En general, los motores eléctricos actuales están tan bien diseñados y construidos que son muy eficientes y siguen trabajando incluso cuando son tratados con abuso y negligencia. Y esto es muy afortunado puesto que generalmente los motores son muy ignorados como abusados.
La Gestión de Desempeño de Motores (MPM, por sus siglas en inglés) tiene un abordaje sistemático para extender la vida y confiabilidad de los motores y poder predecir mejor el final de su vida para que puedan ser retirados de servicio durante un paro programado sin causar perturbaciones a la producción.
Un programa de MPM inicia echando una mirada a la historia reciente de fallas y costos de reparación para sacar a la luz los eventos más costosos y perturbadores y luego trabaja para minimizar las posibilidades de recurrencia. Puesto que cada planta es diferente, no existe una solución para todos, pero normalmente aparecen 2 o 3 áreas por encima del promedio en fallas convirtiéndose en “el fruto fácil” en el proceso de mejora. Por otra parte, buscamos algunas cosas que se puedan hacer bien para poder edificar a partir de ahí de una manera positiva.
Al comenzar a ver las fallas, también comenzamos a ver patrones. Posiblemente muchas de las fallas han estado en servicio por un periodo similar, por ejemplo. Pudiera ser también que muchos de los rodamientos fallan debido a disipaciones de la grasa. Con frecuencia, un motor da señales de estar en problemas pero nadie cree que es importante reportarlo, o quizás también las presiones para mayor producción provocan que sean ignorados estos problemas. Sin pretender echar culpas, trabajamos para educar al personal acerca del verdadero costo de las fallas que pueden trastocar la producción en comparación con retirar de servicio el motor durante un paro programado.
Tarde que temprano, el motor fallará y generalmente muestra señales de desgaste durante un tiempo antes de ello. Las mediciones de vibraciones, sondeos infrarrojos y lecturas de ultrasonido pueden detectar una falla inminente con suficiente tiempo para preparar el repuesto. A veces, un pico en el voltaje o una baja del voltaje (provocando que el contactor se desconecte parcialmente y cause una operación en una sola fase) causarán una falla casi instantánea y luego será cuestión de saber si hay un reemplazo disponible – que es parte de la fase de planeación de la gestión de motores.
Aquí presentamos una típica falla eléctrica (Figura 1): El gradual deterioro del aislamiento conlleva a un ocasional arco a través de la superficie y quizás una baja resistencia al aislamiento en el arranque (frío y húmedo). Una sobrecarga o un pico detonarán la secuencia final de la falla, la cual pudiera tardarse un segundo o dos. Una vez que inicia el arqueo, éste genera un intenso calor, y derrite – o más bien evapora – el cobre y la elevada corriente causa que se dispare el arrancador.
Figura 1: Falla eléctrica y el resultante daño por arqueo
Un análisis de causa raíz normalmente indicaría el daño al aislamiento debido a factores como la grasa en los devanados degradando el aislamiento, una temperatura excesiva debido a taponamientos en el enfriamiento, el ciclado térmico provocando abrasión, o daños mecánicos tales como el desprendimiento de un peso de equilibrio del rotor. Otra causa sería un sobrecalentamiento debido a una fricción del rotor después de una falla de rodamientos.
La principal causa de las fallas en motores eléctricos son fallas de rodamientos. En muchos casos, el rodamiento a punto de fallar genera un elevado nivel de ruido para alertar al usuario de los problemas. El verdadero problema viene cuando el rodamiento vuelve a trabajar silenciosamente. ¡Esto quiere decir que las bolas ya no están sirviendo de soporte al eje! En muy poco tiempo, el nivel de ruido se vuelve a disparar debido a la fricción del rotor, seguido por un silencio después de que el devanado falla como en la Figura 1.
