Diseño de Un Banco de Prueba Estatico para Prueba Neumatica de Sellos Mecánicos PDF [PDF]

Zitiervorschau

i

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR DECANANTO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COODINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO DE UN BANCO DE PRUEBA ESTATICO PARA PRUEBA NEUMATICA DE SELLOS MECANICOS

Realizado por Leonardo E. Lujan Fuenmayor

Sartenejas, Enero de 2006

ii

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR DECANANTO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COODINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO DE UN BANCO DE PRUEBA ESTATICO PARA PRUEBA NEUMATICA DE SELLOS MECANICOS Informe de Pasantía realizado en JOHN CRANE VENEZUELA

Realizado por Leonardo E. Lujan Fuenmayor

Realizado con la Asesoría de TUTOR ACADEMICO: Ing. Frank Kenyery TUTOR INDUSTRIAL: Ing. Ramiro Andrade

INFORME DE PASANTÍA Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar como requisito parcial para optar al título de Ingeniero Mecánico

Sartenejas, Enero de 2006

iii

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLIVAR DECANANTO DE ESTUDIOS PROFESIONALES COODINACIÓN DE INGENIERÍA MECÁNICA

DISEÑO DE UN BANCO DE PRUEBA ESTATICO PARA PRUEBA NEUMATICA DE SELLOS MECANICOS

INFORME DE PASANTÍA PRESENTADO POR Leonardo E. Lujan Fuenmayor

REALIZADO CON LA ASESORÍA DE Ing. Frank Kenyery RESUMEN El presente informe de pasantía expone el procedimiento seguido para el diseño de un banco de pruebas estático de aire. El banco diseñado, se utilizará para someter a los sellos mecánicos a una prueba neumática para comprobar su correcto funcionamiento, como lo establece la norma API 682, sección de la norma que contempla lo relacionado con la fabricación y puesta en funcionamiento de sellos mecánicos. Es el interés de John Crane Venezuela, desarrollar localmente un banco de pruebas más eficiente que el utilizado actualmente. Con éste fin, se llevó a cabo el diseño de un banco de pruebas, que se adaptara a todos los tamaños y tipos de sellos mecánicos que se fabrican en la planta de Venezuela, y que también fuera totalmente automatizado para facilitar la medición de datos.

PALABRAS CLAVES Sello Mecánico, Sello Cartucho, Norma API 682 Aprobado con Mención: _______________ Postulado Para el Premio: __________________

Sartenejas, Enero de 2006

iv AGRADECIMIENTOS Y RECONOCIMIENTOS Quisiera agradecer en especial a mis padres, por el incondicional apoyo que me han brindado a lo largo de toda mi vida, y por su gran esfuerzo que siempre han hecho para ofrecerme las mejores oportunidades. Quiero también agradecer a la toda la gente que de manera directa o indirecta me ayudaron a culminar esta experiencia, que ha sido tan enriquecedora en tantos aspectos. Entonces envió un agradecimiento y reconocimiento a mi hermano Eduardo y toda mi familia en Maracaibo, a mis tías Sonia y Maria Mercedes, a mis primas, a toda la gente de John Crane Venezuela, a mis amigos y compañeros, y finalmente a mis tutores Frank Kenyery y Ramiro Andrade.

i INDICE DE CONTENIDO INDICE DE TABLAS................................................................................................................iv INDICE DE FIGURAS ...............................................................................................................v INDICE DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS ......................................................................vii 1. INTRODUCCION...............................................................................................................1 2. PRESENTACION DE LA EMPRESA ...................................................................................2 2.1 John Crane Inc...................................................................................................................2 2.2 John Crane Venezuela, C.A...............................................................................................2 2.2.1 Misión:........................................................................................................................3 2.2.2 Visión: ........................................................................................................................3 2.2.3 Valores de la Empresa ................................................................................................4 2.2.4 Creencias Básicas .......................................................................................................4 2.2.5 Política de la Empresa ................................................................................................4 2.2.5.1 Política de la Calidad:..........................................................................................4 2.2.5.2 Política Ambiental: ..............................................................................................4 2.2.5.3 Política de Seguridad Industrial...........................................................................5 2.3 Proyecto dentro de John Crane Venezuela C.A. ...............................................................5 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA, JUSTIFICACION Y OBJETIVOS ......................6 3.1 Planteamiento del Problema ..............................................................................................6 3.2 Justificación e Importancia................................................................................................6 3.3 Objetivos............................................................................................................................7 3.3.1 Objetivos generales: ...................................................................................................7 3.3.2 Objetivos específicos:.................................................................................................7 4. MARCO TEORICO ................................................................................................................8 4.1 Dispositivos de Sellado .....................................................................................................8 4.1.1 Definición: ..................................................................................................................8 4.1.2 Clasificación de los dispositivos de sellado ...............................................................9 4.2 Sellos Mecánicos ...............................................................................................................9 4.2.1 Definición: ..................................................................................................................9 4.2.2 Componentes Principales de un sello mecánico.......................................................10 4.2.2.1 Anillo primario y asiento...................................................................................11 4.2.2.2 Elementos sellantes secundarios........................................................................12 4.2.2.3 Elementos sellantes terciarios............................................................................12 4.2.2.4 Dispositivos de empuje......................................................................................13 4.2.2.5 Sistema de arrastre.............................................................................................13 4.2.3 Sellado Primario .......................................................................................................14 4.2.3.1 Espesor de la película de lubricación interfacial ...............................................14 4.2.4 Clasificación por características de diseño...............................................................15 4.2.4.1 Sello No Balanceado .........................................................................................15 4.2.4.2 Sello Balanceado ...............................................................................................15 4.2.4.3 Sello con Cabezal en Rotación ..........................................................................15 4.2.4.4 Sello con Asiento en Rotación ..........................................................................15 4.2.4.5 Resorte Único ....................................................................................................16 4.2.4.6 Resortes Múltiples .............................................................................................16 4.2.5 Clasificación por arreglo posicional .........................................................................17 4.2.5.1 Arreglo de Sellos Sencillo .................................................................................17

ii 4.2.5.1.1 Sello sencillo montaje interior....................................................................17 4.2.5.1.2 Sello sencillo montaje exterior ...................................................................17 4.2.5.2 Arreglo de Sellos Duales ...................................................................................17 4.2.5.2.1 Arreglo dual no presurizado .......................................................................17 4.2.5.2.2 Arreglo Dual Presurizado ...........................................................................18 4.2.5.2.3 Orientaciones para los arreglos duales presurizados .................................19 4.2.5.2.3.1 Orientación Cara-Espalda....................................................................19 4.2.5.2.3.2 Orientación Espalda-Espalda...............................................................19 4.2.5.2.3.3 Orientación Cara-Cara.........................................................................19 4.2.6 Sellos Tipo Cartucho ................................................................................................19 4.2.7 Norma API 682.........................................................................................................20 4.2.7.1 Procedimiento de Prueba de Aire de la Norma API 682 para Sellos Mecánicos .......................................................................................................................................20 4.2.8 Sistemas de protección para sellos mecánicos (Planes API)....................................21 4.3 Instrumentación y control................................................................................................22 4.3.1 Simbología de Instrumentación y Control................................................................22 4.3.2 Diagrama de Instrumentación y Tuberías.................................................................22 4.3.3 Equipos comunes......................................................................................................24 4.3.3.1 Controlador Lógico Programable ......................................................................24 4.3.3.2 Electro válvulas neumáticas ..............................................................................25 5. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO ........................................................................................26 5.1 Método de Trabajo ..........................................................................................................26 5.2 Estudio de Actividades de la Empresa ............................................................................26 5.3 Estudio de la Norma API 682 y Estándares de prueba de John Crane............................27 5.4 Estudio del procedimiento de prueba utilizado en la actualidad .....................................27 5.5 Propuestas Preliminares...................................................................................................27 5.6 Diseño en Detalle.............................................................................................................28 5.7 Estudio de costos de Fabricación ....................................................................................28 6. ESTUDIO DEL SISTEMA ACTUAL..................................................................................29 6.1 Procedimiento de Prueba para el Banco utilizado ...........................................................29 6.2 Desventajas del Banco de Pruebas utilizado ...................................................................31 7. DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS ...............................................................................33 7.1 Parámetros de Diseño ......................................................................................................33 7.2 Estudio Preliminar de Parámetros de Operación.............................................................33 7.2.1 Estándares de Pruebas de Aire de John Crane..........................................................33 7.3 Alternativas Propuestas ...................................................................................................35 7.4 Diseño Conceptual y Características Generales ..............................................................37 7.5 Diseño de Detalle ............................................................................................................39 7.5.1 Diseño de la Caja Principal ......................................................................................40 7.5.2 Adaptador para piezas ya fabricadas ........................................................................41 7.5.3 Diseño de los Ejes Centrales ....................................................................................41 7.5.4 Sistema de Apriete....................................................................................................43 7.5.4.1 Diseño de la Prensa ...........................................................................................43 7.5.4.2 Diseño de las Extensiones .................................................................................45 7.5.4.3 Sistema de Apriete Ensamblado ........................................................................46 7.5.5 Análisis de Adaptabilidad.........................................................................................47 7.5.6 Tuerca Mariposa de Apriete .....................................................................................49

iii 7.5.7 Mesa de Apoyo.........................................................................................................50 7.5.8 Sistema de Control ...................................................................................................51 8. ESTUDIO DE COSTOS .......................................................................................................55 8.1 Evaluación de Costo de los Elementos a ser Fabricados.................................................55 8.2 Evaluación de costos del Sistema de Control..................................................................55 8.3 Evaluación de costo total del banco de pruebas ..............................................................58 9. CONCLUSIONES.................................................................................................................59 10. RECOMENDACIONES .....................................................................................................60 11. REFERENCIAS ..................................................................................................................61 12. ANEXOS.............................................................................................................................62

iv INDICE DE TABLAS Tabla 4.1. Símbolos de Instrumentación según el equipo…………………………………….23 Tabla 4.2. Símbolos de Instrumentación según la ubicación…………………………………23 Tabla 7.1. Pruebas de aire según estándares de John Crane Inc……………………………...34 Tabla 7.2. Pruebas que se deben llevar a cabo en John Crane Vzla………………………….35 Tabla 8.1. Costo de las piezas a fabricar……………………………………………………...55 Tabla 8.2. Elementos suministrados por ASG Sistemas Industriales C.A……………………56 Tabla 8.3. Elementos suministrados por FESTO……………………………………………..57 Tabla 8.4. Costo total del sistema de control…………………………………………………58 Tabla 8.5. Comparación de costos de las tres propuestas…………………………………….58 Tabla 8.6. Costo total del Banco de Pruebas………………………………………………….58

v INDICE DE FIGURAS

Figura 3.1. Logotipo de John Crane Inc……………………………………………………….2 Figura 4.1. Principio conceptual de un sello mecánico………………………………………10 Figura 4.2. Sello mecánico en su forma práctica……………………………………………..10 Figura 4.3. Componentes de un sello mecánico……………………………………………...11 Figura 4.4. Elementos sellantes secundarios empujadores………...........................................12 Figura 4.5. Elementos sellantes secundarios no empujadores………………………………..12 Figura 4.6. Sistemas de arrastre………………………………………………………………13 Figura 4.7. (a) Espesor de película de lubricación Interfacial ancha (fugas). (b) Espesor de película de lubricación Interfacial inexistente (desgaste)……………………………………..14 Figura 4.8. (a) Sello no balanceado. (b) Sello balanceado…………………………………...15 Figura 4.9. (a) Sello con cabezal en rotación. (b) Sello con asiento en rotación…………….16 Figura 4.10. (a) Sello sencillo de montaje interior, (b) Sello sencillo de montaje exterior…..17 Figura 4.11. Arreglo dual no Presurizado…………………………………………………….18 Figura 4.12. Arreglo dual presurizado………………………………………………………..18 Figura 4.13. (a) Orientación cara-espalda; (b) Orientación espalda-espalda; (c) Orientación Cara-Cara……………………………………………………………………..19 Figura 4.14. Sello cartucho sencillo…………………………………………………………..20 Figura 4.15. Ejemplo de Diagrama de Instrumentación y Tubería de un Recipiente de Aire Comprimido…………………………………………………………………………………...24 Figura 4.16. Controlador Lógico Programable Siemens Logo……………………………….25 Figura 4.17. Electro-válvulas FESTO………………………………………………………...25 Figura 6.1. (a) Adaptador de caja para el banco de pruebas. (b) Eje adaptador……………...29 Figura 6.2. Banco de pruebas con los adaptadores y espárragos de corredera……………….30 Figura 6.3. Banco de Pruebas actual durante una prueba…………………………………….31 Figura 6.4. Caja especial para un sello en particular…………………………………………32 Figura 7.1. Inventario de adaptadores de caja………………………………………………..38 Figura 7.2. Vista preliminar del banco de pruebas…………………………………………...39 Figura 7.3. (a) Caja con eje pequeño. (b) Caja con eje de mayor longitud…………………..43 Figura 7.4. Modelo de la prensa circular……………………………………………………..43

vi Figura 7.5. Tuerca T DIN 582 con sistema antideslizante……………………………………44 Figura 7.6. Ensamble de Extensiones con la tuerca T maquinada……………………………46 Figura 7.7. Sistema de apriete completamente ensamblado………………………………….46 Figura 7.8. Banco de pruebas con sello de gran tamaño……………………………………..47 Figura 7.9. Banco de pruebas con sello de tamaño medio y con eje largo…………………...48 Figura 7.10. Banco de pruebas con sello de tamaño medio y brida estándar………………...48 Figura 7.11. Banco de pruebas con sello pequeño……………………………………………49 Figura 7.12. Banco de pruebas completo……………………………………………………..50 Figura 7.13. Diagrama de instrumentación y tuberías del banco de pruebas (P&ID)………..53 Figura 12.1. Estado de esfuerzos y deformación de la caja principal………………………...62 Figura 12.2. Unión apernada en el fondo de la caja. (medidas en pulgadas)………………...64 Figura 12.3. Estado de esfuerzos y deflexión de la pieza bajo la carga aplicada…………….71

vii INDICE DE SIMBOLOS Y ABREVIATURAS API

Instituto Americano de Petróleo, por sus siglas en Inglés American Petroleum Institute

ASME

Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos, por sus siglas en Inglés American Society of Mechanical Engineers

ISO

Organización Internacional para la Estandarización, por sus siglas en Inglés Internacional Organization for Standardization

ISA

Sociedad de Instrumentistas de América

AISI

Por sus siglas en Inglés American Iron and Steel Institute

ANSI

De sus siglas en Inglés American National Standards Institute

CAD

Diseño asistido por Computadora, por sus siglas en Inglés Computer Assisted Design

O’Ring

Sello de argolla elastomérico

fpm

Unidad de velocidad, pies/min, por siglas en Inglés feet per minute

P&ID

Diagrama de Instrumentación y Tuberías, por sus siglas en Inglés Piping and Instrument Diagram

PLC

Controlador Lógico Programable, por sus siglas en Inglés Programmable Logic Controller

PC

Computadora personal, de sus siglas en Inglés Personal Computer

Sy

Esfuerzo máximo a la fluencia

E

Módulo de elasticidad

F

Fuerza

T

Momento (torque)

K

Constante elástica

1. INTRODUCCION El presente informe describe el desarrollo del proyecto para el diseño de un Banco de Pruebas Estáticas con Aire para Sellos Mecánicos. Este trabajo se realizó en la empresa John Crane Venezuela C.A., sucursal del reconocido fabricante de sellos mecánicos John Crane Inc. La empresa desea desarrollar localmente el diseño de un banco de pruebas, para reemplazar el banco existente, el cual no cumple en su totalidad con los requerimientos de pruebas de los diferentes productos de la compañía. El nuevo banco debe cumplir con las necesidades que enfrenta la empresa (como son probar sellos de mayor tamaño, mayor precisión en las mediciones y mantener los costos al mínimo),

y cumplir con los

requerimientos de la pruebas con aire estipulada por la norma API 682, sección de la norma referente a sellos mecánicos. La realización de la prueba es indispensable para que todos los sellos ensamblados; bien sea nuevos o reparados, puedan ser enviados a los clientes con la garantía de calidad requerida en la norma API. Este proyecto representa para la empresa un desarrollo autónomo y local, lo que añade un valor agregado al patrimonio tecnológico de la empresa, independiente de la casa matriz. El presente informe está dividido en nueve secciones, en las cuales se desarrolla desde el problema a resolver hasta el análisis en detalle de la solución propuesta. Las secciones se distribuyen dentro del informe de la siguiente manera: 1. Presentación de la empresa 2. Planteamiento del problema 3. Marco teórico o información complementaria para la comprensión del tema 4. Estudio del sistema actual que se desea remplazar 5. Procedimiento de diseño tomado para la solución del problema 6. Diseño del banco de pruebas. En esta sección se discuten las alternativas propuestas y se desarrolla en detalle la solución escogida 7. Estudio de costos del proyecto 8. Conclusiones 9. Recomendaciones El informe presenta claramente el desarrollo del proyecto hacia una solución exitosa que de seguro la empresa aprovechará en todo su potencial.

