incremento ciclo de vida maquinas rotativas clave …
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VICTOR ROMERO - WORKSHOP MANAGER - MOTORES Y GENERADORES ABB PERU, 2014
INCREMENTO CICLO DE VIDA MAQUINAS ROTATIVAS
CLAVE PARA LA COMPETITIVIDAD Y SOSTENIBILIDAD
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Confiabilidad
Disponibilidad
Mantenibilidad
Seguridad
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PRESENTACION
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MANTENIMIENTO Y SU IMPORTANCIA
ANALISIS DE ESTADISTICA DE FALLA
ESTRATEGIA Y TIPO DE MANTENIMIENTO
LEAP Y LA GESTIÓN DEL CICLO DE VIDA
ABB MACHSENSE R Y EL MONITOREO A DISTANCIA
CASOS DE EXITO
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Mantenimiento – Parte importante de la gestión de activos
El objetivo importante del gestor de activos es la optimización de los costosde mantenimiento del sistema y asegurar que el sistema esté en elfuncionamiento más económico ( un buen mantenimiento reduce los costospor paradas imprevistas).
El aumento de los costos de las operaciones de mantenimiento con mayorfrecuencia deben sopesarse con los beneficios derivados de una mayorconfiabilidad.
Se llegará a un punto óptimo en donde los gastos de mantenimiento y dereparación serán más bajos. Es la tarea de los planificadores demantenimiento identificar este punto e instalar políticas de mantenimiento enel que se aproxime el costo mínimo.
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“COSTO DE UN MANTENIMIENTO INNECESARIO PUEDE SER TAN
GRANDE COMO LAS UTILIDADES DE UNA PLANTA”
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CONFIABILIDAD
Y
ESTADISTICAS DE FALLA
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ESTADISTICA DE FALLA
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SOURCE: IEEE SURVEY 1985 - 1987
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ESTADISTICA DE FALLA: MOTORES DE LA INDUSTRIA PETROQUIMICA
IEEE
transactions
on industry
applications .
vol. 35. no. 4.
July/august
1999
Distribución de fallas para motores de una capacidad menores a 2MW
Distribución de fallas para motores de una capacidad mayores a 2MW
Para máquinas menores que
2MW los rodamientos tienen alto
índice de falla
Para máquinas mayores a 2MW
las chumaceras son los menos
probable a fallar
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ESTRATEGIA
TIPO DE MANTENIMIENTO
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TOTAL COST OF OPERATION (TCO)*
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* SOURCE: SURVEY ABB
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TIPO DE MANTENIMIENTO: COMPARACIÓN DE COSTOS
Preventivo
20
15
10
5
Mantenimiento Costo
$/HP
0
Source: Electric Power Research Institute (EPRI)
Reactivo
Predictivo
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Mejora
continua/
reemplazo
Upgrade and
modernization period Warranty period
Overhaul
Mantenimiento
envejecimiento
Reparacion
Linea mantenimiento
optimizado
TIME
Maintenance period
Replacement and recycle period
Valor para el cliente a travez del mantenimiento
Customer project life cycle
}
CONCEPTO DEL CICLO DE VIDA
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METODOLOGIA LEAP
Y
GESTION DE CICLO DE VIDA
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BASES DEL ANALISIS: ESTRES & RESISTENCIA VS TIEMPO
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LIFE EXPECTANCY ANALYSIS: BENEFITS
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FALLAS DE LOS DEVANADOS DEL ESTATOR: CONTRIBUIDORES DE FALLA
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Source: IEEE transactions on industry applications . vol. 35. no. 4. July/august 1999
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LEAP…no sólo es un paso adelante
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El programa de análisis de expectativa de vida
o LEAP es una única herramienta de
mantenimiento para la evaluación del
devanado del estador de máquinas eléctricas.
LEAP provee información sobre el devanado
del estator y expectativa de vida, por ello
optimizará el plan de mantenimiento del motor
y generador.
