REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MARACAY
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRICA
PLAN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO PARA LA SUBESTACIÓN CORINSA CON SUS CIRCUITOS ASOCIADOS EN LA EMPRESA
CORPOELEC REGIÓN 4 ZONA ARAGUA.
Trabajo Especial de Grado para optar al Titulo de Ingeniero Electricista
Autor: TSU Rubén Hernández Tutora Académica: Ing. Migdys Archiles Asesora Metodológica: Profa. Cruz Goatache
Maracay, Junio de 2010.
APROBACIÓN DE LA TUTORA
En mi carácter de Tutora del Trabajo Especial de Grado Titulado: PLAN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO PARA LA SUBESTACIÓN CORINSA CON SUS CIRCUITOS ASOCIADOS EN LA EMPRESA CORPOELEC REGIÓN 4 ZONA ARAGUA, presentado por el ciudadano Rubén Hernandez, Cédula de Identidad Nº 11.501.900, para optar al Titulo de Ingeniero Electricista, considero que éste reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a presentación pública y evaluación por parte del Jurado Examinador que se designe.
En la ciudad de Maracay, a los 25 días del mes de Junio de 2010
______________________________ Ing. Migdys Archiles
APROBACIÓN DE LA ASESORA METODOLOGICA
En mi carácter de Asesora Metodológica del Trabajo Especial de Grado Titulado: PLAN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO PARA LA SUBESTACIÓN CORINSA CON SUS CIRCUITOS ASOCIADOS EN LA EMPRESA CORPOELEC REGIÓN 4 ZONA ARAGUA, presentado por el ciudadano Rubén Hernandez, Cédula de Identidad Nº 11.501.900, para optar al Titulo de Ingeniero Electricista, considero que éste reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometido a presentación pública y evaluación por parte del Jurado Examinador que se designe.
En la ciudad de Maracay, a los 25 días del mes de Junio de 2010
______________________________ Profa. Cruz Goatache
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MARACAY
ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRICA
PLAN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO PARA LA SUBESTACIÓN CORINSA CON SUS CIRCUITOS ASOCIADOS EN LA EMPRESA
CORPOELEC REGIÓN 4 ZONA ARAGUA.
Autor: TSU Rubén Hernández
C.I. 11.501.900
Trabajo Especial de Grado APROBADO en nombre del Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”, por el Jurado Examinador designado.
En la Ciudad de Maracay, a los 31 días del mes de Julio de 2010.
Ing. Juan Reyes Ing. Rhina Castillo
C.I. 13.201.892 C.I. 12.928.583
Ing. Leonardo Guillen C.I. 8.728.878
DEDICATORIA
A Dios Todopoderoso por darme la fortaleza y la luz para el logro de todas y cada una de las metas que me he propuesto en la vida, siendo la guía fundamental.
AGRADECIMIENTO
A la empresa CADAFE por brindarme la oportunidad de crecer dentro de esta organización y por brindarme su apoyo para la realización del trabajo de grado, espero sea de su entera satisfacción.
A todas y cada una de las personas que de alguna manera me ayudaron con su aporte acertado durante el período de desarrollo del presente proyecto. Muchas gracias a todos.
Í N D I C E G E N E R A L
pp.
LISTA DE CUADROS………. viii
LISTA DE FIGURAS………... ix LISTA DE GRAFICO……….. x RESUMEN……… xi INTRODUCCION……… 1 CAPÍTULOS I. EL PROBLEMA……….. 3
Contextualización del Problema………... 3
Objetivos de la Investigación……… 7
Objetivo General...……….. 7
Objetivos Específicos………. 7
Justificación de la Investigación………... 7
II. MARCO REFERENCIAL……….. 9
Antecedentes de la Investigación……… 9
Bases Teóricas……… 13
Mantenimiento………... 13
Metodología de las Inspecciones………... 16
Calidad……… 23
Sistema de Potencia……… 24
Subestaciones Eléctricas……… 27
Aspectos Generales sobre las Mejoras a los Sistemas de Distribución……… 30 Sistemas de Protección………... 32
Equipos Protectores Contra Sobre Corriente……….. 35
El Aislamiento……… 41
Aterramientos……… 44
Transformador de Potencia………. 47
Bases Legales………. 49
Ley del Servicio Eléctrico (1999)……… 50
Norma CADAFE. Interfaz de Campo para Subestaciones – Mantenimiento……….. 51 Norma CADAFE. Normas de Inspección y Pruebas para 51
Equipos de Interfaz de Campo………..
Norma CADAFE. 001922……… 51
Sistemas de Variables………... 52
Definición de Términos Básicos………... 53
III. MARCO METODOLÓGICO……… 56
Modalidad de la Investigación…..………... 56
Tipo de la Investigación……… 57
Procedimientos……….. 58
Fase I. Diagnostico……… 58
Fase II. Alternativas de solución………... 59
Fase III. Propuesta………...………... 60
Operacionalización de variables………. 60
Población y Muestra……….. 62
Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos... 62
IV. RESULTADOS... 65
Fase I Diagnóstico……….. 65
Etapa I Situación Actual………. 65
Etapa II Identificar las causas……… 70
Etapa III Evaluar la Calidad de Servicio……….. 76
Fase II Alternativa de Solución……….. 82
Fase III Propuesta………. 83
Etapa I Verificación………. 83
Etapa II Jerarquización………... 87
Etapa III Análisis……….. 88
Etapa IV Elaboración de Rutina……… 91
Análisis Costo – Beneficios………. 95
Beneficios Tangibles………. 99
Beneficios Intangibles………... 99
Factibilidad……….………. 100
Factibilidad Técnica………. 100
Factibilidad Económica………... 101
Análisis de Costos Asociados al Estudio………... 102
Estudio Económico………..……… 105
RECOMENDACIONES……… 108
REFERENCIAS………. 109
ANEXOS……….. 111
Anexo A Planos Unifilares…..……… 112
A-1 Unifilar Subestación Corinsa………. 113
A-2 Unifilar Circuito Titán……..………. 115
A-3 Unifilar Circuito Fundación…….………. 117
A-4 Unifilar Circuito Bella Vista………. 119
Anexo B Reporte de Diagnostico Termografico….……….. 121
B-1 Reporte Circuito Bella Vista……… 122
B-2 Reporte Circuito Fundación……… 129
B-3 Reporte Circuito Titán……….. 136
B-4 Característica de la Cámara P65……….. 144
Anexo C Resumen Del Curriculum Vital……… 162
L I S T A D E C U A D R O S
CUADRO pp.
