28 febrero 2011

Cómo se lleva a cabo un programa de gestión de motores




Costes de operación de un motor durante toda su vida útl

Hace algunos días hablábamos de los paneles solares como una forma de inversión privada basada en el ahorro y no en la obtención de primas. Realmente dejar de gastar dinero innecesariamente es una inversión con el mismo efecto que obtener unos rendimientos en metálico. Y como partidarios de inversiones más basadas en la productividad que en la producción, vamos a hablar hoy de un negocio no menos atrayente: la gestión de la eficiencia de los motores.

1. Introducción a la gestión de motores

La mayoría de las decisiones sobre motores se toman en el momento en el que los motores fallan, y los motores suelen fallar cuando están sometidos a mayor esfuerzo y por tanto los costes del fallo son muy elevados. Hay poco tiempo para analizar opciones o para la intervención de centros de servicios especializados. Como resultado de ello las decisiones de sustituir o reemplazar un motor se basan en la disponibilidad o la economía a largo plazo, no en la evaluación y planificación. Típicamente, cuando el motor falla, la prioridad más alta es retornar el equipo a su actividad - no optimizar el rendimiento del motor. Los costes asociados con este tipo de decisiones pueden ser altos, resultando unos costes operacionales elevados.

2. El terrible derroche de los motores ineficientes

Lo más destacable de la gestión económica a tener en cuenta en los motores es que el consumo energético representa aproximadamente un 95 % de los costes operacionales en toda la vida útil del motor.. Los costes combinados de compra, instalación, mantenimiento y otros costes suponen tan solo el 5 % de los costes totales. Considerando que un edificio comercial o una planta de fabricación puede tener decenas, centenas
o incluso miles de motores, gestionar los costes de la energía de un motor es un buen negocio.

Coste de energía anual =

(hp)(factor de carga)(0.746)(operación de horas al año)(tasa de la electricidad) /eficiencia del motor)

El coste de la energía varía mucho entre motores y condiciones de trabajo. Los motores más nuevos consumen menos, pero lo hacen significativamente. Incluso los motores)  relativamente pequeños (50 hp y menos) consumirán miles de dólares de energía por año. En la siguiente figura mostramos el incremento de los costes de energía del motor con tamaño y horas de funcionamiento.

En la siguiente figura se muetra el ahorro de costes que una compañía puede conseguir reemplazando motores ineficientes por motores premium. Como vemos en la figura el potencial de ahorro en costes en los motores grandes que operan durante muchas horas es muy importante. Insistimos en que el ahorro de costes indicado en la figura se refiere a costes de USA, donde el coste de la energía eléctrica es sensiblemente más bajo que en la mayoría de los países. Deben hacerse cálculos individualizados por países.

Los costea actuales son superiores  los de la gráfica porque por ejemplo los cálculos se hicieron co un factor de carga del 100 %, mientras que el motor puede operar a una carga diferente. Además, los costes de la energía de la gráfica son de Estados Unidos, muy inferior a la media, y corresponden a costes que ya han quedado desfasados.

La energía calculada en la expresión anterior es el coste de la energía agregado o total. Puede incluir cargos de energía y cargos de demanda. También hay muchas variaciones locales y por usuario por lo que debemos revisar bien los cargos que nos están aplicando. También debemos estudiar los cargos soportados en horas pico y fuera de pico.

3. Sustituyendo por motores eficientes

La sustitución de motores es una opción rentable cuando el ahorro conseguiro permite amortizar en poco tiempo la compra de un motor más eficiente. Cuando un motor opera 40 - 80 horas a la semana esta puede ser una opción rentable aunque los costes de la energía serán determinantes para obtener un resultado positivo.



4. Visión general de la gestión de motores

El proceso de gestión proactiva de los motores de una compañía nos da la oportunidad de evaluar las decisiones y acciones requeridas para conseguir ahorrar energía y mejorar la actuación ante el fallo del motor.

