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Análisis de confiabilidad de transmisiones mecánicas por fajas en V. Ahorros en mantenimiento y energía.
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CONFIABILIDAD EN TRASMISIONES
MECANICAS POR FAJAS EN V
Ing. Víctor D. Manríquez R.
XIV CONIMERA
Lima, 12 de octubre de 2001
Características
Mina polimetálica.
Ubicación: Shorey, Quiruvilca, Santiago de Chuco, La Libertad, 3 700 m.s.n.m.
Planta Concentradora
Procesamiento mensual: 45 000 TM
Capacidad máxima diaria: 2 300 TM
35 bombas, 67 celdas de flotación
Transmisiones mecánicas: 162 fajas de secciones A y B.
Víctor D. Manríquez 2
Características transmisiones
Uso de fajas de diferente calidad.
Poleas con número de canales en exceso.
Tamaños de poleas por debajo de los mínimos recomendados.
Desalineamiento.
Desgaste excesivo de los canales.
Uso de poleas de perfil incorrecto.
Tensión inadecuada de las fajas.
Ambiente agresivo.
Víctor D. Manríquez 3
Montaje, Mantenimiento, Almacenamiento
Uso de 3 números consecutivos de faja por equipo.
Ejecución incorrecta del montaje por los operadores.
Condiciones inadecuadas de almacenamiento.
Carencia de un plan de inspección.
Cambio sucesivo de fajas sin análisis de falla.
Víctor D. Manríquez 4
Gasto en Fajas A/B Año 2000
Anual 13 353,76$
Promedio
Mensual1 112,81$
Víctor D. Manríquez 5
Análisis de causas FRETT
F: Force (Fuerza)
R: Reactive (Condiciones
E: Environment Ambientales)
T: Temperature (Temperatura)
T: Time (Tiempo)
Víctor D. Manríquez 6
Inspección de poleas
Poleas con el número adecuado de
canales
Poleas con diámetros inferiores al
estándar recomendado.
Desgaste del canal de la polea.
Víctor D. Manríquez 7
Dimensiones perfil estándar
Víctor D. Manríquez 8
Dimensiones estándar de poleasDiámetro de paso
(Pulg./mm)Dimensiones estándares
(Pulg.)Faja
Mínimorecomendado
Intervalos
Angulocanal (°)
W D X S E
2,6 – 5,466,0-137,2
34 0,494
A3,076,2 > 5,4
137,16
38 0,5040,490 0,125 5/8 3/8
4,6 – 7,0116,8-177,8
34 0,637
B5,4
137,2 >7,0177,8
38 0,6500,580 0,175 ¾ ½
7,0 – 7,99177,8-202,9
34 0,879
8,0 – 12,0203,2-304,8
36 0,887C
9,0228,6
> 12,0304,8
38 0,895
0,780 0,200 1 11/16
12,0 – 12,99304,8-329,9
34 1,259
13,0 – 17,0330,2-431,8
36 1,271D
13,0330,2
> 17,0431,8
38 1,283
1,050 0,300 1 7/16 7/8
18,0 – 24,0457,2-609,6
36 1,527
E21,0
533,.4 >24,0609,6
38 1,5421,300 0,400 1 ¾ 1 1/8
Víctor D. Manríquez 9
Características poleas
34
1
35
6
39
5
0
10
20
30
40
Diámetro Canales Perfil
Estándar Subestándar
Víctor D. Manríquez 10
Desgaste canales de poleas
Muy severo
18%
Severo
5%
Medio
20%
Ligero
49%
Ninguno
8%
Víctor D. Manríquez 11
Medidas implementadas
Calidad de las fajas.
Estandarización de fajas.
Chequeo de transmisiones.
Balanceo de poleas.
Verificación de tensión.
Condiciones de almacenamiento.
Alineamiento.Víctor D. Manríquez 12
Calidad y estandarización
Selección de 3 marcas.
RMA: Tolerancia para funcionamiento de fajas en transmisiones múltiples.
Garantizar
Distribución pareja de cargas.
Marcha suave.
Mejora del rendimiento.
Tamaños de fajas A/B.
Inicial: 46
Final: 38
Víctor D. Manríquez 13
Tolerancias RMA (pulgadas)
< 63 0,15 0,24%
63 150 0,30 0,20%
151 250 0,45 0,18%
251 375 0,60 0,16%
376 500 0,75 0,15%
501 660 0,90 0,14%
Tolerancia %Longitud
Faja
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Chequeo de transmisiones
P = Potencia (HP)
d = Diámetro de paso de la polea más pequeña (pulg.)
r = RPM del eje más rápido dividido por 1000
KSR = Factor de relación de velocidad.
K1, K2, K3, K4 = Parámetros de sección transversal
rKdrKdrKdKKdrP SR log/ 4
2
321
Víctor D. Manríquez 15
Víctor D. Manríquez 16
Verificación de tensión
Tst =Tensión estática (lb)
K = Factor de corrección de ángulo
N = Número de fajas
V = Velocidad de la faja ( pie/min)
M = Constante del fabricante
6
23
10
105,215
MV
NV
xDiseñoHP
K
KTst
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Desalineamiento paralelo
L
YtanP 1
Víctor D. Manríquez 18
Desalineamiento angular
D
XXtanA 121
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Tolerancias
Excentricidad de ejes < +/-0,08 mm
(0,003”).
Soltura pernos bastidor < 0,05 mm
(0,002”).
Desalineamiento total recomendado
es de 0,5°.
Víctor D. Manríquez 20
Confiabilidad
Evaluación del Tiempo medio entre
Fallas, MTBF.
Cálculo del ratio de falla ()
Determinación de la función de
distribución.