1 Limites de Variación de Tensión………. 24
2 Conceptualización de la Variables……….. 52
3 Operacionalización de las Variables……….. 62
4 Datos Técnicos……….. 69
5 Promedio de carga……… 70
6 Histórico de falla……… 71
7 Registro de subcausas circuito Bella Vista……… 72
8 Registro de subcausas circuito Fundación……… 73
9 Registro de subcausas circuito Titán……….. 74
10 Indicadores del circuito Bella Vista………. 78
11 Indicadores del circuito Fundación………. 79
12 Indicadores del circuito Titán………... 80
13 Registro de transformadores monofásicos quemados asociados a los circuitos………... 81
14 Matriz de Criterios……….. 82
15 Resumen de fallas………. 87
16 Criterios de Prioridades en Mediciones Termografica…… 89
17 Total de fallas registradas y su prioridades………... 89
18 Elementos y equipos más fallados………. 90
20 Plan de Mantenimiento………. 94
21 Ingreso actual de la empresa……….. 97
22 Estimación del costo anual……….. 97
23 Comparación de las perdidas……….. 98
24 Costo del Material……….. 103
25 Costo de Equipos……….. 103
26 Costo de Mano de Obra……… 104
L I S T A D E F I G U R A S FIGURAS pp. 1 Vibración Versus Tiempo para cojinete……….. 15
2 Diagrama de Frecuencia……… 19
3 Imagen Termográfica………. 21
4 Esquema General de un Sistema de Potencia………. 29
5 Interruptor……… 42
6 Pararrayo………. 43
7 Gráfico de Coordinación de Aislamiento……… 47
8 Barra de salida en 13.8 KV……… 83 9 Barra 115 KV………... 83 10 Línea Fracturada………. 92 11 Vegetación………... 92 12 Componente Dañado………. 93 13 Descarga Atmosféricas……….. 93
L I S T A D E G R A F I C O
GRAFICOS pp.
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“SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MARACAY
PLAN DE MANTENIMIENTO PREDICTIVO PARA LA SUBESTACIÓN CORINSA CON SUS CIRCUITOS ASOCIADOS EN LA EMPRESA
CORPOELEC REGIÓN 4 ZONA ARAGUA.
Autor: TSU Rubén Hernandez Tutora Académica: Ing. Migdys Archiles Asesora Metodológica: Profa. Cruz Goatache Mes, Año: Junio, 2010
Resumen
El presente estudio estuvo orientado a la integración de las actividades a través de la canalización en los planes de mantenimiento en las redes de distribución, tomando en consideración las estadísticas de los indicadores de calidad de servicio tales como el número de interrupciones, la duración y el tiempo total de la interrupción. En este sentido la presente investigación se enmarcó bajo la modalidad de proyecto factible, la metodología se adaptó a una investigación de campo y descriptiva debido a que tiene como objeto, registrar la información para interpretar el estudio y permitir resaltar las características más relevantes y distinguirlas entre otras que puedan tener alguna influencia sobre el problema. La población objeto de estudio a los elementos y redes eléctricas de la Subestación Corinsa. Las técnicas que se aplicaron en esta investigación fueron la Observación directa, revisión de datos históricos y el respectivo análisis estadístico. Permitiendo desarrollar un plan de mantenimiento que comprende pasos de rutinas sistemáticos enfocados a la disminución de las pérdidas económicas, concluyendo a un plan de mantenimiento que pueda ser implementado en otros circuitos de incidencia en interrupciones y de esta manera ir mejorando la mayor cantidad de circuitos pertenecientes a los diferentes distritos técnicos.
INTRODUCCIÓN
Actualmente las organizaciones forman parte de un proceso de grandes transformaciones en entornos cambiantes y de múltiples riegos, donde el creciente desarrollo tecnológico y la agresiva competencia las obligas a replantar sus estrategias de negocios bajo nuevas perspectivas.
Es por ello, que surgió la presente investigación, en la cual se propuso mejoras aplicables a la subestación Corinsa y sus circuito asociados para la unificación de criterios y procedimientos que conduzcan a mejorar la confiabilidad del sistema eléctrico a la empresa CORPOELEC Región 4 zona Aragua Gerencia de Distribución Metropolitana Aragua, ubicada en la calle Mariño Sur del Estado Aragua, a fin de proporcionar a la organización la creación de sistemas más confiables, donde se mantenga un nivel elevado de calidad de servicio satisfaciendo las necesidades de sus clientes.
En este sentido la investigación se estructuró de la siguiente manera: Capítulo I, denominado: El Problema, se describió la problemática que da origen a la investigación, se plantearon los objetivos a desarrollar en el estudio y así poder efectuar la propuesta, seguido de la justificación y alcance respectivamente.
Capítulo II, conocido como el marco teórico, este capítulo refleja toda la teoría relacionada con el tema estudiado en la investigación que sirvió de soporte al investigador para ordenar ideas, para tal efecto se presentaron los antecedentes de la investigación, las bases teóricas, operacionalización de las variables y la definición de los términos básicos.
Luego se presenta el Capítulo III, donde se describió el Marco Metodológico de la investigación, Modalidad de la Investigación, Tipo de
Investigación, Procedimientos, Población y Muestra, técnicas e instrumentos de Recolección de Datos, y Técnicas de Análisis de Datos empleados en la investigación.
Finalmente se tiene en Capítulo IV, de los resultados, aquí se realizó un análisis detallado de cada una de las fases del capítulo anterior, desarrollando de forma minuciosa la propuesta; donde se muestra también todo lo inherente a los costos – beneficios, destacando al final las conclusiones y un importante grupo de recomendaciones producto del trabajo efectuado, y como cierre se muestran las referencias y anexos.
CAPÍTULO I
EL PROBLEMA
Contextualización del Problema
En la actualidad se depende cada vez más de la energía eléctrica en la vida cotidiana. Ya no es sólo la fuente de iluminación en horas nocturnas. Todo el confort, gracias a los aparatos electrodomésticos, así como las actividades comerciales e industriales, está total y absolutamente ligado al uso de la energía eléctrica.