LEAP ha sido desarrollado por el Servicio de
Motores y Generadores ABB India, está en
operación por más de 17 años, con una base
de datos de mediciones y análisis en más de
15000 maquinas a nivel global.
Las mediciones son ejecutadas por el Centro
de Servicios ABB a nivel local y estos datos
son analizados en el Centro de Excelencia
ABB India.
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INSPECCION BASADO EN NIVELES
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CONFIDENCE LEVEL
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PRUEBAS LEAP NIVEL STANDARD
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Mediciones DC
• Análisis de Corriente Polarización
De-Polarización
Mediciones AC
• Análisis Tangente delta y
Capacitancia
• Análisis de Comportamiento No
Lineal
• Análisis de Descargas Parciales
Nota: Pruebas en DC son sensibles a la
condición de la superficie y las pruebas en AC
dan mayor información en el volumen de
aislamiento
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Sistema de Aislamiento para Máquinas de Media tensión
(vonRoll training material)
A - Winding Wire
B - Conductor Insulation
C - Stack Consolidation
D - Main Wall Mica Tape
E - Sealing Tape
F - Stress-grading Coating
G - Bracing Materials
H - Impregnation Resin
I - Wedging Materials
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MEDICIONES DC
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Parámetros Derivados
Constante de Tiempo T1, T2, T3
Carga almacenada Q1, Q2, Q3
Factor de Envejecimiento
Ratio de Dispersión
(1+Q1+Q2+Q3)
Volumen de Resistividad
Análisis de Corriente Polarización – De polarización
• A través de la corriente de fuga, la prueba PDCA brinda una idea de la
cantidad y ubicación de almacenamiento de carga dentro de la máquina
• Identifica contaminación incluso cuando los valores de IR, PI son
“aceptables”
• Determina el estado del aislamiento del devanado, envejecimiento,
solturas, etc.
Nota: Pruebas convencionales IR y PI pueden tener resultados satisfactorios incluso
en devanados altamente contaminados
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Modelo Equivalente del Aislamiento Eléctrico para DC
IT = IG + IC + IA + IL
(source: IEEE Std. 43:2013)
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MEDICIONES AC
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Análisis del Comportamiento No Lineal, Tangente Delta y Análisis de la
Capacitancia, Análisis de Descargas Parciales
• Confirma los resultados de la Medición DC
• Evalúa la condición del escudo de protección Corona
• Determina el nivel de de-laminación o contenido de vacío en términos del
porcentaje de volumen de descarga de aire a volumen del aislamiento
• Evalúa la condición del sistema gradiente de tensión en salidas de ranura
• Efectos de tendencia de envejecimiento
Nota: Interpretación de las pruebas convencionales es generalmente
basado en tendencias
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Patrones de Descargas Parciales*
* Patterns as indicated in IEC:60034-27
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Tendencia
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T TERMICO
E ELECTRICO
A AMBIENTAL (or Medio ambiente)
M MECANICO
La accion de uno de ellos o en combinación
contribuye al debilitamiento general , llegando
por ultimo a la falla prematura del devanado.
RAZONES DE FALLA: ESFUERZOS TEAM
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Stress plots
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Re-estimating Stresses for LEAP Standard
Electrical Stress:
E = f (Q1, Q2, Q3, grado de envejecimiento*, Volume de resistividad, Volume descarga en vacio, Voltaje de inico de descarga)
Mechanical Stress:
M = f (Q1, Q2, volume descarga en vacio, Factor de holgura, factor de descarga en la ranura)
Temperature Stress:
T = f (Winding Operating temperature, volume descarga en vacio, Voltaje inicio de descarga)
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Esfuerzos Multivariados: Porqué?
