El
Mito de la Energía Eficiencia
Cuando la modificación del Motor falla
Por
Howard W.
Penrose, PhD, CMRP
La
aplicación de una máquina designada 'Eficiente en el consumo de
Energía' (EE) o 'Eficiente Premium' (PE) no infiere ahorros
automáticamente garantizados o recuperación. En muchos casos, no
tiene sentido económico hacer una recomendación para reemplazar un
motor eléctrico estándar eficiente, o tipo Marco-, por un motor más
nuevo EE o PE, por razones de energía. Es importante asegurar que
una mejora o reparación contra la decisión de un reemplazo tiene
sentido tanto que si la decisión es por razones de energía,
encontrarán las expectativas tanto en ahorros percibidos de energía
y confiabilidad. En otros casos, puede tener sentido reemplazar un
motor más viejo con un motor EE o PE estrictamente por razones de
confiabilidad. En todo caso, es muy importante indicar la razón
verdadera para el reemplazo del motor original.
La
Situación
El
UAW/WFG se unió al Equipo de Tareas en Construcción y Mantenimiento
(JTT, por sus siglas en ingles) es una coyuntura entre United Auto
Workers y el equipo de General Motors trabajando con el Grupo de
Instalaciones Mundiales (Worldwide Facilities Group) con la tarea
asignada de desarrollar e implementar la construcción y las mejores
practicas de mantenimiento para todas las instalaciones de General
Motors. El alcance de responsabilidad incluye todo el equipo y las
estructuras hasta el equipo de producción. Algunos de la serie de
mejores prácticas incluyen: Manejo y Mantenimiento del Sistema
Motriz; la Eficiencia del Consumo de Energía; Comisionamiento de
Equipo; y, la Evaluación de la Condición. Estas mejores prácticas
son implementadas y las instalaciones son calificadas en una escala
de rojo, amarillo y verde con ahorros (y otros beneficios)
documentados con el tiempo.
Después del cambio de motores de marco-U a motores de marco-T en
1968, la mayoría de los fabricantes automotrices insistieron en el
diseño motriz eléctrico industrial y mantuvieron una serie de
motores eléctricos de marco-U. Estos motores referenciaron la
versión de 1968 de la Asociación Eléctrica Nacional de Fabricantes
estándar MG 1-1968, incluyendo niveles de eficiencia. Estos
estándares, incluyendo la especificación No. 7EH de General Motors,
identificaron estas calificaciones que cambiaron, por máquinas de
marco-T, con el Acto de la Política Energética de 1992. En el año
2000, GM publicó una nueva especificación eléctrica motriz
titulada: "Especificación Eléctrica de Equipo No. 7E-TA: Motores
Eléctricos Industriales AC de Alta Eficiencia de dimensiones
totalmente cerrados tipo Marco-T" que fue actualizada en el 2003. El
propósito de este estándar fue identificar el reemplazo de motores
integrantes a 500 caballos con el estándar de energía eficiente IEEE-841
de motores eléctricos. Fue esperado que esta especificación
desbancara el estándar 7EH original. Siguiendo una evaluación
utilizando MotorMaster Plus, el uso de motores IEEE-841 fue adoptado
como una mejor práctica.
En
el 2003, todas las plantas de la División de Ensamble de General
Motors, los grupos de la Red de Calidad de Mantenimiento Planeado de
PdM fueron asignados, ALL-TEST Pro LLC, Electrical Motor Diagnostics
(EMD) equipment. El propósito fue implementar el próximo nivel de
evaluación de capacidades basadas en condición basados sobre la
experiencia en plantas de prueba a través de GM. Después de varios
años de aplicación exitosa, las mejores prácticas UAW/WFG llamaron
para el requisito de cada instalación a utilizar EMD en motores
eléctricos críticos, donde fuera apropiado. Adicionalmente, una
serie de mejores prácticas para comisionar equipo nuevo y de
repuesto fue establecida para todo el equipo y máquinas críticas
sobre tamaños específicos.