Se ha acostumbrado a su uso, que pasa desapercibida su necesidad en las actividades diarias. Sólo la falta de ella, la devuelve a la realidad y a su importancia. Es llamativo, entonces, el común desconocimiento sobre las características de su generación, su distribución, y sobre todo, los problemas que a menudo suelen presentarse en su utilización. Un sistema eléctrico está
compuesto por: Generación donde se produce la energía eléctrica, Transmisión que transporta a grande distancia, Subestaciones que transforman, elevan, disminuyen y enlazan entre ellas. La distribución son redes ubicadas en áreas urbanas y rurales, para brindar servicio a los consumidores.
En este mismo contexto, el transformador eléctrico es una máquina considerada como un elemento fiable en las instalaciones. No obstante, sus materiales están sometidos a temperatura y gradiente de campo eléctrico, provocando un envejecimiento en el aislamiento. Cuando se produce algún esfuerzo, por ejemplo: cambio de carga, sobre tensión de origen atmosférico o de maniobra, cortocircuitos, sobre dimensión de las protecciones, falta de
mantenimiento y/o si los materiales no están en buen estado, pueden dar origen a una avería que en muchos casos no se manifestó de manera inmediata por lo que se denomina falla oculta. Los registros de transformadores quemados de los aňos 2007-2008 en Aragua fueron de mil trescientos sesenta y ocho (1.368), representando para el 2008 un incremento del cincuenta y seis por ciento (56%) con respecto al 2007 en todo el estado.
Los cambios de carga, la temperatura del transformador, la del aceite cambian y afectan progresivamente los aislamientos sólidos y líquidos. Esto supone un evidente peligro para la seguridad de las personas y de las instalaciones. Por otra parte, el aceite alcanzó una temperatura lo suficientemente elevada como para reaccionar con el oxígeno que tiene disuelto, provocando explosiones e incendios en el transformador, suspensión del suministro eléctrico, inseguridad en su operación, contaminación del medio ambiente por el derrame del aceite y los gases que se generaron. Por consiguiente, esto trajo inconvenientes generales tales como: molestias e intranquilidad en los usuarios, desconfianza en los operarios, gastos imprevistos a la empresa de servicio eléctrico por el reemplazo de dichos equipos, las demandas por los daňos a los electrodomésticos, al estado los tramites administrativos, al ambiente los desechos que se originaron.
Con relación a lo expuesto anteriormente diariamente se dañan transformadores convencionales sumergidos en aceite, instalados en las redes eléctricas que distribuyen el suministro eléctrico a los diferentes usuarios. Como se pudo observar que el mayor factor que los afecta es la sobrecarga que es proporcional al incremento de temperatura. Es por ello que para verificar este incremento, se utilizaron equipos de medición de
corriente, que los operarios colocan manualmente llamados amperímetros o la instalación de bobinas de medición en las conexiones de entrada o salida del transformador para registrar su consumo.
En el primer caso el operario para utilizar la pinza amperimétrica, debe acercarse al transformador o a las redes, exponiéndose a un choque eléctrico o quemaduras. En el segundo caso se deben instalar equipos adicionales al transformador, medidores de tensión y potencia que monitorean estos parámetros, aumentando el costo de la instalación. Evidentemente esto limita el reconocimiento de todos los transformadores instalados en las redes, motivados a que se encuentran ubicados en diferentes puntos geográficos y en grandes cantidades. Ocasionando gastos en equipos, transporte y personal a la empresa.
Si bien es cierto en CORPOELEC los transformadores monofásicos en su mayoría, están acoplados en grupos de tres para un suministro trifásico en las redes. Y la empresa no cuenta con una programación de mantenimiento o incremento de capacidad para la ejecución de estos trabajos. Por consiguiente origina que se presenten daños en los mismos, donde su demanda es superior a la capacidad instalada.
Como marco de ésta investigación se tomó la Gerencia de Distribución Metropolitana Aragua ubicada en la Región 4 de la zona Aragua, la cual se encuentra estructurada por una Dirección General, y las Direcciones Técnica, de Operaciones, y Comercial. La Dirección de Operaciones a través de la Gerencia de Distribución está encargada de mantener los sistemas de distribución y transmisión de energía eléctrica de la región, mediante los Centros de Operaciones de Distribución (COD), los Centros de Atención de Reclamos (CAR) y los Distritos Técnicos, los cuales tienen como misión realizar los mantenimientos en redes de distribución, la atención de reclamos
técnicos, y atender las fallas de media y baja tensión, así como, el restablecimiento de los circuitos que presenten interrupciones en alta y baja tensión, entre otros.
La investigación se ubicó geográficamente en el Distrito Técnico Cagua, siendo éste, el que aporto para la región la mayor incidencia de transformadores quemados. Este distrito, ubicado en el Municipio Sucre, tiene un área de influencia conformado por setecientos cuarenta y uno Kilómetros de línea, alimentando zonas residenciales, rurales, agrícolas e industriales. Dentro de su data técnica el Distrito atiende a cuarenta y un circuitos de distribución en redes aéreas de 13.8 Kilovoltios (KV). El desarrollo de este estudio estuvo enfocado a los circuitos asociados de la Subestación Corinsa, el cual dispensa la energía eléctrica en parte del Municipio Sucre con alrededor de sesenta y ocho (78) Kilómetros de línea, y permite prestar el servicio a seis mil veinte y uno (6.021) usuarios aproximadamente, correspondiente a la clasificación de Residenciales Urbanos, Agropecuarios e Industriales.
Dicho Distrito Técnico Cagua ha ocupado el primer lugar en los últimos dos años con respecto al resto de los cinco Distritos Técnicos, que comprende la zona Aragua Región 4, ya que presenta actualmente un elevado número de transformadores dañados.
Por otra parte es importante mencionar que motivado a la enorme área de influencia servida específicamente por el Distrito Técnico Cagua, en los actuales momentos se carece de la logística necesaria para acometer con prontitud los trabajos de corrección de fallas, cuestión que hace más necesaria la realización de un completo mantenimiento predictivo, pues sólo con la aplicación de mantenimientos correctivos para cubrir las emergencias presentadas, no se puede realizar un servicio eléctrico de calidad.