Los rodamientos fallan gradualmente. También hay fallas tempranas debido a daños en la instalación y contaminación, pero generalmente los rodamientos están diseñados para 100,000 horas de operación. Después de ignorar por algunos años a un rodamiento, agregarle grasa fresca tiene la misma probabilidad de movilizar material contaminado hacia la zona de carga, que de mejorar su operación. Realizar un engrasado excesivo, aún con grasa limpia, fresca, y del grado correcto, causará un excedente de temperatura debido al efecto de agitación a medida que las bolas continuamente están exprimiendo el exceso de grasa fuera de la pista. A su vez, la elevada temperatura rápidamente degradará la grasa por lo que deja de ser un lubricante y ahora el contacto de metal con metal causa desgaste. El desgaste genera partículas, aumenta el nivel de ruido y el rodamiento rápidamente se encamina hacia una falla (Figura 2).
Figura 2: Falla total del rodamiento. La jaula está destruida, se perdió el espaciamiento entre las bolas y el rotor está rozando en el estator.
Si pudiéramos retirar el motor antes de que falle completamente, podríamos ver las siguientes condiciones. (Figura 3)
Figura 3: Falla funcional del rodamiento – ruido, vibración, desgaste rápido. La grasa vieja ya no es capaz de proveer buena lubricación.
El motor aún no había alcanzado la falla catastrófica y seguía trabajando cuando fue retirado. Dicho de otra manera, fue una historia de éxito del programa de MPM. Vemos grasa vieja y seca donde el aceite se ha escurrido hacia afuera, dejando atrás al aglomerante. Viendo los dos colores, tal parece que alguien empleó la grasa equivocada cuando se hizo la re-lubricación. Las grasas incompatibles pueden endurecerse o licuarse – sea como sea, se detiene el proceso de lubricación. Una más exhaustiva observación pudiera señalar otros problemas, por ejemplo puede haber suciedad o una rebaba metálica detrás del rodamiento que evita que el rodamiento selle correctamente e incluso puede estar causando que esté descuadrado (otra causa del desgaste prematuro).
Un paquete de gestión de desempeño de motores es un sistema en donde se utilizan las herramientas adecuadas para mejorar la confiabilidad de los motores, reducir el costo de las reparaciones y repuestos, manejar el inventario de refacciones y asegurar que se lleven a cabo los mantenimientos preventivos y predictivos apropiados. La gestión del programa y la cadena de suministros son también parte del paquete.
En otras palabras, MPM tiene un enfoque total hacia los motores.
Un motor eléctrico es un dispositivo de conversión que convierte la energía eléctrica en trabajo mecánico, por ende colocándolo entre dos grupos de trabajo por separado.
- Para los mecánicos, los motores eléctricos terminan en el acoplamiento del lado motriz.
- Para los electricistas, los motores terminan en la caja de juntas de conexiones.
- En medio de los dos está el motor invisible. (Figura 4)
Figura 4: El motor invisible. Resulta que hay una incógnita entre el acoplamiento del eje y las conexiones eléctricas.
El programa MPM hace que los motores sean visibles. Se monitorean las tareas preventivas y predictivas para detectar problemas en desarrollo. En muchas plantas, se capturan los datos de vibraciones pero nunca se analizan debido a reducciones del personal, pérdida del conocimiento y se convierte en baja prioridad hasta que algo falla. El programa MPM debe observar los datos y encontrar aquellos motores que están padeciendo alguna descompostura. Deben documentarse los problemas para establecer credibilidad de manera que el departamento de operaciones tenga una razón verdadera para poner en servicio un repuesto planificado con la mínima afectación a la producción.
La Figura 5 muestra un motor en el cual una simple inspección visual puede determinar que hay un problema de contaminación.
La Figura 6 nos muestra un motor en el cual una inspección infrarroja revelará un sobrecalentamiento. Es probable que rodamiento pronto esté como el de la Figura 2.
La Figura 7 muestra lo que puede causar un devanado sucio debido a que el flujo de aire está tapado. Con el tiempo, el exceso de calor causó una degradación en el aislamiento, pero después de 10 años sin ninguna clase de problemas, el motor falló de la noche a la mañana sin ninguna advertencia. ¡POR SUPUESTO QUE NO! Las señales de advertencia fueron ignoradas, y el mantenimiento preventivo no se realizó porque los motores son invisibles hasta cuando fallen.
