Diseño sistema gestión mantenimiento anillos rozantes (página 3)

En las VI Jornadas Profesionales de CVG EDELCA en Mayo del 2005 se presentó el trabajo titulado "Mejoras en la Gestión de Mantenimiento de Anillos Rozantes de las unidades generadoras canadienses de la Central Hidroeléctrica Guri". En aquel entonces se concluyó que era posible aumentar el tiempo entre estos mantenimientos de cuatro meses a seis meses, sin consecuencias negativas para las unidades, pues el sistema no bajaba el aislamiento entre mantenimientos, únicamente se debía aumentar el tamaño mínimo de la escobilla de 52 mm a 56 mm para garantizar que no se desgastarían lo suficiente como para ocurrir una falla. Gracias a estas conclusiones se aumentó a finales del año 2005 el tiempo entre mantenimientos a 05 meses, esperando realizar un seguimiento detallado del comportamiento del sistema, para en un futuro llevar dicho tiempo a 06 meses, lo que se hizo en Diciembre del año 2006. Se puede resumir que el aumento del tiempo se realizó en dos etapas: se llevó de 04 a 05 meses a partir de finales del año 2005, se recolectaron datos por un año y a partir de Diciembre del año 2006 se aumentó de 05 a 06 meses. A continuación se muestra el estudio realizado en el año 2005 y el análisis de los resultados de dicha aplicación hasta la actualidad.

2.1. Estudio inicial del año 2005.

Con el fin de determinar el promedio de desgate de las escobillas entre cada mantenimiento y comportamiento del aislamiento, se elaboró la Tabla 1, con los datos tomados de las hojas de registro de mantenimiento de anillos rozantes de cada unidad. En esta Tabla se muestran las siguientes columnas:

• Columna 1: tiempo entre mantenimientos (en días y meses).

• Columna 2: valor de meggado de la Unidad (valor inicial en MO, para el mantenimiento actual, tomado de las hojas de registro de mantenimientos de anillos rozantes).

• Columna 3: desgaste máximo de las escobillas en mm (tomado de las hojas de registro de mantenimientos de anillos rozantes para las mediciones efectuadas en el mantenimiento).

• Columna 4: horas de servicio de la unidad entre mantenimientos (tomado del Sistema de Información de la Hidroeléctrica Guri).

• Columna 5: horas de servicio de la unidad por mes. Este valor es el cociente de las horas de servicio entre mantenimientos y el tiempo entre mantenimientos en meses (columna 5 / columna 2).

• Columna 6: desgaste máximo de las escobillas por cada 1000 horas de servicio. Este valor se obtiene de la regla de tres siguiente: mm máximos desgaste escobilla x 1000 horas / horas de servicio totales (Columna 3 x 1000 h / Columna 4).

Tabla 1

Registro de Mantenimientos de anillos rozantes de

Unidades Canadienses de Guri con frecuencia 4 meses

2.1.1. Análisis de los datos.

De los datos mostrados en Tabla 1, se observó en la columna 2 que el sistema de anillos rozantes y portaescobillas de las unidades canadienses, tanto las de CMI como las de CMII, no bajaban considerablemente su aislamiento entre los mantenimientos cuatrimestrales que se les realizaban. El aislamiento del sistema es alto, invariablemente de que hayan transcurrido muchas horas de servicio. A modo de información, las unidades impares de Casa de Máquinas II de Guri (11, 13, 15, 17 y 19), fabricadas por un Consorcio formado por Hitachi, Toshiba, Siemens y Mitsubishi, se les realiza el mantenimiento de anillos colectores cada dos meses, principalmente debido a que bajan su aislamiento de manera rápida, tanto es así que pueden llegar cerca al valor mínimo aceptable (0,5 MO).