La propuesta de un Plan de Mantenimiento Predictivo pretende establecer mejoras en el uso de esta aplicación tomando como muestra la subestación Corinsa y sus circuitos asociados, a fin de mejorar la calidad de servicio y mantener altos los niveles de fiabilidad del mismo, además de disminuir los daňos de equipos, el Tiempo Total de Interrupción (TTI) hrs, y el número de interrupciones, indicadores éstos con los cuales se mide la calidad de servicio que presta la empresa eléctrica. De esta manera, no sólo se realizan mejoras en el área sujeta a estudio sino que también es aplicable a otros circuitos de distribución aérea, con la ayuda de una herramienta que permita llevar el control y seguimiento de dichos planes.
Objetivos de la Investigación
Objetivo General
Proponer un plan de Mantenimiento Predictivo para la Subestación Corinsa con sus Circuitos Asociados en la Empresa CORPOELEC Región 4 Zona Aragua.
Objetivos Específicos
Diagnosticar la situación actual de la Subestación Corinsa con sus Circuitos Asociados.
Identificar las causas que provocan daňos en la Subestación. Evaluar la calidad de servicio de los circuitos asociados.
Proponer un Plan de Mantenimiento Predictivo para Subestación Corinsa con sus Circuitos Asociados en la Empresa CORPOELEC Región 4 zona Aragua.
Justificación de la Investigación
Los aspectos que justifican la presente investigación se basaron en la calidad o continuidad del servicio eléctrico y su importancia para la empresa, por lo cual se propone un plan de mejora en la gestión del mantenimiento predictivo en los circuitos asociados a la Subestación Corinsa con el propósito de afianzar su visión y misión ante la población cada vez más extensa y exigente, así como, satisfacer las necesidades de consumo de cada tipo de cliente.
La investigación se orientó a la integración de las actividades a través de la canalización en los planes de mantenimiento en las redes aéreas de distribución de 13,8 Kilovoltios (KV), tomando en consideración las estadísticas de los indicadores de calidad de servicio tales como el número de interrupciones, transformadores dañados, la duración y el tiempo total de la interrupción (TTI) hrs, presentado por CORPOELEC en los circuitos asociados a la subestación Corinsa, indicadores normados.
Es importante tener presente que la empresa eléctrica ha estado desasistida en materia de inversión aproximadamente durante veinte y cinco años lo que ha impedido desarrollar planes de obras de desarrollo y ha dificultado la continuidad en la prestación del servicio.
Por otra parte se busca con esta propuesta integrar al grupo de trabajo de manera que la gestión sea más eficiente y comprometida con los resultados, tarea de gran envergadura, que requerirá del diseño de planes y trazado de
objetivos claros, así como la organización y movilización de los recursos materiales y humanos.
La Gerencia de Distribución Metropolitana Aragua, contará con una planificación para emprender las tareas de mantenimiento para las redes de 13.8 KV de cualquier circuito de distribución, permitiendo afrontar de manera sistemática un plan de trabajo que deberá ir siguiendo las disposiciones del reglamento general de servicio eléctrico.
En la medida que esta planeación se ejecute, se logrará la eficiencia económica en cuanto a la rentabilidad que ésta devolverá creando un costo beneficio entre el usuario y la empresa; de igual forma contribuirá a mantener la vida de los activos y el control de los procesos empleados.
Esto demuestra que la investigación contribuye a la mejora de las condiciones de calidad de servicio al cliente, permitiendo reducir los valores en los indicadores de calidad de servicio de los circuitos asociados a la subestación Corinsa de CORPOELEC Región 4 Zona Aragua.
CAPÍTULO II
MARCO REFERENCIAL
La función del marco referencial es situar al problema objeto de estudio dentro de un conjunto de conocimientos, a fin de orientar la búsqueda y ofrecer una conceptualización adecuada de los recursos utilizados pudiendo ser manejados y convertidos en acciones concretas.
En base a esto, Balestrini (2001) define el marco referencial como: “el que determina la perspectiva de análisis, muestra la voluntad del investigador de analizar la realidad objeto de estudio de acuerdo a una explicación pautada
por conceptos y categorías, atendiendo un determinado paradigma teórico” (p. 91).
En virtud a los antes mencionado en este capítulo se interpretaron las técnicas que operaran metodológicamente en el estudio que se efectuó, ya que estuvo compuesto por un conjunto de categorías básicas, la cual constituyo un sistema coordinado y coherente de conceptos que permitieron abordar el problema para que éste cobrara sentido.
Antecedentes de la Investigación
Los antecedentes de la investigación analizaron las diversas teorías, enfoques, investigaciones y antecedentes desarrollados, por algunos autores que son considerados válidos para el correcto entendimiento del problema estudiado, la cual es tarea ineludible de toda investigación de carácter científico. En consecuencia en este capitulo se exponen algunos trabajos y
publicaciones que sirvieron de apoyo y soporte para el desarrollo del presente estudio.
Saballo, E. (2009), Desarrolló su Trabajo de Grado titulado Propuesta de
un Plan de mantenimiento de las redes de Distribución Aérea de 13,8 KV asociado al Circuito Payita de la Subestación Mácaro en la Empresa CADAFE Región 4 zona Aragua., realizado en el Instituto Universitario
Politécnico Santiago Mariño, como requisito para optar al título de Ingeniero Industrial. La propuesta esta orientada a generar procesos de mejora continua que involucren al personal con los equipos o maquinarias en busca de los pilares fundamentales de cualquier organización, costos, calidad, servicio al cliente e innovación. La metodología se adaptó a una investigación de campo y descriptiva debido a que tuvo como objeto, registrar la información para interpretar el estudio y permitir resaltar las características más relevantes y distintivas.
El aporte de este trabajo a la investigación fue muy valioso, ya que ofrece las pautas para el desarrollo de la investigación, en las herramientas descriptivas que se utilizaron para abordar la problemática.
Varela, A. (2006) su Trabajo Especial de Grado titulado Diseño de una
Metodología para Evaluar la Gestión de Mantenimiento Caso: Plantas de Alimentos Polar, para optar al titulo de Magíster en Ingeniera Industrial,
realizada en la Planta de Alimentos Balanceados para Animales, ABA Santa Cruz y presentada ante la ilustre Universidad de Carabobo, explica que el objetivo principal de esta investigación fue orientar el conocimiento estratégico para maximizar la gestión de mantenimiento, proponiendo el diseño de una metodología confiable. El investigador realizó la investigación bajo la modalidad de proyecto factible orientado a una investigación documental en el que se empleo principalmente la clasificación y asignación de los equipos más críticos dentro del departamento. Estuvo enmarcado en la importancia de la demanda en número de fallas y gestión inadecuada del mantenimiento. Se emplearon técnicas de análisis de datos y herramientas
estadísticas de gran utilidad entre los cuales se encontraron, las graficas de control, los histogramas de frecuencias, así como también se estudio la capacidad del procesos; estas técnicas y herramientas apoyaron al estudio actual ya que a través de su aplicación se alcanzo detectar el problema, arrojando dentro sus conclusiones la implantación de la metodología apropiada, donde se resaltan los beneficios económicos que pueden ser logrados mediante la aplicación de mejoras en la gestión del mantenimiento, usando técnicas centradas en confiabilidad operacional los cual se traduce en una mejor estimación real de los requerimientos de materiales.