2 2. PRESENTACION DE LA EMPRESA

2.1 John Crane Inc. Durante años, John Crane ha sido la compañía líder en ingeniería de sellado, innovando en todas las áreas donde se necesite una solución de sellado mecánico, excediendo las expectativas de los consumidores y sobrepasando los estándares de la industria. Fundada en 1917 con el nombre de Crane Packing Company, se abrieron sucursales a lo largo de Estados Unidos, Canadá y el Reino Unido. Antes de la Segunda Guerra Mundial la compañía vendió sus operaciones en Inglaterra y posteriormente en el año 1987, las readquirieron y se fusionaron bajo el nombre de John Crane. (ver figura 3.1) En el año 1998, John Crane adquirió tres compañías también dedicadas al sellado de equipos rotativos, Sealol, Safematic y Flexivox. Estas compañías aumentaron la línea de productos disponibles y la presencia global de la empresa, convirtiéndola en la compañía numero 1 en soluciones de sellado a nivel mundial. John Crane cuenta con una casa matriz ubicada en Morton Grove, IL, EEUU y está presente en 47 países. Cuenta con más 6000 empleados, todos dispuestos para ofrecer a sus clientes respuestas rápidas, locales y acondicionadas a su aplicación en particular.

Figura 3.1. Logotipo de John Crane Inc.

2.2 John Crane Venezuela, C.A. John Crane Venezuela es reconocida en el mercado nacional e internacional por la alta calidad de los productos y servicios que ofrece para resolver los problemas de sellado mecánico de sus clientes. Fundada en Barquisimeto, Edo. Lara en el año 1977, por la necesidad de suplir la creciente demanda de sellos mecánicos en la industria petrolera venezolana y el sector industrial en general, John Crane continúa hoy en día en su meta de

3 fabricar productos de la más alta calidad y de fabricación nacional. Tras fusionarse en el año 1998 con la empresa SEALOL, una empresa también dedicada al área de sellado mecánico, John Crane Vzla. se muda a la sede de SEALOL en la ciudad de Maracaibo, Edo. Zulia. donde opera la sede principal.

John Crane Venezuela es el indiscutible líder suplidor de soluciones de sellado mecánico para equipos rotativos en la industria petrolera venezolana y en las mayores industrias del país en donde se presenten aplicaciones de sellado mecánico.

John Crane está presente en diferentes zonas del país, principalmente en las regiones donde se desarrollan actividades petroleras. La sede principal de Maracaibo, se encarga de la manufactura, reparación, servicio y soporte técnico de sellos mecánicos, y posee además el único Banco de Pruebas Dinámicas de Latinoamérica para la evaluación y simulación de condiciones operacionales de sellos mecánicos húmedos. Existen oficinas que prestan asesoría especializada en Punto Fijo, Valencia, Puerto La Cruz y San Diego de Cabrutica.

2.2.1 Misión: Proporcionar la mas amplia y sólida experiencia en soluciones de Ingeniera y alta tecnología para los sistemas de sellado de los equipos rotativos de nuestros clientes en la industria petrolera, petroquímica y general del mercado nacional y de exportación garantizando rentabilidad mutua a través de la prestación de un servicio de excelencia y el suministro oportuno de sistemas de sellado, lubricación alineación, acoplamientos y auxiliares con diseño y manufactura Venezolana de alta Calidad, en armonía con el medio ambiente, mediante el compromiso de la Dirección en la promoción y desarrollo del talento manteniendo un ambiente de trabajo seguro, un alto sentido de ética y el soporte localizado al cliente.

2.2.2 Visión: Ser reconocida por nuestros clientes como el proveedor preferido de soluciones de Ingeniería de sellado para sistemas de equipos rotativos y como una Operación ética con niveles de excelencia de clase mundial.

4 2.2.3 Valores de la Empresa • Honestidad e Integridad • Imparcialidad y Respeto • Medio ambiente y seguridad • Asumir la responsabilidad • Rentabilidad • Profesionalismo (Conducta y conocimiento) 2.2.4 Creencias Básicas Como Organización creemos en: • La gente talentosa, motivada , abierta, participativa, que trabaje en equipo y esté focalizada en el cliente • La Dirección de alta Calidad con un liderazgo visible • El compromiso en todos los niveles de la Organización • La total orientación al Cliente • La alta Calidad en todo lo que hacemos •

La comunicación clara abierta, sencilla, continua, sin sorpresas

2.2.5 Política de la Empresa 2.2.5.1 Política de la Calidad: Es política de calidad de John Crane Venezuela, C.A. concentrar toda experiencia, capital humano, y su alta tecnología de productos y servicios, en lograr la total satisfacción de sus clientes, a través de un sistema de gestión orientado al mejoramiento continuo de los procesos, la integración, eficaz de nuestros proveedores y el desarrollo del talento en la organización.

2.2.5.2 Política Ambiental: Es política ambiental de John Crane Venezuela, C.A, velar y controlar que sus actividades generen el menor impacto ambiental adverso, mediante el manejo apropiado de los materiales y el desarrollo de una conciencia ambiental en función de la prevención de la contaminación, del mejoramiento continuo de nuestros procesos y el cumplimiento de leyes y regulaciones ambientales vigentes, así como la integración de las partes interesadas.

5

2.2.5.3 Política de Seguridad Industrial John Crane Venezuela C.A esta comprometida a salvaguardar la Salud y Seguridad de sus empleados, clientes, proveedores y cualquiera otra persona involucrada en sus actividades a través del mantenimiento de condiciones seguras de trabajo, el desarrollo de una conciencia de prevención, el mejoramiento continuo de los procesos y el cumplimiento de las normas y regulaciones vigentes en materia de Seguridad y Salud Ocupacional.

2.3 Proyecto dentro de John Crane Venezuela C.A. El proyecto desarrollado se realizó en el Departamento de Ingeniería, dentro del área de Ensamble y Reparaciones de sellos mecánicos. Se contó con el apoyo de otros departamentos, como lo son el Departamento de Manufactura y Fabricación, Departamento de Ventas y el Departamento de Producción, que colaboraron a la culminación del proyecto.

6 3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA, JUSTIFICACION Y OBJETIVOS

3.1 Planteamiento del Problema John Crane Venezuela, como fabricante de sellos mecánicos, sigue los parámetros establecidos por la norma API 682. Esta norma exige que los sellos ensamblados deben ser sometidos a una prueba de aire para verificar el correcto estado de los elementos de sellado, antes de instalar el dispositivo en el equipo rotativo. John Crane Vzla, posee un banco adquirido comercialmente para realizar estas pruebas, pero no se ajusta a las necesidades que enfrenta la empresa hoy en día. El banco utilizado es bastante pequeño y no permite que se realicen pruebas a algunos de los sellos, por lo que la empresa se ve en la necesidad de fabricar costosos dispositivos de prueba para sellos en particular, para poder satisfacer los parámetros de la norma API 682. Por sus características de diseño, el banco utilizado se ha deteriorado con el tiempo y la empresa se ve en la necesidad de adquirir otro banco de pruebas, pero es necesario buscar uno que se ajuste a las necesidades de John Crane Venezuela. Sin embargo, para el banco utilizado se han fabricado un gran número de adaptadores, creando un inventario de piezas bastante costoso que no se desea perder. Por esta razón la alternativa que se busque, debe ajustarse y ser compatible con todas estas piezas que ya existen.

3.2 Justificación e Importancia La realización de la prueba es indispensable para que la empresa pueda continuar con su negocio, prestando la mejor calidad a sus clientes. Cuando un sello no se puede probar en el banco de pruebas, significa que habrá retrasos en las entregas de los productos debido a que otras alternativas al dispositivo de prueba deben ser concebidas, y estas alternativas, debido a su alto costo de fabricación, generan perdidas para la empresa. Es importante para la empresa que la solución a este problema no sea comprar un banco nuevo; que de seguro tendrá un alto costo, si no desarrollar un diseño local hecho a la medida de las necesidades de la empresa. Además el desarrollo de este proyecto independiza a John Crane Vzla. de tener que comprar un producto que de seguro no se ajustara totalmente a los

7 requerimientos necesarios, y más aún, representa para la empresa una oportunidad de comercializar el nuevo diseño como un producto propio.

3.3 Objetivos 3.3.1 Objetivos generales: • Diseñar un banco para pruebas estáticas, en el que se someterán los sellos mecánicos a una prueba de aire para cumplir con lo requerido por la norma API 682, sección de la norma que contempla lo relacionado con sellos mecánicos.

3.3.2 Objetivos específicos: • Familiarización con el funcionamiento y fabricación de los diferentes tipos de sellos mecánicos. • Diseñar un banco de pruebas que se adapte a la geometría y tamaño de la mayoría de los sellos mecánicos que se fabrican en John Crane Venezuela. • El diseño del banco debe ajustarse a los dispositivos adaptadores ya fabricados para el banco a remplazar. • Generar planos CAD de todos los componentes mecánicos a ser fabricados en John Crane, para la construcción del dispositivo de prueba. Selección de sellos secundarios (o’rings). • Diseño conceptual del sistema de control automatizado. • Realizar un estudio de costos para la fabricación del dispositivo.

8 4. MARCO TEORICO La mayor parte de la información referente a sellos mecánicos fue extraído del manual de sellos mecánicos de John Crane Venezuela C.A.[1,4,5,6,7]

4.1 Dispositivos de Sellado El sellado en equipos rotativos ha sido un reto a superar desde el primer momento en que se utilizaron estos equipos. Diferentes métodos se han desarrollado a lo largo de los años para resolver el problema, y es una solución que continua en constante desarrollo. En un principio, las aplicaciones en las que se encontraban los equipos rotativos, eran generalmente con agua, y las empaquetaduras eran los sellantes por excelencia, pero a medida que las industrias petrolera, petroquímica y alimenticia crecían, las aplicaciones se hacían cada vez mas complejas y peligrosas, lo que trajo como consecuencia una preocupación y una toma de conciencia general por la seguridad y por la protección del medio ambiente. Nuevas técnicas de sellado eran necesarias, y es entonces cuando nace lo que es hoy en día el sello mecánico. Con el uso de sellos mecánicos, se aumentaron los niveles de seguridad en las industrias en donde se trabaja con fluidos peligrosos, bien sea por su volatilidad o por sus efectos cancerígenos y tóxicos para el cuerpo humano. Los dispositivos de sellado han avanzado enormemente en efectividad, pero también han aumentado en complejidad, lo que requiere de personal altamente especializado en diferentes ramas de la ingeniería para su diseño y fabricación. Convirtiéndose el sellado mecánico en un área tan compleja y extensa de los equipos rotativos, surgió la necesidad de establecer normas particulares para este tipo de dispositivos, y es así como surge la norma API 682, norma que contempla lo relacionado con los sellos mecánicos.

4.1.1 Definición: Los dispositivos de sellado son aquellos utilizados para prevenir la fuga de líquidos, gases o sólidos. Están disponibles en una gran variedad de diseños y configuraciones, utilizando la amplia gama de principios de sellado.

9 4.1.2 Clasificación de los dispositivos de sellado La clasificación de los dispositivos de sellado es la siguiente:

Sellos Estáticos

Empaques Sellos anulares

Movimiento Reciprocante Sellos Dinámicos Movimiento Rotativo

Sellos Intersticiales (Bujes, Laberintos) Sellos Interfaciales

Axiales - Sello Mecánico

Radiales - Empaquetadura Los sellos dinámicos cubren las mayores necesidades de sellado industrial, siendo más utilizados los sellos para eje rotativo por el uso cada vez más creciente de las bombas centrífugas y rotativas, entre los cuales se destacan las empaquetaduras y el sello mecánico. 4.2 Sellos Mecánicos

4.2.1 Definición: Se define técnicamente como un dispositivo de sellado que previene el escape de un fluido de un recipiente que es atravesado por un eje rotativo, realizándose el sellado por contacto axial de sus caras que se encuentran perpendiculares al eje y en movimiento relativo una respecto a la otra. Todos los sellos mecánicos constan de dos elementos básicos: el elemento rotativo y el elemento estacionario. Esta definición puede comprenderse mejor en su forma más simple, asumiendo un resalte del eje que gira rozando contra una pared del recipiente. El sellado se logra en el área donde las dos caras establecen contacto.

10

Atmósfera

Pared del Recipiente

Fluido de Proceso

Fuga Figura 4.1. Principio conceptual de un sello mecánico.

La versión mostrada en la figura 4.1 esta excesivamente simplificada, por lo que constituye un deficiente dispositivo de sellado. La versión práctica de un sello mecánico usa componentes por separado, el saliente del eje es sustituido por un elemento móvil de desgaste con un elemento de sellado semiestático y en la pared del recipiente se inserta un elemento fijo de desgaste con un elemento de sellado estático, además se utilizan resortes para mantener en contacto el componente fijo y el móvil, y un mecanismo de arrastre para el componente móvil. La figura 4.2 ilustra la configuración explicada.

Figura 4.2. Sello mecánico en su forma práctica.

4.2.2 Componentes Principales de un sello mecánico El sello mecánico es un dispositivo técnicamente avanzado que proporciona un gran rendimiento en el sellado durante largos períodos de tiempo, esto es posible gracias a la concepción e interrelación de sus componentes que determinan una amplia variedad de diseños. Los elementos básicos de un sello mecánico son:

11 1. Elemento de sellado primario desgastable y estacionario (Asiento) 2. Elemento de sellado primario desgastable y rotativo.(Anillo Primario) 3. Elementos de sellado secundarios y terciarios. (O-rings, Cuñas, Anillos de Empaque. Etc.) 4. Uno o varios elementos de empuje para mantener los elementos de sellado primario 1 y 2 en contacto permanente uno contra el otro. (Resortes) 5. Elementos auxiliares que transmiten el movimiento. (Sistema de Arrastre) 2. Anillo Primario 3. Sellante Secundario (O-Ring) 4. Elementos de Empuje (Resortes)

3. Sellante Terciario (O-Ring)

5. Elementos de Arrastre (Retenedor)

1. Asiento

(Prisioneros) Eje

Figura 4.3. Componentes de un sello mecánico.

4.2.2.1 Anillo primario y asiento El anillo primario y el asiento son elementos del sello mecánico que se mueven uno con respecto al otro y además son empujados por fuerzas axiales dando como resultado una presión entre ellos. Esta presión se distribuye en las caras de contacto en forma de cuña formando una película de lubricación interfacial que se conoce como cuña de presión y produce el sellado primario. La magnitud de la presión en las caras de contacto es muy importante, si es muy alta la película de la cuña será expulsada y al correr el sello en seco se acelerará la destrucción de los elementos de desgaste. Para reducir el efecto de la presión se recurre al uso de caras balanceadas hidráulicamente.

12 4.2.2.2 Elementos sellantes secundarios Son los que sellan los senderos de fuga que se producen al instalar el anillo primario en la camisa o eje. Se tienen tres formas básicas: 1.O-rings 2.Anillos de Teflón en forma de Cuñas, Anillos en “C”, Chevrones y O-rings recubiertos. 3. Fuelles fabricados en material de Elastómero, Teflón o Metal. En dos grupos: a. Empujadores (ver figura 4.4): • Anillos deslizantes b. No Empujadores (ver figura 4.5): • Fuelles

Anillos en V

Copa en U

Cuña

O Ring Encapsulado

O Ring

Figura 4.4. Elementos sellantes secundarios empujadores.

Fuelle Elastomérico

Media Convolución

Fuelle de Teflón

Fuelle de Metal Soldado

Figura 4.5. Elementos sellantes secundarios no empujadores.

4.2.2.3 Elementos sellantes terciarios Sellan los senderos de fugas que se produce al instalar el asiento. Se tienen cuatro tipos básicos: 1. O-rings: Elastómeros. 2. Anillos de sección cuadrada o rectangular: PTFE, Grafito flexible. 3. Anillos de Copa: Elastómeros.

13 4. Empaques o juntas planas: PTFE, Fibras comprimidas.