En
junio del 2006, una de las plantas de Ensamble de GM adapto un motor
eléctrico de 200 caballos, Delco, el Marco-U en una aplicación
crítica de ventilador de pintura con un nuevo motor eléctrico
eficiente Premium, de 200 caballos. La planta contactó al UAW/WFG
JTT por varias preocupaciones, incluyendo: el motor dibujó una
corriente mucho más alta que el motor original; el motor tropezó
fuera de línea durante la operación, causando una interrupción en el
proceso industrial; y, el gerente determinó que habría una moratoria
para la compra de motores EE y PE ya que parecían poco confiables.
Fue informado que el motor era un IEEE-841 PE.
Visita a la Planta
Durante la visita al sitio, fue determinado que una evaluación de
Análisis Eléctrico de Firma (ESA por sus siglas en ingles) sería
realizada en el motor eléctrico y comparado a otro motor eléctrico
para determinar los ahorros verdaderos contra los ahorros originales
calculados. Al ver la palca con nombre, fue inmediatamente aparente
que el motor eléctrico era uno tipo Marco-U con una eficiencia en la
placa de 94.5%, que es 1 punto más alto que el viejo estándar 7EH,
pero caía debajo de la clasificación de eficiencia de 95% de la post
1992 MG-1 y bien debajo de la posterior clasificación de eficiencia
Premium de 96.2%. Tanto el más nuevo y el más viejo estándar MG-1 no
definen la eficiencia Premium para motores de Marco-U, el fabricante
pudo llamar motor eficiente Premium a su propio estándar interno.
Figura 1 - Imagen del Analisis del Ciclo de Vida
tomada del MotorMaster Plus
Basado en datos de AEE capturados en el MotorMaster Plus (MM +) del
Departamento de Energía de los EEUU comparando esta aplicación de
ventilador con un motor original próximo a el, el motor original fue
determinado a ser 88.7% cargado y 92.9% eficiente mientras el motor
nuevo fue 93% cargado y 94.5% eficiente. Utilizando el costo de la
electricidad y horas de la operación, MM + comparó el costo promedio
de rebobinado al costo de instalación completo de la nueva máquina,
y determinó que la nueva máquina costó un monto adicional de USD
$1,495 por año para operar. Sin embargo, utilizando MM +, cuando el
equipo pudo igualar la carga a 88.7% y comparar los motores, que
tuvieron como resultado un ahorro anual de USD $854 (4.1 año de
reembolso), muy por debajo de los USD $5.000 predichos por el
vendedor.
MM
+ calculó que el Marco-U al Premium Eficiente IEEE-841 Marco-T, con
mejora en la base y otros cambios necesarios, habrían tenido un
costo equivalente como el nuevo motor de Marco-U que fue comprado.
Comparando los datos verdaderos recolectados en el motor existente
de Marco-U Delco a la eficiencia de la placa de in PE IEEE-841
correcto de Marco-T habría tenido un simple reembolso de 1.97 años,
un ahorro de energía anual de USD $1,761, un retorno de la inversión
después de Impuesto de 78.3% y un beneficio después de Impuesto a
Índice de Costo de 2.88 (ver la Figura 1).
Basado en los datos, utilizando los motores IEEE-841 PE en cualquier
reemplazo futuro tendría como claro resultado ahorros más grandes.
Las
Oportunidades
Motrices
Actuales
Sin
embargo, no todo estuvo perdido. Las oportunidades verdaderas se
asociaron con el cambio del motor eléctrico original con 35 años de
servicio relacionado más a la confiabilidad y menos a la oportunidad
esperada de la energía. Según los registros del vendedor motriz, ha
habido 21 fracasos de estos ventiladores en los últimos cinco años.
Esto representa 40% de los motores en la aplicación y los resultados
muestran una vida promedio de menos de 11 años. Los motores
confiables, aplicados correctamente, se deben esperar una vida
promedio de 15 a 20 años, o más.