Este trabajo aportó a la investigación conocimientos en materia de diagramas como el de Entrada – Proceso – Salida, que facilita la visualización del sistema y el funcional que vincula los diferentes procesos que se realizan en sus sistemas, así como también en el análisis de causa efecto que informo acerca de que equipos poseen el mayor impacto negativo sobre el proceso.
Rodríguez, N (2005) su Trabajo Especial de Grado titulado Implementar
un plan de mejora para incrementar la utilidad neta basado en confiabilidad operacional a la planta Remavenca a Santa Cruz C.A., para optar el titulo de
Ingeniero Industrial, y presentada ante la ilustre Universidad de Carabobo, el propósito por el cual se realizo el estudio fue por la implantación de un plan de mejora para incrementar la utilidad basado en confiabilidad operacional, metodología requerida para definir la criticidad de los procesos. El investigador realizo la investigación bajo la modalidad de proyecto factible orientado a una investigación documental en el que se empleó principalmente la clasificación y asignación de los equipos más críticos dentro del departamento, también se utilizaron como instrumentos torbellino de ideas, el diagrama causa efecto y el diagrama de pareto; como herramienta de apoyo aplicable a la investigación con la finalidad de agilizar las acciones de búsqueda de información, arrojando dentro de las
recomendaciones el promover equipos multidisciplinarios de trabajo que impacte positivamente sobre las actividades de confiabilidad operacional.
Este trabajo sirvió de orientación para el investigador ya que aporto al proyecto conocimientos en materia de confiabilidad, aplicación de análisis de criticidad que permitieron determinar los equipos que poseían el mayor impacto negativo dentro del sistema productivo o planta en estudio.
Sanabria, R. (2004). El presente Trabajo lleva por titulo Propuesta para el
mejoramiento del diagnóstico preventivo de los transformadores de 765 KV de la subestación “La Horqueta” de C.V.G. Edelca, ubicada en Villa de Cura Edo. Aragua., realizado en el Instituto Universitario Politécnico Santiago
Mariño, como requisito para optar al título de Ingeniero Electricista, el propósito por el cual se realizo el estudio fue optimizar el mantenimiento de los transformadores, con la implementación de pruebas con equipos de innovación tecnológica que indiquen el correcto funcionamiento y buen estado físicos de los mismos. La investigación se ubica dentro de la modalidad de proyecto factible, basado en una investigación de campo y de carácter descriptivo, con las técnicas de recolección de datos la observación directa, la entrevista no estructurada y el análisis documental.
Este trabajo aportó a la investigación conocimientos en materia sobre la implementación de equipos de nueva tecnología para el análisis y funcionamiento eficiente de los componentes asociados al sistema eléctrico.
Aponte, J. (2003). Él presente Trabajo lleva por título Propuesta para el
mejoramiento de la calidad del servicio eléctrico en redes aéreas de distribución primaria (13.8 KV) de la S/E Sur y S/E Florida, de Eleoccidente Edo. Carabobo. Realizado en la Universidad Nacional Experimental
Politécnica de la Fuerza Armada Nacional U.N.E.F.A, como requisito para optar al título de Ingeniero Electricista. La investigación se baso en la mejora de la calidad de servicio eléctrico, y también la actualización de las redes de distribución y digitalizadas con el software de Sistema Integral de Distribución (S.I.D.).
Este trabajo aporto a la investigación herramientas e información de las cargas conectadas en la red eléctrica y la bondad de simular el comportamiento de las fallas con estimaciones bloques de energías afectados, con datas reales y actualizadas.
Bases Teóricas
Las bases teóricas permitieron fundamentar aquellos elementos y/o factores importantes para sustentar este trabajo de grado desde el punto de vista teórico. Por ello en esta sección se mostraran todos los criterios tomados en consideración, que estarán descritos de lo general a lo particular.
En este contexto, el Manual de Trabajo Especial grado del Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño (2007), refiere que las bases teóricas “Comprenden una serie de conocimientos existentes sobre el campo del saber o sector de la realidad que será objeto de estudio, y los cuales se encuentran contenidos en diferentes fuentes documentales reflejando específicos puntos de vistas de los autores” (p. 21).
Las bases teóricas recogen conceptos temas y teorías que permiten aproximarse y enfocar al problema en estudio, contribuyendo a prestar sustento al desarrollo de la investigación.
Mantenimiento
Según Nava (1999) lo define como: “Es un servicio que agrupa una serie de actividades cuya ejecución permite alcanzar un mayor grado de confiabilidad en los equipos, máquinas, construcciones civiles e instalaciones.” (p.132). Como se puede observar en la cita textual el mantenimiento permite alargar la vida útil de maquinarias, herramientas y equipos.
Evitar, reducir, y en su caso, reparar, las fallas sobre los bienes precitados.
Disminuir la gravedad de las fallas que no se lleguen a evitar. Evitar detenciones inútiles o parada de máquinas.
Evitar accidentes.
Evitar incidentes y aumentar la seguridad para las personas cumpliendo con la Legislación y la Normativa vigente.
Aumentar la vida útil de las Instalaciones. Aumentar la Operatividad de las Instalaciones.
Conservar los bienes productivos en condiciones seguras y preestablecidas de operación.
Balancear el costo de mantenimiento con el correspondiente al lucro cesante.
Alcanzar o prolongar la vida útil de los bienes.
El mantenimiento adecuado, tiende a prolongar la vida útil de los bienes, a obtener un rendimiento aceptable de los mismos durante más tiempo y a reducir el número de fallas.
Se dice que algo falla cuando deja de brindar el servicio que debía dar o cuando aparecen efectos indeseables, según las especificaciones de diseño con las que fue construido o instalado el bien en cuestión.