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0 50 100 150 200 250
Ciclo de vida debido
al esfuerzo térmico
Ciclo de vida debido
esfuerzo mecánico
Total Ciclo de
vida utilizado
Temperatura (0C)
Vida: Esfuerzo Térmico
Vida: Esfuerzo Mecánico
Vida: Esfuerzo Eléctrico
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Información Adicional Normas LEAP
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LEAP versus pruebas convencionales
¿Porqué las pruebas
convencionales no pueden
brindar suficiente información
confiable? Resistencia de aislamiento e índice de polarización
Resistencia óhmica
Prueba de Surge Test para fallas entre espiras
Tangent Delta
Descargas parciales en línea
La prueba Leap analiza la información en forma conjunta
y permite hacer un mejor diagnostico ya que no depende del
analisis e interpretación individual con diferentes equipos
LEAP evalúa más
allá de estas
pruebas …
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LEAP - VALOR PARA EL CLIENTE
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• Optimiza planes de mantenimiento de
máquinas eléctricas cambiando el
mantenimiento según horas de
operación por el mantenimiento
basado en la condición
• La extensión del ciclo de vida, ayuda
a incrementar la rentabilidad y de esa
manera mayor retorno de la inversión
• Ayuda y facilita la toma de decisión
para la planificación a corto o largo
plazo de mantenimiento.
• Se enfoca principalmente en la
esencia del mantenimiento y las
máquinas que son vulnerables, de
esa manera reduce los niveles de
riesgo y tiempo de parada imprevista.
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LEAP
CASOS DE EXITO
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CONTAMINACION INDICADO POR EL LEAP
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Caso de Estudio 1: Planificación de Mantenimiento
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57,412KVA 13.8KV 3600rpm Generador Sincrono
Propósito de la prueba: El generador estaba en
funcionamiento durante 44.000 horas sin interrupción. LEAP
Estándar llevó a cabo para determinar la necesidad de
mantenimiento L3 o L4.
Resultado de la prueba PDCA
Hallazgos críticos:
LEAP estándar indica la presencia de contaminantes aceite
/ carbonizado o polvo predominantemente en las partes
sobresalientes.
Recomendación;
Abrir tapas laterales y limpieza cabeza de bobina (L3). No
se requiere un mantenimiento de nivel (L4)
Beneficios: Planificación de Mantenimiento Optimizado.
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Caso de Estudio 3: Optimización del Plan de Mantenimiento
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9000 HP 6.6KV 180rpm Motor Asíncrono
Se recomienda una Inspección L3, después de 7.000 a 8.000
horas de funcionamiento (dentro de 1 año) y tener en cuenta
las acciones de mantenimiento recomendados durante la
inspección.
Hallazgos críticos
LEAP Standard indicó que la máquina ha estado en operación
por un periodo de 37.13% del ciclo de vida de los devanados
del estator.
Recomendaciones:
Las áreas alrededor de los lazos de amarre / soportes de
cabeza de bobina del estator deben ser inspeccionados por los
daños de descargas parciales y por desarrollo de soltura de los
lazos de apoyo.
Se sugiere que la inspección sea apoyado con una prueba de
detección corona para la localización de contribución
significativa de los puntos de descarga.
Beneficios:
LEAP ayudó a anticipar falla del motor
Resultado Prueba
Descarga Parcial
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ABB MACHSENSE
MONITOREO A DISTANCIA
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Factors affecting Failure rate
Total Failure Rate Vs Age
0
1
2
3
4
5
6
7
0-5 5.1-10 10.1-15 15.1-20 20.1-25 25.1-
Age (Years)
%
0
0.51
1.52
2.53
3.5
%
3000-5000 6000 6600-10500 11000-
13800
Voltage(Volts)
%wdg Failure Rate
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
%
2 4 6 8 10
Pole Number
%wdg. Failure Rate
Series1
0
0.5
1
1.5
2
2.5
%
1 or less More than 1
No of Starts/day
Wdg Failure Rate
Series1
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ABB MACHSENSE P
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ABB Enfoque
Single system for providing mechanical and electrical condition
Combina Datos de Vibración y Análisis Eléctrico
Vibration
Stator
Voltage
Stator
Current
Speed and Slip Estimation.
