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Regreso
al Futuro
Sistema
eléctrico de Motor
Manejo
y
Mantenimiento
Por Howard W.
Penrose, Ph.D., CMRP
Este artículo fue publicado en
Uptime®
Magazine
en su edición de febrero del 2006.
Motores
Eléctricos y sistemas relacionados.
Son las
cosas que nosotros a menudo dejamos pasar al pensar acerca de los
factores que permiten a la industria y a la manufactura para competir en
una economía moderna. Mas aún los motores eléctricos son, en sentido
figurado y literalmente, el motor que maneja nuestra economía. En
centros de fabricación y plantas de procesamiento, sistemas motrices
eléctricos consumen aproximadamente 90%, o más, de la energía eléctrica
utilizada por la instalación. La invención del motor de inducción de AC,
y de la habilidad de la energía de AC para ser transformada y ser
entregada sobre distancias largas, dio a la revolución industrial un
estímulo que siguió con el desarrollo del motor de vapor. Su gran
eficiencia y solidez redujeron los dolores de cabeza del mantenimiento
que los viejos sistemas de generación de energía.
1929 BC Hydro
Generador
Overhaul, Ruskin, Columbia
Británica
Todavía, aquí estamos, más de 118 años que después de la invención del
sistema de motor eléctrico AC, los sistemas de distribución,
transformación y generación de energía AC inventados por Nikola Tesla, y
todavía mantenemos estos componentes esenciales de nuestra economía en
la misma manera que fueron manejados a principio de 1900. De hecho, un
asociado mío me dio un libro llamado “The D’Este Steam Engineers’
Manual: Electrical
Appendix”1
escrito por Charles Penrose, EE, en 1913. Describe los mismos sistemas,
las funciones y el mantenimiento básico para maquinaria de rotación que
puedo encontrar en libros y manuales de mantenimiento de sistemas
motrices tan tarde como 2005. El sistema eléctrico de generación y
distribución de inicio de 1900, ambos interno y externo a las
instalaciones, aparece muy semejante a ésos con los que tratamos
actualmente.
Entre
1910 y 1920, papeles técnicos fueron publicados en cómo proporcionar
pruebas especiales a la maquinaria de rotación (motores y generadores) y
sus sistemas de aislamiento.
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1915 Laurentide Co.
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1915 Laurentide Co. Generator Armature, Grand Mere, Quebec
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Estas
pruebas son los antepasados, los bisabuelos, si usted gusta, de métodos
más recientemente introducidos de prueba, incluyendo la prueba de
comparación de carga, después el análisis de circuito motriz en los ´80
el análisis de corriente de motor, análisis de firma eléctrico también
en los 80s. Avances adicionales en el análisis de vibración, análisis
infrarrojo, ultrasónicos, descarga parcial, y muchas otras pruebas,
junto con avances en la tecnología de la computadora y sistemas de
software, todo nos ha proporcionado con oportunidades hoy, que nuestros
antecesores sólo podrían soñar. El sistema motriz eléctrico no se ha
quedado estancado, tampoco. De sistemas de aislamiento hechos de brea,
después de aceite y papel, hemos hecho mejoras asombrosas a los sistemas
eléctricos de aislamiento que sólo se han acelerado sobre las ultimas
cuatro décadas, a controles electrónicos avanzados tales como drives de
frecuencia variable y sistemas de máquina-herramienta. Las mejoras en
materiales han mejorado la eficiencia del motor eléctrico mientras se
disminuye el peso, dimensiones y gastos para manufactura y adquisición.
Para
toda esta mejora tecnológica, la filosofía de manejar el sistema
eléctrico motriz se ha retrasado demasiado. Es fascinante para pensar
que hemos creado, adaptado y evolucionado en el lado tecnológico, pero
hemos hecho un progreso tan pequeño en nuestras habilidades generales de
la administración de programas de sistemas motrices.
¿Por
qué es esto?
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1915 Laurentide Co. Re-instando el Hidro-Generador
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Quizás
es porque muchas personas ven el motor como un método misterioso de
convertir energía eléctrica en torsión mecánica, y, por lo tanto, lo ven
como un sistema que trabaja, o no. Esto es, hasta que algo en el sistema
de distribución, control, motor, acoplamiento o los impulsores del
equipo paran de proporcionar alguna función esencial. Por supuesto,
entonces vemos un camino difícilmente loco para reparar el sistema –
para conseguir que trabaje el motor de producción otra vez, básicamente
a cualquier costo. El resultado ha sido arreglos parchados, aumento del
inventario de las piezas de refacción de los sistemas motrices, aumento
del tiempo de inactividad, reducción de la eficiencia, dinero malgastado
y mucho más.