Tipos de Mantenimiento
Mantenimiento Correctivo: Son reparaciones que ameritan detener el
proceso de producción de una máquina.
Mantenimiento Preventivo: Es lo que planea y programa con el objeto de
ajustar, reparar o cambiar partes en equipos antes de que ocurra una falla o daňos mayores, eliminado o reduciendo al mínimo los gastos de
mantenimiento, es decir, que es necesario establecer controles con la finalidad de aumentar la productividad.
Mantenimiento Predictivo: Es la actividad que se desarrollo para detectar y
evaluar el desarrollo de posibles fallas en un equipo por intermedio de interpretación de ciertos parámetros (técnicas de diagnostico y tendencias) tomados como datos obtenidos en un equipo en funcionamiento con instrumentos colocados en las maquinas, o por tomas de muestras.
Esto permite una disminución del tiempo de parada de los equipos al contar con información preliminar sobre las condiciones de sus componentes básicos.
Organización para el Mantenimiento Predictivo: Esta técnica supone la
medición de diversos parámetros que muestren una relación predecible con el ciclo de vida del componente. Algunos ejemplos de dichos parámetros son los siguientes:
Vibración de cojinetes
Temperatura de las conexiones eléctricas
Resistencia del aislamiento de la bobina de un motor
El uso del mantenimiento predictivo consiste en establecer, en primer lugar, una perspectiva histórica de la relación entre la variable seleccionada y la vida del componente. La Figura 1 muestra una curva típica que resulta de graficar la variable (vibración) contra el tiempo.
Figura 1. Vibración versus tiempo para un cojinete. Datos Obtenidos del
Como la curva lo sugiere, deberán reemplazarse los cojinetes subsecuentes cuando la vibración alcance 1,25 in/seg. (31,75 mm/seg.). Los fabricantes de instrumentos y software para el mantenimiento predictivo pueden recomendar rangos y valores para reemplazar los componentes de la mayoría de los equipos.
Metodología de las Inspecciones
Una vez determinada la factibilidad y conveniencia de realizar un mantenimiento predictivo a una máquina o unidad, el paso siguiente es determinar la o las variables físicas a controlar que sean indicativas de la condición de la máquina. El objetivo de esta parte es revisar en forma detallada las técnicas comúnmente usadas en el monitoreo según condición, de manera que sirvan de guía para su selección general. La finalidad del monitoreo es obtener una indicación de la condición (mecánica) o estado de salud de la máquina, de manera que pueda ser operada y mantenida con seguridad y economía.
Por monitoreo, se entendió en sus inicios, como la medición de una variable física que se considera representativa de la condición de la máquina y su comparación con valores que indican si la misma está en buen estado o deteriorada. Con la actual automatización de estas técnicas, se ha extendido la acepción de la palabra monitoreo también a la adquisición, procesamiento y almacenamiento de datos. De acuerdo a los objetivos que se pretende alcanzar con el monitoreo de la condición de cualquiera máquina debe distinguirse entre vigilancia, protección, diagnóstico y pronóstico.
Vigilancia. Su objetivo es indicar cuándo existe un problema. Debe distinguir entre condición buena y mala, y si es mala indicar cuán mala es.
Protección. Su objetivo es evitar fallas catastróficas. Una máquina está protegida, si cuando los valores que indican su condición llegan a valores considerados peligrosos, la máquina se detiene automáticamente.
Diagnóstico de fallas. Su objetivo es definir cuál es el problema específico. Pronóstico de vida. Su objetivo es estimar cuánto tiempo más podría funcionar la máquina sin riesgo de una falla catastrófica.
En el último tiempo se ha dado la tendencia a aplicar mantenimiento predictivo o sintomático, sea, esto mediante vibró análisis, análisis de aceite usado, control de desgastes.
Técnicas aplicadas al mantenimiento predictivo
Según Rosaler, (1997). Existen varias técnicas aplicadas para el mantenimiento predictivo entre las cuales se tienen las siguientes:
Análisis de vibraciones.
El interés de las vibraciones mecánicas llega al mantenimiento industrial de la mano del mantenimiento preventivo y predictivo, con el interés de alerta que significa un elemento vibrante en una máquina, y la necesaria prevención de las fallas que traen las vibraciones a medio plazo.
El interés principal para el mantenimiento deberá ser la identificación de las amplitudes predominantes de las vibraciones detectadas en el elemento o máquina, la determinación de las causas de la vibración, y la corrección del problema que ellas representan. Las consecuencias de las vibraciones mecánicas son el aumento de los esfuerzos y las tensiones, pérdidas de energía, desgaste de materiales, y las más temidas: daños por fatiga de los materiales, además de ruidos molestos en el ambiente laboral.
Parámetros de las vibraciones
Frecuencia: Es el tiempo necesario para completar un ciclo vibratorio. En los
estudios de Vibración se usan los CPS (ciclos por segundo) o HZ (hercios).
Desplazamiento: Es la distancia total que describe el elemento vibrante, desde un
extremo al otro de su movimiento.
Velocidad y Aceleración: Como valor relacional de los anteriores.
Dirección: Las vibraciones pueden producirse en 3 direcciones lineales y 3
Tipos de vibraciones:
Vibración libre: causada por un sistema vibra debido a una excitación instantánea.
Vibración forzada: causada por un sistema vibra debida a una excitación constante las causas de las vibraciones mecánicas
A continuación se detallan las razones más habituales por las que una máquina o elemento de la misma puede llegar a vibrar:
Vibración debida al Desequilibrado (maquinaria rotativa).
Vibración debida a la Falta de Alineamiento (maquinaria rotativa) Vibración debida a la Excentricidad (maquinaria rotativa).
Vibración debida a la Falla de Rodamientos y cojinetes.
Vibración debida a problemas de engranajes y correas de Transmisión (Holguras, falta de lubricación, roces, etc.)
Análisis de lubricantes
Estos se ejecutan dependiendo de la necesidad, según:
Análisis Iniciales: se realizan a productos de aquellos equipos que
presenten dudas provenientes de los resultados del Estudio de Lubricación y permiten correcciones en la selección del producto, motivadas a cambios en condiciones de operación.
Análisis Rutinarios
Aplican para equipos considerados como críticos o de gran capacidad, en los cuales se define una frecuencia de muestreo, siendo el objetivo principal de los análisis la determinación del estado del aceite, nivel de desgaste y contaminación entre otros.
