDF en el Apéndice G.
El aceite es succionado del depósito (DL-01), a presión atmosférica,
durante el funcionamiento por la bomba principal (BL-01), con un caudal de 150
L/min y elevando su presión a 4; o la bomba auxiliar (BLA-02) en el arranque o
=================================================================
96
desconexión,, con el mismo caudal y presión. Luego el aceite pasa por el filtro (FL-
01 ó FL-02), retirando todo tipo de partículas metálicas o no metálicas.
Posteriormente el aceite es dirigido al intercambiador de calor aceite-agua
(ICLA-01), donde es bajada su temperatura de 56 °C a 40 °C, para luego ser
dirigido a los cojinetes.
En cada cojinete existe una llave reguladora de caudal, para mantener un
flujo de lubricante estable y continuo. El aceite ya pasado por los cojinetes (CA-B-
NA, CR-B-NA, CR-B-A, ACOPLE, CR-M-A y CR-M-NA), es recolectado en una
tubería y llevado al depósito para comenzar el ciclo nuevamente.
IV.8.2.- Dispositivos de control y supervisión para la lubricación
Los dispositivos de control para este sistema son todos supervisados por el
PLC (véase Apéndice F). Estos son:
• Tres vidrios de observación (LI-01) para verificar el nivel localmente en el
depósito de aceite lubricante.
• Un interruptor de bajo nivel (LSL-01) en el depósito de aceite lubricante.
• Dos válvulas de alivio (PSV-01 y PSV-02) en la línea de lubricación,
ajustadas a 2 bar
• Un interruptor de presión diferencial (PDS-01) en el filtro, ajustado a 0,8 bar.
=================================================================
97
• Un interruptor para la baja presión (PSL-01) en la línea de lubricación,
ajustado a 1,8 bar.
• Un interruptor para la alta presión (PSH-01) en la línea de lubricación,
ajustado a 3,2 bar.
• Un manómetro (PI-01) en la línea de lubricación, para verificación local de
la presión.
• Una termoresistencia (TT-01) para la medición de la temperatura del aceite
a la entrada del refrigerador.
• Una termoresistencia (TT-02) para la medición de la temperatura del aceite
a la salida del refrigerador.
• Un termómetro (TI-01) para la verificación local de la temperatura del aceite
a la salida del refrigerador.
• Una termoresistencia para cada cojinete y el acople (TT-03, TT-04, TT-05,
TT-06, TT-07 Y TT-08) para la medición de temperatura de estos.
• Un termómetro local para cada cojinete y el acople ( TI-02 , TI-03, TI-04,
TI-05, TI-06 Y TI-07) para la verificación local de la temperatura de estos.
• Un medidor de caudal con indicación local y señal análoga para cada
cojinete y el acople (FT-02, FT-03, FT-04, FT-05, FT-06 Y FT-O7) para
medir el caudal de entrada de aceite lubricante a los cojinetes.
• Un vidrio de observación para cada cojinete y el acople (FI-01,FI-02,FI-
03,FI-04,FI-05,FI-06 Y FI-07) para verificación de flujo localmente.
=================================================================
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• Un manómetro (PI-02) para la verificación local de la presión en la linea de
lubricación de los motores.
IV.8.3. Funcionamiento teórico del sistema de refrigeración
El plano del P&ID del sistema explicado se encuentra en el Apéndice F y el
PFD en el Apéndice G.
El agua es tomada de la succión del grupo de bombeo por la bomba
centrífuga (BAA-01), con un caudal de 77 m3/h y elevando su presión a 3 bar.
Alternativamente existe un sistema auxiliar en caso de que esta bomba falle, que
toma el agua desde la descarga del grupo de bombeo, con una presión de 42 bar,
pasándola por una válvula reductora de presión (PCV-01), bajándola a 4 bar. En
esta línea existe una válvula de alivio de seguridad (PSV-03), ajustada su apertura
a 10 bar.
Posteriormente, el flujo de agua se divide en dos. Uno de ellos con caudal
de 68 m3/h y presión de 3 bar es dirigido a los radiadores del motor (ICAA-01 y
ICAA-02), y el otro con un caudal de 9 m3/h y la misma presión, es dirigido al
refrigerador de aceite (ICLA-01). Finalmente se vuelven a unir y retornan a la
succión del grupo de bombeo.
