La trifecta del mantenimiento de motores

Noah Bethel, PdMA.

Las probabilidades de elegir el ganador del primer lugar en una carrera de caballos son escasas. Las probabilidades de elegir el primer, segundo y tercer puesto son aún menos favorables, ¡pero cuando sucede el día de pago de la trifecta es grandioso!

En el mundo de las carreras de caballos, adivinar a los ganadores es una especulación. Pero imagine si los jugadores supieran de antemano la trifecta de la carrera. Sería insensato que no apostaran todo lo que tuvieran en la carrera, sabiendo que verían grandes ganancias en su inversión.

Usando el mismo concepto de una trifecta, o los tres factores para el éxito, este artículo proporciona a las compañías las estrategias ganadoras del mantenimiento de motores, centrándose en las tres tareas de confiabilidad para probar motores eléctricos y el orden en que deben aplicarse. Seguir estos pasos incrementará drásticamente sus probabilidades para mejorar la confiabilidad de sus motores y obtendrá al final del día un excelente pago al cumplir sus objetivos de producción.

Talmadge Ward, un técnico superior de ingeniería de Duke Energy, cree que la trifecta del mantenimiento de motores le ahorró tiempo y dinero a su compañía. “La confiabilidad del motor es primordial en el negocio de generación eléctrica”, dice Ward. “Duke Energy ha realizado pruebas de motores durante más de 50 años”.

Motor electrico

Una comprensión básica de la construcción de motores eléctricos es esencial antes de discutir la trifecta del mantenimiento de motores. Por lo general, un motor eléctrico de corriente alterna (CA) es uno de los componentes de un ventilador, una bomba o un equipo más grande, como un mezclador, transportador o bobinadora. Los motores eléctricos tienen tres partes principales: el rotor, el estator y el armazón o carcasa. El rotor y el estator son las partes de trabajo del motor. El armazón o carcasa sirve para protegerlos.

El estator es la parte del motor que no se mueve. El núcleo del estator está hecho de delgadas láminas de metal. Estas laminillas están dispuestas en un cilindro hueco, en el que se colocan bobinas de alambre aislado. El rotor, como su nombre indica, es la pieza giratoria en el motor. También está hecho de finas láminas metálicas que forman un cilindro y un eje que se inserta en su centro. El rotor se inserta dentro del estator, pero un pequeño espacio de aire asegura que no se toquen físicamente. El armazón o carcasa contiene el estator y el conjunto del rotor. Un yugo soporta el estator y el conjunto del rotor, mientras que los rodamientos montados en el eje del rotor permiten que este gire. También puede contener un ventilador para enfriamiento.

Los motores eléctricos trabajan sobre el principio básico del electromagnetismo. Cuando se pasa una corriente eléctrica a través de los devanados de alambre aislado en el estator, se crea un campo magnético rotativo. El rotor magnético, trabajando según el principio de que las cargas eléctricas opuestas se atraen, gira cuando el campo eléctrico se mueve y tira del polo sur del rotor hacia el polo norte del campo y el polo norte del rotor hacia el polo sur del campo. Esto, a su vez, hace girar el eje, lo que permite que se realice el trabajo, ya sea que el eje esté conectado a una bomba, transportador u otro componente.

Trifecta parte uno: Control de calidad

La primera parte de la trifecta de mantenimiento de motores es el control de calidad (CC). CC es un término general que afecta a una amplia variedad de personas, activos, tiempos y ubicaciones. Es tanto el activo que se mantiene como el entorno en el que se almacena. Las empresas deben hacer varias preguntas con respecto a sus motores, desde la recepción hasta la instalación. En primer lugar, ¿se prueba el motor cuando se entrega, o los empleados a cargo de la recepción del motor suponen que todo está bien? Suponiendo que el motor funciona según lo especificado, una segunda consideración es cómo se almacena el motor. ¿El ambiente es adecuado en términos de temperatura, humedad, protección contra los elementos y de fácil acceso? En tercer lugar, el motor debe probarse intermitentemente durante el almacenamiento. Solo porque el motor funcionó cuando se recibió no garantiza que no vayan a presentarse otros problemas durante su almacenamiento.