Análisis de Emergencia:
Se efectúan para detectar cualquier anomalía en el equipo y/o Lubricante, según:
Contaminación con agua
Sólidos (filtros y sellos defectuosos). Uso de un producto inadecuado
Equipos
Bombas de extracción Envases para muestras Etiquetas de identificación Formatos
Este método asegura que se tendrá:
Máxima reducción de los costos operativos.
Máxima vida útil de los componentes con mínimo desgaste. Máximo aprovechamiento del lubricante utilizado.
Mínima generación de efluentes.
Gráficos e historial
Para la evaluación de las tendencias a lo largo del tiempo.
De este modo, mediante la implementación de técnicas ampliamente investigadas y experimentadas, y con la utilización de equipos de la más avanzada tecnología, se logrará disminuir drásticamente:
Tiempo perdido en producción en razón de desperfectos mecánicos. Desgaste de las máquinas y sus componentes.
Horas hombre dedicadas al mantenimiento. Consumo general de lubricantes
Análisis por ultrasonido.
Según Bittel (1992). Este método estudia las ondas de sonido de baja frecuencia producidas por los equipos que no son perceptibles por el oído humano. El ultrasonido pasivo es producido por mecanismos rotantes, fugas de fluido, pérdidas de vacío, y arcos eléctricos. Se pueden detectar mediante la tecnología apropiada. Ver Figura 2
Figura 2. Diagrama de Frecuencia. Datos Obtenidos del Autor: Franco,
Irene (2004)
El Ultrasonido permite: Detección de fricción en máquinas rotativas, detección de fallas y/o fugas en válvulas, detección de fugas de fluidos, pérdidas de vacío, detección de "arco eléctrico", verificación de la integridad de juntas de recintos estancos.
Se denomina Ultrasonido Pasivo a la tecnología que permite captar el ultrasonido producido por diversas fuentes.
El sonido cuya frecuencia está por encima del rango de captación del oído humano (20-a-20.000 Hertz) se considera ultrasonido. Casi todas las fricciones mecánicas, arcos eléctricos y fugas de presión o vacío producen ultrasonido en un rango aproximado a los 40 Khz. Frecuencia con características muy aprovechables en el Mantenimiento Predictivo, puesto que las ondas sonoras son de corta longitud atenuándose rápidamente sin producir rebotes. Por esta razón, el ruido ambiental por más intenso que sea, no interfiere en la detección del ultrasonido. Además, la alta direccionalidad del ultrasonido en 40 Khz. permite con rapidez y precisión la ubicación de la falla.
La aplicación del análisis por ultrasonido se hace indispensable especialmente en la detección de fallas existentes en equipos rotantes que
giran a velocidades inferiores a las 300 RPM, donde la técnica de medición de vibraciones se transforma en un procedimiento ineficiente.
De modo que la medición de ultrasonido es en ocasiones complementaria con la medición de vibraciones, que se utiliza eficientemente sobre equipos rotantes que giran a velocidades superiores a las 300 RPM.
Al igual que en el resto del mundo industrializado, la actividad industrial en nuestro País tiene la imperiosa necesidad de lograr el perfil competitivo que le permita insertarse en la economía globalizada. En consecuencia, toda tecnología orientada al ahorro de energía y/o mano de obra es de especial interés para cualquier Empresa.
Termografía. La Termografía Infrarroja es una técnica que permite, a
distancia y sin ningún contacto, medir y visualizar temperaturas de superficie con precisión.
Figura 3. Imagen Termografica. Datos Obtenidos del Autor: Franco, Irene
(2004)
Los ojos humanos no son sensibles a la radiación infrarroja emitida por un objeto, pero las cámaras termográficas, o de Termovisión, son capaces de
medir la energía con sensores infrarrojos, capacitados para "ver" en estas longitudes de onda. Esto nos permite medir la energía radiante emitida por objetos y, por consiguiente, determinar la temperatura de la superficie a distancia, en tiempo real y sin contacto.
La gran mayoría de los problemas y averías en el entorno industrial ya sea de tipo mecánico, eléctrico y de fabricación están precedidos por cambios de temperatura que pueden ser detectados mediante la monitorización de temperatura con sistema de Termovisión por Infrarrojos. Con la implementación de programas de inspecciones termográficas en instalaciones, maquinaria, cuadros eléctricos. Es posible minimizar el riesgo de una falla de equipos y sus consecuencias, a la vez que también ofrece una herramienta para el control de calidad de las reparaciones efectuadas. El análisis mediante Termografía infrarroja debe complementarse con otras técnicas y sistemas de ensayo conocidos, como pueden ser el análisis de aceites lubricantes, el análisis de vibraciones, los ultrasonidos pasivos y el análisis predictivo en motores eléctricos. Pueden añadirse los ensayos no destructivos clásicos: ensayos, radiográfico, el ultrasonido activo, partículas magnéticas.
El análisis mediante Cámaras Termográficas Infrarrojas, está recomendado para: Instalaciones y líneas eléctricas de Alta y Baja Tensión. Cuadros, conexiones, bornes, transformadores, fusibles y empalmes eléctricos. Motores eléctricos, generadores, bobinados. Reductores, frenos, rodamientos, acoplamientos y embragues mecánicos. Hornos, calderas e intercambiadores de calor. Instalaciones de climatización. Líneas de producción, corte, prensado, forja, tratamientos térmicos.
Las ventajas que ofrece el Mantenimiento Preventivo por Termovisión son: Método de análisis sin detención de procesos productivos, ahorra gastos. Baja peligrosidad para el operario por evitar la necesidad de contacto con el equipo. Determinación exacta de puntos deficientes en una línea de proceso. Reduce el tiempo de reparación por la localización precisa de la Falla.
Facilita informes muy precisos al personal de mantenimiento. Ayuda al seguimiento de las reparaciones previas.
Calidad
Según ELECENTRO. (1999) En cuanto a la calidad de servicio se han definido limitaciones en las variaciones de voltaje que pueda tener el sistema de distribución en condiciones normales y en condiciones de emergencia.
Niveles de la Calidad del Servicio Eléctrico
Calidad del Servicio Técnico: De acuerdo a las Normas de Calidad del Servicio de
Distribución de Electricidad (2002).