4.2.2.4 Dispositivos de empuje Suministran la fuerza inicial de cierre cuando no hay presión hidráulica. Su funcionamiento se hace crítico a bajas presiones disminuyendo su carácter de elemento crítico a altas presiones. En los sellos mecánicos se tiene la opción de cuatro elementos básicos que pueden ser usados como dispositivos de empuje: 1. Resorte único de muelle helicoidal 2. Resortes múltiples de muelle helicoidal 3. Fuelle metálico 4. Resorte de onda

4.2.2.5 Sistema de arrastre Es el que se encarga de transmitir el movimiento rotacional desde el eje hasta el cabezal rotativo. Existen varios diseños para lograr esto en cada aplicación de sellado mecánico que se pueda encontrar. Los sistemas de arrastre utilizados se muestran a continuación en la figura 4.6:

Dentado

Con Pin

Fuelle Elastómerico

Con Cuña

Con retenedor (snap ring)

Resortes Figura 4.6. Sistemas de arrastre.

Con Prisioneros

Con aletas y orejas

14

4.2.3 Sellado Primario El sellado primario es el que ocurre entre las caras de contacto del anillo primario y el asiento. La presión hidráulica del líquido manejado cierra las caras a la vez que se introduce entre ellas y las lubrica. Funcionando adecuadamente el sellado primario debe cubrir dos aspectos: 1. Retención de fluido 2. Preservación de las superficies deslizantes por medio de la película de lubricación interfacial. La película de lubricación debe: 1. Estar siempre presente, evitar correr las caras en seco. 2. Ser estable 3. Limpia, evitar abrasivos. 4. Razonable viscosidad. 5. Temperatura controlada. 6. Presión aceptable.

4.2.3.1 Espesor de la película de lubricación interfacial El espesor de la película de lubricación interfacial es muy importante porque: 1. Si es muy ancha se presentan fugas visibles. (ver figura 4.7 (a)) 2. Muy delgada ocasiona desgaste y fugas prematuras. (ver figura 4.7 (b))

(a)

(b)

Figura 4.7. (a) Espesor de película de lubricación Interfacial ancha (fugas). (b) Espesor de película de lubricación Interfacial inexistente (desgaste)

15 4.2.4 Clasificación por características de diseño

4.2.4.1 Sello No Balanceado La presión se transmite totalmente a las caras de contacto, el área de cierre es mayor o igual al área de apertura. (Figura 4.8 (a)).

4.2.4.2 Sello Balanceado Se alivia la presión entre las caras haciendo mayor el área de apertura respecto al área de cierre, para lo cual se requiere fabricar un escalón en la camisa o eje. (Figura 4.8 (b)).

A c

A a

Fc

Ac

(a)

Aa

(b) Figura 4.8. (a) Sello no balanceado. (b) Sello balanceado.

4.2.4.3 Sello con Cabezal en Rotación Gira el cabezal del sello, es la forma más usual y sencilla. Se usan en aplicaciones con velocidad tangencial menor a 4500 fpm. (Figura 4.9 (a)).

4.2.4.4 Sello con Asiento en Rotación Gira el asiento, se utiliza en aplicaciones donde la velocidad tangencial es mayor de 4500 fpm con el fin de impedir que los componentes del cabezal de sello se dañen por la acción de las fuerzas centrífugas. (Figura 4.9 (b)).

16

Asiento en Rotación

(a)

Cabezal de Sello Estacionario

(b)

Figura 4.9. (a) Sello con cabezal en rotación. (b) Sello con asiento en rotación.

4.2.4.5 Resorte Único Es un solo resorte con alambre de sección transversal grande más resistente al ataque por corrosión colocado concéntricamente con el eje de la bomba. El resorte único es robusto, autolimpiable y no se atasca. Por estas razones se recomienda cuando el producto a sellar es viscoso o abrasivo. Tiene la desventaja que no da una carga uniforme en las caras del sello y tiene tendencia a dañarse por la acción de la fuerza centrífuga además que requiere mayor espacio axial.

4.2.4.6 Resortes Múltiples El sello tiene una serie de resortes que proporcionan una carga mas uniforme debido a que están distribuidos radialmente. Un mismo resorte puede usarse en diferentes tamaños de sello y tiene mejor resistencia a la fuerza centrífuga. En los sellos multiresorte la presión se distribuye uniformemente en las caras de contacto por lo que se recomienda cuando se trabaja con líquidos cercanos a su punto de ebullición en los que es necesario un cuidadoso control de la lubricación interfacial. Tiene la desventaja de que la pequeña sección del alambre incrementa la sensibilidad a la corrosión. Se atasca fácilmente con líquidos muy viscosos y con partículas abrasivas.

17 4.2.5 Clasificación por arreglo posicional

4.2.5.1 Arreglo de Sellos Sencillo El arreglo de sellos sencillos esta formado por un solo sello mecánico que pueden montarse interiormente o exteriormente.

4.2.5.1.1 Sello sencillo montaje interior El sello se monta en el interior del equipo y se encuentra inmerso en el líquido de operación. La presión hidráulica esta ubicada en el diámetro mayor y la atmosférica en el diámetro menor. 4.2.5.1.2 Sello sencillo montaje exterior El sello se instala en el lado atmosférico. La presión hidráulica esta ubicada en el diámetro menor y la atmosférica en el diámetro mayor.

(a)

(b)

Figura 4.10. (a) Sello sencillo de montaje interior, (b) Sello sencillo de montaje exterior.

4.2.5.2 Arreglo de Sellos Duales Son arreglos que se hacen generalmente con dos sellos que pueden ser dual no presurizado y dual presurizado 4.2.5.2.1 Arreglo dual no presurizado Es un arreglo de dos sellos sencillos en donde el sello interno es lubricado por el fluido bombeado y el sello externo es lubricado por un fluido amortiguador que recircula a una presión ligeramente mayor a la atmosférica. Debido que la presión del proceso es mayor que la del fluido amortiguador, las fugas normales van del proceso al fluido amortiguador y de este a la atmósfera. (ver figura 4.11)

18

Figura 4.11. Arreglo dual no Presurizado.

4.2.5.2.2 Arreglo Dual Presurizado Consiste en un arreglo de dos sellos sencillos entre los cuales se hace recircular un fluido, denominado fluido de barrera, a mayor presión que la del fluido de proceso. En este caso el fluido de barrera por tener una presión mayor obliga a que las fugas normales sean dirigidas hacia el proceso y hacia la atmósfera. (ver figura 4.12)

Figura 4.12. Arreglo dual presurizado.

19

4.2.5.2.3 Orientaciones para los arreglos duales presurizados Los arreglos de sellos duales presurizados se consiguen en tres orientaciones: 1. Cara-Espalda 2. Espalda-Espalda 3. Cara-Cara

4.2.5.2.3.1 Orientación Cara-Espalda Conocido anteriormente como arreglo Tandem, es un arreglo dual en donde un asiento es montado entre dos cabezales de sello y un cabezal de sellos es montado entre dos asientos.

4.2.5.2.3.2 Orientación Espalda-Espalda Es un arreglo dual en donde los cabezales de sellos son montados entre dos asientos.

4.2.5.2.3.3 Orientación Cara-Cara Es un arreglo dual en donde los asientos son montados entre los cabezales de sello.

(a)

(b)

(c)

Figura 4.13. (a) Orientación cara-espalda; (b) Orientación espalda-espalda; (c) Orientación Cara-Cara.

4.2.6 Sellos Tipo Cartucho Aparte de las piezas básicas ya mencionadas, los sellos mecánicos modernos poseen una serie de dispositivos adaptadores que van a depender del diseño del equipo en donde se instalará el sello y de los requerimientos del proceso. Estos dispositivos incluyen: la camisa, la brida, el anillo de bombeo y el collar de arrastre.

20 Cuando el sello mecánico viene preensamblado de fabrica con la brida, la camisa, un collar de arrastre que independiza la camisa de la bomba y un espaciador para fijar la longitud de operación se, dice que el sello es un cartucho. En la figura 4.14 se puede observar la configuración de un sello cartucho sencillo.

Figura 4.14. Sello cartucho sencillo.

4.2.7 Norma API 682 Es la norma emitida por el Instituto Americano de Petróleo (API) que establece los parámetros de diseño, clasificación y funcionamiento de los sellos mecánicos. Muchos de los parámetros que se señalan en la norma han sido aportados por las experiencias de los fabricantes de sellos, y en especial por John Crane, a lo largo de los años en las innumerables aplicaciones que requieren de la implementación de sellos mecánicos. La norma establece en su sección 10.3.4[2] que todos los sellos mecánicos tipo cartucho que se ensamblen, bien sea por primera vez o luego de una reparación, deben ser sometidos a una prueba estática presurizada con aire para verificar el correcto estado de los elementos de sellado y de su correcto ensamble antes de ser instalados en los equipos. A continuación en la sección 4.2.7.1, se presenta el procedimiento a seguir según la norma.

4.2.7.1 Procedimiento de Prueba de Aire de la Norma API 682 para Sellos Mecánicos La prueba de aire de la API 682, consiste en probar el sello mecánico para comprobar su correcto ensamble. Por esta razón, la prueba solo se realiza a sellos tipo cartucho. Luego de

21 que el sello está completamente ensamblado, se debe realizar la prueba siguiendo los siguientes pasos [2]: 1. Colocar el sello en el banco de pruebas y cargar la cámara de sellado a una presión de 25 psi (172,37 KPag). 2. Cerrar la línea de inyección de aire para evitar fugas por ésta vía. Medir la caída de presión permitida por el sello mecánico durante un tiempo de 5 min. 3. La caída de presión no debe ser mayor de 2 psi (13.79 KPa). Si la caída es mayor de este valor, el sello debe ser probado de nuevo. Si la falla persiste, se debe desarmar y revisar el sello. 4. Para el caso de sellos dobles se deben repetir los pasos anteriores para el sello externo, a través de las conexiones de entrada o salida. La caída de presión no debe ser mayor a 2 psi (13.79 KPa). 5. Si el sello ha pasado la prueba, no se debe desarmar; de lo contrario la prueba perderá su validez.

4.2.8 Sistemas de protección para sellos mecánicos (Planes API) La selección de un sello con materiales y características de diseño adecuados no garantiza su buen funcionamiento. Es necesario instalar sistemas para lubricar las caras de contacto del sello y extraer el calor que en ellas se genera por el deslizamiento de una contra la otra. El Instituto Americano de Petróleo (API) conjuntamente con la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) y la Organización Internacional de Estandarización (ISO) crearon un sistema con números para los diferentes métodos de lubricación y protección a los sellos mecánicos, conocidos comúnmente como Planes API. Cada organización adoptó una designación ligeramente diferente para los planes. Estos planes se desarrollaron inicialmente para la norma API 610, pero con creación de la norma API 682, se han agregado nuevos números de planes API y otros han sido modificados (API 682, 2da Edición). Estos planes, aunque son muy importantes para los sellos mecánicos, su funcionamiento generalmente es poco conocido en la industria. Los planes API se utilizan para proveer al sello del ambiente apropiado dependiendo del tipo de equipo usado y del uso a que el sello está expuesto. Los diferentes tipos de planes API se pueden agrupar como planes de circulación, planes auxiliares y planes para gas. Los planes de circulación lubrican y enfrían las caras del sello, los

22 planes auxiliares protegen los sellos y controlan las emisiones y los planes para gas lubrican protegen y controlan las emisiones en los sellos secos usados en bombas.

4.3 Instrumentación y control

4.3.1 Simbología de Instrumentación y Control En instrumentación y control, se emplea un sistema especial de símbolos con el objeto de transmitir de una forma más fácil y específica la información. Esto es indispensable en el diseño, selección, operación y mantenimiento de los sistemas de control. Un sistema de símbolos ha sido estandarizado por la ISA (Sociedad de Instrumentistas de América), bajo la norma: ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992).

4.3.2 Diagrama de Instrumentación y Tuberías Este tipo de diagrama muestra el proceso principal con los detalles de tubería y válvulas, así como también los lazos de control. Los diagramas de Instrumentación y Tuberías deben contener todos los equipos, inclusive los que sirven de repuesto, con el mismo detalle con los que aparecen los equipos principales. Las tuberías deben aparecer en su totalidad, identificadas con diámetro nominal, tipo de servicio, número de línea, especificación y dirección de flujo Los instrumentos de control, de acuerdo a donde estén ubicados, se simbolizan de manera diferente dependiendo de si el instrumento está localizado en el campo, si su señal se encuentra en el panel de control, si es accesible por el operador, etc. Los instrumentos de control, de acuerdo a donde estén ubicados, se simbolizan en el Diagrama de Tubería e instrumentación de manera diferente. La ubicación se refiere a si el instrumento está localizado en el campo con indicación en el sitio, si su señal se encuentra en el panel de control, si está accesible al operador, etc. Los símbolos empleados se muestran en las tablas 4.1 y 4.2.

23 Tabla 4.1. Símbolos de Instrumentación según el equipo. Instrumento Discreto

Display Compartido, Control Compartido

Función de computadora

Control Lógico Programable

Tabla 4.2. Símbolos de Instrumentación según la ubicación. Montado en Tablero Normalmente accesible al operador

Ubicación Auxiliar.

Montado en Campo

Normalmente accesible al operador.

Instrumento Discreto o Aislado

Display compartido, Control compartido.

Función de Computadora

Control Lógico Programable

La figura 4.15 busca ejemplificar de forma ilustrativa cómo un diagrama de instrumentación y tuberías da información de los lazos de control asociados a un sistema así como también los códigos de identificación de los mismos.

24

Figura 4.15. Ejemplo de Diagrama de Instrumentación y Tubería de un Recipiente de Aire Comprimido. 4.3.3 Equipos comunes 4.3.3.1 Controlador Lógico Programable De acuerdo con la definición de la NEMA (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales

25 (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos. En la figura 4.16 se muestra un PLC Siemens [8,9,10].

Figura 4.16. Controlador Lógico Programable Siemens Logo.

4.3.3.2 Electro válvulas neumáticas Como su nombre lo indica, son válvulas accionadas eléctricamente a través de un solenoide. Este tipo de válvulas son ideales para aplicaciones neumáticas en las que se requiera accionamientos repetitivos. Válvulas de compuesta, de aguja y de vástago, son solo algunos de los modelos en los que se pueden conseguir estos equipos, para una gran variedad de aplicaciones. A continuación, en la figura 4.17, se presentan unas electro-válvula FESTO[11].

Figura 4.17. Electro-válvulas FESTO.

26 5. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO

5.1 Método de Trabajo Para el desarrollo del presente proyecto se siguió una metodología de trabajo que comprende los siguientes pasos: • Planificación del Proyecto: estudio del problema a resolver, familiarizándose con los procesos y actividades de la empresa. Planteamiento de objetivos y condiciones. • Recolección de Data: se estudio la norma API 682 y en especial la sección 10.3.4, referida a la prueba de aire que se desea realizar. Recopilación de los estándares de pruebas de aire de John Crane. Información acerca de los sellos que se fabrican y que se quieren probar. • Estudio y Análisis de Data: se estudiaron los procedimientos de pruebas de aire, las características de los sellos mecánicos que limitan el uso del banco de pruebas actual, estudio del banco de pruebas existente y de su principio de funcionamiento. • Propuesta preliminar: se propusieron propuestas preliminares para solucionar el problema del diseño mecánico y del sistema de control. • Diseño de detalle: en esta etapa se diseñaron en detalle todos los componentes que se fabricarían en la planta de John Crane Venezuela, de los cuales se generaron planos de fabricación CAD. • Análisis de costo: se realizó una estimación de costos para la completación del proyecto, que incluye la fabricación y puesta en funcionamiento del banco diseñado. Se comparó con el costo del banco de pruebas que se utiliza en la actualidad.

5.2 Estudio de Actividades de la Empresa Se estudiaron cuales eran las actividades principales que se realizan en John Crane Venezuela, entre las que están: la fabricación, reparación, puesta en funcionamiento y servicio técnico de sellos mecánicos. Actualmente existe una gran gama de tipos y tamaños de sellos para distintas aplicaciones. John Crane Venezuela por las características del mercado que suple, se ha especializado en sellos mecánicos para la industria petrolera. Tomando esto en

27 cuenta, existe un rango de tamaños de sellos fabricados que condiciona las características de diseño del banco de pruebas.

5.3 Estudio de la Norma API 682 y Estándares de prueba de John Crane Se estudio la Norma API 682 con el objetivo de familiarizarse con lo referente a los estándares utilizados para diseñar y fabricar sellos mecánicos y en especial, para estudiar el procedimiento de la prueba neumática estática. Luego de muchos años en la industria, John Crane ha desarrollado sus propios estándares para casi todas las actividades que realiza, y la prueba neumática no es la excepción. Se estudiaron todos los estándares relacionados con la prueba, y se encontró que los procedimientos son iguales para todos los estándares y para la prueba de la API 682, con diferencias en los valores de presión, tiempo y caída de presión tolerable. Es necesario estudiar las diferentes pruebas para determinar cuales podrán ser realizadas por el banco de pruebas, ya que es el interés de la empresa que el banco sea versátil y no esté limitado solo a la prueba de la API 682. De todos estos estándares, se encontró que algunos eran particulares para modelos de sellos en específico y algunos para sellos que no se fabrican en Venezuela, por consiguiente se descartaron algunos de los estándares, simplificando la lista de pruebas a realizar.