=================================================================
99
IV.8.4. Dispositivos que controlan y supervisan el sistema de refrigeración
• Interruptor para baja presión (PSL-02) en la línea de refrigeración, ajustado
a 2 bar.
• Interruptor para alta presión (PSH-02) en la línea de refrigeración, ajustado
a 10 bar.
• Un manómetro (PI-03) para verificación local de presión en la línea de
refrigeración.
• Una válvula reductora de presión (PCV-01) para reducir la presión en la
línea auxiliar de refrigeración.
• Una válvula de alivio (PSV-03) en la línea auxiliar de refrigeración, ajustada
a 10 bar.
• Un caudalímetro con indicación local y señal para un PLC (FT-01 y FI-01)
en la línea de refrigeración.
• Un amperímetro con indicación local (IE-01) para la bomba de refrigeración.
• Válvulas de reparación o servicio.
IV.8.5. Problemas que se pueden presentar en los sistemas de lubricación y
enfriamiento del nuevo diseño
Para este diseño se considera todas las variables conectadas al PLC, y
éste tiene en el cuarto de control un tablero con luces indicativas de fallas y una
alarma.
=================================================================
100
Tabla 7. Cuadro de fallas del nuevo diseño
Problema Causa Actuación del PLC
El interruptor de presión
diferencial indica un valor
mayor o igual a 0,8 bar.
Tamices de los filtros
tapados.
Disparo de luz “Presión
diferencial filtro alta” y
alarma por PLC.
El nivel en el depósito de
aceite es el mínimo
permitido.
Fugas en el sistema de
lubricación.
Disparo de luz “Fluido
lubricante bajo” y alarma
por PLC.
El termómetro a distancia
en la salida de aceite en el
refrigerador de aceite
marca una temperatura
mayor o igual a 45 °C.
-Disminución del caudal
de agua de refrigeración.
- Refrigerador necesita
mantenimiento.
Disparo de luz
“Temperatura salida
refrigerador alta” y alarma
por PLC.
El interruptor de baja
presión en la línea de
lubricante indica un valor
menor o igual a 1,8 bar.
-Fugas u obstrucción en la
línea de lubricación.
-Falla de la bomba
principal de aceite.
-Fallas en las válvulas de
retorno.
-Disparo de luz “Presión
baja línea lubricación”y
alarma por PLC.
-Encendido de la bomba
auxiliar.
- Desconexión del grupo.
El interruptor de baja
presión en la línea del
lubricante indica una
presión menor o igual a
1,8 bar durante el
arranque.
-Fugas u obstrucción en la
línea de lubricación.
-Falla de la bomba auxiliar
de aceite para el
arranque.
-Fallas en las válvulas de
retorno.
-Disparo de luz “Presión
baja línea lubricación” y
alarma por PLC.
-Se impide el arranque del
grupo.
=================================================================
101
El interruptor de alta
presión el la línea de
lubricación indica un valor
mayor o igual a 3,2 bar.
-Obstrucción en la línea
de lubricación.
-Falla en las válvulas de
retorno.
Disparo de luz “Presión
alta línea lubricación” y
alarma por PLC.
El medidor de caudal en la
línea de refrigeración
indica un valor menor o
igual a 1166 L/min.
-Falla en la bomba de
refrigeración.
-Fuga en el sistema de
refrigeración.
- Obstrucción en el
sistema de refrigeración.
Disparo de luz “Caudal
bajo línea refrigeración” y
alarma por PLC.
El medidor de caudal en la
línea de refrigeración
indica un valor menor o
igual a 1166 L/min durante
el arranque.
-Falla en la bomba de
refrigeración.
-Fuga en el sistema de
refrigeración.
- Obstrucción en el
sistema de refrigeración.
-Disparo de luz “Caudal
bajo línea refrigeración” y
alarma por PLC.
- Se impide el arranque
del grupo.
El termómetro a distancia
de los cojinetes del lado
accionado o no accionado
de la bomba indican una
temperatura mayor a 55
°C.
