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MANTENIMIENTO DE MOTORES ELÉCTRICOS BASADO EN LA CONFIABILIDAD
Iván Gómez
Director operaciones, Director técnico y de Calidad
Carboelectric
1. INTRODUCCIÓN
En la era de la industria 4.0 y asomando ya el concepto 5.0, en la era de la búsqueda de la mayor productividad posible con la mayor calidad posible, dicha búsqueda sería infructuosa sin la participación del mantenimiento. Además dicho mantenimiento ha de estar plenamente integrado en la organización y debe estar enfocado a conseguir la mayor fiabilidad y disponibilidad de máquina posible. Esto no es posible sin una estrategia muy bien trazada en mantenimiento basado en la condición, que a la postre nos asegurará:
- Disponibilidad de máquina
- Disminución de costes por paradas NO programadas
- Optimización de la gestión de recursos del departamento de mantenimiento
Debido a las circunstancias actuales excepcionales, inmersos en la emergencia sanitaria pero en general en toda crisis que afecte al tejido productivo, existe la tentación de volver a tiempos pretéritos en el que primaba el mantenimiento correctivo al fallo como técnica principal de mantenimiento ya que se convierte en un gasto innecesario. Craso error, precisamente es el mantenimiento basado en la confiabilidad el que nos permite generar ahorros signicativos, no el retorno al mantenimiento correctivo como estrategia principal en el mantenimiento.
Los datos en este documento expuestos, son fruto de la investigación propia y consecuencia mi actividad profesional como Director de Operaciones en Carboelectric. S.l.
2. CONTENIDO
El gestor del mantenimiento de cualquier planta industrial que desea o simplemente deba implementar una estrategia de mantenimiento basada en la condición, deber a seguir un proceso similar al siguiente:
- Listado y codificación de activos
- Determinación de los modelos de fallos de los activos
- Análisis de la criticidad
- Determinación de las técnicas predictivas necesarias y suficientes en función del factor de cobertura para determinar la condición del activo
- Implementación del plan de mantenimiento
Veremos en este documento el desarrollo de los puntos enumerados anteriormente, centrado en el motor eléctrico y específicamente sobre el motor trifásico de inducción, el de mayor presencia en cualquier sector productivo.
3. ORGANIZACIÓN DEL MANTENIMIENTO
Muchas son las metodologías existentes en el mantenimiento industrial, empezando por los tipos de mantenimiento que los podríamos catalogar básicamente en:
- Mantenimiento correctivo
- Mantenimiento preventivo
- Mantenimiento predictivo
La elección del tipo de mantenimiento que se emplea en cada uno de los activos de una planta industrial depender a de diversos factores, como los que se enumeran en la figura 1 del apartado 4.3.
3.1. Mantenimiento Predictivo
El mantenimiento predictivo se basa en el hecho de que la mayor a de los fallos se durante el transcurso de la vida del activo, lentamente. Por lo tanto si monitorizamos algunas de las variables de fallo que definen el buen funcionamiento de un activo, seremos capaces de detectar con antelación un fallo inminente. Dichas variables suelen ser la temperatura, la presión, la velocidad angular, los ruidos etc.
Una de las técnicas del mantenimiento predictivo que permite controlar la salud de los activos o máquinas rotativas de una planta industrial es el análisis de vibración.
Un correcto programa de mantenimiento predictivo debe seguir una serie de pasos lógicos desde que se detecta un problema, se estudia cual es la causa que lo origina y hasta su corrección final si es que así se acaba decidiendo por los responsables del departamento de mantenimiento.
4. ESTRATEGIA
Existen muchas estrategias en el mantenimiento pero para aplicar una correcta estrategia para el mantenimiento predictivo basado en el análisis de vibración, se debe seguir una determinada pauta o estrategia para que esta aplicación se realice con éxito.