¿Qué interviene en un programa MPM?
Una serie de procedimientos estándares, efectuado de manera regular, conllevan a un mejoramiento uniforme en el desempeño y eficiencia general del equipo:
- Mejorar las especificaciones de reparación para proporcionar alta calidad a costo mínimo;
- En la instalación, hacer un alineamiento de precisión a los motores;
- Reducir el desgaste y deterioro mediante el mantenimiento preventivo;
- Emplear datos de mediciones preventivas para reemplazar los motores críticos conforme a programas planificados antes de que causen paros de producción;
- Efectuar análisis de causa raíz de los motores críticos que se descomponen y retroalimentar los resultados para reducir fallas en el futuro.
El primer paso es efectuar una investigación para tener un mejor entendimiento de las condiciones actuales y de aquellas áreas con el mayor potencial para el mejoramiento. Algunos de los factores que destacamos son:
- La cantidad de motores;
- La edad promedio de los motores;
- Los tamaños de los motores;
- La cantidad y condición de los motores de refacción;
- Prácticas de mantenimientos preventivos y predictivos;
- Una revisión de la información para obtener una instantánea de la situación actual.
Para tener el máximo rendimiento de la inversión, el programa MPM necesita tener efectividad en la:
- Planificación – incluyendo conceptos para una gestión efectiva de los materiales y asegurando también efectividad en el flujo de trabajo.
- Gestión de la información – los datos disponibles cuando los necesite, en donde los necesite y al alcance de su mano.
- Implementación de programas de mantenimiento preventivo/mantenimiento predictivo.
- Programas de trabajo – en base a las necesidades de producción y efectuando trabajos de mantenimiento preventivo durante paros programados de producción.
La palabra clave en MPM es “gestión”, pero una palabra no menos importante es “enfoque”. El equipo de MPM está únicamente interesado en los motores y revisa todo de manera regular sin distracciones.
Un programa MPM emplea un equipo pequeño, y dedicado, de ingenieros y técnicos expertos con el único enfoque hacia los motores para alcanzar los siguientes objetivos:
- Extender la vida del motor (medio ambiente, lubricación, carga);
- Predecir a tiempo las fallas para programar las acciones necesarias (pruebas de vibraciones, infrarrojo y emisión ultrasónicas, gestión de datos, etc.);
- Reemplazar motores con aquellos que estén dimensionados correctamente, aptos para las condiciones operativas e instalados adecuadamente (alineamiento, puestos a tierra y seguridad, etc.);
- Reducir el costo de las reparaciones trabajando de manera activa con los talleres de reparación para asegurar la optimización de la calidad, especificaciones, alcance del trabajo y precios.
Es crucial tener un excelente conjunto de herramientas para abarcar el análisis de aceites, alineamiento de maquinaria, análisis de vibración, termografía, análisis de señal eléctrica y emisiones ultrasónicas, pero además hay que tener la experiencia para utilizarlas.
Una base de datos del mantenimiento de los equipos (activos) debe ser una parte integral de MPM para darle seguimiento a los motores, construir un historial en cada sede y asegurar que se mantenga vigente el mantenimiento. También ayuda para asegurar que todas aquellas cosas pequeñas se hagan correctamente para que no se conviertan en problemas mayores. La planificación y la ejecución son los hermanos gemelos de un mantenimiento exitoso.
En 2009, Derek Norfield se contrató con la empresa ABB como especialista en la gestión del desempeño de los motores creando programas para mejorar la confiabilidad de la planta y reducir los costos utilizando mantenimiento predictivo y preventivo enfocado hacia los motores eléctricos. Nacido y criado en Inglaterra, Derek se graduó en 1969 con una Licenciatura en Ingeniería Mecánica y Eléctrica del Croydon College en Londres. Desde entonces, él ha sido especialista en vibraciones, balanceo y confiabilidad. www.abb.com