5.4 Estudio del procedimiento de prueba utilizado en la actualidad John Crane Venezuela, C.A. posee actualmente un banco de pruebas adquirido comercialmente, y es de suma importancia estudiar el modo en que este banco es utilizado ya que esto da una idea de cuales son las limitaciones que deben ser mejoradas en el nuevo diseño. Sin embargo, el nuevo diseño debe adaptarse a algunas de las medidas del banco a sustituir, ya que existe un inventario bastante extenso de adaptadores y ejes que simulan las dimensiones de las bombas, que se desea salvar, debido a que fabricar de nuevo estos dispositivos significa un costo adicional bastante elevado.

5.5 Propuestas Preliminares Con una idea general de que se quería lograr, se propusieron varias alternativas para resolver el problema mecánico y el problema de control. Con la asesoría del equipo de Ingeniería y de manufactura de John Crane, se fueron descartando opciones hasta llegar a una

28 propuesta que fuera funcional, posible de fabricar y económica, siguiendo los estándares de diseño de John Crane. Para el sistema de control, se realizó un Diagrama de Instrumentación y Tubería sencillo para tener una idea de cuales componentes podrían ser necesarios para su puesta en funcionamiento. Estos diagramas sirvieron como guía para que las compañías especializadas en el ramo realizaran las cotizaciones pertinentes.

5.6 Diseño en Detalle Luego de fijar un concepto general de diseño y de funcionamiento, se realizaron modelos computarizados en 3 dimensiones y posteriormente se realizaron planos para la fabricación de las piezas en el taller de John Crane Venezuela, C.A. También se realizaron los cálculos necesarios para garantizar el correcto funcionamiento del dispositivo. Esto incluyó análisis de esfuerzos, cálculo de uniones apernadas y dimensionamiento de piezas siguiendo los estándares utilizados por John Crane. En esta fase se determinaron cuales piezas serán fabricadas por la misma empresa y cuales serán adquiridos de forma comercial.

5.7 Estudio de costos de Fabricación Finalmente se cálculo el costo de todas las piezas necesarias y del sistema de control en su totalidad, incluyendo la puesta en funcionamiento. Se estudiaron varias alternativas de materiales para la fabricación de las piezas del herraje, buscando la opción más económica que se adaptara a la aplicación. Luego de analizar las diferentes cotizaciones suministradas por varias empresas, se decidió generar una propuesta alterna que toma algunos elementos y servicios de un proveedor y otros de un segundo proveedor, buscando llegar a una solución de mejor calidad y de menor costo. Finalmente se comparó el precio total tentativo del banco de pruebas con el precio del banco utilizado actualmente para tener una referencia de precio contra prestaciones del equipo.

29 6. ESTUDIO DEL SISTEMA ACTUAL Para entender mejor las limitaciones del banco utilizado, se estudio a fondo todos los aspectos de su uso para la realización de pruebas.

6.1 Procedimiento de Prueba para el Banco utilizado Actualmente para realizar la prueba neumática estática a un sello, se deben seguir los siguientes pasos: 1. Se verifica que el tamaño del sello a probar sea compatible con el banco de pruebas. Si el sello es muy grande, se debe fabricar un dispositivo de prueba aparte. 2. Se verifica la existencia de adaptadores de caja y eje que se ajusten al sello. De no existir, se deben fabricar. En la figura 6.1(a) y (b) se muestran unos de estos adaptadores, respectivamente.

(a)

(b)

Figura 6.1. (a) Adaptador de caja para el banco de pruebas. (b) Eje adaptador.

3. Se colocan los adaptadores en el banco, asegurándose que sellen correctamente con los o’rings instalados en la caja principal y en el eje. Ver figura 6.2.

30

Figura 6.2. Banco de pruebas con los adaptadores y espárragos de corredera.

4. Se coloca el sello y se ajustan los espárragos radialmente para que coincidan con los agujeros para pernos que posee la brida. 5. Se aprieta la brida contra la caja adaptadora para garantizar el sellado del sello secundario de la brida. 6. Se coloca una tuerca en el extremo del eje para evitar que el eje adaptador salga proyectado cuando el sistema se presurice. 7. Se taponan las conexiones que sea necesario y se procede a presurizar el sistema a aproximadamente 40 psi (276 KPag). Se dejan pasar aprox. 5 minutos (no hay un cronómetro para medirlo). En la figura 6.3 se muestra al banco durante una prueba.

31

Figura 6.3. Banco de Pruebas actual durante una prueba.

8. Luego de pasar los 5 minutos, se verifica la presión final y se compara con el valor de la presión al comienzo de la prueba. Se verifica que la diferencia no sea mayor a 2 psi (13.79 KPag)

6.2 Desventajas del Banco de Pruebas utilizado Luego de estudiar el procedimiento que se sigue para realizar una prueba, se pueden notar varias limitantes que se deben mejorar en el nuevo diseño: • El banco está dispuesto horizontalmente, de manera que el sello queda en voladizo, lo que hace que el banco se volquee cuando el sello que se quiere probar es muy largo y pesado. En la figura 6.3 se puede observar el banco durante una prueba con un sello de tamaño medio. • La caja principal es pequeña para probar algunos sellos, por lo que, cuando existe la necesidad de probar un sello muy grande, es necesario fabricar una caja única para ese sello, junto con un eje de prueba. Estas cajas tienen un alto costo y solo se utilizan para un solo sello, y es poco probable que se vuelva a utilizar luego de realizada la prueba. En la figura 6.4 se puede observar una de estas cajas.

32

Figura 6.4. Caja especial para un sello en particular. • El sistema de espárragos en correderas, además de ser engorroso de ajustar, está limitado a un diámetro que en algunos casos no es suficiente para realizar la prueba. Existe también el caso de sellos que no poseen agujeros para pernos, lo que hace imposible probarlos en este banco. • La caja principal posee un o’ring montado en la cara cilíndrica interna que sirve para sellar con el adaptador de caja. Este tipo de montaje hace difícil la extracción del dispositivo adaptador luego de realizada la prueba, lo que trae como consecuencia lesiones en las manos de los operarios debido a las bruscas extracciones. • No hay manera de medir con exactitud el tiempo de la prueba, ya que no se dispone de un cronómetro.

33 7. DISEÑO DEL BANCO DE PRUEBAS En esta sección se desarrolla en detalle los pasos tomados para llegar al diseño final del banco de pruebas.

7.1 Parámetros de Diseño El banco a diseñar debe cumplir con los siguientes parámetros de diseño • Debe adaptarse a la mayoría de los tamaños y tipos de sellos que se ensamblan en la planta de John Crane Venezuela. • Debe ser fácil de operar. • La intervención del operario se debe simplificar en comparación con el banco de pruebas actual. Este solo debe colocar y fijar el sello. • Debe ser compatible con las piezas adaptadoras como ejes y cajas que se utilizan en el banco de pruebas actual. • Debe ser automático, es decir debe tener un sistema de control que sea capaz de realizar la prueba sin necesidad de la intervención del operario. • Debe ser un dispositivo duradero y capaz de soportar los maltratos a los que pueda estar sometido.

7.2 Estudio Preliminar de Parámetros de Operación

7.2.1 Estándares de Pruebas de Aire de John Crane Buscando en la base de datos de John Crane a nivel mundial, se encontraron varios estándares de prueba que se encuentran reflejados en la tabla 7.1. Luego de estudiar cada uno por separado, se pudo notar que los pasos a seguir en todos los casos coinciden con los de la prueba API 682, expuestos en la sección 4.2.7.1. Las diferencias se encuentran en los valores de presión a los que se realizan las pruebas, los intervalos de duración y las caídas admisibles de presión. A continuación se presenta una tabla con los diferentes estándares y sus valores de operación:

34 Tabla 7.1. Pruebas de aire según estándares de John Crane Inc.

Estándar

Tipo de Sello

QA-5-0114

1215

QA-5-0133

2215

QA-5-0147

Todos

QA-5-0146

8

AE-5-0449

2800

AE-5-0390

7700

QA-5-0569

5600

QA-5-0568

5600

DE-1-0957

Todos

DE-1-0956

Todos

QA-5-0158

8000

CA-5-0159

88

Descripción Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Tipo Cartucho T-1215 de Fuelle Metálico Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Tipo Cartucho T-2215 de Fuelle Metálico Instrucciones para Prueba Neumática de Sellos Tipo Cartucho Dobles y Tandem. Referencia Quantum Chemical Instrucciones para Prueba Neumática de Sellos Tipo Cartucho HSP-10646-1 y HSP10646-2 Referencia Quantum Chemical Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Cartucho Tipo 2800 Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Cartucho Tipo 7700 Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Duales tipo Cartucho Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Sencillo tipo Cartucho Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Duales tipo Cartucho Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Sencillo tipo Cartucho Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Cartucho Tipo 8000 Instrucciones para Prueba Neumática de Sellos Tipo Cartucho Dobles y Tandem Tipo 88/8000

Caída Tipo Tiempo max. de de Presión Prueba

Presión

Gas

50 psi

Aire

30 seg

2 psi

50 psi

Aire

30 seg

2 psi

50 psi

Aire o N2

30 seg

2 psi

1 50 psi

Aire o N3

30 seg

2 psi

50 psi

Aire

30 seg

2 psi

50 psi

Aire

30 seg

2 psi

50 psi

Aire

60 seg

3 psi

2 50 psi

Aire

60 seg

3 psi

25 psi

Aire

5 min

2 psi

3 25 psi

Aire

5 min

2 psi

50-60 psi

Aire

Sumergir en agua

NO debe haber burbujeo

Aire

Sumergir en agua

NO debe haber burbujeo

20-25 psi

NA

Luego de consultar con el departamento de Ingeniería de John Crane Venezuela, se descartaron varios de estos estándares, debido a que algunos son particulares para sellos en

35 específico que ni siquiera se fabrican en Venezuela o por que algunos de estos modelos de sellos están fuera de producción. Finalmente, luego de depurar la Tabla 7.1, se obtiene la Tabla 7.2, que representa los tipos pruebas que el banco debe ser capaz de realizar:

Tabla 7.2. Pruebas que se deben llevar a cabo en John Crane Vzla.

Estándar

Tipo de Sello

QA-5-0569

5600

QA-5-0568

5600

DE-1-0957

Todos

DE-1-0956

Todos

Descripción Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Duales tipo Cartucho Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Sencillo tipo Cartucho Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Duales tipo Cartucho Instrucciones para prueba Neumática para Sellos Sencillo tipo Cartucho

Presión

Gas

50 psi

Aire

Caída Tipo Tiempo max. de de Presión Prueba 60 seg

3 psi

2 50 psi

Aire

60 seg

3 psi

25 psi

Aire

5 min

2 psi

3 25 psi

Aire

5 min

2 psi

Esto limita el rango de presiones que el banco debe soportar y da una idea de cómo se puede resolver el problema del sistema de control neumático. También se verificó que la línea de aire comprimido que está instalada en el sitio donde se encuentra el banco de pruebas, fuera capaz de suministrar aire a estas presiones, y se comprobó que la presión máxima que maneja esta línea es de 70 psig (482.63 KPa).

7.3 Alternativas Propuestas Desde un principio se estuvo de acuerdo en que el tamaño de la caja principal debía ser mayor al del banco anterior para poder albergar sellos mas grandes, por lo que las diferentes alternativas de diseño se encontraban en el sistema de apriete y en el tipo de sistema de control. Entre las alternativas de sistemas de apriete se plantearon las siguientes: •

Un sistema de espárragos con correderas similar al instalado en el banco actual. Esta alternativa se rechazó debido a que éste era uno de los puntos que se quería simplificar con respecto al banco existente, y evitar utilizar tuercas y llaves para apretarla.

36 •

Una configuración que posee dos ejes verticales colocados diametralmente opuestos en la parte externa de la caja principal, que funcionarían como tornillos sin fin para una pieza que presionaría el sello contra la caja. Este diseño se rechazó porque los ejes en esta posición limitan a un tamaño máximo de brida que se puede colocar, y para lograr que funcionara para todos los sellos, las piezas tendrían que ser muy grandes y costosas.

•

Un sistema de apriete por medio de bandas elásticas. Este sistema se propuso pero fue rápidamente rechazado por el autor, debido a que para generar la fuerza de apriete necesaria, se requiere de bandas elásticas muy robustas que representan un problema para los operarios al momento de colocarlas.

•

Un sistema de apriete con un eje central roscado y una pieza que presiona sobre la brida del sello gracias a la acción de una tuerca mariposa, que puede accionarse manualmente. Este fue el sistema aceptado por los encargados del proyecto porque cumplía con los parámetros de diseño planteados.

Entre las alternativas para el sistema de control se tienen las siguientes: •

Un sistema de control gobernado por un PLC y manejado por el operador desde un panel de control sencillo. Esto se rechazó porque la empresa busca que el operador tenga el menor contacto posible con el instrumento de control.

•

Diseñar una tarjeta electrónica que pueda ser controlada por el puerto paralelo de una computadora personal (PC) y crear un programa en cualquier lenguaje de programación para gobernar el sistema. Aun cuando esta solución parece ser la más sencilla, el diseño de la tarjeta electrónica representa un problema significativo, ya que no se cuentan con las herramientas para hacerlo; además la confiabilidad en el sistema se vería disminuida en comparación con la alternativa de comprar un PLC comercial.

•

Un sistema controlado por un PLC conectado a una computadora personal (PC), de manera que el operador pueda controlar el banco y ver la data registrada desde la computadora. Esta es la opción seleccionada, ya que cumple con los parámetros de diseño.

37 7.4 Diseño Conceptual y Características Generales De analizar los diferentes parámetros y limitantes para el diseño de este banco, surgieron varias ideas, que luego de consultar y discutir con el departamento de ingeniería se transformaron en una propuesta conceptual que posteriormente se desarrollo en detalle. Las características generales de esta propuesta son las siguientes: • Disposición vertical: se propone un banco orientado verticalmente para eliminar el problema del peso de los sellos. • Mesa de apoyo independiente: el banco estará apoyado sobre una mesa especial para el banco, con una altura que permita que el banco quede a una altura aproximada de la cintura del operario. Lo que se busca es que el operario no tenga que levantar el sello; que en algunos casos puede ser muy pesado, por encima de su cintura o de la posición de brazos extendidos, para colocarlo en el banco de pruebas. Recordando que es un banco vertical, la altura del eje central puede ser muy grande si el banco se coloca sobre una mesa de altura estándar. Por esto, se propone una mesa de poca altura. • Caja de mayor tamaño: se diseñó una caja principal de mayor tamaño de manera de poder albergar desde el sello más pequeño hasta el más grande, tipo cartucho por supuesto. Para esto se revisó la planoteca de John Crane Vzla, buscando los casos más críticos que se han manejado anteriormente dentro de la empresa. • Compatible con los adaptadores ya existentes: debido a que el diámetro interno de la caja se aumentó con respecto al banco anterior, para poder albergar sellos más grandes; todos los adaptadores de caja quedarían inservibles. Por esta razón, se diseñó una pieza adaptadora que permite utilizar todos esos dispositivos ya fabricados. En la figura 7.1 se puede observar el inventario de adaptadores de caja que se estaría recuperando.

38

Figura 7.1. Inventario de adaptadores de caja. • Sistema de apriete a través del eje central y de ajuste manual: para eliminar el procedimiento de apriete del sello por medio de los espárragos-corredera, que además de estar limitado a un diámetro máximo, requiere de tuercas, arandelas, discos de teflón para no rayar la brida y herramientas, se diseñó un sistema que presiona a la brida del sello contra la caja, garantizando el sellado entre éstas, sin necesidad de tuercas ni llaves. Esto se logra por medio de una pieza que se ajusta a todos los tamaños de bridas y se aprieta a través del eje principal con una tuerca mariposa manual. • Dos ejes de diferentes tamaños: debido a que hay sellos más grandes que otros, se diseñaron dos ejes de diferentes longitudes. Estos ejes son fácilmente intercambiables dependiendo del sello que se quiera probar. El diámetro de estos ejes se mantuvo con respecto al banco anterior para no desechar los ejes adaptadores ya existentes. En la figura 7.3 (a) y (b) se pueden observar la caja con los dos ejes. • Sistema de control automatizado: se realizó el diseño conceptual de un sistema de control sencillo que permita realizar la prueba con la menor intervención de los operarios. Este sistema controlaría el llenado de aire, el tiempo de la prueba y la

39 descarga del sistema, y mediría la caída de presión durante la prueba, reportándola en una tabla, de la que luego esta información puede ser descargada y analizada.