- Listado de activos
- Gestión de datos
- Auditoría técnica
- Análisis de los datos obtenidos
- Toma de decisiones
4.1. Listado de activos
Cualquier planta industrial debe tener codificados todos sus activos, ya sea por el area donde está instalado, o por su funcionalidad o por tipo de proceso del que forma parte. Lo importante es que sea una identificación clara y perdurable, es decir que no pueda ser borrada o eliminada por descuido, negligencia ni por ninguna otra circunstancia controlable.
Para un activo el código debe identificar la planta, el area, el sistema y el subsistema al que pertenecen, y además, debe identificar el tipo de equipo de que se trata (una bomba, un ventilador, un interruptor, e incluso, distinguir entre elementos mecánicos, eléctricos, de instrumentación, de control, de obra civil, etc.
Un ejemplo de codificación de maquinaría podría ser el siguiente:
De tal modo que este activo ser a el motor eléctrico numero 1 de la caldera que está en el área de combustión de la fábrica 1. Y así codificaríamos todos nuestros activos, de tal forma que sean claramente identificables.
De este listado de activos, seleccionamos aquellos que son máquinas rotativas eléctricas. Debe ser lo suficientemente completo como para facilitar el proceso de análisis de los datos registrados en cada uno de los activos que sean finalmente analizados.
De cada activo se debe disponer de la siguiente información:
- Revoluciones: Es muy importante detallar si el activo funciona con velocidad constante o con velocidad variable, ya que puede condicionar el método de captación de los datos.
- Número y tipo de rodamientos:Detalle del número y tipo de los rodamientos que lleva el eje del activo. Es indispensable para poder evaluar el estado de real de dichos elementos que nos permitiría poder actuar si es necesario para sustituirlos antes de una aver ́ıa de alcance mayor.
- Palas de ventiladores: El detalle del numero de palas nos permitirá vigilar cualquier anomalía de este componente a través de la frecuencia del paso de pala como veremos en temas posteriores.
- Número de engranajes: Al igual que el numero de palas, conocer el numero de engranajes y más concretamente el numero de dientes de dichos engranajes, nos permitirá establecer diagnósticos de estado de tales mecanismos.
En general cualquier componente que gire solidario con el eje de rotación debería ser identificado.
4.2. Gestión de datos
A la gestión de los datos enumerados en el apartado 4.1 se ha de añadir los propios datos que se generarán una vez se lleva a término las mediciones en los diversos activos y que nos permitirá realizar un estudio de tendencias que nos servirán para tomar decisiones sobre dichos activos.
Por lo tanto la gestión de los datos es de vital importancia para disponer de un plan de mantenimiento eficaz y fiable.
4.3. Auditoría técnica
La auditoría técnica tal y como se puede observar en la figura 1, pivota en tres conceptos principales, la criticidad, la disponibilidad y la seguridad. Veamos la definición de cada una de los conceptos enumerados.
4.3.1. Criticidad
La criticidad es un indicador proporcional al riesgo que permite establecer la jerarquía o prioridad de procesos, sistemas y equipos, creando una estructura que facilita la toma de decisiones lo más acertadas y efectivas posible.
Asimismo permite dirigir el esfuerzo y/o recursos a aquellas áreas que más lo necesitan y en las que es necesario mejorar la confiabilidad y administrar el riesgo con mayor eficacia.
El activo más crítico no tiene porque ser el más caro ni el más grande, sino aquellos que son imprescindibles para mantener la cadena productiva en funcionamiento o aquellos que son vitales para la seguridad de las instalaciones o de las personas.
Para estos activos es necesario o bien disponer de recambio o en su defecto un mantenimiento óptimo y basado en la condición.
Para facilitar la labor, existe la ”matriz de criticidad”, que se refleja en la figura. 2
4.3.2. Disponibilidad
La disponibilidad es la probabilidad de un sistema de estar en funcionamiento o listo para funcionar en el momento o instante que es requerido.
Para poder disponer de un sistema en cualquier instante, éste no debe de tener fallos, o bien, en caso de haberlos sufrido, debe haber sido reparado en un tiempo menor que el máximo permitido para su mantenimiento.
