La Pérdida Económica por Agua en Sistemas Lubricados

Parte 2

La presente es la segunda parte del artículo titulado “El efecto destructivo del agua en la función de un sistema lubricado“. Como resumen en la primera parte expliqué los efectos de  la contaminación con agua, sus interacciones, cómo ingresa, sus modos de existencia y un cálculo para estimar la masa del agua que ingresa a un tanque de aceite en función de la humedad relativa y de la temperatura usando  la fórmula de Jianhua Huang.

En esta ocasión les muestro un método para el cálculo de la pérdida económica por agua en sistemas lubricados al mantener una condición inicial relativamente alta de agua en tanques de aceite hidráulico y la aplicación posterior de medidas para contrarrestar los efectos de la contaminación. Se obtiene un efecto de apalancamiento entre lo gastado y el ahorro logrado (costo/beneficio).

1) Determinación del problema. 

Se tiene una operación que tiene 4 unidades de movimiento de tierras de la misma marca y cada unidad tiene un tanque hidráulico de 80 gal de aceite ISO 46, estos equipos operan en un ambiente con una humedad relativa HR en promedio del 70% y a una temperatura promedio de 40 °C. Con un volumen del aire (espacio vacío) del 10% de la capacidad del aceite.

Se han hecho mediciones vía análisis de aceites y la humedad promedio en cada uno de los tanques hidráulicos de los equipos es de 2500 ppm (0.25%).

Los equipos trabajan 312 días al año a una disponibilidad promedio de 86%. El costo por hora no trabajada es de US$ 120.0.

El objetivo es llegar desde un nivel de contaminación actual de agua de unos 2500 ppm (0.25%) hasta 500 ppm (0.05%)

Esto se logra con el uso de una combinación de filtros desecantes de preferencia de sílica gel y unos filtros Heavy Duty de 6.5 in de altura; 9.5 in de diámetro (no se muestra la marca) que tienen una capacidad de remoción de agua de 99.95 % dejando un porcentaje de remanencia de agua en el sistema de solo el 0.05 % o 500 ppm que es justo nuestro objetivo de humedad.

2) Distribución de costos de paradas. 

La distribución de costos de paradas por fallas hidráulicas (Según Techgnosis) representa el 35% y las paradas por fallas mecánicas y/o eléctricas representa el 65%. De las fallas hidráulicas el 82% es causado por la contaminación del aceite (Según Noria) y de este 82%, aproximadamente el 20% corresponde a fallas por la contaminación con agua.

Fig. 1. Causas de los costos por fallas
Fig. 1. Causas de los costos por fallas

Los costos totales por paradas (USD/año) es igual a la multiplicación del número de equipos por la indisponibilidad y por las horas de operación al año y por el costo del paro por hora (USD).

Para el monitoreo del nivel de agua se realizan pruebas de análisis de aceites a una frecuencia de una muestra mensual por máquina a US$ 15.0 el costo unitario.

3) Desarrollo del proceso del cálculo. 

Para estimar el ingreso de agua al sistema podría asumirse aproximadamente un flujo de intercambio de 0.01 m3/h de aire húmedo que pasa por los tanques hidráulicos por cada día de operación, este valor podría ser también considerado como un punto de inicio para un proceso iterativo hasta convergencia haciendo un balance global de agua. Esta estimación puede hacerse si no se dispone de los flujos de la bomba de aceite tanto como del lado de succión como el lado del flujo de retorno, así como tampoco los flujos de aire húmedo por las contracciones volumétricas debido a la normal variación de la temperatura.

Luego con la siguiente ecuación (que combina la ley de los gases ideales y la expresión extremadamente precisa que describe la saturación de agua en el aire: fórmula de Jianhua Huang, Universidad de Wuhan, China) (ver ecuación siguiente y artículo anterior) se puede comprobar que pueden ingresar 8.6 gr de agua por día a cada tanque hidráulico y que deben ser retirados. Por tanto, si cada filtro heavy duty se satura en 0.26 gal de agua, entonces podemos hacer el cálculo según las horas de operación por día de los equipos y ver que podemos fijar un cambio cada 4 meses de estos filtros.

Masa de agua en el espacio vacío de un tanque de lubricante.
Masa de agua en el espacio vacío de un tanque de lubricante.

Leyenda de la fórmula:

Los filtros desecantes de sílica gel podemos fijar su cambio cada 4 meses usando las recomendaciones de su fabricante y referenciado al volumen de aceite del tanque hidráulico.

En la siguiente tabla referenciada por Noria, se muestra el Factor de Extensión de Vida de Maquinaria (MTBF) por nivel de humedad. LEM – MOISTURE LEVEL que usaremos para estimar la ampliación de la vida útil de la maquinaria por la mejora del nivel de humedad en los sistemas lubricados.

Tabla 1. Tabla de extensión de vida por humedad.

Para nuestro caso si nuestro nivel inicial de humedad es de 2500 ppm (0.25%) y nuestro objetivo final es de 500 ppm (0.05%) podemos usar el siguiente gráfico derivado de la tabla LEM anterior y podemos estimar que el factor de ampliación de la vida útil de los sistemas hidráulicos de las maquinarias será de aproximadamente 2.5 ósea que si nuestro MTBF inicial era de 120 horas,  luego de mantener la operación con una humedad de 500 ppm, se ampliará por un factor de 2.5, por lo tanto nuestro nuevo valor del MTBF será de 300 horas.

Fig. 2. Factor de Extensión de vida por humedad

Para los propósitos podemos hacer un balance de las necesidades de extracción de agua y de la capacidad que tendrá nuestro sistema al usar la combinación de los filtros tanto desecantes de aire (de sílica gel) como los Heavy duty (permanentes) y así podemos llegar a la configuración siguiente:

Tabla 2. Balance de agua con el uso de Filtros

Así con toda la información brindada podemos construir el siguiente cuadro mostrando las pérdidas económicas causadas por la contaminación por agua y el cálculo del ahorro por aplicar acciones de control de contaminación específicamente del agua.

Tabla 3. Cálculo de ahorro por reducción del nivel de agua

4) CONCLUSIONES

  • Como se puede apreciar el control de la contaminación del agua en los sistemas hidráulicos mejora la productividad de la operación ya que el aplicar medidas correctivas nos permite ampliar el tiempo de vida de la maquinaria por el aumento del MTBF y así se logra una mayor disponibilidad del equipo que en este caso va desde una inicial de un 86% hasta un 93.9%. Esto también implica la reducción de la frecuencia de fallas así como la optimización de los costos de mantenimiento.

 

  • Se aprecia un apalancamiento económico muy positivo ya que el gasto por aplicar control de la contaminación del agua en el sistema es de sólo USD 2,232 y el ahorro luego de implementadas asciende a unos USD 14,015.

 

  • Es importante recalcar que es preferible usar una combinación de filtros tanto desecantes de aire (de sílica gel) como los Heavy duty (permanentes) ya que el primer filtro nos permite minimizar el ingreso de agua por la humedad del aire y el segundo filtro nos permite retirar la humedad que permanece en el aceite hasta el límite remanente en este caso de 500 ppm (0.05 %) tomando también en cuenta los objetivos de confiabilidad de la operación.

Próximo Artículo: 

En el siguiente artículo describiremos “El beneficio económico de recuperar y reutilizar los refrigerantes”

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