Se realizó un modelo preliminar para tener una vista preliminar del banco de pruebas. Para esto se seleccionó y modeló un sello y se adaptó al banco diseñado. En la figura 7.2 se muestra esta vista preliminar con un sello de tamaño medio.

Tuerca mariposa

Eje Central

Prensa de Apriete Sello modelo (Gris) Adaptador de Caja (Azul) Brida de eje (Verde)

Conexión de Inyección de Aire

Caja Principal (Blanco)

Figura 7.2. Vista preliminar del banco de pruebas.

7.5 Diseño de Detalle Luego de tener un diseño conceptual de la solución, se tuvo que desarrollar la idea en detalle. Esto comprende el diseño de todas las piezas que se deben fabricar, selección de empaques, materiales, pernos que se deben utilizar y en general todos los detalles hasta el más mínimo, para que el banco pueda funcionar como se concibió. Esto se logra generando planos de fabricación y de ensamble de las piezas. Durante el proceso de diseño, se consultó continuamente con el departamento de fabricación para verificar la factibilidad de fabricación de las piezas en los talleres de John Crane. Para esta etapa de detalle, se siguieron los estándares de diseño de John Crane, buscando que la solución fuera compatible con la metodología, materiales y productos con los que la

40 empresa se encuentra familiarizada. Se han seleccionado como empaques secundarios o’rings, siguiendo la experiencia en su uso por parte de la empresa. Este diseño en detalle comprende también la selección de los elementos que se deben adquirir comercialmente.

7.5.1 Diseño de la Caja Principal Luego de revisar la planoteca que contiene los planos de los sellos que se han fabricado en el pasado, y de analizar los casos más críticos, se dimensionó la caja principal. Para resolver el problema de la extracción de los adaptadores, se modificó la posición del o’ring, colocándolo en un escalón que se puede observar en la figura 7.3. De esta manera, cuando se aplica la presión sobre el sello mediante la prensa de ajuste, se garantiza el sellado de este o’ring, y la extracción de los adaptadores de caja se realiza con facilidad. Finalmente, la caja principal tiene un diámetro interno de 8 pulgadas (20,32 cm) lo que le permite probar sellos con ejes de hasta de 7.875 pulg (20 cm) aproximadamente. Sellos con ejes de este tamaño no se han fabricado en John Crane Venezuela, sin embargo cabe la posibilidad de que en algún momento se presente un requerimiento para una aplicación con esas características. En el fondo de la caja se han colocado cuatro agujeros roscados dispuestos radialmente y un agujero ciego de poca profundidad en el centro. Esto es para fijar por medio de cuatro tornillos de 5/16”-UNC los ejes centrales. El resultado se puede observar en la figura 7.3. Se han colocado también cuatro agujeros roscados dispuestos radialmente en la cara inferior externa de la caja para fijarla a la mesa donde se colocará el banco de pruebas. Para la inyección de aire se ha colocado en un costado de la caja una conexión roscada cónica de ¼”-14-NPT, compatible con los racores del sistema neumático. Para el material de fabricación de la caja se consultaron varias opciones como aceros al carbono, aluminios y aceros inoxidables. Luego de analizar el costo de la pieza en varios materiales y de consultar con el departamento de ingeniería, se tomo la decisión de utilizar el acero inoxidable AISI 316. John Crane Venezuela utiliza extensivamente este acero y resulta más sencillo adquirir este material que cualquier otro. También se seleccionó este material pensando en la durabilidad del banco.

41 Esta caja se comporta durante la prueba como un recipiente a presión, y siguiendo este modelo se realizaron cálculos para verificar que la pieza soportara las cargas de presión a la que estaría sometida. Estos cálculos se pueden observar en el Anexo 1. Finalmente se realizó un plano de fabricación de la pieza, al cual se le colocó el número de plano BPE-CAJA. (Ver Anexo 7).

7.5.2 Adaptador para piezas ya fabricadas Este adaptador es una pieza bastante sencilla. No es más que un anillo cilíndrico cuyo diámetro externo se ajusta al escalón de la caja principal, y su diámetro interno es igual al de la caja del banco de pruebas anterior con un escalón que permite alojar un o’ring. De esta manera, se coloca el adaptador sobre la caja principal y sobre éste se coloca el adaptador de caja que se requiera para hacer la prueba. De esta pieza se generó un modelo que se puede ver en funcionamiento en la figura 7.12. Los planos de fabricación se pueden ver en el Anexo 7 bajo el número de plano BPEADAPTADOR.

7.5.3 Diseño de los Ejes Centrales El diámetro de los ejes se fijó desde un principio en ¾ pulg (1,905 cm), para ajustarse a los ejes adaptadores que ya existen. Para determinar la longitud de los ejes, se estudio el banco de pruebas existente y los planos de los sellos que se han fabricado. Finalmente, se decidió que eran necesarios dos ejes, uno de 15 pulg (38,1 cm) de longitud y otro de 11 pulg (27,94 cm). Los ejes poseen en su extremo superior una sección roscada de tipo ¾-UNC en donde se enroscará la tuerca mariposa para presionar todo el sistema. En ese mismo extremo poseen fresados que permiten utilizar una llave de ½” para su apriete. En el otro extremo de los ejes se colocó otro roscado de la misma medida para fijarlos a la caja principal. Los ejes no se enroscan directamente en la caja para evitar que los repetidos cambios de eje desgasten la rosca de la caja y por ende que se pierda la pieza. Por esta razón se diseñó una especie de brida en la que se enrosca el eje y luego por medio de tornillos, el ensamble ejebrida se une a la caja. Esta unión apernada esta sometida a tracción por efecto de la fuerza que ejerce la presión neumática para separarla. Por esta razón se verificó el número de pernos

42 necesarios en esta unión para garantizar su integridad. Los cálculos realizados se pueden ver en el Anexo 2. La brida será fabricada en acero inoxidable AISI 316 y los planos de fabricación se pueden observar en el Anexo 7 bajo el número de plano BPE-BRIDA.

Tomando en cuenta que la unión entre el eje y la brida es roscada, se puede notar que al apretar y aflojar la tuerca mariposa en el otro extremo del eje repetidas veces, se irá aflojando dicha unión. Para evitar ésto, se deberá aplicar una especie de pegamento en la unión roscada entre el eje y la brida. Se ha seleccionado un producto que ya es utilizado por John Crane llamado “Lock Tight”. Este producto evitara que la unión roscada se afloje y es por esta razón que se deben fabricar dos bridas, una para cada eje. Estos ejes también deben presentar ranuras para colocar o’rings. Se debe tomar en cuenta la fuga que podría producirse entre el eje central y los ejes adaptadores. La posición de esta ranura determinará el diseño de los ejes adaptadores futuros, pero se debe tomar en cuenta que ya existen muchos adaptadores fabricados. Respetando esta condición de diseño, se han colocado dos ranuras en cada eje en posiciones diferentes, una para cumplir con el diseño de los ejes adaptadores ya existentes y otra para los que se fabricaran especialmente para este banco de pruebas. Vale destacar que los nuevos adaptadores serán más económicos ya que serán de menor longitud. Las posiciones de las ranuras se pueden ver en los planos de fabricación de los ejes bajo los números de planos BPE-EJE-1 y BPE-EJE-2 en el Anexo 7 y en la figura 7.3 se tiene una vista previa del sistema ensamblado. La unión apernada en el fondo de la caja y los ejes estarán sometidos a tracción cuando se apriete el sistema con la tuerca mariposa y adicionalmente cuando se presurice el sistema. Las cargas a las que estarán sometidos estos ejes no son pequeñas, llegando aproximadamente hasta unos 2000 kg. Tomando en consideración que estas cargas serán soportadas por las roscas de los ejes, se decidió fabricar los ejes de un acero con una dureza superior a la del acero inoxidable AISI 316, en este caso el acero aleado AISI 4140 recocido. Se verificó que los esfuerzos que se producen sobre estas piezas no superen los valores admisibles y los cálculos realizados se reportaron en el Anexo 3.

43

Ranuras para O’rings Brida

(a)

(b)

Figura 7.3. (a) Caja con eje pequeño. (b) Caja con eje de mayor longitud.

7.5.4 Sistema de Apriete Para eliminar el procedimiento de apriete por medio de pernos y tuercas se ha diseñado una pieza que cumple la misma función de apriete que los pernos, pero es más sencillo de utilizar. 7.5.4.1 Diseño de la Prensa Tomando en cuenta los métodos de fabricación que se emplean en John Crane Vzla, se propuso una pieza circular que se pueda fabricar en un torno. Sin embargo luego de analizar los detalles del problema, la pieza fue cambiando su forma hasta que se llegó al diseño final que se puede observar en la figura 7.4. Se removió parte del material para disminuir el peso de la pieza, pero se le dejaron dos aletas para darle rigidez. Aletas

Canales Tipo T

Figura 7.4. Modelo de la prensa circular.

44

La pieza debe presionar sobre la brida del sello, pero sin tocar el collar que sobresale de la cara externa de la brida hasta 1 pulg (2,54 cm). Para esto se deben colocar unas extensiones en forma de “patas de mesa” que se puedan mover radialmente para ajustarse a diferentes diámetros. Estas extensiones se deslizan a través de canales tipo “T” que se pueden ver en la figura 7.4 y 7.7. A través de estas canales, se deslizan unas tuercas tipo T de medidas estándar en las cuales se enroscan las extensiones. Se han conseguido en el mercado un tipo de tuerca T con un sistema antideslizante que evita el movimiento libre de las extensiones longitudinalmente en las canales. En la figura 7.5 se puede observar la tuerca seleccionada.

Figura 7.5. Tuerca T DIN 582 con sistema antideslizante.

Fabricar una canal de este tipo requiere del uso de herramientas especiales como lo es una fresa tipo T. Luego de consultar con el departamento de mantenimiento y herramientas, se determinó que la fresa tipo T más pequeña que se tiene en el taller es de 1 pulg (2,54 cm) de diámetro por lo que la canal debería ser más grande que esta medida. También se quería que las extensiones fueran bastante robustas por lo que se les colocó un diámetro de ¾ pulg (1.905 cm). Se seleccionó la tuerca estándar M16 por ser la que mejor se ajusta a estas condiciones. Esta tuerca posee un agujero con rosca métrica M16, de allí su nomenclatura estándar. Tomando en cuenta las dimensiones de la tuerca, se diseñaron las canales en la pieza circular (ver figura 7.7).

45 Cuando se tiene un dispositivo como éste, que será manipulado constantemente por los operarios, se debe tomar en consideración el peso de las piezas, que de ser muy elevado podría ocasionar lesiones en las personas que las manejan. La prensa es la pieza de mayor tamaño que el operario deberá cargar con más frecuencia y por esta razón se verificó que el peso de la misma no sobrepasara un valor razonable. La pieza se fabricará en acero inoxidable AISI 316 cuya densidad es de 8000 Kg/m3 aproximadamente. La masa de la pieza, se calculó con ayuda del programa Solid Edge, en el cual se modeló la pieza en 3D como se puede observar en la figura 7.4 y se determinó que el peso de la prensa es de 3,490 Kg, un peso más que razonable para ser cargada por cualquier operario. Debido a que esta pieza circular soportara una carga significativa, se decidió hacer un análisis de esfuerzos de la pieza. Como se puede observar, realizar un cálculo de este tipo en una pieza con una geometría tan compleja, no es sencillo y de hacerlo tendría que hacerse con un modelo simplificado, lo cual restaría precisión al procedimiento. Se realizo un análisis por el método de elementos finitos con la ayuda de un programa de computadora que trabaja en conjunto con el programa CAD utilizado para modelar la pieza en 3D. Luego de realizar dicho análisis, se determinó que la pieza no falla bajo el efecto de las cargas a las que estará sometida. En el Anexo 5, se pueden ver en detalle el análisis realizado.

7.5.4.2 Diseño de las Extensiones Las extensiones no son mas que unas barras roscadas de ¾ pulg de diámetro, con un extremo roscado M16 fabricadas de acero inoxidable AISI 316. En el otro extremo poseen un agujero en el centro de la cara plana del cilindro, para ajustar un tope de un material menos duro que el acero AISI 316 para evitar que se raye la superficie de la brida cuando las extensiones se apoyen sobre ella. En este caso se seleccionó fabricarlas de teflón vitrificado por la familiaridad que hay con su uso dentro de la empresa. En la figura 7.6 se puede observar claramente la configuración descrita. Las canales tipo T se han diseñado ciegas y no pasantes para darle cierta rigidez a la pieza. Debido a que las canales se fabrican con una fresa, el fondo de las mismas no es cuadrado sino redondo, pero las tuercas que se han seleccionado son cuadradas. Esto impide

46 que la tuerca se deslice hasta el fondo de la canal, lo que limita el tamaño mínimo que se desea alcanzar. Es por esto que las tuercas luego de ser adquiridas deben ser maquinadas para ajustarse a la geometría de las canales. En la figura 7.6 se puede observar el maquinado propuesto. Esta operación se consulto y fue aprobada por el Departamento de Manufactura. Tuerca T maquinada

Rosca M16

Extensiones Teflón Vitrificado

Figura 7.6. Ensamble de Extensiones con la tuerca T maquinada.

7.5.4.3 Sistema de Apriete Ensamblado En la figura 7.7 se tiene una vista previa del sistema de apriete ensamblado.

Canales ciegas tipo T

Figura 7.7. Sistema de apriete completamente ensamblado.

47 Se verificó que la fuerza que debe hacer el operario para apretar la tuerca mariposa y garantizar que el sistema no fugue por los empaques secundarios, no fuera un valor muy elevado como para que una persona la pudiera aplicar. Este cálculo se muestra en el Anexo 4. Los planos de fabricación de todas estas piezas se pueden ver en el Anexo 7, bajo los números de planos BPE-PRENSA, BPE-EXTENSION, BPE-TUERCA T y BPE-TOPE.

7.5.5 Análisis de Adaptabilidad Luego de dimensionar los elementos principales del banco de pruebas, se seleccionaron 4 sellos de diferentes tamaños y se modelaron para ser ensamblados en el banco de pruebas. Con ésto, se logra tener una vista previa de cómo se adapta el banco a los diferentes sellos. Se seleccionó un sello de gran tamaño, dos de tamaños medianos pero con características geométricas diferentes, y uno pequeño. Vale destacar que los sellos seleccionados representan los casos críticos o límites con respecto a tamaño se refiere. En las figuras 7.8, 7.9, 7.10 y 7.11 se pueden observar estos modelos.

Figura 7.8. Banco de pruebas con sello de gran tamaño.

En la figura 7.8, se modeló el banco con el sello cartucho más grande que se fabrica en John Crane Venezuela para observar como se adaptan las piezas a este caso. Se puede observar como la prensa se ajusta al gran tamaño de brida y además para este caso se puede ver como funciona el banco con un adaptador de caja que debe sobresalir de la caja principal. Para este caso se utilizó el eje largo no por el espesor de la brida, sino por que el adaptador de

48 caja es bastante alto. En estos modelos las canales tipo T de la prensa no están representadas ya que la función de estos modelos es netamente apreciativa.

Figura 7.9. Banco de pruebas con sello de tamaño medio y con eje largo. Para la figura 7.9 se seleccionó un sello de tamaño mediano, que además tiene un gran espesor de brida ya que todo el sello está prácticamente contenido dentro de ella. Se observa también cómo para este caso no es necesario utilizar un adaptador de caja alto, pero aún así es necesario utilizar el eje largo.

Figura 7.10. Banco de pruebas con sello de tamaño medio y brida estándar.

49 Existe un tipo de sello que utiliza una brida de diseño estándar, que posee un diseño particular. Este es el caso del sello utilizado en la figura 7.10, y era el interés de la empresa comprobar que el banco se adaptara a este caso, y se puede observar claramente que la condición se cumple.

Figura 7.11. Banco de pruebas con sello pequeño.

Finalmente, se modelo el sello cartucho más pequeño encontrado en la planoteca, con el objetivo de comprobar la adaptabilidad del banco para este caso crítico (ver figura 7.11). Tomando en cuenta que las geometrías de los otros sellos que no se modelaron son similares a los que se mostraron en las figuras anteriores, se puede decir que el banco diseñado se adapta a la mayoría de los sellos, escapándose algún caso que se pueda presentar en el futuro.

