31 diciembre 2009

Eficiencia energética mediante el mantenimiento preventivo y predictivo de motores

Todo lo que se conozca sobre mantenimiento de motores será bueno para la eficiencia energética de los motores. El propósito tradicional es doble: Prevenir que el equipo falle prematuramente y mantener el equipo calibrado para conseguir un rendimiento óptimo. Un estudio llevado a cabo en Estados Unidos durante dos años por Factory Mutual revela que los programas de mantenimiento preventivo pueden prevenir más de la mitad de las pérdidas asociadas con los fallos del equipo eléctrico. Pero este estudio demostró también que los motores bien mantenidos mejoran drásticamente la eficiencia total de la planta industrial. Más recientemente, se ha comenzado a prestar más atención al mantenimiento predictivo. El mantenimiento predictivo se refiere a la realización de ensayos programados, y al análisis de tendencias a lo largo del tiempo. El análisis apropiado de los resultados puede predecir fallos inminentes que sean necesarios reparar, limpiar, o alinear antes de que ocurra una costosa catástrofe. Un buen programa de mantenimiento contiene elementos tanto de mantenimiento predictivo como preventivo. Ambos implican acciones programadas en los motores y controles así como el mantenimiento de registros. Dependiendo de su situación, puede ser eficiente fundir las dos actividades. Sin embargo, dependiendo de la organización del staff de mantenimiento, y de los intervalos de servicio seleccionados, puede ser beneficioso separar las tareas. Las tareas mecánicas como lubricación y limpieza pueden requerir una planificación diferente y personas distintas que las tareas eléctricas. Las vibraciones y ensayos acústicos pueden incorporarse en cualquier categoría. Algunas tareas como la termografía de infrarrojo o la limpieza con dióxido de carbono sólido pueden requerir un contratista exterior. Debe diseñarse un sistema que se ajuste a cada situación única. En este artículo discutimos los elementos clave de cualquier buen plan de mantenimiento.
Para conseguir un mantenimiento efectivo debe ejecutarse la siguiente estrategia:
  • Identificar al personal responsable: Debe designarse al personal responsable para las actividades de mantenimiento.
  • Establecer una programación: Establecer una programación de mantenimiento es un proceso iterativo. A menudo es necesario prescribir intervalos frecuentes al principio, luego experimentar con la longitud de los intervalos. Algunas actividades pueden ser perjudiciales si se realizan con demasiada frecuencia (ej. Ensayos de aislamiento de alta tensión y engrase de rodamiento). Si se observa que ciertos resultados progresan uniformemente, puede establecerse un intervalo definido y a menudo largo. Si los rodamientos sobreviven bien en intervalos dados de lubricación, puede experimentarse con intervalos más largos.
  • Mantener registros: Los programas de mantenimiento deben implementarse siempre basándose en registros escritos. Actualmente puede utilizarse un registro en soporte informático. Nuevos productos se están introduciendo instrumentación especial que conecta eléctricamente y dirige los datos medidos a un archivo de un ordenador.
  • Resultados del análisis: El ensayo y registro puede realizarse utilizando herramientas de software, hojas de cálculo y programas de bases de datos que son útiles para almacenar y manipular datos y especialmente por tendencias gráficas. Es también muy interesante el uso de paquetes estadísticos que de forma muy sencilla realizan sofisticados estudios. Hay ciertos paquetes especiales de software que hacen este tipo de registros y análisis. MotorMaster + contiene un excelente módulo de inventario de motores que está dedicado a rastrear las tendencias de rendimiento del motor y calculan las alternativas más eficientes en costes cuando fallan los motores o se vuelven obsoletos.
Las siguientes secciones cubren categorías principales y hacen recomendaciones para la puesta en servicio y ensayo.

. Limpieza .

El polvo, la suciedad y la corrosión, residuos azucarados en la industria alimentaria, contaminantes electro-conductivo como depósitos de sal o polvo de carbón, pueden dañar el motor de tres formas. Puede atacar el aislamiento eléctrico por abrasión o absorción en el aislamiento, puede contaminar lubricantes y puede destrozar rodamientos. Un motor limpio trabaja más frío. La suciedad se acumula en las aperturas de admisión de un motor refrigerado por ventilador. Esto reduce el caudal de aire y se incrementa la temperatura de operación del motor. La suciedad en la superficie del motor reduce la transferencia de calor por convección y radiación. Esto es especialmente crítico para los motores totalmente encapsulados ya que todo el enfriamiento tiene lugar en la superficie exterior. Los motores sobrecargados son especialmente vulnerables al sobrecalentamiento, de forma que son poco tolerantes a la suciedad. La suciedad de superficie puede quitarse por varios medios, dependiendo de su composición. El aire comprimido (máximo 30 psi), limpieza por vacío y limpieza directa con trapos o cepillos. El interior del motor es más difícil retirar. Es mejor prevenir que la suciedad entre en el motor. Un motor completamente cerrado ayuda en este aspecto, pero el polvo fino puede invadir y destrozar incluso un motor a prueba de explosión. Algunos grandes motores pueden disponer de filtros en los pasajes de aire de ventilación para mantener fuera la suciedad. Mantener la humedad fuera puede hacer decrecer la deposición de suciedad en el interior del motor y reducir la conductividad eléctrica de algunos contaminantes. De esta forma se reducirá la frecuencia con que tiene que desmontarse el motor para su limpieza.

