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Estas unidades son de las primeras que se empezaron a controlar por medio de la medición de vibraciones allá por el año 2001.

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El análisis del caso.

Los generadores de esta planta tienen un comportamiento histórico muy bueno desde la óptica de la condición dinámica, se han presentado problemas a lo largo de la historia más por cualesquiera otras causas que por problemas mecánicos, son equipos muy robustos diseñados para trabajar muchos años, en este caso este grupo generador data del año 1972.

En lo que se tiene de historia registrada de las vibraciones de esta unidad, se han mantenido valores muy bajos, normalmente por debajo de 3 mm/s (en velocidad rms) y con valores bajo las 100 µm (en desplazamiento p-p); excepto en eventos aislados respecto a las condiciones nominales de trabajo.

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Hasta aquí se puede observar que en la mayoría de los casos (como se indicó exceptuando un par de eventos aislados) el comportamiento de las vibraciones radiales había sido mucho más que aceptable.

Desde la perspectiva axial (luego volveremos sobre este punto) tanto estos datos en velocidad como los siguientes de desplazamiento, siempre fueron considerados y analizados como aceptables.

En el año 2007 se cambió la base de datos pero igualmente no había indicios de ningún tipo de problema dinámico en las unidades que se estaban monitoreando.

Se mantuvo una rutina de inspección trimestral para los cojinetes de las unidades y todo continuaba sin mayores cambios hasta el mes de abril del 2009.

Cojinete A dirección vertical

Cojinete A dirección horizontal

Cojinete A dirección axial

Nótese el comportamiento y magnitudes de las vibraciones a lo largo del periodo en análisis; más adelante vamos a analizar un poco el comportamiento de los espectros. La fecha marcada con el recuadro verde es el 30-04-2009.

El 22 de abril se había realizado la medición rutinaria de la unidad y se determinó un leve aumento en las magnitudes de las vibraciones; no así en su comportamiento (análisis de espectros)

Esta información es un extracto del informe que se generó en esa fecha.

Nótese que en este caso (cojinete B, dirección radial) el pico de la vibración da un salto que, por efecto de la escala, parece muy radical, pero en términos de la magnitud no ha alcanzado el valor de 1.0 mm/s rms.

Misma situación se da en las vibraciones axiales, cuyo crecimiento inclusive es mucho mayor que lo observado en las radiales, sin embargo el valor 2.5 mm/s (rms) aún no es para salir a declarar una situación de alarma, máxime con cojinetes planos sin compromiso axial.

La situación “anormal” se considera tolerable, aún así se dio una voz de alerta y se decide reducir el tiempo entre inspecciones, de hecho la condición a ambos lados del generador tenía sus semejanzas, igualmente algunas diferencias; las vibraciones radiales se comportaban algo distintas en los dos rodetes, pero el empuje axial si era muy similar y con cambio de comportamiento en ambos cojinetes.

El día 30 de abril se nos llamó de la planta porque, según los operarios de la misma, cito: “las vibraciones eran muy altas y se puede ver como se mueve el eje axialmente...”. Se procede a medir nuevamente la unidad.

De nuevo, se resalta el aumento de la vibración, pero los valores no son peligrosamente altos, sin embargo aunque no se pudo medir las vibraciones tan altas como las reportadas si se pudo apreciar el movimiento axial del eje y se recomendó parar la unidad.

Se encontraron dos tornillos quebrados, varios seguros fallados, separada la brida del rotor, soltura en otros pernos, entre otras fallas.

Como se ve en la gráfica espectral del cojinete en la dirección horizontal (el comportamiento es idéntico para la dirección axial, gráfico anterior) del 23-04 al 30-04 se presentó un aumento pero conservando el patrón de vibraciones normal de la máquina.

Cuando se descubren los tornillos fallados, con pérdida de apriete, se inicia un proceso de análisis para determinar la causa de la falla de los pernos, se acude a una universidad con el laboratorio de materiales para el análisis respectivo y nos confirma que los tornillos fallaron por un problema de fatiga.