-Desgaste excesivo del
cojinete.
-Disminución del caudal a
la entrada del cojinete.
-Disparo de luz
“Temeperatura cojinete
radial NA/A bomba alta” y
alarma por PLC.
-Arranque de bomba
auxiliar de lubricación.
- Desconexión del grupo.
El termómetro a distancia
del cojinete de carga axial
plano indica una
temperatura mayor o
iguala 55 °C.
-Desgaste excesivo del
cojinete.
-Disminución del caudal a
la entrada del cojinete.
-Disparo de luz
“Temperatura cojinete
axial bomba alta” y alarma
por PLC.
-Arranque bomba auxiliar
lubricación.
-Desconexión del grupo.
=================================================================
102
El caudal de entrada de
aceite al uno o varios de
los cojinetes radiales es
menor a 15 L/min para la
bomba y 9,2 L/min para el
motor.
-Obstrucción en la línea
de entrada al cojinete.
-Problemas con la bomba
de aceite principal.
- Filtros obstruidos.
-Disparo de luz “Caudal
aceite bajo cojinete radial
bomba/motor” y alarma.
El caudal de entrada de
aceite a uno o varios de
los cojinetes axiales es
menor a 45 L/min.
-Obstrucción en la línea
de entrada al cojinete.
-Problemas con la bomba
de aceite principal.
- Filtros obstruidos.
Disparo luz “Caudal aceite
bajo cojinete axial
bomba/motor” y alarma
por PLC.
El caudal de entrada de
aceite al acoplamiento es
menor a 5 L/min.
-Obstrucción en la línea
de entrada al acople.
-Problemas con la bomba
de aceite principal.
- Filtros obstruidos.
Disparo luz “Caudal aceite
bajo acoplamiento” y
alarma por PLC.
La presión en el sistema
de refrigeración es menor
a 3 bar.
-Falla en la bomba de
refrigeración.
- Fuga en alguna parte de
la línea
Disparo de luz “Presión
refrigeración baja” y
alarma por PLC.
La temperatura en
cualquiera de las ranuras
del motor tiene una
medición mayor a 115 °C.
-Radiadores obstruidos.
-Disminución del caudal
de agua de refrigeración.
-Exceso de carga al motor
-Disparo de luz
“Temperatura alta ranuras
motor” y alarma por PLC.
-Arranque bomba auxiliar
lubricación.
-Desconexión del grupo.
La presión en el sistema
de refrigeración es mayor
a 10 bar.
-Falla en la válvula
reductora de presión.
-Falla en la válvula de
alivio.
Disparo de luz “Presión
alta refrigeración” con
alarma por PLC.
=================================================================
103
V.8.6. Especificaciones técnicas y proveedores de los equipos de medición
necesarios en este proyecto
Si consideramos que después de la revisión de los dispositivos de medición
actuales están operativos y pueden ser utilizados en el nuevo diseño,
nombraremos a continuación los dispositivos que sería necesario adquirir para
implementar estos nuevos sistemas:
• Un medidor de flujo para las entradas de aceite lubricante para el acople,
los cojinetes radiales y el axial de motor y bomba. Este instrumento debe
estar en la capacidad de dar una indicación local (analógica o digital) y una
señal para el control del PLC (véase Apéndice H),
• Un termómetro cilíndrico de vidrio roscable con protección metálica para
medir la temperatura localmente por cada cojinete del grupo de bombeo
(véase Apéndice I).
• Una válvula reductora de presión para una tubería de 2 pulgadas de
diámetro, con una diferencia de presión de 39 bar y una válvula de alivio de
seguridad para la misma tubería y ajustable a 8 bar para el sistema auxiliar
de enfriamiento, ya que es muy probable que por la no operatividad de este
sistema, las válvulas existentes deben estar deterioradas. Para este equipo
si se consiguió un precio referencial por la compañía REVALGAS
C.A.(véase Apéndice J).
=================================================================
104
• Dos presostatos para el control de la baja y alta presión en el sistema de
enfriamiento, ajustables desde 2 bar hasta 8 bar (véase Apéndice K).