Además, los motores deben instalarse dentro de un sistema global que tenga la calidad controlada. El sistema de distribución eléctrica es un componente vital. Por ejemplo, un desbalance de voltaje de cinco a diez por ciento puede reducir la vida de un motor a la mitad. En esta situación, sustituir el motor no resuelve el problema, sino que está comenzando nuevamente el ciclo de falla. Esto lleva al viejo adagio citado por empleados veteranos en ambientes de trabajo sin un control de calidad adecuado: “Dejen que el chico nuevo lo ponga en marcha”.

Ward, de Duke Energy, dice que todos sus motores se verifican antes de su almacenamiento o instalación. “En el caso de nuestros motores grandes más importantes, revisamos los informes de pruebas del proveedor para los motores nuevos y reparados como un control de calidad basado en nuestras especificaciones de compra o reparación de motores”. Agrega Ward, “para estos motores, también efectuamos nuestras propias pruebas de motores una vez que llegan a la estación generadora. Todas las grandes estaciones tienen personal y están calificadas para realizar estas pruebas y evaluar los datos. Estas pruebas también se realizan una vez que el motor está instalado y listo para el servicio”.

Trifecta parte dos: Tendencias

Una vez que el motor está en su lugar y funcionando, no es una buena práctica dejarlo sin suficiente atención y asumir que no hay problemas si todo parece funcionar sin contratiempos. Si bien muchas fallas del motor son mecánicas, casi la mitad son de naturaleza eléctrica. Un estudio de 1985 del Electric Power Research Institute (EPRI), en conjunto con General Electric, mostró que el 41 por ciento de las fallas de los motores habían sido causadas por rodamientos y el 12 por ciento por otros problemas, mientras que el 47 por ciento de las fallas fueron causadas por rotores (10 por ciento) y estatores (37 por ciento).

La recopilación de datos es la clave para prevenir estas fallas. Los operadores de máquinas a menudo llaman a una empresa de reparación con solo uno o dos datos. La tendencia es un término que se refiere a tomar datos regularmente para que los problemas potenciales puedan ser identificados con anticipación y se pueda armar un historial detallado de los problemas. Un solo dato o dos no es suficiente para generar una tendencia.

Por ejemplo, es inteligente monitorear nuestra salud con el paso del tiempo en lugar de esperar hasta que surja un problema que requiera una visita al médico. Las personas, al igual que máquinas, a medida que envejecen presentan ciertos problemas comunes. Con visitas regulares, los médicos pueden controlar ciertos indicadores, como los niveles de colesterol o la presión arterial a lo largo del tiempo. Si el médico ve desarrollarse una tendencia, por ejemplo, los niveles de colesterol aumentan constantemente en cada revisión anual, el médico puede aconsejar al paciente que tome medidas preventivas, como modificar la dieta, aumentar el ejercicio o tomar medicamentos para reducir el colesterol. Sin estas instantáneas con datos frecuentes y medidas preventivas, el médico puede terminar trabajando con una víctima de ataque cardíaco, o algo peor.

¿Qué tipos de datos de tendencias se deben recopilar para el mantenimiento del motor y con qué frecuencia? Cuando se trata de recopilar datos, “la tendencia es tu amigo”. Utilizando software y equipos de prueba que pueden analizar datos tanto dinámicos como estáticos, se puede obtener un historial detallado de un motor que muestra posibles problemas antes de que ocurra una falla catastrófica. Hay seis zonas de falla que deben analizarse regularmente para obtener datos de tendencias:

1. Calidad de la energía: Esto se relaciona con la calidad del voltaje, que está determinada por el sistema de potencia, y la calidad de la corriente, que está determinada por la carga. Entre los factores que se pueden analizar están el alto o bajo voltaje, factor de voltaje armónico, factor de cresta y distorsión armónica total, tanto para el voltaje como para la corriente.
2. Circuito de potencia: Esta zona de falla contiene todo, desde el punto de prueba hasta el motor, incluidos los interruptores, fusibles y desconexiones. Se pueden hacer mediciones de desbalance de voltaje y desequilibrio resistivo para analizar la zona de falla del circuito de potencia.
3. Aislamiento: Esto puede verse afectado por la vejez, la humedad, la temperatura, la vibración y otros factores. En la zona de falla de aislamiento, el hardware y el software adecuados pueden medir la resistencia a tierra, la capacitancia a tierra, el índice de polarización y el voltaje de paso.
4. Estator: En la zona de falla del estator se miden los desequilibrios inductivos y de impedancia para indicar el estado del aislamiento entre las espiras del cable en las bobinas del estator.
5. Rotor: En la zona de falla del rotor se realizan análisis de firma de corriente (CSA, por sus siglas en inglés), corriente de entrada, desequilibrio inductivo y una prueba de verificación de influencia del rotor (RIC, por sus siglas en inglés).
6. Espacio de aire: En la zona de falla del espacio de aire, las pruebas CSA y RIC determinan los niveles de excentricidad estática y excentricidad dinámica en el eje.

La frecuencia con que se realizan estas pruebas depende del tipo de motor que se utiliza, la frecuencia, intensidad y duración del uso, y los patrones de producción estacional de la empresa. Otros factores pueden ser el entorno en el que opera el motor. Cualquiera que sea el intervalo, la consistencia es la clave. Las tendencias trimestrales o semestrales pueden ser mucho más valiosas que las pruebas realizadas a intervalos aleatorios, o cada vez que el personal recuerda tener los datos recopilados.

Ward, de Duke Energy, ha encontrado que un intervalo anual funciona mejor para su compañía. “Las pruebas a los motores para llevar su tendencia se realizan con una frecuencia anual para la población más crítica, pero para los menos críticos utilizamos un enfoque escalable basado en la probabilidad y las consecuencias de la falla. Nuestra meta es planear el servicio a los motores en vez de vernos forzados a reducir la generación de energía porque estos han llegado al final de su vida útil”.

La recopilación de datos de tendencias de Duke Energy ha valido la pena. “Recientemente, encontramos una gran diferencia en la resistencia en el circuito de un motor de inducción de CA crítico de 125 HP durante una prueba de rutina fuera de línea”, dice Ward. “La causa fue la soltura de conexiones del cable de campo. Después de que las conexiones se apretaron correctamente, la prueba de seguimiento mostró solo un 0.1 por ciento de desbalance resistivo en comparación con el desbalance del nueve por ciento observado la primera vez”.

Trifecta parte tres: Solución de problemas

Todos los motores tienen una vida útil limitada. Eventualmente, un motor fallará. Lo que sucede en este punto depende en gran medida de si la empresa ha sido diligente con el control de calidad y la tendencia, partes uno y dos de la trifecta. Si es así, la tercera parte de la trifecta, solución de problemas, será mucho más fácil. La solución de problemas se refiere a lo que sucede cuando un motor falla o tiene un desempeño lo suficientemente bajo como para causar un problema.

Un buen ejemplo es el caso de una mina de carbón local que experimentó problemas un sábado con un motor de rotor enrollado. La compañía eléctrica local fue enviada a la mina, donde la producción se había detenido y los dólares comenzaron a sangrar por la parada de la operación. Este tipo de motor generalmente no se puede arreglar en el campo, pero la compañía minera tuvo la previsión de tener un motor de repuesto a mano. El lunes por la tarde, una grúa estaba en la planta para cambiar los motores y para la medianoche, el nuevo motor estaba instalado y listo para operar.

Los mineros esperaban alentados bajo las estrellas cuando se presionó el botón de inicio. Se produjo un gruñido y se dañó un fusible de USD $1,000, se hicieron ajustes y otro fusible de USD $1,000 explotó. A las 4:30 de la mañana del martes, se fundió el tercer fusible de US $1,000. A las 7 pm del martes, cuatro días después de la falla inicial, la compañía eléctrica se preparó para retirar el motor de repuesto y llevarlo al taller para inspeccionarlo. Sin embargo, alguien tuvo la idea de utilizar equipos y software de prueba de motores eléctricos para identificar el problema. El miércoles por la mañana, las pruebas revelaron que dos fases estaban invertidas. El problema se solucionó rápidamente y el motor de repuesto se puso en marcha.