Detection of Rotor bar defect & eccentricity.
Mechanical problems
Key
Condition
Parameters ESA(Electrical
signature analysis)
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ABB MACHsense-PMediciones y Evaluaciones
Motor Eléctrico
Mediciones
• Corriente
• Voltaje
• Vibración
Evaluación
• Rotor
• Rodamientos
• Instalación
• Calidad de Energía
Mediciones
• Vibración
Evaluación
• Desgaste engrane
• Solturas engrane
• Desalineamiento
• Falla del diente
• Falla del eje
• Rodamientos
Gear Box
Carga(Bomba, Ventilador, Compresor)
Mediciones
• Vibración
Evaluación
• Desalineamiento
• Soltura
• Rodamientos
• Cavitación
• Flujo de turbulencia
• Fallas de los álabes
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ABB MACHsense-PAnálisis del Motor
Vibration
Stator Voltage
Stator Current
Funciones Claves Principal Beneficios
Vibración y datos eléctricos (corriente y
voltaje) son analizados por el mismo
software
Toma en cuenta para ambos problemas
mecánico y eléctrico en el motor
Usa algoritmo relacionado al motor
específico
Incrementa confiabilidad de análisis
(cálculo de deslizamiento automático,
normalización de la carga etc)
Usa múltiple herramienta de análisis
(medición simultánea de corriente/voltaje,
análisis de torque, vibración etc)
Ayuda a especificar falla de la Fuente de
alimentación
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ABB MACHsense-P
Detalles de la Máquina:
8000kW, 11kV, 467 A, 1492 rpm, motor
El cliente informó de barra rota del rotor en el anáisis decorriente ejecutado por el proveedor del servicios local.
Motor operando por 10 años (mediciones hecho el 2011)
El cliente solicitó conocer si el rotor tiene que ser extraidodurante la próxima programación de mantenimiento en el año2013
Condiciones claves encontrados por ABB:
Análisis de ABB indicó el resultado de lado de banda decorriente a partir de oscilación de torque y no problemas debarra rota del rotor.
El cliente llamó por otras mediciones antes del 2013 paraverificar los puntos encontrados. ABB reconfirmó que elproblema no fue relacionado al daño de la barra del rotor, perosi debido a la oscilación del torque.
Confirmación: El cliente confirmó durante la inspección enJunio 2013 que no hubo problemas en barra del rotor.
Excesiva corrosión del ventilados fue visto para ser la causade oscilación del torque.
Asimetría de los Devanados del Rotor
-140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
47 48 49 50 51 52 53
frequency [Hz]
Cu
rren
t [d
B]
Bar status side band level : 40.201dB
Load oscillations:
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Machsense RInstalación del Equipo
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ABB MACHsense-REntregables
Cage Rotor Package
Rotor Winding Defects
Air Gap Eccentricity
Unbalance
Looseness
Static and Dynamic Shaft Bends
Internal Misalignment
Roller Bearing Package
Bearing Defects
Bearing Assembly Defects
Lubrication Interval Estimates
Installation
Soft Foot
Misalignment
Operation Information & Trends
Operating hours
No of Starts/stops
Speed
Temperature
Slip/Loading information
Startup/Coast down
Optional(If electrical signals are
available) Power Supply Quality
Harmonics
Voltage unbalance
Over/Under voltage, frequency
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ABB MACHsense-RCómo trabaja el Servicio?
Customer
RTC
Web Server
LSC
KCPs
Time
Alert
Alarm
Plant
Motors in
Plant
Sensors wired to
DAU
DAU-Data Analysis
Unit
Wireless
transmission to web
server through
internet
Data in web portal
accessible via
internet
KCPs
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ABB MACHsense R
• url para portal www.machsense.abb.co.in
• Acceso directo del Cliente, LSC, RTC
• Provee información de todos los datos medidos
• El cliente puede descargar reportes directamente
Web portal overview
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CASOS DE EXITO
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