A
inicios de la década de los 90, el Departamento de Energía de los EEUU,
en colaboración con la industria, los fabricantes y los vendedores de
motores, desarrollaron estrategias de manejo de motor enfocadas a
mejorar el consumo eléctrico de energía. Esto fue con la intención de
anunciarlo junto con el Acto de Política Energética de 1992 (EPAct), y
fue expandido, basado sobre recomendaciones de la industria, para
incluir el sistema motriz total – del poder entrante al equipo. Muchas
otras compañías, en particular, vendedores de reparación de motor,
desarrollaron diferentes "sabores" de la administración motriz. El que
desarrollé, el "Programa de Manejo y Mantenimiento total de Sistemas
Motrices Dreisilker" (DTM2), en 1993, fue uno de los primeros que tomó
responsabilidad para asuntos completos de sistema y mano de obra. De
hecho, el primer sitio en que nos concentramos fue una compañía de
cartón con más de 26% de tiempo de inactividad imprevisto. ¡Enfocados en
tan solo el sistema motriz, y utilizando un porcentaje de los ahorros
para reforzar el presupuesto de mantenimiento, pudimos disminuir el
tiempo de inactividad imprevisto acerca del 6% sin un impacto negativo
en las utilidades! De hecho, el programa mejoró el rendimiento, el
inventario y las utilidades significativamente.
El
Impacto de un Programa de Administración de Motores en el negocio y en
el ambiente
En
términos generales, la implementación de programas de mantenimiento
basado en condición tienen un significativo; algunos quizás digan mayor,
impacto. Los costos relacionados al mantenimiento son reducidos un 24 -
30%; fallas relacionadas un 70-75%; tiempo de inactividad relacionado un
30-40%; el rendimiento aumenta 20-25%; las tareas planeadas de
administración reducidas 33-66%; y la utilización de la hora/hombre
40-50%. Por el monitoreo de varios Programas de Administración y
Mantenimiento de Sistemas Motrices (de ahora en adelante PAMSM)
exitosos, estos resultados pueden ser considerados "promedio" al
conservador.
Además
del potencial de CBM mencionado líneas arriba, los programa de
administración y mantenimiento de sistemas motrices han tenido los
siguientes impactos:
•
Localizando fallas y tiempo de evaluación mejorado por más de 50%
• Los
costos de reparación del Motor disminuidos por más de 30%
•
Reducción de mas de un 50% en los costos relacionados por la mano de
obra del sistema general del motor; y,
•
Reducción del inventario por más de 50% en lo relacionado al sistema
motriz.
En
general, aplicando y sosteniendo exitosamente un PAMSM tendrá una
recuperación sencilla en dos años de la inversión inicial, con una
mayoría que ve lo ve en un año.
Los
Estados Unidos generaron más de 3.848 mil millones de kWh de
electricidad en el 2003, de los cuales aproximadamente 2.270 mil
millones de kWh (59%) fueron consumidos por sistemas motrices
eléctricos. La aplicación de PAMS tiene el impacto potencial de ahorrar
a la industria $26,5 mil millones en costos eléctricos de energía
inicialmente, mientras a su vez, reducir las emisiones de gas
invernadero por más de 3.000 Giga-Toneladas por año, la mayor parte
relacionadas directamente a las emisiones por centrales eléctricas de
toda clase. Un impacto positivo adicional de estos ahorros de energía,
seria la de reducir la necesidad de construir centrales eléctricas
adicionales.
Definiendo la
Administración
del Motor
"Las
prácticas modernas de la administración a menudo no tienen en cuenta la
importancia del mantenimiento de los sistemas motrices y los requisitos
de administración. Por los esfuerzos en el control de costes, muchas
firmas industriales y comerciales reducirán la plantilla de personal del
servicio de mantenimiento, tomarán menos enfoques de costo a acciones
correctivas, y sacrificarán los programas preventivos de mantenimiento.
El resultado ha sido el aumento de los costos de energía y tiempo de
inactividad que resultan del equipo no operando a su máximo potencial y
fallando inesperadamente. El problema tiene como resultado miles de
millones de dólares de consumo adicional de energía y perdida de
utilidades". 2
Como se
cito en el "Estudio de Diagnóstico de Motor y Estado del Motor" (MDMH
por sus siglas en ingles) 3, 68% de aquellos encuestados sentían que
ellos tenían un programa motriz en el lugar. De esos programas en el
lugar, 72% fallaron y menos de la mitad de los programas restantes se
consideró efectiva. De los programas efectivos, 66% de las
recomendaciones del programa se ignoró. Estos resultados significan que
en términos generales, 7% de esos programas motrices son efectivos.