. Lubricación .

Muchos motores pequeños tienen los rodamientos sellados en factoría y no requieren lubricación. Los demás requieren lubricación. Desgraciadamente, la lubricación es más un arte que una ciencia. Inicialmente se seguirán las recomendaciones de los fabricantes del motor. Eventualmente, con algo de experimentación y análisis de registros bien mantenidos, pueden descubrirse que un tipo diferente de lubricantes o intervalos de lubricación son mejores. Los intervalos de lubricación típicos varían de menos de tres meses (para motores más grandes sujetos a vibración, cargas de rodamientos severas, o altas temperaturas) hasta cinco años para motores integrales con uso intermedio. Los motores usados estacionalmente se lubricarán anualmente antes de la estación de uso. Uno no puede ser simplemente conservador y sobre-lubricar. La lubricación inapropiada acorta la vida de las máquinas. La re-lubricación con diferentes grasas puede causar fallos en rodamientos cuando se mezclan dos grasas incompatibles. Añadir demasiada grasa o engrasar frecuentemente puede forzar a la grasa a pasar las carcasas de los rodamientos o sellos y entrar en el motor, resultando daños en el bobinado. Simplemente tener demasiada grasa puede provocar fallos por sobre-lubricación. Quizás el peor problema con la grasa es la introducción de contaminantes. La contaminación ocurre cuando no se siguen standards estrictos en el almacenamiento y aplicación de grasa.

. Montaje, acoplamiento y alineamiento .

El montaje no es realmente un asunto de mantenimiento, pero un montaje inadecuado puede resultar en serios problemas de mantenimiento. La estructura debe ser rígida con una superficie coplanar para las cuatro patas de montaje. Lo mismo se aplica a la estructura para montar la carga. Lo mismo se aplica a la estructura montando la carga. Ambos motores y estructuras de cargas deben unirse rígidamente al suelo o estructura común. Fallar en proporcionar un montaje sólido puede llevar a provocar vibración o deflexión que origine el fallo del rodamiento. Los motores verticales pueden incluso ser más demandados que los horizontales porque el círculo de montaje constituye una pequeña bancada para una gran masa en cantiléver colocada arriba. La flexibilidad en la estructura de montaje puede exacerbar las vibraciones de baja frecuencia a las cuales los motores son vulnerables. Los tornillos deben controlarse visualmente buscando indicios de grietas. El alineamiento de acoplamientos a menudo se promueve por eficiencia energética. La pérdida de energía en acoplamientos es a veces pasada por alto, pero el alineamiento apropiado siempre es importante para la vida de acoplamientos y rodaduras. Un ligero desalineamiento puede incrementar dramáticamente la carga lateral en los rodamientos. También puede acortar la vida de los acoplamientos. Algunas fuentes atribuyen el 40 – 80 % de los fallos de rodamientos y sellos a problemas de desalineamiento. El alineamiento significa que el eje de gravedad del motor y eje de carga coinciden. Si son paralelos, pero no coinciden, se trata de un desalineamiento en paralelo. Si el eje central no es paralelo sino que confluye hacia el interior del acoplamiento, es un desalineamiento angular. En algunos casos el desalineamiento se produce en ambas situaciones, es un desalineamiento angular en ambos aspectos. El desalineamiento es usualmente el resultado de errores en instalación. Sin embargo, la desalineación a veces se desarrolla después de la instalación. Esto puede ocurrir si la estructura de montaje no es completamente rígida, si la vibración o impacto causa algún deslizamiento, o si las juntas originales se ensucian o doblan. Condiciones de operación Las condiciones de operación afectan eficiencia y fiabilidad. Registrar las condiciones de operación a intervalos regulares asegurará que estarán dentro de las tolerancias del motor. Asimismo, seguir la tendencia de estas condiciones puede permitir detección temprana de problemas que se desarrollan en el motor, carga o sistema de distribución. La velocidad de operación y voltaje, ya la corriente en las tres fases deben registrarse. Asimismo, registrar potencia y factor de potencia, pueden determinarse usando medidores de factor de potencia o medidores de potencia.

. Bibliografía: Energy Management for Motor Driven Systems. US Department. Palabras clave: Predictive and preventative maintenance (PPM).
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