Se concluyó en aquel entonces que las unidades canadienses no tienen el inconveniente de disminuir su aislamiento en el sistema de anillos rozantes por su funcionamiento, por lo que este aspecto no era una prioridad para parar la unidad para mantenimiento. Esto quiere decir que la causa principal para realizar mantenimiento en estas unidades era la situación que se originaba por el desgaste en tamaño de las escobillas. Debido a esta situación se realizaron los cálculos para determinar el nuevo tamaño mínimo de las escobillas, y que se muestra a continuación:

2.1.2. Cálculo de desgaste de la escobilla.

Los cálculos que se muestran a continuación se basaron en el aumento del tiempo entre mantenimientos de anillos rozantes de cuatro meses a seis meses. Se debe resaltar que la prioridad era asegurar que el carbón tenga un desgaste adecuado durante ese lapso, y se asume, como quedó demostrado, que no existen inconvenientes con la baja del aislamiento del sistema. Se tiene:

Horas ideales de servicio por mes: 24 h/día x 30 días/mes = 720 horas/mes.

Horas ideales cada 6 meses = 4230 horas.

Gasto real del carbón x 1000 horas de servicio: 1,95 mm (Se tomó el valor máximo de la columna 6 de la Tabla 1).

Con una regla de tres simple, se puede determinar que para 4230 horas (seis meses de funcionamiento continuo de la unidad), la escobilla se gastará un máximo de 8,2 mm.

2.1.3. Cálculo del tamaño mínimo de la escobilla.

El tamaño mínimo que debe tener la escobilla entre mantenimientos, fue calculado como la suma de cuatro medidas (Figura 05), las cuales son: Lmínimo = L1 + L2 + L3 + L4

Con estos datos, para garantizar que la escobilla durara seis meses de trabajo continuo de la Unidad, esta debía tener una longitud mínima entre mantenimientos de:

Lmínimo = 10 mm + 34,8 mm + 3 mm + 8,2 mm

Lmínimo = 56 mm

2.2. Implantación de frecuencia de 06 meses (a partir de Diciembre del 2.006).

Luego de la implantación del tiempo entre mantenimientos a cinco meses a finales del año 2.005, se continuó con la toma de registros para verificar el comportamiento de las unidades, y con estos datos se elaboró la Tabla 2, donde se muestran las mismas columnas de la Tabla 1, con la excepción que la columna 2 muestra dos valores de meggado: el primero es el que tenía en el último mantenimiento realizado y el segundo es el medido en dicho mantenimiento. En la Tabla 2 se tienen los registros con frecuencia de 05 meses (de finales del 2.005 a Diciembre del 2.006) y el único registro que se tiene hasta la fecha de frecuencia de 06 meses (a partir de Diciembre del 2.006). También se elaboró la Tabla 3, con el fin de comparar los promedios de tiempo entre mantenimientos, horas de servicio y desgaste de escobillas para 4, 5 y 6 meses.

Tabla 02

Registro de Mantenimientos de anillos rozantes

Unidades Canadienses de Guri con frecuencia de 5 y 6 meses

Tabla 03

Resumen de Mantenimientos de anillos Colectores Unidades Canadienses de Guri

De la Tabla 2 se puede observar que los valores de resistencia de aislamiento del sistema con respecto a tierra (meggado) entre mantenimientos cada cinco y seis meses no disminuyeron, lo que se había previsto en el estudio del 2005, y que fue la base para aumentar los tiempos entre mantenimientos.

De los datos de la Tabla 3 se puede observar que luego de la aplicación en el 2005 del aumento de la frecuencia de mantenimiento a cinco y seis meses, hubo un aumento del tiempo promedio entre mantenimientos (de 4,16 meses a 5,2 meses y luego a 6,2 meses) y un aumento del tiempo promedio de horas de servicio entre mantenimientos (de 2417 horas a 3223 horas y luego a 4287 horas), que representa un aumento aproximado del 56 % de tiempo de servicio de las Unidades. Se mantienen similar el desgaste promedio de la escobillas x 1000 horas de servicio (1,06 para 4 meses, 1,17 para 5 meses y 0,69 mm para 6 meses).

3. IMPACTO ECONOMICO DE LA MEJORA.

Cada parada por mantenimiento de anillos tiene una duración aproximada de 6 horas. Al cambiar la frecuencia de mantenimiento de cuatro a seis meses, se realizan 2 paradas al año en vez de tres, evitando una parada al año por cada unidad. Para Casa de Máquinas I (4 unidades) se tiene un ahorro aproximado en horas de: 1 parada/año x 6 horas/parada x 4 unidades = 24 horas al año. Para Casa de Máquinas II: 1 parada/año x 6 horas/parada x 5 unidades = 30 horas al año.

