Oro en las Colinas

Un Caso de estudio de Sur America

Por Bill Kilbey 

Los problemas de la bomba son comunes, y localizar las fallas a menudo implica más que simplemente el análisis del espectro. En este caso histórico, el análisis de la forma de ondas de tiempo, el análisis de fase, el conocimiento del sistema de la bomba, la carga del cojinete y el conocimiento motriz de la construcción, fue todo necesario para diagnosticar y reparar el problema. Las bombas verticales tienen un conjunto extraordinario de problemas. La mayor parte del análisis de tiempo es realizado con lecturas de vibración tomadas del motor porque la bomba es generalmente inaccesible. 

Figura 1 - Cinco bombas verticales en una gran mina de oro en Sur America

Las bombas analizadas aquí fueron instaladas para levantar la producción de oro en una gran mina de oro  en Sudamérica. ¡La mina esta situada a una altitud de 15.000 pies! Cinco bombas fueron instaladas y comisionadas. Las bombas son conocidas como "bombas de solución estériles", como el oro, la plata y otros elementos han sido quitados de la solución. La solución entonces es circulada por un lecho de lixiviación de piedras aplastadas para llegar a "embarazarse" de los elementos. Los mecánicos y los operarios notaron la "alta vibración" pero una investigación no fue iniciada hasta que un motor fallo. Un consultor fue llamado y el diagnóstico de "resonancia en velocidad de trabajo" fue el resultado de su prueba. Ninguna acción fue tomada para corregir esta condición. Dentro de tres meses, dos  motores más habían fallado, así que otro consultor fue convocado. El también diagnosticó resonancia, y recomendó una modificación del diseño a la cabeza de la bomba. 

Figura 2- Datos de Vibración de la Bomba # 8

Un conjunto de datos de vibración fue tomado para referencia antes de las modificaciones. Los datos en la figura 2 muestran todos los puntos motrices en la bomba # 8. Los niveles más altos están en la velocidad de la vuelta 1X, en línea con la cabeza de descarga, que fue también el caso en la bomba #10. Es interesante notar que los niveles más altos de la vibración están en el fondo del motor. Esto es anormal, y el análisis de fase fue necesario para comprender la forma de deflexión de la bomba. La lectura más alta está en la posición de MIH en la bomba # 10, mostrada en la figura 3. Note el muy alto pico de la velocidad de la vuelta 1X en más de 3 pul/seg. pk. La Figura 4 muestra las ubicaciones de la medida y las amplitudes en la bomba #10. 

Una prueba negativa promedio de bomba fue realizada para comprender mejor las frecuencias naturales. Los resultados son mostrados en la figura 5. El Promedio negativo es un proceso de dos paso. Primero los datos de la máquina son registrados junto con la excitación del impacto. En este caso la excitación fue proporcionada a través de un mazo de caucho (fue realmente un martillo modal, pero sólo utilizado como un instrumento para excitar la resonancia). El segundo paso implica registrar la vibración sin la excitación del impacto. El "valle" a la derecha del marcador del cursor en 3510 CPM es donde la vibración de la velocidad corriente es restada. 

Figura 3 - Bomba # 10 en posición horizontal

El primer pico estrecho en aproximadamente 480 CPM es el primer modo (rayo voladizo). Este modo puede ser excitado por el flujo de la turbulencia o por frotación e impacto. En este caso, este modo fue sin preocupaciones. El segundo modo es mostrado como el grupo de picos de 2400 CPM a 4400 CPM. El grupo ancho de picos sugiere que este modo es altamente amortiguado. Las lecturas de la fase también fueron tomadas de la bomba y el motor con un recolector de datos de dos canales, y estos apoyaron la idea que un problema de resonancia podía existir. Con la parte superior del motor y la bomba moviéndose 180° fuera de fase con el punto en el fondo del motor, la forma clásica de "S" del segundo modo puede ser vista. Una prueba de análisis de la forma de de flexión operando totalmente no fue realizada. 

Figura 4 - Lugares de la toma de lecturas y amplitudes de la bomba # 10

Se realizo a un intento para balancear el motor el anillo superior de balanceo. Los vectores de la amplitud y la fase no respondieron a varias pesas grandes de prueba. El cople fue verificado para la instalación correcta y la máquina fue verificada para desalineación y eje doblado. Todo fue determinado a ser satisfactorio por el representante del fabricante de la bomba. La base fue evaluada por flexión o movimiento, pero estos resultados también fueron considerados normales.

Figura 5 - Prueba de golpe 1 y 2do modo.

Llegué al mismo tiempo que un representante del fabricante de la bomba. El planeó implementar cambios al diseño que fueron pensados para endurecer la cabeza de la bomba. La figura 6 muestra la bomba después de que estos cambios fueron hechos.  

Figura 6 - Endurecedor añadido a la cabeza de la bomba

Los datos de la vibración fueron tomados antes y después de que las modificaciones fueran hechas a la bomba # 8. A pesar de una reducción del 25% en la amplitud, los niveles fueron todavía inaceptables para la operación a largo plazo y confiable.  

El resultado fue que los refuerzos no fueron muy efectivos. Las funciones de fuerza y los modos de falla necesitaban ser evaluados para resolver el problema. El motor de la bomba # 10 tuvo una falla durante el proceso de prueba. Los datos mostrados en la figura 7 es un espectro con una velocidad de vuelta y harmónicos de 1X. Esto puede ser asociado con la holgura interna o el impacto. 

La forma de ondas del tiempo en la figura 8 son muy asimétricas y truncas (+5.5 G-sa-1.92G-s). Esto muestra claramente impacto y frotación. Note los dos grandes impactos en cada revolución del eje. Son muy repetitivos. Este motor falló poco después de que estas lecturas fueron tomadas y fue removido a una facilidad para su inspección y reparación.  