7.5.6 Tuerca Mariposa de Apriete La tuerca mariposa era una de las piezas que sería adquirida de manera comercial. Luego de revisar en varios catálogos de partes, se encontró una tuerca mariposa que se adaptaba al caso. Ésta era una tuerca similar a las que se muestran en las figuras anteriores, con la diferencia que era fabricada en acero fundido (fundición) y por ende era una sola pieza. Este tipo de acero es bastante menos tenaz y duro que el acero AISI 4140 utilizado en los ejes, por lo que se puede intuir que la rosca de la tuerca se dañará mucho más rápido que la de los ejes. Lo ideal en este caso es que el material de los ejes sea más duro que el de la tuerca, pero que la diferencia no sea tan significativa. Además, al averiguar el alto costo de la pieza comercial y el

50 envío, se decidió diseñar una tuerca mariposa que se pudiera fabricar dentro de John Crane Vzla. Siendo compatible con los materiales ya utilizados por la empresa, la pieza se fabricará de acero inoxidable AISI 316, formada por tres piezas, cuyos planos se pueden ver en el Anexo 7, bajo los números de planos BPE-TUERCA y BPE-BARRA. En la figura 7.12, se presenta una vista del banco de pruebas con todas las piezas que se han diseñado incluyendo la tuerca mariposa y una mesa modelo. Tuerca mariposa (fabricada por John Crane)

Adaptador para piezas ya fabricadas

Mesa (de adquisición comercial)

Figura 7.12. Banco de pruebas completo.

Finalmente se generó un plano de ensamble de todos los elementos siguiendo los formatos, códigos y estándares utilizados por la empresa para su futura puesta en funcionamiento.

7.5.7 Mesa de Apoyo La mesa debe ser lo suficientemente robusta como para soportar el peso de todo el sistema. De ser posible, se debe comprar una mesa ya fabricada, y en el caso de no encontrarla, se sugiere fabricarla con perfiles L estructurales para las patas y lamina de acero para la base, utilizando soldadura para unir los diferentes elementos. Debido a que en John Crane Venezuela, C.A., no se posee la capacidad para fabricar piezas soldadas, esta mesa se debe mandar a fabricar fuera de la empresa.

51 La mesa debe tener las siguientes características y dimensiones: • Base cuadrada de lado no menor a 14 pulg (35,6 cm) y no mayor a 17 pulg (43,2 cm) • Debe tener cuatro patas. • Base fabricada en lámina de acero de 8mm de espesor. Se debe tomar en cuenta que la mesa debe soportar un peso de aproximadamente 110Kg. • Altura: 20 pulg (50,8 cm) • Estas medidas le dan al banco una altura total sobre el piso de 36pulg (91,5 cm), lo que permite que el operario no haga un gran esfuerzo al levantar y colocar un sello que pudiera ser bastante pesado.

7.5.8 Sistema de Control Es uno de los objetivos de este proyecto llevar a cabo el diseño conceptual de un sistema de control que sirva para controlar al banco durante las pruebas. Luego de analizar el procedimiento de la prueba y los valores de operación, se identificaron cuales eran los parámetros operacionales. Parámetros Operacionales: • Tipo de sello a probar: el banco debe ser capaz de probar tanto sellos dobles como simples, sin la necesidad de cambiar las líneas de llenado. • Presión a la que se realizará la prueba: como se muestra en la sección 7.2.1, se realizaran dos tipos de pruebas a dos valores de presión diferentes, una a 50 psi y otra a 25 psi. • Duración de la prueba: Los tiempos para cada prueba son diferentes, una con una duración de 60 seg y otra de 5 min. • Valor de caída de presión admisible: como se puede observar en la Tabla 7.2, el valor de caída de presión admisible es diferente para cada prueba. La presión en las cámaras de sellado es la variable que debe ser medida y monitoreada, y es a esta variable que estará ligado el lazo de control. Se propone utilizar un sistema conformado por un conjunto de válvulas de control neumáticas, traductores y controladores de presión, todos controlados por un Controlador

52 Lógico Programable o PLC por sus siglas en inglés (Programable Logic Controller), conectado a una computadora PC. Se diseñó un arreglo para las válvulas y los demás elementos del sistema que permitiera, mediante un programa cargado en el PLC, realizar las funciones de llenado de las cámaras, la medición de la caída de presión y reporte de resultados en una hoja de cálculo. El arreglo planteado se muestra a continuación en la figura 7.13. Se contactaron a varias compañías especializadas en el área de control neumático, para adquirir los elementos que se requieren para la puesta en funcionamiento del sistema. A estas compañías se les presentó el problema junto con el diagrama de la figura 7.13 para orientarlos un poco en cuanto a lo que se quería. Las tres empresas son: • ASG Sistemas Industriales, C.A.: representantes de los productos de la marca Siemens en el area de instrumentación y control. • Festo C.A: sucursal de FESTO Int. en Venezuela: empresa reconocida a nivel mundial por la calidad de sus productos en el área de instrumentación y control de sistemas neumáticos. • Omicron S.A.: empresa venezolana dedicada al área de instrumentación y control industrial. Solo las primeras dos empresas presentaron cotizaciones para realizar el proyecto, pero solo una de ellas, ASG Sistemas Industriales, asumía la tarea de la puesta en funcionamiento tanto de los elementos neumáticos, como de la parte electrónica y computacional. Luego de analizar las propuestas de cada empresa, se decidió que todos los componentes de este sistema deben estar contenidos dentro de un gabinete ubicado cerca del banco de pruebas, el cual tendrá en su parte exterior conectores para las líneas presurizadas que irán conectadas a la caja y al sello según lo requiera el caso. De esta manera, el sistema neumático y el PLC no estarán expuestos a la manipulación directa de los operarios, que podrían dañar alguno de los componentes por falta de experticia con los mismos. Se consultó con la compañía ASG, que se encargaría de desarrollar el programa para el PLC, la posibilidad de controlar el banco desde una computadora en lugar de hacerlo desde un panel de control, y la respuesta fue positiva. El PLC controlará todo el sistema de válvulas, hará las mediciones de presión y registrará los datos obtenidos en una hoja de cálculo que puede ser vista en la computadora para futuras actividades.

53

Figura 7.13. Diagrama de instrumentación y tuberías del banco de pruebas (P&ID)

54 Ambas empresas presentaron arreglos, diferentes al mostrado en la figura 7.13, adaptándose a los productos con los que cada una trabaja. Las cotizaciones presentadas por cada empresa se pueden ver en el Anexo 6. Finalmente luego de analizar ambas cotizaciones desde el punto de vista económico y de calidad de los productos se realizó una propuesta conjunta, en la que se tomaron elementos de ambas compañías para obtener una propuesta que llegara a un punto medio entre calidad y costo. Los detalles de esta propuesta se exponen en la sección 8.2.

55 8. ESTUDIO DE COSTOS Evaluar los costos del banco de pruebas, es una tarea que debe hacerse por partes. Se deben evaluar los costos de fabricación de las piezas diseñadas, y por otra parte los costos de los elementos del sistema de control.

8.1 Evaluación de Costo de los Elementos a ser Fabricados Para determinar el costo de cada unas de las piezas que se han diseñado, se recurrió a la ayuda de un analista de ventas de John Crane Vzla, quien se encarga de determinar el costo de todas las piezas que se fabrican en la manufactura de sellos mecánicos. Se le presentaron los planos de las piezas y los resultados se presentan en la Tabla 8.1 a continuación. Todas estas piezas son conocidas como el herraje del banco de pruebas.

Tabla 8.1. Costo de las piezas a fabricar. PIEZA

MATERIAL

NUMERO DE PLANO

NUMERO DE PIEZAS

CAJA

AISI 316

BPE-CAJA

1

BRIDA

AISI 316

BPE-BRIDA

2

PRENSA DE AJUSTE EJE LARGO

AISI 316

BPE-PRENSA

1

AISI 4140

BPE-EJE-1

1

EJE CORTO

AISI 4140

BPE-EJE-2

1

TUERCA T

ACERO ENDURECIDO

BPE-TUERCA T

4

EXTENSION

AISI 316

BPE-EXTENSION

4

TUERCA MARIPOSA

AISI 316

BPE-TUERCA, BPEBARRA

1

ADAPTADOR

AISI 316

BPE-ADAPTADOR

1

COSTO UNITARIO (BS)

COSTO TOTAL (BS)

COSTO ($)

1.993.750,00

1.993.750,00

927,33

35.000,00

70.000,00

32,56

451.749,00

451.749,00

210,12

595.442,00

595.442,00

276,95

22.037,50

88.150,00

41,00

32.000,00

128.000,00

59,53

242.126,00

242.126,00

112,62

206.000,00

206.000,00

95,81

3.775.217,00

1.755,91

TOTAL

Dentro de esta lista se incluyeron las tuercas T que se deben comprar ya fabricadas, debido a que se les fue asignado un plano de fabricación para modificarlas a la geometría que se necesita. Los precios presentados en la tabla 8.1 incluyen los costos de materia prima y de maquinado.

8.2 Evaluación de costos del Sistema de Control Como se ha mencionado anteriormente, ASG Sistemas Industriales y FESTO de Venezuela presentaron cotizaciones para resolver el problema del sistema de control. Sin embargo la propuesta de FESTO solo abarca la venta de los equipos necesarios para armar el

56 sistema neumático, y por el otro lado ASG, ofrece todos los equipos, incluyendo el PLC, el gabinete donde todo será instalado y la programación necesaria. La propuesta de FESTO muestra en detalle todos los elementos necesarios como mangueras, racores, válvulas, traductores y controladores de presión.

Por la reconocida calidad de los productos FESTO, se ha desarrollado una propuesta conjunta entre las dos compañías, que sugiere adquirir los elementos del sistema neumático de la marca FESTO y que los elementos de control, como son el PLC, los traductores de presión, etc. sean adquiridos a través de la empresa ASG Sistemas Industriales, C.A. Los productos que ofrece ASG son de la marca Siemens, también reconocida internacionalmente por su calidad, aunque sin embargo no al mismo nivel que FESTO. Como se puede observar en las cotizaciones de ambas compañías, la diferencia de precios es significativa para estos equipos. A continuación, en las tablas 8.2 y 8.3 se presentan cuales de los elementos se recomienda comprar de una u otra marca, basándose en las cotizaciones suministradas por ambas empresas: Tabla 8.2. Elementos suministrados por ASG Sistemas Industriales C.A DESCRIPCION

CANTIDAD

PLC SIMATIC S7-200, CPU 224 AC

1

S7-200, EM231, EXPANSIÓN ANALOGICA

1

CABLE MULTI MASTER RS232 / PPI

1

FUENTE DE PODER LOGO 24V 1.3A

1

TRADUTOR DE PRESION SITRANS P SERIE Z

2

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICO SIEMENS

1

SELECTOR DOS POSICIONES SIEMENS

1

LAMPARA DE SEÑALIZACION VERDE

2

GABINETE NEMA 3R

1

INSTALACION, PROGRAMACION Y PUESTA EN FUNCIONAMIENTO

1

PRECIO UNITARIO 745,333.00 408,213.00 272,906.00 107,500.00 363,815.00 38,026.00 42,860.00 30,157.00 464,000.00 1,000,000.00 TOTAL TOTAL + IVA

PRECIO 745,333.00 408,213.00 272,906.00 107,500.00 727,630.00 38,026.00 42,860.00 60,314.00 464,000.00 1,000,000.00 3,866,782.00 4,408,131.48

57

En la tabla 8.2 se puede observar que se han quitado los elementos del sistema neumático con respecto a la cotización suministrada por ASG Sistemas Industriales. Con esta propuesta solo se pide que las piezas del sistema neumático se compren de otra marca, que en este caso es FESTO.

Tabla 8.3. Elementos suministrados por FESTO. DESCRIPCION

CANTIDAD

ELECROVALVULA MFH-3-1/8-S

6

BOBINA 24V MSFG-24/42-50/60 [IS]

6

RACOR RECTO QS-1/8-6

18

RACOR QS RAPIDO QS-1/8-4

6

TAPON CIEGO B-1/8

2

SILENCIADOR DE POLIMERO U-1/8

2

RACOR DERIVACION EN "T" QST-6

6

RACOR REDUCCION EN "T" QST-6-4

1

RACOR QS RAPIDO QS-1/4-6

5

RACOR DERIVACION QS EN "T" QST-4

5

MANGUERA POLIURETANO AZUL PUN 4X0.75-BL az MANGUERA POLIURETANO PLATEADA PUN -6X1-SI [pt] [IS] FILTRO REGULADOR SERIE D LFR-1/4D-5M-MIN REGULADOR C/MANOMETRO SERIE D LR-1/4-D-MINI [IS]

10 10 1 2

PRECIO UNITARIO

PRECIO

341,349.00 2,048,094.00 39,191.00

235,146.00

6,532.00

117,576.00

6,172.00

37,032.00 6,068.00

3,034.00 9,206.00

18,412.00

15,275.00

91,650.00

14,298.00

14,298.00

7,406.00

37,030.00

14,555.00

72,775.00

2,623.00

26,230.00

4,063.00

40,630.00

217,966.00

217,966.00

121,233.00

242,466.00

TOTAL TOTAL + IVA

3,205,373.00 3,654,125.22

El costo total de esta propuesta, se puede ver en la tabla 8.4 a continuación:

58 Tabla 8.4. Costo total del sistema de control. ELEMENTOS SUMINISTRADOS POR: ASG FESTO TOTAL

Costo Bs.

Costo $

4,408,131.48 3,654,125.22 8,062,256.70

2,050.29 1,699.59 3,749.89

Tabla 8.5. Comparación de costos de las tres propuestas. PROPUESTA ASG FESTO (SIN PLC)

Costo Bs. 7.864.887,95 7.170.945,42

Costo $ 3.658,09 3.335,32

CONJUNTA

8.062.256,70

3.749,89

Con este esquema se consigue una solución de mejor calidad que la propuesta por ASG y mas económica que la ofrecida por FESTO, como se puede ver en la tabla 8.5. Sin embargo, de no ser posible materializar esta propuesta se puede contratar a ASG para que suministre todos los equipos y los ponga en funcionamiento, lo que permite que sea un solo responsable sobre la garantía para todo el proyecto.

8.3 Evaluación de costo total del banco de pruebas El costo total del banco de pruebas se presenta en la tabla 8.6, que representa la suma de los costos del herraje y el sistema de control.

Tabla 8.6. Costo total del Banco de Pruebas. Costo Bs. Costo $ 3.775.217,00 1.755,91

HERRAJE SISTEMA DE CONTROL TOTAL

8.062.256,70

3.749,89

11.837.473,70

5.505,80

Luego de analizar los costos de fabricación y puesta en funcionamiento, se llega a un precio total de Bs.11.837.473,70; equivalente al cambio oficial de Bs.2.150,00 por dólar a $5.505,80, y 43% mas económico que el banco que se tiene en la actualidad (ver figura 6.3) cuyo valor actual es de $9.650,00.

59 9. CONCLUSIONES

•

La solución propuesta satisface a cabalidad todas las condiciones de diseño propuestas.

•

El banco de pruebas diseñado cumple con los estándares de prueba para los que fue diseñado y se adapta a la mayoría de los tamaños de sellos cartucho que se fabrican en John CraneVenezuela C.A.

•

Gracias al nuevo sistema de control que acompaña al banco de pruebas diseñado, se tendrá mayor precisión en las mediciones que se hacen durante las pruebas.

•

Mediante la ayuda de la computadora que estará conectada con el PLC, se podrá tener un registro de las pruebas que se realizan a cada sello, que en un futuro se podrá utilizar esta información para otras actividades.

•

El proceso de fijación de los sellos al banco de pruebas se ve simplificado por la incorporación del sistema de apriete de prensa ajustable.

•

Con el nuevo diseño se ve disminuido el costo en la fabricación de dispositivos adaptadores, ya que no se requieren cajas únicas para sellos de gran tamaño.

•

Ahorro de fabricación de nuevos adaptadores de caja debido a la adaptabilidad del banco a las piezas ya fabricadas.

•

El banco diseñado es 43% más económico y sus prestaciones están muy por encima del que se tiene en la actualidad.

•

Este banco de pruebas presenta a John Crane Venezuela, la oportunidad de comercializar este producto con las otras casas John Crane en todo el mundo, lo que otro producto al inventario de ventas de esta empresa.

60 10. RECOMENDACIONES Para garantizar el buen funcionamiento y estado del equipo se sugiere seguir las siguientes recomendaciones: •

Luego de construido el equipo, se debe instruir a todas las personas que lo operaran, en el funcionamiento general, manejo del programa de computadora y mantenimiento del equipo.

•

Incorporar al equipo dentro de las jornadas de calibración realizadas por SENCAMER, en períodos de 6 meses, para así garantizar la correcta lectura de los traductores de presión.

•

Revisar periódicamente todos los o’rings que posee el banco. El repetido uso del mismo puede desgastar y desgarrar los sellantes secundarios, lo que afectar el buen desempeño durante las pruebas.

•

De producirse alguna caída de presión mayor a la aceptada durante una prueba, se debe revisar que los sellantes secundarios estén en buen estado.

•

Este sistema cuenta con válvulas de solenoide neumáticas, y con traductores de presión, ambos equipos delicados por lo que, se deben manejar con sumo cuidado. Por esta razón, NO se debe utilizar cinta de Teflón en las conexiones roscadas, ya que esto puede tener consecuencias negativas en el funcionamiento y en la vida de las válvulas.