• Un medidor de flujo para el sistema de enfriamiento que posea indicación
local del porcentaje de flujo y una señal análoga 4-20 mA para el PLC. Para
este dispositivo no se pudo obtener la información.
CAPITULO V. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
Capítulo V.Conclusiones y Recomendaciones
=================================================================
106
V.1. Conclusiones
• El funcionamiento de los grupos de bombeo actualmente presenta
deficiencias en la supervisión de sus sistemas de lubricación y enfriamiento.
• Los parámetros de lubricación y enfriamiento para el funcionamiento de los
grupos de bombeo son de gran importancia para lograr un equipo confiable.
• De las dos alternativas propuestas, se escogió la alternativa dos, ya que
ofrecía una mayor supervisión de los parámetros en los sistemas de
lubricación y enfriamiento.
• La alternativa escogida presenta grandes ventajas como la confiabilidad, la
seguridad y su poco mantenimiento.
• La alternativa escogida tiene como desventajas su costo y su necesidad de
actualización frecuente.
• Para poder controlar todos los parámetros necesarios, es necesario la
instalación de dos presostatos, un caudalímetro y un amperímetro en la
línea de enfriamiento, y medidores de flujo de aceite y termómetros de
medición local en la línea de lubricación de cada cojinete.
• Prácticamente la nueva alternativa tiene una supervisión total de los
sistemas auxiliares de los grupos de bombeo, evitando casi en su totalidad
que se presente un problema que no pueda ser detectado.
• El sistema presentado solo da señales y alarmas en caso de fallas. Los
operadores mantienen el control sobre su corrección y el funcionamiento
del grupo.
=================================================================
107
• Una supervisión continua de los parámetros de lubricación y enfriamiento le
permite al personal de mantenimiento de la planta llevar un control de
lecturas, para así poder elaborar planes de mantenimiento más eficientes.
V.2. Recomendaciones
• Realizar un análisis más profundo y completo de los dispositivos y equipos
pertenecientes a la lubricación y el enfriamiento, en busca de fallas ocultas
que no pudieron ser detectadas en este estudio.
• Realizar un análisis del lubricante utilizado actualmente para ver su
compatibilidad con el sistema y buscar otros tipos de aceite que ofrezcan
mejores condiciones de operación que las actuales.
• Realizar cotizaciones más detalladas sobre los equipos necesarios para el
desarrollo de este proyecto.
• Diseñar un software para los PLC que abarque no solo los parámetros de
lubricación y enfriamiento, sino los del funcionamiento general de la bomba.
• Colocar un PLC que permita el registro de las variables medidas por cierto
tiempo.
• Motivar a la Empresa Hidrocapital a la ejecución de esta actualización, en
busca de unos sistemas de gran confiabilidad y durabilidad.
================================================================= REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
1. Munson, B. y Okiishi, T. (1999). Fundamentos de Mecánica de Fluidos.
México: Limusa.
2. Mischke, J. y Shigley, C. (2002). Diseño en Ingeniería Mecánica (6ª. edic.).
México: McGraw-Hill.
3. McNaughton, K. (1990). Bombas: Selección, uso y mantenimiento. México:
McGraw-Hill.
4. Creus, A. (2000). Instrumentación Industrial (6ª. edic.). Colombia:
Alfaomega.
5. De Witt, D. y Incropera, F. (1996). Fundamentos de Transferencia de Calor
(4ª. edic.). México: Prentice Hall.
6. Corripio, A. y Smith, C. (1999). Control Automático de Procesos. México:
Limusa.
7. Siemens. INOS Acueducto de Caracas. Sistema de Bombeo Tuy 3. Manual
de documentación técnica, tomo VII.
=================================================================
8. Línea Electrónica Toscano S.I. (en línea).
Disponible en: http://www.tei.es
9. Instrumentos de Medición Gesa (en línea)
Disponible en
http://www.termometros.com/catalogo/vidrio/industriales_vidrio_funda.htm
Apéndices
=================================================================
APENDICE A. Lista de dispositivos actuales y especificaciones
Nomenclatura DN: Según normas DIN diámetro nominal en milímetros (mm).