Otro vista a los datos espectrales en la aceleración de la bomba #10 (Fig. 9) muestra un pico síncrono grande en el área de la frecuencia de paso de la barra del rotor (RBPF). Las bandas laterales son espaciadas en la velocidad de vuelta 1X. Esto es un indicador común de la excentricidad dinámica. El rotor puede estar fuera de serie, o el cojinete puede estar suficientemente flojo para permitir al rotor viajar en un sendero excéntrico.  

Figura7- Espectro en la bomba # 10	Figura 8 - Forma de onda en la bomba # 10

Figura 9 - Espectro con bandas laterales en la bomba # 10

Una prueba de la órbita también fue realizada. La órbita (derivada de datos filtrados de aceleración) reveló el movimiento del cojinete. 

El cojinete superior transportador de ensamble para el motor es mostrado en la figura 10. De la placa del motor podíamos ver que los cojinetes primeros fueron 7226 BCB cojinetes angulares de contacto. El área del sello fue irritada severamente del ensamble del cojinete transportador. Esto es normalmente un. 010" -.015” al cojinete cuando esta en operación.  

Figura 10 - Cojinete transportador

La figura 11 muestra una curva típica de bomba. Las bombas pueden producir salida en puntos por su curva para un diámetro dado impulsor, la velocidad y el caballo de fuerza. Hay un punto de la operación conocido como el "Mejor Punto de Eficiencia" (BEP), que es donde la bomba es diseñada para minimizar disturbios de flujo e impartir una velocidad más eficiente del fluido. Esta velocidad es convertida para dirigir presión en la tubería. La operación en puntos muy lejos de BEP puede introducir ruido, cavitación, presiones dinámica desbalanceada y vibración.  

Figura 11 - Curva típica de la bomba

Un calibrador entonces fue instalado en el tubo de la descarga para medir el flujo/presión. Determinamos que la bomba operaba al lado de la extrema derecha de la curva de la bomba en un flujo alto, la condición de la cabeza baja se refiere como a se "acaba". En esta condición la bomba no desarrollaba la cabeza que habría cargado los cojinetes angulares primeros de contacto suficientemente. Los cojinetes entonces pudieron moverse en la dirección radial, y el rotor se movía en un sendero de giroscopio por encima. El rotor entonces se  impactaba y frotaría, excitando el modo de segunda forma.  

Para demostrar que demasiado flujo causaba el movimiento y la vibración excesivos, las válvulas de  descarga fueron estranguladas temporalmente 30%. La vibración resultante disminuyó de 1.8 pul/seg a 0.3 pul/seg. La bomba operaba cerca de BEP con menos flujo y más presión. La presión adicional de la cabeza cargaba el impulsor de la bomba en la dirección axial, el cual cargaba los cojinetes angulares de contacto, reduciendo el espacio libre radial. La velocidad corriente también aumento a 17 RPM. Por lo tanto, al estrangular la válvula de descarga, la bomba tuvo el flujo más bajo en GPM, que puso menos carga en el motor, haciéndolo trabajar más rápido.  

La causa raíz fue encontrada en el sistema de la tubería. La bomba fue diseñada para aproximadamente cuatro millas de tubería, pero porque la mina era relativamente nueva, no toda la tubería estaba todavía  instalada.  

El arreglo fue quitar una etapa de la bomba multi etapas, e instalar una traba estranguladora en la tubería de  descarga para disminuir el flujo y aumentar la cabeza. La configuración angular del cojinete de contacto fue cambiada de conjuntamente (misma dirección) a cara a cara tan para que los cojinetes se cargaran uno al otro, por lo tanto asegurando la carga axial apropiada.  

Las bombas entonces fueron evaluadas otra vez y los resultados son mostrados en las figuras 12 y 13. La vibración a la velocidad 1X  disminuyo de 3 pul/seg a 0,25 pul/seg. ¡Éxito!  

Figura 12 - Presentación de todos los valores de vibración	Figura 13 - Antes y después de los niveles de vibración

Este caso histórico muestra la importancia del conocimiento del sistema de bomba y cómo se relaciona a la vibración. El estudio cuidadoso de todos los datos espectrales, la forma de ondas y la fase fueron importantes, así como lo fue el conocimiento de la instalación y operación de los cojinetes. Todos los datos del desempeño (flujo, presión) y curvas de bomba pueden ser necesarios. 

Bill Kilbey es Director de Capacitación Mundial en el Mobius Institute, la compañía del “iLearn”. Bill ofrece cursos en los Estados Unidos, y coordina a los socios de capacitación de Mobius alrededor del mundo. Recientemente fue Director Mundial de Capacitación de Emerson Process Management, CSI. Bill fue responsable del desarrollo y la entrega de todas las actividades de capacitación de CSI y el personal desde 1997. El recibió su capacitación en vibración y confiabilidad inicial al servir como analista de sonido y vibración en la fuerza de submarinos para la Marina de los Estados Unidos. Después llego a ser consultor de confiabilidad de maquinaria con una gran organización de reparación de maquinaria giratoria. Bill tiene amplia experiencia en localización de fallas en muchas industrias incluyendo productos petroquímicos, productos farmacéuticos, productos de madera/papel, minería, automotriz, procesadora de alimentos y la fabricación de general. Tiene 10 años de experiencia en enseñar una variedad de cursos relacionados al Área  de la confiabilidad incluyendo balanceo, alineación básica, Análisis de la Falla de la Causa Raíz, el análisis de la vibración, software de CBM, y cursos enfocados en administración. Bill puede ser contactado en el teléfono 865-675-1328 o en bill.kilbey@mobiusinstitute.com