•

Comprobar que el sistema de válvulas y racores neumáticos no presente fugas. Para esto se deben taponar las líneas que van a la caja y al sello, y luego realizar una prueba ficticia para detectar fugas en el sistema neumático. De existir alguna fuga, contactar al proveedor de los elementos del sistema neumático y solicitar soporte técnico.

•

Comprobar que el aire con el que se va a trabajar, sea limpio y libre, en la medida de lo posible, de partículas sólidas.

•

Revisar periódicamente el filtro de humedad. Su óptimo funcionamiento alarga la vida de las válvulas y otros equipos del sistema.

61 11. REFERENCIAS

1. P. Rodríguez, “Introducción al Sello Mecánico”, John Crane Venezuela C.A. 2005 2. American Petroleum Institute. “Norma API 682”, Segunda Edición 3. Shigley J. y Mischke C., “Diseño en Ingeniería Mecánica”, McGraw-Hill, Sexta Edición, Mexico, 2002, ISBN-970-10-3646-8 4. Karassik I., Krutzsch W., Fraser W. y Messina J., “Pump Handbook”, McGraw-Hill, Segunda Edición, 1986, ISBN 0-07-033302-5 5. McNaughton K., “Bombas: Selección, Uso y Mantenimiento”, McGraw-Hill, Primera Edición, 1989, ISBN-968-422-036-7 6. “Manual de Diseño de Sellos Mecánicos”, John Crane Venezuela C.A., 2005 7. http://www.johncrane.com/amer/english/glossary.html. 8. http://m.1asphost.com/rsmunoza/Guias/Manejo%20PLC%20Digital.pdf 9. http://claymore.engineer.gvsu.edu/~jackh/books/plcs/chapters/plc_intro.pdf 10. http://www.control-systemsprinciples.co.uk/whitepapers/spanishwp/14ProgLogicSP.pdf 11. http://a1989.g.akamai.net/f/1989/7101/1d/www3.festo.com/__C1256D56002E7B89.ns f/html/Info_207_es.pdf/$FILE/Info_207_es.pdf

62 12. ANEXOS

Anexo 1: Análisis de Esfuerzos sobre la caja principal Por la complejidad de la geometría de la pieza, hacer un análisis manual es tanto complejo como impreciso debido a las simplificaciones geométricas que se deben hacer. Por esta razón, se realizó un análisis asistido por computadora con la ayuda de un programa que mediante el método de elementos finitos, permite verificar el estado de esfuerzos a lo largo de la pieza e identificar los puntos más críticos. Para esto se utilizó el programa COSMOSXpress, compatible con el programa CAD SolidWorks. Se analizó la caja principal como un recipiente a presión, sometido a una presión interna. Se evaluó el sistema con una presión de 70 psig (482,63 KPag), teniendo un margen de seguridad de 20 psig (137,89 KPag) por encima del valor de operación de 50 psig (344,73 KPa). Luego de analizar el sistema con la ayuda del programa, se determinó que la pieza no falla, y el factor de seguridad mínimo encontrado a lo largo de la pieza es de 47. Se debe recordar que la pieza fue dimensionada siguiendo los requerimientos de tamaño de los sellos y a esto se debe su robustez. A continuación se presentan en las figura 12.1, una ilustración del estado de esfuerzos y deformación que presenta la pieza bajo la carga.

Figura 12.1. Estado de esfuerzos y deformación de la caja principal.

63 Anexo 2. Cálculo de la Unión Apernada en el fondo de la caja

Los ejes deben estar sujetos al fondo de la caja y esta sujeción se logra por medio de una unión apernada. El eje se rosca en una pieza que se ha denominado brida de eje, cuya función es fijar el eje en el fondo de la caja e impedir que éste gire. Esta unión apernada estará sometida a una fuerza de tracción producto de la presión neumática sobre el área de cierre del dispositivo.

La presión más alta a la que se someterá el banco durante una prueba es de 50 psi (344,73 KPa) y por lo tanto, los cálculos se realizarán con una presión de 60 psi (413,7 KPa), previendo una sobrepresión. Esta presión estará aplicada sobre un área de diámetro 8,374 pulg, entonces:

P=

F , despejando: A

F =P⋅ A

(1)

El área transversal del eje central no se ve afectada por ninguna fuerza producto de la presión, por lo que debe ser sustraída del área donde actúa la presión.

d e = 8,374" d i = 0,750"

A=

π 4

(

⋅ d e2 − d i2

)

(2)

A = 54,63in 2

Utilizando la ecuación (1): F = 60 ⋅ 54,63

F = 3277 lbf

La unión apernada en el fondo de la caja (figura 12.2) debe soportar esta carga y por lo tanto se ha determinado el número de pernos necesarios. Para este caso, se utilizaron pernos de 5/16”-18NC x 0.75”Long. de acero inoxidable AISI 316.

64

Figura 12.2. Unión apernada en el fondo de la caja. (medidas en pulgadas)

Una unión apernada se comporta como varios resortes en serie dependiendo de los diferentes elementos que se encuentren en ella. De esta manera, se deben calcular las constantes elásticas del perno y de la sección de material que se encuentre comprimida por el perno. Con ayuda de la siguiente ecuación se calcula la constante elástica equivalente para una barra roscada y se denominará kb:

kb = Donde:

At ⋅ E lt

(3)

At = 0,052” …….. Área transversal de esfuerzo de tracción 1 E = 27,6 Mpsi …… Módulo de elasticidad del material l = 0,75” ………… Longitud del tornillo

Calculando: Kb = 1913,6 Klb/in Para el cálculo de la constante de elasticidad de la sección presionada, se utilizará el método del cono de presión de Rotsher [3]:

65

km =

0.577 ⋅ π ⋅ E ⋅ d ⎛ (1.15 ⋅ t + D − d ) ⋅ (D + d ) ⎞ ⎟⎟ ln⎜⎜ ⎝ (1.15 ⋅ t + D + d ) ⋅ (D − d ) ⎠

(4)

Donde: E = 27,6 Mpsi d = 0,312” ……Diámetro nominal del tornillo D = 0,469” …..Diámetro de la cabeza del tornillo t = 0,25” ……..Espesor de la placa

Calculando, se obtiene el valor de Km:

Km = 21463,2 Klb/in Los pernos, luego de ajustarlos quedan bajo una carga que se denomina precarga del perno, que se produce por la reacción elástica del material. Esta precarga se recomienda que sea 75% de la fuerza admisible de tensión:

Fi = 0,75 ⋅ 0,85 ⋅ S y ⋅ At Donde:

(5)

Sy = 30 Ksi …… Esfuerzo máximo de fluencia del perno

Calculando, se obtiene: Fi = 994,5 lb Para aplicar dicha precarga, se debe calcular el momento de apriete por medio de la siguiente ecuación:

Ti = K ⋅ Fi ⋅ d

(6)

El factor K se conoce con el nombre de factor de momento de apriete. Los valores de K se han determinado de manera empírica2 y para este caso se ha tomado un valor de 0.20. Entonces calculando se obtiene el valor del momento de apriete:

66 Ti = 62 lb.in Cuando el sistema se cargue con el aire a 60 psi el perno sentirá una fuerza total igual a:

Fb = C ⋅ F + Fi

C=

kb kb + k m

(7) (8)

C = 0,082 Para calcular el número de pernos necesarios, se realiza un análisis de falla sencillo utilizando un factor de carga n= 1.3, equivalente a un factor de seguridad.

σ=

Fb ≤ 0,85 ⋅ S y At

(9)

La fuerza externa F se dividirá entre el número de pernos N. Sustituyendo (7) en (9):

n⋅C ⋅

F + Fi N = 0,85 ⋅ S y At

(10)

Despejando y resolviendo:

N=

n ⋅C ⋅ F 0 ,85⋅ S y ⋅ At − Fi

(11)

N = 1,05 pernos Se seleccionaron 4 pernos para garantizar una sujeción uniforme y además previendo una sobre presión mayor a la ya estimada.

67

Anexo 3. Esfuerzos en el eje Debido a que el eje solo está sometido a cargas de tensión, el análisis de esfuerzos es bastante sencillo. La carga de tensión máxima aplicada será la suma de la precarga que aplica el operario y la fuerza de presión neumática. Estos valores se han calculado previamente:

F = 3277 lbf Fi = 2206 lbf

σ=

P Sy ≤ At ψ

(15)

3277 + 2206 60,5 ⋅ 10 3 ≤ 0,334 2

16416 psi ≤ 30250 psi El esfuerzo máximo al que podría estar sometido es menor al esfuerzo admisible, aun utilizando un factor de seguridad de 2. Es importante recordar que el diámetro del eje se fijó antes de realizar este análisis ya que el eje a diseñar debía adaptarse al tamaño de eje ya existente. Por esta razón se mantuvo este valor de diámetro de ¾”.

68

Anexo 4. Análisis de la fuerza de apriete de la tuerca mariposa

Si se considera al eje central como un perno sometido a tracción, se puede llevar a cabo un cálculo similar al anterior para calcular la fuerza de apriete necesaria para garantizar un sellado efectivo. Actualmente, John Crane Vzla, posee ya un gran número de ejes adaptadores de diferentes diámetros, por lo que el eje central del banco de pruebas se ha adaptado a las dimensiones de dichos adaptadores para no desecharlos. Por esta razón, el eje central tiene un diámetro de ¾”, con roscados de ¾”-10NC.

Existen ciertos tipos de sellos que utilizan como sistema sellado secundario empaques de teflón. Estos empaques requieren de una gran fuerza de apriete para garantizar un buen sellado. Por esta razón, debemos probar que luego de presionado el empaque, la elongación del eje producto de la fuerza de presión neumática, no sea mayor a 0,005 pulg.

Para calcular la elongación que sufre el eje debido a las fuerzas de apriete y de presión interna, se siguió el siguiente procedimiento:

Siguiendo la recomendación de uniones con pernos, se calculó la fuerza de apriete con la ecuación (5). Los ejes se fabricarán en acero AISI 4140 recocido, el cual tiene las siguientes propiedades mecánicas:

Sy=60,5 Ksi E=29000 Ksi Y el área de tracción es At = 0,334 in2: Fi = 12,88 Klb Utilizando la ecuación (6), se calcula el momento de apriete: Ti = 0,2 ⋅ 12,88 ⋅ 0,75

Ti = 1,932 Klb.in

69 La tuerca mariposa que se ha seleccionado, tiene dos mangos o agarraderas diametralmente opuestas y cada una con un radio de agarre efectivo de 5 pulg. Con estos datos se puede calcular la fuerza tangencial que deberá aplicar el operario para administrar el torque requerido:

Fo =

Ti 2⋅r

;

Fo =

1,932 2⋅5

(12)

Fo = 193,2 lb = 87,6 kg Este valor es muy alto y se puede asumir que el operario no podrá aplicar dicha fuerza. Por esta razón se analiza el problema de manera inversa. Se asume que una persona podrá aplicar sobre la tuerca mariposa una fuerza de 15 kg por cada mano. El momento de apriete generado es:

Ti = 2 ⋅ Fo ⋅ r

Ti = 2 ⋅ 33,1 ⋅ 5 Ti = 331 lb.in

Con ayuda de la ecuación (6), se calcula la fuerza de apriete Fi que se resulta de aplicar un momento de 331 lb.in: Fi = 2206 lb Luego de aplicar dicha precarga, el sistema se presuriza a 50 psi, Para los cálculos se utiliza 60 psi y se calcula la elongación que sufre el eje al aplicar dicha fuerza. Para esto se debe calcular la constante elástica equivalente del eje. Ya que el eje posee una parte roscada y una parte sin roscar, se calcula la constante elástica de cada segmento por separado utilizando la ecuación (3) y luego se suman como si fueran resortes en serie:

Segmento roscado:

Kt =

At ⋅ E lt

;

lt…. longitud de la sección roscada

La longitud roscada es de 3,5 pulg, entonces calculando:

70 Kt = 2767,4 Klb/in Segmento sin roscar: La longitud sin roscar es de 6,75 pulg, entonces calculando de la misma manera:

Kd = 1898,04 Klb/in Para calcular la constante resultante Kb, se emplea la ecuación para sumar dos resortes en serie:

Kb =

Kt ⋅ Kd Kt + Kd

(13)

Kb = 1125,86 Klb/in Utilizando la ecuación de la Ley de Hooke, se puede calcular la elongación por deformación del material:

F = Kb ⋅ X

(14) X = 0,003 pulg

Con este resultado podemos garantizar que el empaque de teflón se mantendrá presionado y no permitirá fugas. Se debe tomar en cuenta que las partes que se encuentran presionadas entre la tuerca mariposa y el extremo roscado del eje en el fondo de la caja; como por ejemplo el sello a probar, la prensa y los adaptadores, se comportan también como resortes en serie. Sin embargo, por la complejidad sus geometrías, es difícil calcular las constantes elásticas equivalentes para cada una de ellas. Aun cuando en los cálculos realizado no se incluyeron estas variables, el análisis es bastante conservador, ya que todas estás piezas ayudan a mantener presionado al empaque aun cuando el eje se deforma 0,003 pulg.

71

Anexo 5: Análisis de esfuerzos sobre la prensa

La carga que deberá soportar la pieza es la suma de la fuerza de apriete y de presión. Esta fuerza de presión es la fuerza aplicada solo sobre el área comprendida entre el diámetro interno de la caja y el diámetro del eje (que varía dependiendo del tamaño del sello). Es fácil darse cuenta que los esfuerzos de flexión serán mas críticos a medida que la fuerza esté aplicada mas lejos del centro, pero esto también implica que la fuerza aplicada es cada vez menor porque el diámetro del eje va aumentando. Determinar la combinación de posición radial y fuerza de presión mas crítica es bastante complejo ya que se debería probar con cada combinación. En lugar de hacer esto, se tomó el valor de fuerza de presión máxima y se aplicó sobre el extremo de la pieza.

Entonces se colocaron cuatro fuerzas de 250Kg, una en cada uno de los extremos externos de las canales “T” y se fijó el centro como un vínculo empotrado.

Figura 12.3. Estado de esfuerzos y deflexión de la pieza bajo la carga aplicada.

72 La pieza no falla en ningún punto y posee un factor de seguridad de aproximadamente 4 en el punto más crítico. El esfuerzo máximo registrado fue de 43,7 MPa, representado en rojo intenso en la figura 12.3.

La deflexión que se muestra en la figura 12.3 está magnificada con respecto a la real para efectos visuales, la deflexión real es imperceptible. Con estos resultados se puede garantizar que la pieza no fallará.

73

Anexo 6. Cotizaciones presentadas para la construcción del sistema de control

74

75

76

77

Anexo 7. Planos de Fabricación de las piezas diseñadas En esta sección de se presentan los planos finales de fabricación y ensamble de todas las piezas diseñadas. Los planos se realizaron siguiendo los estándares y formatos utilizados por la empresa, así como también los códigos de materiales y parte.

USADO EN:

PLANO N°

BPE-ENSAMBLE-2

BPE-TUERCA T 1.102 28.00

DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

.118 X 45° CHAFLAN TIP.

0.394 10.00

0.787 20.00

0.693 17.60

(1X)AGUJERO ROSCADO PASANTE M16

1.102 28.00

30° TIP .

0.319 8.10

0.551 14.00

0.039 1.00

NOTA: TUERCA ADQUIRIDA COMERCIALMENTE PARA SER TRABAJADA EN PLANTA COMO INDICA EL PLANO

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR

APROBADO

PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

JOHN CRANE VENEZUELA C.A ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH

DISEÑO:

L. LUJAN FECHA:14/12/05 REVISO:

TUERCA T M16

R. ANDRADE 14/12/05 CLIENTE:

FECHA:

ESCALA:S/E

CAD S.E. INGENIERIA

BPE-TUERCA T

PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

CONCENTRICIDAD PLANITUD

PLANO N°

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS

-Yr .0005 1.250 0.750

-Xn .002 Y

A

O 1.736

A

(2X)AGUJERO ROSCADO 3/8-16NC X .406 PROF. PERF. O.312 X .437 PROF. CON AVELLANADO O.562 X .031 PROF. FONDO PLANO ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

CONCENTRICIDAD PLANITUD PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR APROB

JOHN CRANE VENEZUELA C.A ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH

(1X)AGUJERO ROSCADO PASANTE 3/4-10NC PERF. O.656

DISEÑO: L.LUJAN FECHA:14/12/05

TUERCA

REVISO: R.ANDRADE FECHA:14/12/05 ESCALA:S/E

CLIENTE:

CAD S.E. INGENIERIA

BPE-TUERCA

O 2.000

CORTE A-A

TOLERANCIAS: FRACCIONES ± 30' ANGULOS ± 0° .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS

EN

0.380 TIP. 10°

° 10IP. T

TODAS LAS DIMENSIONES ESTAN PULGADAS

PLANO N°

BPE-TUERCA

PLANO N°

USADO EN: BPE-ENSAMBLE-2

USADO EN:

PLANO N°

BPE-ENSAMBLE-2

BPE-TOPE DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

9 .68 0 O

O 0.265

+.000 -.002

O 0 .25 +. 0 - 000 . 002

-Yn .002 X 0. 14 5

0.329

R 0.0 19

0.125

0.030 ±.002

i .002 X

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR

APROBADO

PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

JOHN CRANE VENEZUELA C.A ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH

DISEÑO:

L. LUJAN

TOPE

FECHA:14/12/05 REVISO:

R. ANDRADE 14/12/05 CLIENTE:

FECHA:

ESCALA:S/E

CAD S.E. INGENIERIA

BPE-TOPE

PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

CONCENTRICIDAD PLANITUD

PLANO N°

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS

0.265 ±.002

-X-

0.401

R

BPE-PRENSA

PLANO N°

USADO EN: BPE-ENSAMBLE-2

2.941 TIP. REF. -Y-

-Xn .002 Y

1.750 TIP.

DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

1.181 TIP. 1.000

A

0.375 TIP.

0.709

+.000 -.002

TIP.