En
programas apropiadamente aplicados, más del 91% identifican
inmediatamente una recuperación de la inversión. Estos programas de alta
calidad resultaron ser bastante consistentes en su perfil e
implementación. Definir la filosofía de la administración motriz es un
asunto en y de sí mismo. Muchos ven la administración motriz como
administración de energía; otros lo ven como prueba de motor,
almacenamiento, engrasando o alguna otra función (es) individual (es).
Los programas que se formaron bajo estos sistemas de pensamiento se han
encontrado cortos ya que no son estrategias a largo plazo.
Un
verdadero programa motriz de administración, uno que tiene una
estrategia general y una filosofía holística, tendrá un impacto
inmediato así como resultados a largo plazo.
La
definición de la administración motriz presentada por el Institute for
Electrical Motor Diagnostics es: "El mantenimiento de los sistemas
motrices y su administración son la filosofía de la mejora continua de
todos los aspectos del sistema motriz desde la energía entrante a la
carga manejada. Implica todos los componentes de la energía,
mantenimiento y confiabilidad del sistema desde su manufactura hasta su
disposición final".
4
Esto
proporciona el resumen para cualquier programa de administración motriz
verdadero que es intencionado para extender la vida útil del sistema
motriz combinado con la mejora continua del sistema. Además, el enfoque
es donde debe ser; en un enfoque de sistemas donde el sistema incluye:
energía y la distribución entrante, controles, motor, acoplamiento,
carga y, el proceso.
El
programa motriz exitoso se asocia con los diversos departamentos de la
compañía y vendedores para cubrir el mantenimiento basado en condición y
el mantenimiento centrado en confiabilidad, comisionamiento, estándares
de reparación, administración de refacciones, prueba de condición y
otras estrategias. El resultado es una filosofía que reduce el tiempo de
inactividad imprevisto relacionado al sistema motriz de tal manera que
es no-intrusivo y proporciona un retorno significativo de la inversión.
Vista
General de la Administración del Sistema Motriz
Uno de
las preguntas más comunes en cualquier nuevo programa es: ¿Dónde
empiezo? Mi respuesta favorita es, "Desde el principio". Para empezar
algún programa exitoso, usted debe saber lo que tiene y donde enfocar su
energía. La respuesta a esto es bastante sencilla: Usted debe
inspeccionar sus activos para determinar sus áreas de responsabilidad.
Después, usted debe identificar las máquinas y el equipo crítico. Hay
muchos métodos diferentes para determinar la criticalidad. Sin embargo,
típicamente, la criticalidad es determinada por la combinación de cuatro
criterios básicos:
1.
Sistemas que impactan la seguridad;
2.
Sistemas que impactan los requisitos regulatorios;
3.
Sistemas que impactan la producción; y,
4.
Sistemas que tienen un alto costo de reparación o reemplazo. Este valor
es un promedio de US $25,000, en los EEUU.
También
deseara incluir el equipo con un alto índice de descompostura, si el
historial de CMMS/EAM del equipo es preciso.
Una vez
que ha escogido sus sistemas críticos, querrá concentrarse en un área
pilota de tamaño razonable. Una gran mayoría de estos programas falla
porque las compañías toman mucho más, inicialmente, de lo que ellos
podrían manejar. Los programas entonces pierden el ímpetu porque usted
puede esperar ver un promedio de uno en cuatro a uno de cada seis
sistemas con asuntos que deben ser atendidos. Empezando con un grupo más
manejable, el personal de la administración motriz puede ganar
experiencia en criterios de diagnostico y priorizar las acciones
correctivas en los sistemas.
Desarrolle su equipo de personal de administración motriz. El equipo
debe incluir a los involucrados dentro y fuera de la compañía,
incluyendo:
1.
Vendedores de Sistemas y componentes;
2.
Personal de mantenimiento;
3.
Gerencia de Mantenimiento y Directivos;
4.
Compras;
5.
Ingeniería;
6.
Producción; y
7.
Otros involucrados en la operación del equipo.