Tomando una potencia de generación promedio para las unidades de Casa de Máquinas I de 340 MW, se tiene al año una energía entregada en 24 horas de: 24 horas x 340.000 KW = 8.160.000 KWh al año. Este es el ahorro en energía en todas las unidades de CMI al año. Para la Casa de Máquinas II, cuyas unidades generan un promedio de 650 MW, se tiene al año una energía entregada en 30 horas de: 30 horas x 650.000 KW = 19.500.000 KWh al año. Esto da un total para CMI y CMII de energía ahorrada al año de 27.660.000 KWh.

EDELCA, según su Informe de Gestión Comercial del año 2.006, vende el KWh a un promedio de Bs. 33,076 (este promedio es tanto a clientes regulados como no regulados). Con este dato, la entrada monetaria que se puede percibir por la producción de las unidades es de aproximadamente Bs. 915.000.000 al año (27.660.000 KWh/año x 33,076 Bs./KWh).

Conclusiones

Luego del cambio de la frecuencia de Mantenimiento de cuatro a seis meses en el año 2005 se aumentó el tiempo de servicio promedio de las unidades canadienses de Guri en un 56% aproximadamente, manteniendo el desgaste promedio de las escobillas y sin disminuir los valores de resistencia de aislamiento del sistema con respecto a tierra, lo que demuestra que el aumento de esta frecuencia no afecta la confiabilidad del sistema de anillos rozantes.

Esto repercute en el verdadero fin de esta investigación, el cual es el aumento de disponibilidad de las unidades Canadienses y el aumento general de la disponibilidad de toda la Planta Guri, generadora de aproximadamente el 50 % de la energía eléctrica del país, lo que contribuye al desarrollo económico y social de nuestra nación.

También se evidencia el gran beneficio económico para EDELCA, de más de Bs. 900.000.000 al año, garantizando la estabilidad y competitividad de nuestra empresa en un mercado cada vez más complejo como lo es la generación de energía. Como observación de la implantación de la mejora, se está evaluando actualmente el comportamiento del desgaste de las escobillas, con el fin de determinar si es posible en un futuro disminuir el tamaño mínimo recomendado de las escobillas a un valor por debajo de 56 mm y de esta manera optimizar el uso de éstas.

BIBLIOGRAFÍA

[1] Canadian General Electric. "Manual de instrucciones de mantenimiento para generadores hidroeléctricos Canadian General Electric de la Central Hidroeléctrica Guri". 1978.

[2] EDELCA. "Informe de Gestión Comercial". 2.006.

[3] Enciclopedia CEAC de Electricidad. "Máquinas motrices generadores de energía eléctrica". Ediciones CEAC. 8va. Edición. Barcelona, España. 1996.

[4] Carbone Lorraine. Nota Técnica STA AE 16-35 E "Desgaste de escobillas". Disponible en www.carbonelorraine.com

[5] Carbone Lorraine. Nota Técnica STA BE 16-20 E "Mantenimiento Preventivo". Disponible en www.carbonelorraine.com

AGRADECIMIENTOS

A Dios, por darme la fuerza para lograr esta meta.

A mis padres, por impulsarme a comenzar los estudios de postgrado.

A mi esposa, por apoyarme en todo momento.

Al Ing. Jorge Cristancho, por su gran apoyo y colaboración en la elaboración de este proyecto.

DEDICATORIA

A Dios

A mis Padres

A mi esposa Mary

A mis hijos Donatto Enrique y Luis Stefano.

A mis Hermanos Luis Antonio, Luis Carlos, Luis Alberto y Juan José

Autor:

Ing. Luis Ramón Cabareda Rondón

Trabajo de Grado presentado ante la Dirección de Postgrado, Investigación y Desarrollo del Vice-Rectorado de Puerto Ordaz de la UNEXPO, como parte de los requisitos para optar al Título Académico de Magister Scientiarum en Ingeniería Industrial.

TUTOR: ING. JORGE CRISTANCHO M.Sc.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA "ANTONIO JOSÉ DE SUCRE " VICERRECTORADO PUERTO ORDÁZ

DIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN Y POSTGRADO COORDINACIÓN DE POSTGRADO

MAESTRÍA EN INGENIERÍA INDUSTRIAL

PUERTO ORDAZ, ABRIL DE 2.008