Herramientas esenciales para gestionar los motores


Incremento de los costes de energía del motor con tamaño y horas de funcionamiento

Cuando el número de motores en una planta industrial aumenta no es fácil conocer la forma más acertada en cada momento para aumentar la productividad. La gestión de motores mediante un programa sistemático es el procedimiento correcto.

La gestión de motores nos ayudará a determinar la efectividad en costes de reparar un motor o sustituirlo tras un fallo y pueden conseguirse importantes ahorros si se planifica en detalle.
Los programas de gestión de motores se basan en unos principios fundamentales. Los principios básicos incluyen:
  1. Inventariar motores disponibles.
  2. Identificar opciones de reacondicionamiento de motores con vistas a mejorar su eficiencia energética.
  3. Identificar motores ineficientes y calcular la rentabilidad de su sustitución.
  4. Desarrollar unas ideas generales sobre  decisiones proactivas de reparar/reemplazar.
  5. Prepararse para fallos de motores.
  6. Desarrollar unas especificaciones de compra.
  7. Desarrollar unas especificaciones de reparación.
  8. Desarrollo e implementación de un programa de mantenimiento preventivo.
Inventariar motores disponibles.

Los motores representan un importante activo de una compañía. Gestionarlos con efectividad, es importante para mejorar notablemente la productividad de cualquier planta. El inventario debe basarse en los datos de la placa de características, o puede también incluir datos medidos. Puede también incluir la información de la historia del motor.
Hay varios programas de software o spreadsheets específicamente diseñados para tomar decisiones sobre motores. MotorMaster+, creado por la Universidad de Washington, es un programa que permite crear y gestionar la base de datos de los motores. Incluye información de más de 20.000 motores AC, incluyendo datos de placa, lista de precios, costes de reparación, y otra información.


El inventario de los motores nos permitirá llevar a cabo un análisis del coste del ciclo de vida, y crear  políticas para comprar,  reparar, y sustituir motores.

Identificar opciones de reacondicionamiento.

El siguiente paso es identificar problemas en los motores y mantener un historial con datos operacionales que permita a los gestores de la planta tomar decisiones informados.
Para disponer de datos operacionales deberemos registrar la siguiente información:
  • Donde se localiza el motor.
  • Aplicación del motor.
  • Dónde se puso el motor en servicio.
  • Dónde se reparó por última vez.
  • Cuantas veces el motor se ha reparado y/o rebobinado (y por qué)
  • Carga del motor y horas de operación (evaluar necesidad de piezas).

Toma de decisiones proactiva

Cuando se planifican motores, la toma de decisiones proactivas significa que debemos pensar en la sustitución del motor antes de que ocurran los fallos. Planificando proactivamente, podemos calcular la forma más efectiva de sustituir el motor, y las decisiones se basan en la economía, y no en la disponibilidad de motores.
Las decisiones proactivas nos ayudarán a minimizar paradas no planificadas y mejorar el beneficio total. El coste de sustituir o reparar un motor que ha fallado puede ser insignificante comparados con los costes incurridos por las paradas no controladas. Estos incluyen:
  • Trabajadores ociosos.
  • Productividad reducida.
  • Planificación interrumpida.
  • Reparto tarde; enfado de los clientes.
  • Pagos a mecánicos.
  • Producto deteriorado.
  • Daños en el equipo.