Sobra decir que este escenario podría haberse evitado si las tres partes de la trifecta hubieran estado en su lugar. Control de calidad habría detectado un cableado defectuoso en el motor de repuesto en el momento de la recepción o durante el almacenamiento; las tendencias habrían identificado problemas en el motor original antes de fallar y la resolución de problemas (qué hacer cuando surge un problema) habría ahorrado a los mineros cinco días de inactividad.

Cuando se trata de solucionar problemas, la primera clave es tener instrucciones escritas en un manual que describa las políticas de la compañía acerca de fallas de motores. En estas políticas debe estar incluída la capacitación de los empleados. Segundo, la política debería exigir contar con tecnología disponible en el sitio de trabajo para ayudar a diagnosticar el problema. Si los mineros y la compañía eléctrica hubieran usado el equipo de prueba de motor eléctrico el lunes por la mañana, se habría evitado el tiempo de inactividad el martes y el miércoles. El plan también debe estipular llamar a expertos externos cuando el alcance de un problema exceda la capacitación o el conocimiento de los empleados.

“Las fallas críticas de motores son muy raras en nuestras estaciones generadoras”, dice Ward. “Lo que es más común es encontrar un motor degradado y determinar la causa y los factores que contribuyeron al daño. Luego desarrollamos un plan de prueba aumentado. Los motores degradados requieren pruebas más frecuentes para comprender la causa y comprender la tasa de degradación. Conociendo y entendiendo la causa y la tasa de degradación, podemos tener un alto grado de confianza en que evitaremos la falla de un motor en servicio”.

Gestión, mantenimiento predictivo y conclusión

La administración también juega un papel clave en la solución exitosa de problemas. Crear manuales lleva tiempo, lo cual cuesta dinero. Capacitar a los empleados puede reducir la mano de obra disponible, lo que puede causar conflictos de programación. Llamar a expertos es costoso. Sin embargo, es mucho más costoso perder tiempo debido a torpezas y salidas falsas que hacer las cosas correctamente desde el principio. Por ejemplo, los estudios muestran que las fallas en maquinaria industrial rotativa cuestan USD $17 por HP del motor por año para las compañías que solo practican mantenimiento reactivo. En otras palabras, si se rompe, arréglalo. Compare eso con USD $12 por HP del motor para las compañías que practican el mantenimiento preventivo (mantenimiento regular sin el beneficio de los datos) y USD $8 por HP del motor para las compañías que usan el mantenimiento predictivo. La trifecta del mantenimiento es la esencia misma del mantenimiento predictivo mediante el uso de control de calidad y datos recopilados regularmente para evitar y pronosticar problemas antes de que ocurran fallas catastróficas. ¿Y el impacto en las utilidades? Los costos de reparación se redujeron en más del 50 por ciento en comparación con las empresas que trabajan con el enfoque de “cerrar los ojos y esperar que todo salga bien”.

El mantenimiento predictivo también ahorra dinero de otras maneras. Con el mantenimiento predictivo, hay menos fallas inesperadas en el motor y menos necesidad de tener motores y piezas adicionales a mano, lo que resulta en un inventario menos costoso y la optimización del espacio de almacenamiento. Las reparaciones y el mantenimiento se pueden programar durante los períodos de baja producción de la compañía, no cuando se está en la producción máxima, por ejemplo, un sábado.

“En los últimos 20 años, hemos obtenido el apoyo de la alta gerencia. Con este apoyo, hemos desarrollado especificaciones, procedimientos, alianzas con talleres de reparación de motores, presupuestos para la compra de equipos de prueba de motores y lo que consideramos un sólido programa de mantenimiento de motores”, informa Ward.

Ganar la trifecta

Todos los negocios implican riesgos. Algunos de ellos, como el riesgo empresarial, están fuera del control de cualquier persona. Pero otros tipos de riesgo se pueden aliviar y mitigar con las mejores prácticas. Al poner su dinero en la trifecta del mantenimiento de motores: control de calidad, tendencias y solución de problemas, las empresas pueden “hacer sus apuestas” y aumentar sus posibilidades de ganar la trifecta, con un gran pago al final del día.

[1] En las carreras de caballos, cuando se acierta a los ganadores del primero, segundo y tercer lugar, se le conoce como “La Trifecta”, algo muy difícil de conseguir (Nota del traductor).