TI P.

O 1.000 PASANTE

(4X)RANURAS TIPO "T"

O 3.651

O 10.000

45 °

3.175 TIP.

000 R 1. TIP.

A

0.413 ±.002 0.606 ±.002

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

CONCENTRICIDAD PLANITUD PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR APROB

L. LUJAN FECHA:14/12/05

JOHN CRANE VENEZUELA C.A REVISO: ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 R. ANDRADE VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA FECHA:14/12/05 PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH ESCALA:S/E

PRENSA CLIENTE:

CAD S.E. INGENIERIA

PLANO N°

i .002 Y

DISEÑO:

BPE-PRENSA

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

USADO EN:

PLANO N°

BPE-ENSAMBLE-2

BPE-EXTENSION DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

-Yn .002 X

O 0.689 0.630

0.709

ROSCADO EXTERNO M16

R MAX. .019

0.140 ±.001

i .002 X

0.030 ±.001

.031 X 45° CHAFLAN

O 16.00

0.062 DESAHOGO

2.209

i .002 X

O 0.265 ±.002

-Xr .0005 (1X)AGUJERO O.250 X.250 PROF.

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR

APROBADO

PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

JOHN CRANE VENEZUELA C.A ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH

DISEÑO:

L. LUJAN FECHA:14/12/05

EXTENSION

REVISO:

R. ANDRADE 14/12/05 CLIENTE:

FECHA:

ESCALA:S/E

CAD S.E. INGENIERIA

BPE-EXTENSION

PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

CONCENTRICIDAD PLANITUD

PLANO N°

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS

DESCRIPCION DE LA REVISION:

REV

BPE-ENSAMBLE-2

POR

FECHA

APROB

-

1 CAJA 2 O'RING 3 BRIDA 4 TORNILLO SOCKET 5 ADAPTADOR 6 O'RING 7 PRENSA 8 TUERCA T M16 9 EXTENSION 10 TOPES 11 TUERCA MARIPOSA 12 BARRAS TUERCA MAR. 13 EJE 14 O'RING 15 SELLO MODELO 16 O'RING BRIDA 17 O'RING CAMISA 18 ADAPTADOR DE CAJA 19 EJE ADAPTADOR 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35

R 4.866 BRAZO TUERCA MARIPOSA

11

12

7 8

0.703 RANURA O'RING

10

19 15 0.500

3.553 RANURA O'RING

12.313 ALT. TOTAL

9 14

16 18

BPE-CAJA-0550 0000-268-9549 BPE-BRIDA-0550 2131-1812-000-0550 BPE-ADAPTADOR-0550 0000-165-9549 BPE-PRENSA-0550 BPE-TUERCA T-0550 BPE-EXTENSION-0550 BPE-TOPE-7510 BPE-TUERCA-0550 BPE-BARRA-0550 BPE-EJE-2-4140 0000-113-9549 JCV-SP-2000-182 0000-151-9549 0000-226-9549

NOTA 2: LOS ITEMS 18 Y 19 SE DEBEN FABRICAR PARA CADA CASO O VERIFICAR SU EXISTENCIA.

5

NOTA 3: EL ITEM 3 Y 13 ESTAN UNIDOS CON LOCK TIGHT. EL ITEM 13 PUEDE SER SUSTITUIDO POR EL BPE-EJE-1-4140 QUE TAMBIEN ESTA UNIDO A UNA PIEZA BPE-BRIDA CON LOCK TIGHT.

5.250

2.625

3 2.750

GRAV. ESP:

VELOCIDAD:

PRES. SUCC:

SENTIDO DE GIRO:

PRES. DESC:

FLUIDO DE BARRERA:

PRES. SELLO:

-

VISCOSIDAD:

O 0.750

APLICAR LOCK TIGHT

+.000 -.002

EJE

O 8.000 O 9.000

REFERENCIAS DEL EQUIPO

+.002 -.000

(1X) CONEXION 1/4-18NPT "ENTRADA AIRE"

TURBINA DE VAPOR

CLIENTE:

COMPRESOR

OTRO:

USUARIO:

SERIAL NO.

LUGAR:

11.- VENTILAR GASES ATRAPADOS EN EL EQUIPO ANTES DE ARRANCAR. 12.- ESTABLECER LOS PUNTOS DE REFERENCIA PARA EL MONTAJE DE INDICADOS EN ESTE DIBUJO. MARCAR CLARAMENTE LA BOMBA

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISENO E INVENCION.

-

ENSAMBLE DE SELLO:

CODIGO A.P.I:

CODIGO DE MATERIALES:

PLAN A.P.I:

DISEÑO: 13.- LOS BORDES SOBRE LOS CUALES PASARA EL SELLO DEBEN CUMPLIR CON LAS SIGUIENTES ESPECIFICACIONES: MATAR FILOS

L.LUJAN FECHA:15/12/05 REVISO:

0.040

G. GUIFFRIDA 20°

10.- MANTENER PRESION DE LA CAJA DE SELLADO A 50 PSIG. SOBRE LA PRESION DE VAPOR DURANTE LA OPERACION.

-

PLANTA:

-

DATOS DEL SELLO

ES REQUERIDO

9.- CIRCULAR COMO FLUIDO DE BARRERA: A UNA PRESION DE:

-

MODELO/TAMAÑO

-

8.- DESPUES DE AJUSTAR LOS PERNOS DE LA BOMBA, FIJAR LOS PRISIONEROS RENG ( ) AL EJE, ANTES DE ARRANCAR EL EQUIPO RETIRAR LOS ESPACIADORES RENG ( ) Y LOS TORNILLOS RENG ( )

GRUPO STD:

-

BOMBA

-

NOTAS IMPORTANTES PARA UNA CORRECTA INSTALACION

6.- SELLANTE SECUNDARIO DE EPDM, LUBRICAR CON AGUA JABONOSA O GLICERINA (NO USAR ACEITE) 7.- EL SELLO EN OPERACION DEBE LUBRICARSE CON UN CAUDAL DE GPM

X

INFORMACION DEL CLIENTE TAG:

-

CAJA

O 10.000

5.- EFECTUAR COMPROBACIONES EN LA CAJA DE LA BOMBA - PERPENDICULARIDAD DE LA CAJA DE SELLADO AL EJE MAX .002" TIR - MOVIMIENTO RADIAL & AXIAL DEL EJE MAX .003" TIR

X

-

-

TIPO DE EQUIPO:

4.- VERIFICAR QUE LAS CARAS DE CONTACTO ESTEN LIMPIAS.

X

PRES. DE VAPOR:

TEMPERATURA:

-

3.- LUBRICAR SELLANTE SECUNDARIO CON:

X

DATOS DEL SERVICIO FLUIDO:

MARCA:

RMS.

X

1

4

1.- ELIMINAR FILOS DE LA CAMISA O EJE ANTES DE LA INSTALACION DEL SELLO.

1 1 1 4 1 1 1 4 4 4 1 2 1 2 1 1 1 1 1

6

13

2.- ACABADO SUPERFICIAL DEL EJE O CAMISA:

CANT

AISI 316 SS VITON AISI 316 SS AISI 316 SS AISI 316 SS VITON AISI 316 SS AISI 316 SS AISI 316 SS TEFLON VITRIFIC. AISI 316 SS AISI 316 SS AISI 4140 VITON VITON VITON SEGUN DIMEN. DE BOMBA AISI 316 SS SEGUN DIMEN. DEL EJE DE LA BOMBA AISI 316 SS

2

17

(4X)AGUJEROS ROSCADOS O.500-13NC X .625 PROF. EQUIESPACIADOS A 90° EN UN CIRCULO O6.000

REPUES.

MATERIAL

NOTA 1: LOS ITEMS 15, 16 Y 17 SON REFERENCIALES. LOS EMPAQUES PERTENECEN AL SELLO PROBADO.

14 3.500 FONDO CAJA

NUMERO DE PARTE

NOMBRE DE PARTE

ITEM

PLANO Nro.

TIPO DE SELLO: TAMAÑO DEL SELLO: PLANO NUMERO:

-

PLANO DE REFERENCIA: REFERENCIA DE CAJA: REV.

BPE-ENSAMBLE-2

-

FECHA:15/12/05 APROBO:

R. ANDRADE DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

-

FECHA:15/12/05

JOHN CRANE VENEZUELA C.A

ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH

BPE-EJE-2

DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

3.280 DESAHOGO

O 0.627

TIP.

63

ROSCA 3/4-10NC TIP.

0.140 TIP.

O 0.750

O 0.576

6.850

3.155 ROSCADO 0.500 FRESADO

.031 X 45° CHAFLAN

+.000 -.002

11.000

0.500

PLANO N°

USADO EN: BPE-ENSAMBLE-2

4.000 0.812 DESAHOGO 0.750 ROSCADO

63 .031 X 45° CHAFLAN

R MAX. .015" TIP.

(2X) INSTALAR CON O'RINGS: 0000-113

PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

CONCENTRICIDAD PLANITUD PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR APROB

L. LUJAN FECHA:14/12/05

JOHN CRANE VENEZUELA C.A REVISO: ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 R. ANDRADE VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA FECHA:14/12/05 PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH ESCALA:S/E

EJE CLIENTE:

CAD S.E. INGENIERIA

PLANO N°

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS

DISEÑO:

BPE-EJE-2

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

BPE-EJE-1

DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

10.383 0.576 TIP.

4.030 DESAHOGO 3.905 ROSCADO 0.500 FRESADO

O 0.627

63

TIP.

.03 X 45° CHAFLAN

ROSCA 3/4-10NC TIP.

5.883 0.140 TIP.

63

0.812 DESAHOGO 0.750 ROSCADO

0.500

15.000

O 0.750

+.000 -.002

EJE

PLANO N°

USADO EN: BPE-ENSAMBLE-2

.03 X 45° CHAFLAN

R MAX. .015" TIP.

(2X)INSTALAR CON O'RINGS: 0000-113

PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

CONCENTRICIDAD PLANITUD PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR APROB

L. LUJAN FECHA:14/12/05

JOHN CRANE VENEZUELA C.A REVISO: ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 R. ANDRADE VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA FECHA:14/12/05 PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH ESCALA:S/E

EJE CLIENTE:

CAD S.E. INGENIERIA

PLANO N°

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS

DISEÑO:

BPE-EJE-1

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

-Yr .0005

BPE-CAJA

5.250 4.000

DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

-Xn .002 Y

^ .002 X

(4X)AGUJEROS ROSCADOS O.500 X .625PROF. PERF.O.417 X .750 PROF. EQUIESPACIADOS A 90° EN UN CIRCULO DE O6.000

^ .002 X

0.500

+.002 -.000

O 9.000

O 8.374 ±.002 O 8.750 ±.002

O 8.000

O 10.000

1.500

+.002 -.000

PLANO N°

USADO EN: BPE-ENSAMBLE-2

.040 X 20° CHAFLAN

(4X)AGUJEROS ROSCADOS O5/16-18NC X .562" PROF. PERF. O.252 X .625" PROF. EQUIESPACIADOS A 90°EN UN CIRCULO DE O2.125" COMO SE MUESTRA

4.325

+.005 -.000

R MAX. .015

(1X)CONEXION 1/4-18NPT X.625 PROF. PERF. O.437 PASANTE

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

CONCENTRICIDAD PLANITUD PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

REV.

DESCRIPCION

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

FECHA

POR APROB

DISEÑO: L. LUJAN FECHA:XX-XX-XXXX

JOHN CRANE VENEZUELA C.A REVISO: ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 R. ANDRADE VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA FECHA:XX-XX-XXXX PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH ESCALA:S/E

CAJA CLIENTE:

CAD S.E. INGENIERIA

PLANO N°

2.500

BPE-CAJA

63

0.115

-Xn .002 Y

DIMENSIONES EN PULGADAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

(4X) AGUJEROS PASANTES O .325" EQUIESPACIADOS A 90° EN UN CIRCULO DE O2.125" COMO SE MUESTRA

1.200

+.000 -.002

O 1.500

+.000 -.002

0.625

O 1.498 .04 X 20° CHAFLAN

(1X)AGUJERO ROSCADO 3/4-10NC X .875 LONG. PERF. O.642 X .937 LONG FONDO PLANO

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

CONCENTRICIDAD PLANITUD PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR APROB

DISEÑO: L. LUJAN FECHA:14/12/05

JOHN CRANE VENEZUELA C.A REVISO: ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 R.ANDRADE VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA FECHA:14/12/05 PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH ESCALA:S/E

BRIDA PARA EJE CLIENTE:

CAD S.E. INGENIERIA

PLANO N°

O 2.750

0.325

-Y-

BPE-BRIDA

BPE-BRIDA

PLANO N°

USADO EN: BPE-ENSAMBLE-2

BPE-BARRA

PLANO N°

USADO EN: BPE-ENSAMBLE-2

DIMENSIONES EN PULDAGAS, A MENOS QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO

.015 X 45° CHAFLAN

R

2.249 MOLETEADO (1X) ROSCA EXTERNA 3/8-16NC

0. 12 5

2.374

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION TOLERANCIAS: FRACCIONES ± 30' ANGULOS ± 0° .010" DECIMALES ± .005" EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

CONCENTRICIDAD PLANITUD PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR APROB

JOHN CRANE VENEZUELA C.A ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH

DISEÑO: L.LUJAN FECHA:14/12/05

BARRA

REVISO: R.ANDRADE FECHA:14/12/05 ESCALA:S/E

CLIENTE:

CAD S.E. INGENIERIA

BPE-BARRA

0.500

PLANO N°

0.375 0.031 DESAHOGO

0.375 REF.

1.636

0.063

O 0.500

4.375

USADO EN BPE-ENSAMBLE-2

PLANO N°

-Yr .0005

BPE-ADAPTADOR

i .002 Y 0.437

-Xn .002 Y

R MAX. .031

O 6.752

+.002 -.000

O 6.687 ±.002

O 6.407 ±.002

O 8.998

O 6.000

+.000 -.002

63

0.187

.04 X 20° INSTALAR CON CHAFLAN

.04 X 20° CHAFLAN

O'RING 0000-165

63

0.086

125

SE REQUIERE MATAR FILOS .005" R

REV.

DESCRIPCION

FECHA

POR

APROBADO

PARALELISMO PERPENDICULARIDAD CIRCULARIDAD

ESTE DIBUJO ES PROPIEDAD DE JOHN CRANE VENEZUELA C.A. Y SE PRESTA CONFIDENCIALMENTE SUJETO A DEVOLUCION SI ASI ES SOLICITADO. NO PUEDE SER VENDIDO NI TRANSFERIDO. DERECHOS RESERVADOS DE DISEÑO E INVENCION

DISEÑO:

L.LUJAN FECHA:14/12/05

JOHN CRANE VENEZUELA C.A ZONA INDUSTRIAL KM 8-1/2 VIA PERIJA MARACAIBO - EDO. ZULIA PERTENECIENTE AL GRUPO SMITH

ADAPTADOR

REVISO:

R. ANDRADE 14/12/05 CLIENTE:

FECHA:

ESCALA:S/E

CAD S.E. INGENIERIA

BPE-ADAPTADOR

PARA LAS SUPERFICIES NO ESPECIFICADAS

CONCENTRICIDAD PLANITUD

PLANO N°

TOLERANCIAS: ANGULOS ± 0° 30' FRACCIONES ± .010 DECIMALES ± .005 EXCEPTO LAS ESPECIFICADAS