Los Sistemas Asset Performance Managemet (APM) aplicados a las plantas de proceso de un modo integral
Manuel Járrega
East & South Europe and East North Africa Tendering Director
Schneider Electric
Introducción
Toda Planta de Proceso está controlada por un sistema de control o DCS. El sistema de control es el encargado del proceso y la seguridad del mismo. Aprovechando la conexión del sistema de control con los equipos de campo se incorporan también los sistemas APM (Asset Performance Management) que obtendrán datos de los citados equipos para ayudar al departamento de Mantenimiento en el seguimiento de su estado, permitiendo además la planificación del mantenimiento preventivo y, lo que cada día es más importante, la implementación del mantenimiento Predictivo.
La implementación holística de sistemas de control con sus APM está revolucionando la fase O&M de las plantas y abriendo al mundo de los datos, big data e IA las Plantas de Proceso.
¿Y qué es un APM ?
ISO 55000 ofrece la última definición de Asset Management.
Un Asset es un artículo, cosa o entidad que tiene valor potencial o real para una organización. El Asset Management es actividad coordinada de una organización para obtener valor de los activos (assets).
Y un Asset Performance Management (APM) es una solución de digitalización que nos permitirá saber la Condición de TODOS los Asset (equipos) de una planta y por tanto activar mantenimiento preventivo y basado en condición.
Nos permitirá realizar 3 funciones básicas:
- Monitorizar los equipos. Históricamente, se monitorizaban los equipos de proceso (válvulas, medidores,etc.), pero en este artículo queremos reseñar que la aproximación ha de ser a TODOS los equipos de la planta. Incluidos los eléctricos.
- Decidir el mejor curso de acción de mantenimiento.
- Actuar y ejecutar las decisiones necesarias de mantenimiento.
Los equipos los podemos diferenciar en:
- Connected Assets: Los activos conectados son equipos que acumulan datos continuamente, incluidos los que pueden brindar información sobre su estado casi en tiempo real. Estos datos a menudo se recopilan aprovechando el SCADA de la planta o mediante sensores dedicados.
- Intelligent Assets: Los proveedores incorporan cada vez más activos de nueva generación con inteligencia para impulsar las estrategias de mantenimiento predictivo. El APM aprovecha este conocimiento de contexto predictivo incorporado para monitorear el estado de los activos inteligentes. Ejemplos de tales activos son dispositivos de campo inteligentes, unidades, etc.
- Non-intelligent assets: Para la automatización no inteligente, la condición se monitorea usando una regla simple o compleja dependiendo de la complejidad del activo.
- Activos No conectados: En plantas más antiguas, los activos no conectados o no instrumentados a menudo representan del 40 al 60% de los activos. La recopilación de datos en un proceso manual. Existe la posibilidad de utilizar aplicaciones móviles para digitalizar estos datos e incluirlos en el APM.
El APM proporciona alertas en caso de condiciones anormales, lo que ayuda al equipo de O&M a responder de forma proactiva a los problemas emergentes antes de que se conviertan en problemas importantes. Estas características pueden ayudar a maximizar la eficiencia operativa.
- Gestión de la condición de los activos: El APM proporciona una visión temprana de las condiciones anormales emergentes de los activos en tiempo real y ayuda a impulsar un enfoque de mantenimiento proactivo que puede maximizar la eficiencia operacional.
- Acciones correctivas recomendadas: El APM presenta alertas en un formato intuitivo y fácil de entender que también incluye acciones correctivas recomendadas.
- Espacio de trabajo unificado único: El APM proporciona un único espacio de trabajo para facilitar el acceso a los estado (con marca de tiempo) de las condiciones de los activos de toda la planta. El MRC proporciona acciones anticipadas en las alertas y recomendaciones claras y concisas. Se informa sobre la salud de los activos también indica estado, contexto, impacto (ISA 108) y criticidad (NAMUR 107).
- Movilidad habilitada: El APM debe poder ejecutarse en un navegador web en estaciones de trabajo, así como en un dispositivo móvil conectado a la misma red de privada de comunicación.
Aplicación integral del APM a la Planta de Proceso. La integración de los equipos eléctricos
Típicamente, hasta ahora ha habido una división en las plantas entre la gestión de los activos del mundo proceso (válvulas, medidores de caudal, analizadores,etc.) y los activos del mundo eléctrico (interruptores automáticos MT/BT, variadores de velocidad,etc.). Estos dos mundos están cada vez en mayor interconexión (por ejemplo, sustitución en proceso de las válvulas por una filosofía de regulación vía variador de frecuencia) y, por tanto, si ya no tenía sentido antes no tener un software de gestión de activos único (APM), menos lo tiene en la actualidad. Es la tesis de este documento que los APM DEBEN GESTIONAR ÍNTEGRAMENTE TODOS LOS ACTIVOS (IMPORTANTES) DE LA PLANTA EN UN SOFTWARE UNICO.
En la actualidad los APMs ya pueden leer la información de los assets eléctricos vía protocolo (modbus TCP, IEC 61850) e incorporar la comunicación en los equipos eléctricos es fácil y barato. De hecho ya hay muchas plantas existentes donde los equipos eléctricos tienen la posibilidad de comunicación ( y, por tanto, de ofrecer diagnósticos) y no se está aprovechando. Este es un “quick win” que podemos implementar sin mucho coste en nuestras plantas actuales.
Un ejemplo puede ser la integración en el APM de las celdas AIS (aislamiento aire) de Media Tensión.