Este concepto realmente es del máximo interés del jefe o gestor de mantenimiento ya que es básicamente, la clave del éxito de su gestión. Disponer del mayor tiempo posible al activo funcionamiento, reduce costes y aumente por tanto los beneficios de la planta productiva.
4.3.3. Seguridad
Por último pero el más importante, los activos que suponen un riesgo alto para la seguridad de las personas, de las instalaciones o con respecto al medio ambiente, deben ser convenientemente vigilados para que no ocurra un fallo imprevisto que pudiese ocasionar daños graves. Por tanto hay que tener claro qué activos cumplen con este requisito y añadirlo a la lista de forma obligada.
4.4. Toma de decisiones
Con los datos obtenidos de la auditoría de los activos, teniendo en cuenta el criterio de disponibilidad, criticidad y seguridad, se debe estudiar ahora sí, cuáles son los elementos internos que definen a cada uno de ellos, tal y como se recoge en el apartado 4.1.
También se debe tener claro cuáles son los modos de fallo de los activos y cuáles pueden ser detectados con la técnica del análisis de vibración.
Por ejemplo en el caso de un motor eléctrico, en la tabla 1 se reflejan cuáles son sus modos de fallo y cuáles pueden ser detectados mediante el análisis de vibración, una de las técnicas con mayor factor de cobertura.
Todos los modos de fallos del motor eléctrico descritos en dicha tabla son susceptibles de ser reconocidos por un buen analista.
5. RESUMEN
En resumen, una correcta estrategia de mantenimiento debe implementarse en base a:
- Estudio de criticidad
- Listado de componentes internos y datos técnicos de los activos
- Auditoría y toma de mediciones del valor de vibración
- Análisis de datos y toma de decisiones
- Establecer un estudio de tendencias en base a repeticiones de los ensayos
6. CONFIABILIDAD
Confiabilidad puede parecer a algunos una palabra un tanto moderna pero sinembargo es inherente a la búsqueda de la mayor productividad posible de nuestras fábricas, llámenle como quieran pero todas las técnicas y esfuerzos que se realizan en pos de una mayor disponibilidad de máquina aumentan la confiabilidad de nuestros activos y por ende aumenta nuestra productividad.
En este documento, nos centramos en la confiabilidad de los motores eléctricos, por tanto cabe preguntarse cuáles son las técnicas que favorecen un mejor control del estado real del motor.
Nos centraremos en el motor trifásico de inducción, no por nada en especial, simplemente porque es el motor más introducido en el tejido industrial.
6.1. Técnicas predictivas
Para los departamentos de mantenimiento eléctrico o de mantenimiento general, a veces no les es sencillo, de entre tantas técnicas y aparatos, aquellas técnicas imprescindibles y necesarias para poder tener controlado el estado del motor. Pero no solamente nos debemos plantear que técnicas predictivas son más convenientes, también debemos conocer o analizar cual es el factor de cobertura mínimo necesario para poder tener analizado el mayor porcentaje de modos de fallo del motor.
Analizar el factor de cobertura no es sencillo ya que depende de varios factores como la detectabilidad, la incidencia y la severidad por poner un ejemplo.
Es decir un tipo de fallo cualquiera tiene un nivel de incidencia u ocurrencia determinado, así como una severidad propia. Todo esto debe ser analizado pues pueden haber (y de hecho, los hay) tipos de fallo con baja incidencia pero severidad muy alta.
Un recomendable ejercicio para los departamentos de mantenimiento sería el de tabular y analizar esto ́ultimo en una tabla como la tabla 5.
6.1.1. Detectabilidad
En la columna de detectabilidad hay que indicar el porcentaje de efectividad en la detección. Por ejemplo ante un fallo de aislamiento a tierra, la efectividad de la técnica de medición de resistencia de aislamiento en la detección empleando el instrumento adecuado es absoluta.