El
riesgo verdadero de fracaso en estos motores de ventilador es el
impacto en el departamento de pintura. La pérdida de una máquina
durante la operación puede tener como resultado una reducción del
rendimiento, producto defectuoso y una reducción en la entrega a
tiempo. Cualquier fracaso tiene un impacto grave. Esto debe colocar
las oportunidades de energía en una prioridad relativamente baja y
la confiabilidad de los motores de ventilador en la prioridad más
alta.
Los
nuevos motores IEEE-841 son diseñados para asegurar la confiabilidad
necesaria en esta aplicación, que tiene como resultado un costo más
alto inicial. Sin embargo, los materiales utilizados y las rigurosas
pruebas requeridas por los fabricantes motrices reduce la
probabilidad de fracaso para por lo menos el período de garantía,
que tiende a ser cinco o más años.
En
esta aplicación particular, la prueba ESA utilizada para obtener el
consumo eléctrico y las medidas de calidad de la energía también
proporcionó información de la condición del sistema eléctrico y
mecánico asociada con el motor eléctrico. Varios elementos clave
fueron observados en la aplicación de estas máquinas, nuevos y
viejos, que identificaron las oportunidades adicionales para la
mejora de la confiabilidad. La alineación y tensión de bandas fue un
área identificada para la mejora, así como el engrasado de los
cojinetes. Mientras estas máquinas parecieron estar operando
bastante bien, fue determinado que los instrumentos apropiados de la
alineación y tensión estuvieron ausentes. El momento de la escritura
de este artículo, Optibelt, un fabricante de instrumentos de
alineación y tensión de bandas, trabaja con el UAW/WFG JTT para
proponer mejores prácticas de vanguardia relacionadas para reducir
el desgaste de las bandas así como su mantenimiento.
Análisis
de Firma
Eléctrica
Uno
de los beneficios de utilizar el dispositivo de ESA para reunir los
datos para MM + fue la capacidad de detectar otros defectos
eléctricos y mecánicos en el equipo. Los datos actuales para el
nuevo motor mostraron picos de firma de banda y de ventilador
excesivos indicando problemas de alineación y tensión que
requirieron corrección inmediata (Figura 3). Los picos del motor de
Delco fueron ligeramente más bajos, indicando un problema semejante,
pero no tan extremo (Figura 2).
Figura 2- Analisis Electrico de Firma del viejo
motor de Marco -U
Figura 3- Analisis Electrico de Firma del nuevo
motor de Marco -U
Conclusión
La
mejora de un motor fallado de Delco al nuevo motor Automotor de
marco-U no tuvo el impacto de energía esperado por el vendedor
motriz o la planta de ensamble. El motor que debió haber sido
instalado, y comisionado apropiadamente, era un motor IEEE-841 PE
que, cuando se empata con las mejores prácticas que ya han sido
desarrolladas por el equipo de UAW/WFG JTT, habría sido mucho más
fácil con menos riesgo de error y hubiera tenido una gran impacto
combinado de energía y confiabilidad.
El
motor eléctrico que fue comprado mejorará realmente la confiabilidad
en la aplicación mientras que los motores más viejos tienen una
resistencia aparentemente baja al fracaso. Sin embargo, los grandes
ahorros esperados de energía para el retorno de la inversión no
surgirá por los datos verdaderos completos y calculados por MM +. La
visita del sitio proporcionó al UAW/WFG JTT con información
adicional que apoya los requisitos apropiados de mantenimiento e
instalación para nuevas y máquinas existentes. También apoyó las
necesidades dentro de GM para las mejores prácticas de mantenimiento
desarrolladas colectivamente por UAW y el equipo gerencial de GM.
El
Dr. Penrose es el Presidente de SUCCESS by DESIGN Reliability
Services y el Director Ejecutivo del Institute of Electrical Motor
Diagnostics. El es un Profesional MotorMaster Motriz Certificado por
el US DOE y da Servicio a clientes, tales como el UAW/WFG. El Dr.
Penrose puede ser contactado a la siguiente dirección de correo
electrónico howard@motordoc.net