Víctor D. Manríquez 21
Evaluación MTBF (Horas)
Equipo Faja MTBF
Denver 3 x 3 Derrames Zn B57 360
Denver 3 x 3 - 2da Limpieza Cu/Pb B49 336
Denver 6 x 6 Derrames Cu/Pb B52 390
Ash 5 x 4 Retorno a la OK-16, B55 380
Denver 6 x 6 - 1er Acondicionador Zn B48 350
Denver 5 x 4 - 2do Acondicionador Zn B56 410
Fima 2½ x 48 - 1ra Limpieza Cu/Pb. B37 100Víctor D. Manríquez 22
Ratio de falla
20 x 10–6 h-1 (mejor)
80 x 10-6 h-1 (peor)
1MTBF
Valor
Máximo 0,0100
Mínimo 0,0024
Víctor D. Manríquez 23
Funciones de Distribución y Modo de falla
Exponencial Normal Weibull
Modo básico de falla
1. Fuerza/Esfuerzo
1.1. Deformación
1.2. Fractura
1.3. Fluencia
1 Ambiente reactivo
2.1. Corrosión
2.2. Rusting
2.3. Staining
3. Temperatura
3.1. Creep
4. Tiempo
4.1. Fatiga
4.2. Erosión
4.3. Desgaste
Distribución Probabilística
Víctor D. Manríquez 24
Ecuación de confiabilidad
Por ejemplo, la confiabilidad de la faja para t = 400 horas
es de 0,38.
)exp()( tetR t
)0024,0exp()( tetR t
Víctor D. Manríquez 25
Nuevo MTBF (Horas)
Equipo MTBF
Denver 3 x 3 Derrames Zn 2904 0,0003
Denver 3 x 3 - 2da Limpieza Cu/Pb 2688 0,0004
Denver 6 x 6 Derrames Cu/Pb 1568 0,0006
Ash 5 x 4 Retorno a la OK-16, 2352 0,0004
Denver 6 x 6 - 1er Acondicionador Zn 896 0,0011
Denver 5 x 4 - 2do Acondicionador Zn 2688 0,0004
Fima 2½ x 48 - 1ra Limpieza Cu/Pb. 672 0,0015Víctor D. Manríquez 26
Nueva ecuación de confiabilidad
Evaluando igualmente para t = 400 horas, encontramos que la confiabilidad es ahora de 0,85.
)0004,0exp()( tetR t
Víctor D. Manríquez 27
Gasto en Fajas A/B Año 2001
Promedio
Mensual824,05$
Acumulado
a Agosto6 269,23$
$-
$200
$400
$600
$800
$1 000
$1 200
$1 400
En
e
Feb
Mar
Ab
r
May Ju
n
Jul
Ag
o
Sep
Oct
No
v
Dic
Prom. 2000 Mensual 2001 Prom_2001
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Comparación otros tipos de fajas
Tipo de Faja Planas V estándar V delgadas Sincrónicas
Indice de confiabilidad 2 1 2 3
Mantenibilidad 10 5 5 10
Monitoreo 5 10 10 1
Potencia por volumen (kW/cm3) 0,8 0,7 1,8 1,9
Eficiencia (%) 98 95 96 98
Rango de temperatura (°C) -40 a 80 -55 a 70 -55 a 70 -50 a 120
Víctor D. Manríquez 29
Ahorro de energía
Disminución de la masa de las poleas.
Menor resbalamiento entre faja y polea.
Menores esfuerzos sobre los elementos
de la transmisión.
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Ahorro de energía
Ahorro energía: 4 000 kWh
Tarifa: US $ 0,05 / kWh
Ahorro: US $ 200,00 mensual
Denver 3 x 3 Derrames Zn 229 142,90 7,14 50,00 15,20 65,20 9,13
Denver 3 x 3 - 2da Limpieza Cu/Pb 587 366,29 18,31 44,00 15,20 59,20 3,23
Denver 6 x 6 Derrames Cu/Pb 503 313,87 15,69 57,00 15,20 72,20 4,60
Ash 5 x 4 Retorno a la OK-16, 421 262,70 13,14 73,00 15,20 88,20 6,71
Denver 6 x 6 - 1er Acondicionador Zn 1 856 1 158,14 57,91 94,00 15,20 109,20 1,89
Denver 5 x 4 - 2do Acondicionador Zn 464 289,54 14,48 101,00 15,20 116,20 8,02
Fima 2½ x 48 - 1ra Limpieza Cu/Pb. 2 256 1 407,74 70,39 0,00 15,20 15,20 0,22
Payback
(meses)
Ahorro
Factura
($/mes)
Costo
Polea
($)
Costo
MO
($)
Costo
Total
($)
Descenso
Potencia
(W)
Ahorro
Energia
(kWh)
EQUIPO
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Conclusiones Influencia marcada de causas FRETT en el MTBF de las fajas.
Características geométricas y condiciones de desgaste de las poleas determinan un MTBF bajo.
Poleas con diámetros, canales o perfiles no estándares, son responsables de esfuerzos excesivos sobre las fajas.
Adecuada tensión estática a las fajas prolonga el MTBF, además de disminuir las cargas sobre los rodamientos.
Mejora de las transmisiones por fajas en V, por la disminución de los ratios de falla y la extensión del MTBF incrementan la confiabilidad.
Menores gastos en mantenimiento.
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Websites
Gates: http://www.gates.com/.
Optibelt: http://www.optibelt.de/en/index.html.
ContiTech:
http://www.contitech.de/ct/contitech/allgemein/
home/index_e.html.
Maintenance Resources:
http://www.maintenanceresources.com/Reference
Library/V-Belts/Index.htm.
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