PN: Según normas DIN presión nominal en kilogramos sobre centímetros al
cuadrado (Kgs/cm2).
R: Rosca tipo Racor.
PT-100: Tipo de resistencia eléctrica de platino.
DIN: Deutusches Institute for Numurg. Normas utilizadas mayormente en Europa.
G: Válvulas tipo Globo.
Para poder explicar el funcionamiento y dar a conocer la situación actual de
los sistemas, se deben enumerar todos sus componentes:
1) Un recipiente para el aceite lubricante IMO:
• Contenido útil unos mil litros.
• Recubierto por fuera con dos capas de pintura de fondo y la última capa
de acabado blanco aluminio RAL 9006.
• Por dentro tratado con chorro de arena y recubierto con una mano de
“Shell Dromos B” para su conservación.
• El depósito consta de una chapa de acero y esta reforzado por perfiles
de acero, lleva una chapa de estabilización incorporada para el
refrigerador y el filtro, con una tubuladora de reflujo, DN 150, dispuesta
abajo lateralmente.
• Dimensiones principales: 1200 x 900 x 900 mm.
• Patas: 150 mm de altura
=================================================================
2) Una bomba de aceite para el arranque IMO ALA 38-4, forma N5ES,
dimensionada para las características de servicio siguientes:
• Viscosidad: 5 °E a 50 °C.
• Velocidad: 3500 RPM
• Caudal: 150 L/min
• Presión: 4 bar.
• Potencia absorbida: 3,3 CV
• Una cámara de aspiración 65G 38-4 N5ES
• Un acoplamiento clásico de árboles
• Una pieza intermedia de fundición
3) Un motor eléctrico Siemens, tipo ILA3 106-2AA91
• Potencia: 3 kW.
• Velocidad: 3500 RPM.
• Voltaje: 208 V.
• Frecuencia: 60 Hz.
• Forma constructiva 35, clase de protección IP 44, con aislamiento
tropical.
4) Un refrigerador de aceite de tres vías Gerberich, tipo ASD/ALD I/12
Colocado al lado del depósito y previsto para las características de servicio
siguientes:
• Caudal de paso de aceite: 9 m3/h.
• Viscosidad del aceite a 50 °C: 5°E
• Refrigeración del aceite: 56 a 40 °C
• Pérdida de carga a una temperatura de servicio: 7 a 8 mCA.
=================================================================
• Caudal de paso de agua: 10 m3/h.
• Calentamiento del agua: 30 a 36 °C
• Pérdida de carga de agua: 1 a 2 mCA.
• Transmisión de calor en el refrigerador: 60.000 kcal/h
• Tubos de refrigeración: latón 63
5) Un filtro doble de aceite Boll, tipo 2.02.5 DN 50:
• Conmutable
• Finura del filtro: 10 a 3 micron
• Tejido del filtro: V4A
• Cuerpo del filtro: GG
6) Una válvula de recirculación IMO GAD 40 mm S6B-615W
• Capacidad nominal: 150 lts/min.
• Zona de presión: 2 a 8 bar
7) Un interruptor diferencial presión al filtro de aceite Herión 7DD08191
• Con piezas interiores del captador de presión de acero 14401 y de latón
con dispositivo fijador del husillo.
• Sin regulación de la diferencia de conmutación.
• Tensión continua de 110 V.
• Conexiones para la presión: 2 roscas interiores R ¼” con
microcontactores, como contactos intermitentes, con enchufe Harting
Staf 6.
8) Un control de nivel Ruf HR-002/E
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• Interruptor de flotador con transmisión por imán permanente.
• Racores con bridas DIN, con enchufes Harting Staf 6 para corriente
continua de 110 V.
9) Dos termómetros de resistencia con rosca Siemens PN 10, PT 100
• Tubo de protección para ser enroscado R ½”, x 10 Cr Ni Mo TI 1810.
• W-N° 1.4571, ∅ 7,2 mm.
• Cabeza de conexión, forma B, según DIN 43729 de metal ligero, para
tensión continua de 110 V.
10) Un manómetro de resorte tubular Haenni
• Relleno de glicerina
• Diámetro de la caja: 160 mm.
• Clase I, forma A, según DIN 16064.