El interés de este artículo no es entrar a analizar el tema de la falla de los tornillos, la especialidad nuestra no es la metalurgia por lo que no nos vamos a adentrar en esa especialidad.

Se cambiaron los pernos dañados, se vuelve a resocar todo el conjunto, se hacen unos cambios en el diseño de las arandelas y se echa a andar la unidad. Nótese que en la medición del 15-06-09 el pico de vibración a 2X aparece a una magnitud inclusive menor que el record histórico que se tenía hasta antes de la falla. Se decide que dada la naturaleza de la falla se va a monitorear con intervalo de 30 días (anteriormente era 90 días).

La siguiente alarma del personal nos llegó el día 23-07-09 (igual comentario que el expuesto en el primer caso) los resultados se evidencian en la medición de esa fecha.

Las vibraciones se dispararon inclusive por encima de los valores encontrados cuando se descubre la primera falla de los tornillos, el patrón no ha cambiado considerablemente, en un periodo de menos de 30 días.

En esta ocasión sólo se encuentra un perno fallado, pero se pierde el apriete de varios más, los espectros dan ahora más evidencias de un problema de desalineación, situación difícil de justificar en este tipo de montaje, pero la forma del espectro y la aparición más marcada de armónicas de la frecuencia de 2X, obliga a replantear cuál es la causa raíz para el fallo de los pernos, más allá de un problema de fatiga de material. Se procede a realizar una medición ultrasónica de los tornillos para asegurar la integridad de los pernos que soportaron esta segunda falla.

Al analizar el primer trabajo realizado aparecen situaciones (que no son resorte de este análisis) que pueden dar pie a pensar que si se hubiese hecho de otra forma, el resultado quizá hubiese sido mejor, pero aún queda el sinsabor que no se puede dar una ventana previa a la falla, es un problema mecánico y aún así no está dando indicios de su inicio no está dando un lapso Falla potencial (Fp) – Falla funcional (Ff); por lo que pronosticar cuál puede ser el comportamiento esperado se convierte en un compromiso para los que estamos trabajando en la confiabilidad del equipo.

Luego de esta segunda falla, se procedió a cambiar unos pernos (había algunas dudas con el material) se procedió a torquear de acuerdo a lo que indica el fabricante, se modificó el diseño del separador y se rearmó el conjunto, obviamente se vuelven a tomar las mediciones de las vibraciones y se pone en funcionamiento la unidad. Los resultados de esta medición se discutirán más adelante.

En este punto tenemos una unidad generadora de 35 Mva que ha fallado dos veces por un problema mecánico y el análisis de la condición dinámica no dio marcas de falla luego de cada uno de los trabajos que se realizaron y la máquina cae vertiginosamente a Ff sin tiempo de reacción para tomar medidas previas a la falla.

En un periodo de diez (10) días la máquina falla de nuevo

Y de nuevo los valores alcanzados (tanto los mostrados en los espectros, como los medidos en overall) están muy por debajo de los valores considerados altos o de peligro en este tamaño de generadores; no obstante el cambio llama poderosamente la atención (dado el background de la máquina) y se decide volver a revisar los pernos de sujeción; resultado: dos tornillos fallados completamente y dos no pasan la prueba de ultrasonido.

Se puede observar que las lecturas del 07-08-09 (posterior a la segunda reparación) prácticamente no son perceptibles por el instrumento, ambas mediciones en igualdad de condiciones, dando como resultado que se decida volver a parar la unidad. Se repite el procedimiento de revisión, pero se incluye una posibilidad que no se había explorado anteriormente.

Mediante la IVR se puede observar que los soportes (ribs) que sujetan la brida al tambor del rotor (rotor wheel), que a su vez sostienen los brazos del generador fueron las que fallaron originalmente.(¿O quizá al contrario?)

Al descubrirse esta falla se replantea toda la estrategia de atención y de solución al problema de las soldaduras reventadas y se inicia un proceso de desarme importante para la unidad generadora.