Los
vendedores pueden ser una parte importante del equipo. En particular,
usted encontrará que algunos vendedores estarán dispuestos a tomar
responsabilidad para el inventario dentro y fuera de la planta. Esto es
considerado un buen negocio ya que el vendedor entonces tiene
responsabilidad para la condición del equipo, utilizarlo inmediatamente,
y ellos garantizan el negocio. Por ejemplo con los motores eléctricos en
sí, hay vendedores motrices de reparación y distribución que alterarán
el inventario interno, mantienen el inventario del cliente dentro y
fuera de la planta y algunos que consignarán los motores.
Para
entonces, o aún antes de saber que los activos son de su propiedad,
muchas compañías comprarán, o habrán comprado, las tecnologías basadas
en condición. Las más comunes son el análisis de la vibración,
infrarrojo, ultrasónico, la resistencia de aislamiento, el análisis de
circuito motriz, el análisis de la corriente actual motriz, el análisis
eléctrico de firma, etc. Desgraciadamente, mientras es bueno para los
vendedores de instrumentos, puede acabar que miles de dólares en equipo
estén sin usar en los anaqueles de la bodega, o que las pruebas se
realicen por el gusto de realizarlas. En la realidad, los próximos pasos
deben estar con una absoluta comprensión de las necesidades del
mantenimiento planeado y del monitoreo de condición.
Debe
haber una idea general bastante rigurosa del programa planeado de
mantenimiento existente, cualquier prueba basada en condición existente,
compra de motor y especificaciones de reparación (si existen) y el
programa de la lubricación. Con especial atención en la planeación del
mantenimiento, es posible reducir el mantenimiento planeado innecesario
a la tercera parte, o más, antes si quiera de agregar la prueba de
condición. Entonces, utilizando un instrumento tal como el Mantenimiento
Centrado en Confiabilidad (RCM), que cumpla con las especificaciones de
MIL-P o SEA, revise los sistemas críticos escogidos. Esto identificará
que planeación de mantenimiento puede ser utilizada, puede ser eliminada
o puede ser reemplazada con la prueba de condición, y que prueba de
condición proporcionará la mejor información. También encontrará que
este proceso evaluará las habilidades de sus sistemas de CMMS/EAM
mientras reúne información necesaria, o ayudará a identificar esas
necesidades, si alguna no existe.
Una vez
que los requisitos de la tecnología han sido identificados, y por lo
menos criterios rudimentarios de condena, por el análisis, usted tendrá
suficiente información para desarrollar una especificación para sus
tecnologías de prueba.
Esto
puede ser utilizado como una comparación, junto con 'El Enfoque de la
Multi-Tecnología para el Diagnostico de Motor,' 5 para escoger las
tecnologías apropiadas de la prueba, los requisitos de habilidades,
capacitación y los requisitos asociados. El costo de las tecnologías es
casi siempre una preocupación. Sin embargo, el costo de arranque debe
ser menos preocupante de lo que generalmente es. Esto es porque, si es
apropiadamente escogida y aplicada, la mayoría de las tecnologías de
prueba de condición tendrán los rendimientos de la inversión medidos en
días, semanas o meses.
Después
de la compra del equipo, y de la capacitación asociada, los lineamientos
deben ser realizados en los sistemas escogidos. Esto proporcionará tanto
el principio de la tendencia y una buena vista general de la condición
general de los sistemas asociados.
El
próximo paso es el desarrollo de especificaciones para el
reacondicionamiento, las acciones correctivas y la compra de equipo
nuevo. Es importante comunicar y establecer las condiciones para
comisionar nuevos sistemas y sistemas reparados. Por ejemplo si usted ha
escogido realizar el análisis de prueba de circuito de motor en todos
los motores eléctricos que son reparados o comprados, usted querrá
comunicar, por escrito, lo que usted estará realizando y sus criterios
de aceptación. Esto reducirá el conflicto si un motor no pasa la
inspección de comisionamiento. Según un estudio de la Asociación de
Aparatos Eléctricos y Servicios (EASA por sus siglas en ingles), más del
81% de talleres de reparaciones motrices modifica las bobinas de sus
motores eléctricos en el proceso de reparación 6, con la mayor parte de
ellos realizando el cambio para la comodidad de rebobinar y velocidad.
La
implementación del Análisis de Causa Raíz (RCA) el programa para
sistemas y sistemas críticos que tienen fallas repetitivas. Esto debe
ser un programa total de RCA que identificará la causa verdadera de
raíz, no apenas el componente que falló. Hay diferentes programas de
RCA, escoja un proceso que se adapte a los requisitos de su proceso y de
su industria. Asegúrese de que todos los hallazgos sean registrados y
son compartidos entre cada instalación que tiene sistemas semejantes y
en su sistema de CMMS/EAM.