• Medida: 0 a 6 bar
• Mecanismo de medición resistente al desgaste y a las vibraciones
(muelle tubular y la tubuladura de conexión).
• Rosca con conexión R ½”, según DIN 259, conexión radial mirando
hacia abajo.
11) Dos controles de presión Herión tipo 7D08116
• Piezas interiores del captador de presión de acero 14401 y 14300 con
dispositivo de fijación del husillo sin regulación de la diferencia de
conmutación.
• Conexión a la presión R ¼” con rosca interior.
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• Boquilla de empalme R ½” con microconmutador, como contacto
intermitente.
• Enchufe Harting Staf 6, para tension continua de 110 V.
12) Cinco válvulas para manómetros Klinger tipo MAB-KKW-22/VII
• De acero 1040301.
• Entrada: manguito soldado para tubo de un diámetro de 12 x 1,5.
• Salida: manguito de apriete R ½”.
13) Una válvula de retención Gefa D DN50 MAA 1 ½”
• Capacidad nominal: 200 lts/min.
• Presión máxima: 10 bar.
• Caja de GG, asiento de la válvula y piezas interiores de acero.
• Embolo de la válvula de acero templado y revenido.
14) Una válvula de drenaje Nyffenegger R 1”
• Con tapa roscada de cierre R 1” PN 10, con purga del depósito
15) Tres vidrios de observación.
16) Un tapón para llenar R 2”.
17) Un filtro de aire.
18) Una tubería de retorno DN 40.
• A partir de la válvula de sobrecarga hasta el depósito.
• Tubería de acero 35.
19) Una tubería de retorno DN 150.
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19a) Una tuberia de succión DN 50.
20) Dos válvulas de drenaje para los filtros.
• Con tapas roscadas de cierre.
21) Una bomba principal de aceite IMO ACG 45-2 N2F.
• Para marcha hacia la derecha e izquierda
• Viscosidad: 37 cSt.
• Velocidad: 1790 RPM.
• Caudal: 150 L/min.
• Presión: 4 bar.
• Potencia absorbida: 3 CV.
23) Cuatro válvulas de retención Gefa D DN 50.
29) Un control de flujo (PENN CONTROLS F 61 MB-1 ½”).
30) Una estación reductora de presión Ramus.
• Tipo: Redar, serie RL.
• Diámetro nominal: 100.
• Presión antes de la válvula: 42 bar.
• Presión después de la válvula: 3 a 8 bar.
31) Una válvula de compuerta DN 100 PN1 6.
32) Dos válvulas de compuerta DN 100 PN 16.
33) Un control de flujo ASEA TIVG 125 F1.
• Margen de aplicación: 900 a 1350 L/min.
34) Una llave o válvula DN 50 PN 16.
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35) Dos llaves o válvulas DN 80 PN 16.
36) Dos vidrios para observación de flujo Teplast ME R 1”.
37) Tres vidrios para observación de flujo Teplast ME R 1 ½”.
38) Cinco reguladores de caudal.
39) Dos válvulas para manómetros G ½”.
40) Un manómetro 0 a 10 bar.
41) Un manómetro 0 a 60 bar.
42) Dos termómetros Sika 174 B G ½”.
43)Un termómetro Sika 174 B G ½”.
44) Dos termómetros de resistencia Degusa PN 10, PT 100 150°C WM40/B2.
45) Un termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100 150°C WM40/B1.
46) Un manguito-M4 G ½”.
47) Un vidrio para observación de flujo G ½” x ¾”.
48) Un válvula de sobrepresión.
• Marca: Nussbaum.
• Tipo: N° 6925, G 1 ½”.
• Presión de evacuación: 10 bar.
50) Dos válvulas DN 100, PN 16.
51) Una válvula de retención DN 65, PN 16.
52) Una bomba para la circulación de agua SULZER AZF 65-160.
• Caudal: 77 m3/h.
• Presión: 30 mCA.
• Velocidad: 3500 RPM.
Estos componentes al igual que su funcionamiento están basados en el
plano proporcionado por el proveedor de los grupos de bombeo (véase Apéndice B).