Reflexiones y conclusiones del caso

Las condiciones de esta falla nos han obligado a replantear las condiciones del monitoreo de la condición:

ü Las variables que se controlan en estas unidades

ü El nivel de inspección que requieren estos equipos

ü La confiabilidad en la información recopilada

ü Los resultados esperados de la medición de la condición dinámica

ü El comportamiento normal esperado en conjuntos mecánicos, entre otras cosas.

Si las reventaduras de la soldadura fue lo primero que sucedió, no hay manifestaciones de ningún tipo de soltura en el periodo de análisis de este conjunto (ni de otros similares).

La fatiga de los pernos de igual manera se debió “observar” con las vibraciones como un problema paulatino que debió manifestarse previo a la fractura de los mismos.

Los soportes de la brida de soporte del eje (ribs) que van soldados a la masa rotórica (los que se aprecian reventados), debieron haber tenido un comportamiento de tipo oscilante que debió observarse en los espectros como un problema de desalineación.

Las vibraciones axiales; volvamos un poco sobre este punto. Las recomendaciones de las normas son muy claras al decir que de no existir limitantes a movimiento axial no es necesario su control; sin embargo todos los que “hacemos vibraciones”, la experiencia nos ha indicado que algunos comportamientos en la dirección axial son señales importantes de problemas mecánicos y por esa causa las seguimos midiendo, aunque algunos expertos insistan que no son peligrosas. En este caso en particular, a pesar que los cojinetes planos no tienen compromiso en esa dirección, siempre ha sido rutinaria su medición, análisis de tendencia, etc., pero en este caso y revisando ahora la mecánica de la falla, nos preguntamos:

Porqué nunca se pudo “ver” un empuje axial en ninguno de los dos cojinetes?, Porqué si existía un movimiento oscilante entre las caras de la brida y que se debió traducir como un rodete desbalanceado en voladizo, este comportamiento nunca se pudo determinar?

Se parte del supuesto que las condiciones dinámicas de cualquier conjunto mecánico deben cambiar ante un cambio de sus partes o su comportamiento, pero estos conjuntos no se apegaron a la conducta esperada de acuerdo a los criterios modernos del PdM o a lo que indican los gurús del Predictivo en materia de pronóstico de fallas mayores, la ventana Fp – Ff (Nowlan-Heap) no ha sido suficiente para detener la falla funcional de los conjuntos.

En materia de pronóstico la falla de estos generadores me han demostrado que las herramientas para evitar daños mayores nunca son suficientes, cuando de equipos principales se trata; ahora bien:

Mi interés no es disminuir la atención, restarle importancia a la evaluación de la condición, concluir que el análisis de vibraciones no es importante, que las herramientas de PdM no son efectivas, nada de eso; soy fiel creyente que el PdM es la mejor arma que se tiene actualmente para optimizar la gestión de activos y el análisis de vibraciones sigue siendo un instrumento poderoso dentro de todas las técnicas predictivas disponibles; por el contrario espero que este artículo sirva para que otros profesionales interesados en la confiabilidad compartan no solo sus experiencias positivas, sino que todos pudiésemos aprender de casos fallidos, que quienes se tomen la molestia de leer esta experiencia, compartan sus criterios, nos cuenten dónde pudimos haber fallado, qué mejoras se pueden implementar en el análisis de vibraciones, qué otras técnicas se pueden complementar (creo que esto es la clave dentro del predictivo) para evitar este tipo de fallas, escuchar (leer) criterios de colegas que pudiesen, ya sea, tener equipo en similares condiciones, o fallas silenciosas que puedan conducir a situaciones como las que estamos atendiendo ahora; en fin buscar el foro, la discusión, el intercambio de criterios, nuevas herramientas, más experiencias, todo lo que un foro de profesionales debería brindar como espacio de crecimiento profesional.

Finalmente es importante recalcar que la información incluida en el artículo es una pincelada de una gama mucho más amplia de mediciones y pruebas que se realizaron a la unidad generadora, las características de equipos no se incluyen en el artículo por asuntos de política interna, los mismos se encuentran calibrados y confiables; por lo que se puede descartar un problema de la lectura, además quienes realizan las mediciones son certificados nivel I (al menos) lo que puede asegurar que la información recopilada es confiable.

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