Como contraposición, el análisis del estado de aislamiento entre espiras midiendo resistencia de aislamiento, en el caso de fallos incipientes tiene una ínfima fiabilidad usando el mismo equipo que en la detección de fallo de aislamiento a tierra. Por tanto, si los problemas entre espiras tienen una incidencia en nuestra tasa de fallos general significativa, deberemos optar por aquella tecnología que nos dé un porcentaje alto de detectabilidad.
6.1.2. Inicidencia
La incidencia de un tipo de fallo no debe ser estudiada desde el punto de vista general, se debe estudiar la incidencia de los tipos de fallos en los motores de nuestra planta que son los que nos interesa controlar. Se recomienda un estudio estadístico y ponderarlo en base 10.
6.1.3. Severidad
La severidad de los fallos tipo en un motor eléctrico de inducción se deben establecer del 1 al 10, siendo 1 el más leve y 10 el más dañino para la integridad del motor. Por tanto en nuestra propia tabla lo especificaremos. Se aconseja un conocimiento profundo de los sistemas del motor, eléctrico y mecánico, y de los fallos t ́ıpicos y sus consecuencias en el desempeño del motor. Este aspecto es importante para detallar que técnicas serán las imprescindibles en el plan de mantenimiento, ya que se ha de tener muy controlado los fallos con mayor severidad y realizar tendencia de aquellos que consideremos más importantes para ir conociendo su estado.
6.1.4. Instrumento
Ante la necesidad de ser fiables en los diagnósticos es imprescindible conocer qué equipos son los apropiados para desarrollar las diferentes técnicas predictivas y conocer también el impacto económico que requeriría su adquisición, en el caso de que no se subcontraten dichos ensayos. Los equipos deben ofrecer la máxima fiabilidad posible.
En la tabla 3 se reflejan algunos de los tipos de fallo con sus técnicas predictivas asociadas y los instrumentos necesarios para diagnosticarlas.
TABLA 3: Algunos de los fallos típicos, técnicas e instrumentos para la detección
6.1.5. Sistema
Dos son los sistemas que componen al motor eléctrico, el sistema mecánico y el sistema eléctrico. Es aconsejable clasificar al sistema al que afecta los diferentes tipo de fallo, como por ejemplo, se ilustra la tabla 4.
6.2. Cobertura
Podríamos definir cobertura de la técnica predictiva como el numero de fallos detectados por una determinada técnica predictiva con un grado de detectabilidad significativo del al menos el 70 por ciento.
6.2.1. Factor de cobertura
El Factor de cobertura será definido como la relación entre el total de los tipos de fallo y la cobertura de las técnicas predicativos con respecto a ́estos últimos. Este factor de cobertura no tiene en cuenta o no pondera la severidad y/o ocurrencia de los tipos de fallo, solamente es un valor relativo queda una idea de cuan cubierto está un motor en función de la estrategia de ensayos predictivos que se le realizar ́an. En la tabla 5 se refleja algunas de las técnicas m ́as usuales y el factor de cobertura asociado, dichos datos son reflejo de la experiencia profesional en miles de análisis realizados y de un total de 20 técnicas consideradas por este autor.
7. CONCLUSIÓN
Lograr la mayor confiabilidad de los motores de una planta productiva, requiere de un exhaustivo análisis y una estrategia de mantenimiento muy bien planificada. Se debe tener muy presente cuáles son los fallos típicos de los motores, un estudio de los fallos de más incidencia en los motores de la planta e intentar adelantarse al fallo realizando aquellos ensayos que en su conjunto nos den la mayor cobertura de diagnóstico. Asimismo es necesario conocer qué equipos son los que ofrecen una mayor fiabilidad para cada una de las técnicas predictivas que se decidan realizar.
No existe receta común, ya que cada planta productiva tiene una idiosincrasia propia, como tampoco serán los ensayos predictivos homogéneos a todos los motores, ya que pueden haber y de hecho los hay, diferencias en las condiciones de funcionamiento en cada uno de ellos.
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