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APENDICE B. Plano de los sistemas actuales de lubricación y enfriamiento
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APENDICE C. Cuadro para el levantamiento de datos de los grupos en la
estación.
Cantidad Existencia Nivel de funcionamiento
Equipos Indicada Real SI NO 1 2 3 1.- Recipiente para aceite de lubricación IMO 1 2.- Bomba de aceite para el arranque IMO ALA 38-4 1 3.- Motor eléctrico Siemens 1LA3 106-2AA91 1 4.- Refrigerador de aceite de 3 vías Gerberich 1 5.- Filtro doble de aceite BOLL 2.0 2.5 DN 50 1 6.- Válvula de recirculación IMO GAD 40mm S6 B-615W 1 7.- Interruptor diferencial presión al filtro de aceite Herión 1 8.- Control de nivel Ruf HR-002/E 1 9.- Termómetro de reistencia con rosca Siemens PN 10, 2 10.- Manómetro de muelle tubular Haenni 1 11.- Control de presión Herión 7D08116 2 12.- Válvula para manómetro Klinger MAB-KKW-22-VII 5 13.- Válvula de retención Gefa D DN 50 MAA 1 1/2" 1 14.- Válvula de drenaje Nyffenegger R 1" 1 15.- Vidrio de observación 3 16.- Racor para llenar R 2" con filtro 1 17.- Filtro de aire para la aireación y desaireación 1 18.- Tubería de retorno DN 40 ó PN 10 1 19.- Tubería de retorno DN 150 1 19a.- Tubería de succión DN 50 1 20.- Válvula de drenaje del filtro 2 21.- Montaje completo desde el 1 hasta el 20 22.- Bomba principal de aceite IMO ACG 45-2 N2F 1 23.- Válvula de retención Gefa D DN 50 4 24.- 25.- 26.- 27.- 28.- 29.- Control de flujo ( PENN Controls F 61 MB- 1 1/2 " ) 1 30.- Estación reductora de presión Ramus 1 31.- Válvula compuerta DN 100 PN16 1 32.- Válvula compuerta DN 100 PN16 2 33.- Control de flujo ASEA TIVG 125 F-1 1 34.- Llave o válvula DN 50 PN16 1 35.- Llave o válvula DN 50 PN16 2 36.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1" 2 37.- Vidrio para observación del flujo Teplast ME R 1 1/2 3 38.- Regulador de caudal 5 39.- Válvula para manómetros G 1/2" 2 40.- Manómetro 0 - 10 bar 1 41.- Manómetro 0 - 60 bar 1
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42.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.76 2 43.- Termómetro Sika 174 B 022.955.820.64 1 44.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 2 45.- Termómetro de resistencia Degusa PN 10, PT 100, 1 46.- Manguito - M4 020.855.10 -003 G 1/2" 1 47.- Vidrio para observación del flujo G 1/2"x 3/4" - 666 1 48.- Válvula de sobre presión 1 49.- 50.- Válvula DN 100, PN 16 2 51.- Válvula de retención DN 65 , PN 16 1 52.- Bomba para circulación de agua SULZER AZF 65 - 1 Nivel de funcionamiento: 1: Funcionamiento óptimo, sin ningun síntoma de falla 2: Funcionamiento con síntoma de falla 3: Inoperativo por falla terminal
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APENDICE D. Cuadro de posibles fallas que se puedan presentar tanto en el
sistema actual como en el nuevo diseño.
Problema Causas Actuación del PLC
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APENDICE E. Normas ISA
Las normas ISA (Instrument Society of America) tiene por objeto establecer
sistemas de designación (códigos y símbolos) de aplicación a las industrias en
general. A continuación se presentará unos cuadros de cómo usar los símbolos,
números y letras para elaborar los planos:
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APENDICE F. P&ID para los sistemas de lubricación y enfriamiento del nuevo
diseño.
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APENDICE G. PFD para los sistemas de lubricación y enfriamiento del nuevo
diseño.
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APENDICE H. Medidor de flujo.
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APENDICE I. Termómetros para la medición local.
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APENDICE J. Válvulas reductoras de presión y válvula de alivio.
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APÉNDICE K. Presostatos