Ejemplos: Ahorro de energía y paradas no previstas en un aserradero


Alder Creek Lumber, un aserradero de Oregón (USA), desarrolló un proyecto para actualizar sus instalaciones y mantener su competitividad. Usndo EM2, una herramienta de software desarrollada por Northern Energy Efficiency Alliance, creó una base de datos y analizó los 175 motores de la compañía, con una potencia total de 3200 hp. Como siempre que usamos como referencias de rentabilidades en Estados Unidos, queremos hacer hincapié que la electricidad allí es más económica que en la mayoría de los países. En consecuencia, dependiendo de los costes que soportemos en cada lugar los datos que aquí aportamos deberán ser convenientemente valorados.
La eficiencia de los motores de 200 hp había caído al 82 %, mientras que los modelos eficientes tienen actualmente un 96 % de eficiencia. Instalando nuevos motores eficientes se conseguía un ahorro del 15 %  - eso equivalía a US $ 8300 anualmente – dando un payback de menos de 12 meses. Empleando motores de alta eficiencia conseguimos también recortar las paradas no previstas en fabricación. Adicionalmente, el uso de nuevos motores redujo los picos de electricidad a un nivel más bajo, reduciendo la demanda de energía.
El estudio se llevó a cabo registrando la corriente y creando perfiles de carga del motor para determinar si el dimensionado del motor era apropiado. Luego se usó software EM2 para identificar oportunidades de reducir el tamaño de los motores – tales como sustituir motores de 20 hp por motores de 15 hp. El sobredimensionado es común en los viejos motores, y eso origina un consumo de energía ineficiente. La sustitución de un motor sobredimensionado por uno correcto es una forma fácil de reducir el uso de energía.

Optimizando la compatibilidad del motor con carga, sistema y condiciones de operación


La selección del motor apropiado ahorra tiempo y dinero. La práctica común de sobredimensionar motores resulta ineficiente.  La eficiencia del motor cae profundamente por debajo del 40 % da la carga nominal y los motores que operan en ese rango funcionan con una eficiencia que está muy por debajo de su eficiencia nominal. Como norma general es mejor seleccionar un motor que opere con un factor de carga entre un 60 y un 85 %.
Adicionalmente, es importante conocer el diseño y tipo de envolvente que el motor necesita, también la curva de par-velocidad del motor.

Variadores de velocidad ajustable en la gestión de motores


Algunas aplicaciones no requieren que los motores operen a máxima velocidad todo el tiempo. Un variador de velocidad ajustable (ASD) es un dispositivo que controla el voltaje de entrada y la frecuencia al motor, y tiene la capacidad para cambiar la velocidad del motor. Gracias a sus beneficios en ahorro energético, los variadores presentan una excelente oportunidad en aplicaciones apropiadas. Por ejemplo, en algunas aplicaciones de carga variable, el ahorro que puede conseguirse en el sistema de motores puede exceder el 50 % y se estima que estos elementos pueden integrarse entre un 18 y un 25 % de los sistemas de motores actualmente presentes en fabricación.
Adicionalmente, la instalación de ASDs puede prolongar la vida de los motores y hacer disminuir los costes de mantenimiento al decrecer el desgaste del motor.
En este texto usaremos el término variador y ASD genéricamente para agrupar un amplio rango de tecnologías, incluyendo variadores de velocidad variable (VSDs) y variadores de frecuencia (VFDs).
Las tecnologías de variadores han madurado en los últimos años y además sus precios han caído.
Es importante acoplar cuidadosamente un variador al motor y aplicaciones que controla. Hay numerosas aplicaciones en las que los variadores son efectivos en costes. Por ejemplo, los motores funcionando con cargas centrífugas, velocidad variable y par variable, y los compresores son grandes candidatos.
Estas aplicaciones comunes se encuentran a menudo en bombas y ventiladores usados en los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado.
Las aplicaciones que normalmente usan dispositivos de restricción tales como válvulas de estrangulamiento, álabes guía de entrada y registros de descarga son firmes candidatos al uso de ASDs.
Haciendo funcionar los motores a máxima velocidad y controlando el caudal mediante el uso de dispositivos de restricción estamos realizando una función  análoga a pulsar el pedal del acelerador de un coche y controlar la velocidad con el freno. Ésta no es una forma eficiente de operar. Un variador puede ser una alternativa mejor.
Hay muchas otras aplicaciones que pueden beneficiarse de la instalación de ASDs, es cuestión de explorarlas.
Pero también hay aplicaciones donde los variadores deben ser utilizados con precaución. Por ejemplo, el sistema de aislamiento de muchos motores antiguos no funcionan bien si son conectados a los variadores de hoy en día.
En las aplicaciones de elevación tales como elevadores o grúas debe consultarse al fabricante del equipo para verificar las posibilidades de utilización de los variadores.
Bibliografía: Motor Planning kit. Motor Decisions Matter
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