Asegúrese de que las tareas planificadas, correctivas y proactivas del
mantenimiento se manejan por el sistema de CMMS/EAM. Esto es crítico
para el proceso de la Revisión de la Eficacia del Mantenimiento (MER por
sus siglas en ingles: Maintenance Effectiveness Review) que es la
porción continua de la mejora del programa. Periódicamente, los sistemas
deberán ser escogidos para revisión y el proceso de MER. El resumen en "Su Programa de Mantenimiento es efectivo... ¿No es así?"
7 artículo en la edición de oct-nov del 2005 de
Uptime®
Magazine
, este
proceso revisa el programa existente para la eficacia y proporciona un
medio para mejoras al programa basado sobre nuevas conclusiones, las
inspecciones y las tecnologías.
La clave al
éxito
Uno de
los puntos clave al éxito de cualquier programa es asegurar que no sufra
de "Entropía de Mantenimiento". Este es el caso cuando un programa ha
llegado a ser exitoso y hay pocas oportunidades que muestran una
recuperación de la inversión simple a corto plazo, así que los recursos
son cortados. La recuperación de la inversión sencilla identificada a
través del mantenimiento es una cuenta de las cosas que no se han
hechos, ni son completadas correctamente, en el programa existente de
mantenimiento.
De
hecho,
el
programa de
mantenimiento debe
ser
ordenado:
1.
Mantenimiento Proactivo
2.
Mantenimiento Preventivo
3.
Mantenimiento Correctivo
4.
Mantenimiento Reactivo
Desgraciadamente la mayoría de los programas de mantenimiento de las
compañías están ordenados así:
1.
Mantenimiento Reactivo
2.
Mantenimiento Correctivo
3.
Mantenimiento Preventivo
4. Rara
vez: Mantenimiento Proactivo
Hay un
costo asociado con este orden de hacer mantenimiento, como se muestra en
la figura 1.
De
hecho, la implementación de un programa total de administración y
mantenimiento de sistema motriz debe reducir los costos asociados al
mantenimiento en cerca de la tercera parte.
Figura
1: Costo del impacto del Mantenimiento $/hp/a
|
Reactivo |
Preventivo |
Predictivo |
Centrado
en Confiabilidad |
Conclusión
La
implementación de un programa de administración y mantenimiento de
sistema motriz tendrá un impacto significativo en resultados de la
compañía, el inventario, los costos, las utilidades, la energía y el
tiempo productivo. El sistema motriz consiste en la distribución d e la
energía, control, motor, acoplamiento, el equipo impulsor y el proceso
en sí. Un programa total consiste en escoger el equipo crítico, armar un
equipo de personal de trabajo de administración motriz, establecer un
proyecto piloto, realizar una revisión rigurosa de programa existente de
PM y un análisis de RCM, escoger el equipo, establecer la reparación y
nuevas especificaciones del equipo, empezar un programa de RCA,
asegurándose que el programa asociado de CMMS/EAM es utilizado
apropiadamente y aplicar un proceso de MER.
El Dr. Howard W Penrose, es Vise Presidente de Electrical
Reliability Programs
para T-Solutions,
Inc., una firma de consultoría para el mantenimiento y la confiabilidad
en la milicia y la industria. El Dr. Penrose tiene más de 20 años de
experiencia en el Mantenimiento y la Confiabilidad del sector
Eléctrico. El es el Director Ejecutivo del Instituto del Diagnostico
del Motor Eléctrico (IEMD.org). Howard puede ser
contactado en howard@motordoc.net.
Referencias
1 Penrose, Charles,
The D’Este Steam Engineers’ Manual: Electrical Appendix, Julian D’Este
Company, Boston, 1913.
2 Penrose, Howard W,
A Novel Approach to Motor System Maintenance and Management for Improved
Industrial and Commercial Uptime and Energy Costs, SUCCESS by DESIGN,
1997.
3 Penrose, Howard W.
and O’Hanlon, Terrence, Motor Diagnostics and Motor Health Study,
SUCCESS by DESIGN, 2003.
4 Institute of
Electrical Motor Diagnostics, http://www.iemd.org, 2005.
5 Penrose, Howard
W., “The Multi-Technology Approach to Motor Diagnostics,”
ReliabilityWeb.com, 2005.
6 Penrose and
O’Hanlon, MDMH7 Penrose, Howard W., “Your Maintenance is Effective…
Isn’t It?”, Uptime Magazine, |