La vida útil media de un AIS es de unos 25 a 30 años. Muchas de las celdas MT en servicio en la actualidad se acercan al final de su vida útil. Tales equipos son propensos a problemas catastróficos cuando se someten a condiciones ambientales anormales y sobrecargas térmicas. Por lo tanto, monitorear el estado del equipo de distribución instalado para evitar el posible defecto es esencial para la confiabilidad del sistema.
Dos componentes críticos de la aparamenta de MT son la barra de la aparamenta y los disyuntores (o interruptores automáticos. Durante la operación, la aparamenta está expuesta a diversas tensiones: eléctricas (eliminación de cortocircuitos, sobretensiones y tensiones de rayo, etc.), mecánicas (fuerzas de apertura / cierre, fuerzas electrodinámicas durante cortocircuitos, viento, etc.), térmicas (temperatura ambiente, corriente nominal calorífica, corrientes de cortocircuito, etc.) y química (productos de la desintegración del gas debido al arco, humedad, polvo, etc.). Entendiendo estos problemas y sus causas raiz pueden ayudar a desarrollar un monitoreo integral de la condición de la celda MT.
La mayor parte de las celdas de MT incorporan desde hace ya unos años dispositivos electrónicos inteligentes (IED o relé de protección eléctrica) y sensores acoplados con capacidades de comunicación. Los IEDs brindan tiempo real visibilidad del rendimiento del disyuntor para permitir diagnósticos avanzados y mantenimiento bajo condición. En los casos en que la celda MT no incorpore un relé de protección inteligente comunicable, es relativamente fácil y poco costoso sustituirlo por un equipo nuevo que nos dé esas prestaciones (se trata de un retrofit en el cajón de baja tensión y normalmente no se debe intervenir en la motorización de la celda ni cambiar los transformadores de intensidad o tensión de protección).
El APM aprovecha esta inteligencia predictiva incorporada en el IED, para monitorear el estado de salud en tiempo real, detectar condiciones anormales y entregar automáticamente el estado de salud junto con las posibles causas y posibles acciones de mantenimiento, de un claro y fácil de entender.
Dependiendo de la disponibilidad de datos y parámetros adecuados, a continuación se muestran ejemplos de qué podemos llegar a monitorizar.
Tiempo de monitoreo de operación
Se utiliza para determinar si un interruptor automático ha estado inactivo durante un período prolongado. Una alerta de mantenimiento se puede activar aprovechando esta información con el fin de prever una maniobra de test.
Lentitud de apertura o cierre del interruptor
Determina el tiempo para abrir o cerrar un disyuntor. Los largos tiempos indican la necesidad de mantenimiento del mecanismo del disyuntor. Una alerta de mantenimiento puede generarse si se excede el tiempo de recorrido del contacto del interruptor.
Contador de ciclos de operaciones
Básicamente, la vida de un disyuntor se valora en vida mecánica y vida eléctrica. La vida mecánica viene caracterizada por un número de maniobras máximo recomendado por el fabricante.
Para monitorizar la vida mecánica se puede monitorizar el número de operaciones del disyuntor. Una vez que se alcanza el límite del contador de operaciones se puede generar una alerta para lanzar un mantenimiento preventivo o incluso el retrofit y sustitución del disyuntor.
Tiempo de indicación de carga de resorte
Si el resorte de un interruptor tarda demasiado, se emite una alerta de mantenimiento.
Desgaste de los contactos eléctricos
Es importante predecir la vida útil de los contactos eléctricos. Esto es lo que nos indica la vida útil eléctrica del disyuntor. Los fabricantes definen un número máximo de kA2 cortados durante el cortocircuito.
Supervisión de presión de gas SF6
Para los disyuntores como medio aislante SF6 (utilizando este gas para extinguir el arco durante la apertura) tener la presión de gas correcta es fundamental. Si la presión del gas es demasiado baja, se genera una alarma de mantenimiento. Normalmente, todos los disyuntores incorporan un presostato con nivel de alarma y disparo.
Tres parámetros muy importantes que influyen en la vida útil de las celdas AIS MT son la humedad relativa, condensación generada por la inestabilidad de la temperatura, así como el nivel de contaminación. La monitorización de estos parámetros era difícil hasta hace poco, pero han aparecido en el mercado sensores IoT que nos permiten acceder fácilmente a estos datos.
La mejor manera de evitar daños por condensación y corrosión es mediante la monitorización de temperatura, humedad y descargas parciales.
- Sensores térmicos
Al instalar sensores de temperatura inalámbricos autoalimentados en el equipo, las temperaturas de las conexiones del bus y las conexiones de los cables se pueden monitorear, lo que ayuda a evitar cualquier posible problema de arco eléctrico debido a la degradación del material.
- Sensores de descarga parcial
Descarga parcial resultante de la degradación del material de aislamiento. Este es uno de los principales problemas que contribuyen a muchos arcos eléctricos catastróficos.
- Monitorización de humedad
Los sensores inalámbricos instalados en el interior de la celda pueden medir la humedad, la temperatura ambiente y la temperatura del punto frío que proporcionan información clave para calcular el nivel de condensación.
Conclusión
El estado actual de la tecnología nos permite instalar soluciones APM en nuestras plantas. El departamento de Mantenimiento necesita ver la Planta como un TODO, y es por ello que necesita tener toda la información de los assets (activos) en el mismo software APM. Ello ya es posible y la incorporación de la información proveniente de los equipos eléctricos es posible y fácil, puesto que la mayor parte de los equipos tienen capacidad de comunicación, o es posible implementarla o es posible instalar un equipo eléctrico con todas estas características inteligentes.
Con ello hoy podemos tener una solución APM global para todos los activos de nuestra planta.
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