La Calidad del Servicio Técnico prestado se analizará tomando en cuenta indicadores que muestren la frecuencia de las interrupciones del servicio eléctrico y la duración total de las mismas. Se puede definir como el “grado de cumplimiento de los valores admisibles establecidos en la Norma de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad de CADAFE Región 4 zona Aragua, determinado por las interrupciones del fluido eléctrico conforme a la frecuencia y duración de las mismas.
A objeto de determinar los indicadores, se contarán todas las interrupciones programadas o no programadas que duren más de cinco (5) minutos y que provoquen la suspensión del servicio de electricidad. Se toman en cuenta sólo las interrupciones cuyo tiempo de duración sea mayor a cinco (5) minutos, debido a que un circuito (en especial subterráneos y/o mixtos) no puede ser reconectado en un tiempo menor a cinco minutos, por razones de seguridad a personas, protección de los alimentadores y desconexión de los equipos eléctricos de los clientes.
Existen dos tipos de causas que pueden provocar las interrupciones del servicio eléctrico, ellas son: Las causas internas o propias de la distribución y las causas externas o ajenas a la distribución las cuales pueden ser originadas en las
instalaciones de otro prestador del servicio de distribución, transporte o las relacionadas a la generación.
Calidad del Servicio Comercial
La calidad del servicio comercial se evaluará a través de parámetros que consideran los aspectos relacionados con una atención eficiente y efectiva al usuario, tales como:
1. Atención y corrección de los reclamos presentados por los usuarios. 2. Satisfacción oportuna de las solicitudes de conexión del servicio.
3. En Cadafe Región 4 zona Aragua se han adoptado ciertos criterios a fin de obtener un mínimo de confiabilidad del sistema de distribución.
Cuadro 1
Límites de Variación de Tensión.
Sistema Condiciones Normales Condiciones de Emergencia Líneas de Subtransmisión 34.5 KV 24 KV 10 % 13 %
Líneas de Distribución Primaria 34.5 KV
24 KV 13.8 KV
5 % 7 %
Nota: Datos tomados Instructivo para el Análisis de Operación del Sistema de Distribución de CADAFE (2002).
Sistema de Potencia
Manual del Operador de las Subestaciones de Transmisión de CADAFE. (1995): Es el conjunto de instalaciones que comprende la generación, transmisión, distribución cargas y protecciones las cuales tienen como objetivos establecer un enlace que permita el transporte de energía eléctrica desde las fuentes de recursos energéticos hasta los consumidores.
De acuerdo a las Normas de Calidad del Servicio de Distribución de Electricidad (2002). Se denomina sistema de distribución al conjunto de instalaciones desde 120 V hasta tensiones de 34.5 KV encargadas de entregar la energía eléctrica a los usuarios.
El sistema de distribución comienza a partir de la barra de una subestación de distribución (donde termina la transmisión o subtransmisión), de la cual se derivan los alimentadores de distribución.
Los alimentadores de distribución son aquellos circuitos que transmiten la energía desde la subestación de distribución hasta los puntos de consumo, y están formados por el troncal y los ramales. El troncal del alimentador es la ruta de mayor KVA de carga por metro lineal de recorrido; y los ramales del alimentador son derivaciones directas, del circuito troncal sirviendo para alimentación de las cargas o para efectuar enlaces entre circuitos. Los transformadores de distribución son transformadores reductores cuyo lado de alta tensión (A.T) opera en igual tensión que la del circuito primario al cual esta unido y cuyo lado de baja tensión posibilita la alimentación eléctrica de los consumidores en una tensión adecuada.
Clasificación de los Sistemas de Distribución según el Tipo de Carga
Sistemas de Distribución Industriales
Según el Instructivo para análisis de operación de Sistema de distribución. CADAFE, 2000. Estos sistemas presentan grandes consumidores de energía eléctrica, como plantas petroquímicas, de acero, de papel y otros procesos industriales.
Sistemas de Distribución Comerciales
Estos sistemas son los que se desarrollan para grandes complejos comerciales o municipales como rascacielos, bancos, supermercados, escuelas, etc.
Estos sistemas en la mayoría de los casos, consisten en grandes redes de cables subterráneos o aéreos desarrolladas en zonas densamente pobladas.
Sistema de Distribución Rural
Esta área de la distribución es la que tiene la densidad de carga mas baja de las mencionadas anteriormente y por ello requiere soluciones especiales que incluyan tanto las estructuras como los equipos.
Confiabilidad de un Sistema de Distribución
Según CADAFE. (1995): “Se entiende por confiabilidad de un sistema, la probabilidad de que este funcione adecuadamente durante su vida útil, cuando se encuentra sometido a condiciones de operación para los cuales está diseñado” (p.31) El análisis de la confiabilidad de un sistema se reduce a verificar que su funcionamiento sea satisfactorio de acuerdo a sus características de diseño en las condiciones actuales de operación.
La confiabilidad de un sistema eléctrico, es muy importante, de aquí, su relación entre ésta definición y la presente investigación. Para la determinación del grado de confiabilidad se requiere de una evaluación en condiciones anticipadas de operación y la continuidad del servicio eléctrico requerido para la carga que ha de servir, todo con el fin de mantener el servicio dentro de los parámetros adecuados de operación.
Factor de Utilización de los Conductores
El criterio de CADAFE, en lo referente al factor de utilización de los conductores establece que ninguno de los conductores del troncal o de las ramificaciones que poseen puntos de transferencia con otros circuitos, deberán cargarse a más de 2/3 de su capacidad nominal (66,6 %) en condiciones normales de operación; esto con la finalidad de disponer de una reserva de un tercio de la capacidad total del conductor para auxiliar a otros circuitos en caso de emergencia, o alimentar cargas nuevas que se incorporen al sistema. Ver Figura 4.
Figura 4. Esquema General de un Sistema de Potencia ó Red Eléctrica, Datos
tomados del Manual de Operaciones del C.O.D.A. de Elecentro. (2001)
Red Primaria de Distribución
Esta se encarga de tomar la energía de las barras de baja tensión de la subestación transformadora y la reparte a los primarios de los transformadores de distribución situados en las casetas o cabinas transformadoras. En Venezuela se ha establecido los niveles de tensión de 13.8 y 34.5 KV, los cuales representan el 90% de la actividad de la distribución primaria.
Subestaciones Eléctricas
Harper, G. (1982), Se definen como un “conjunto de máquinas, aparatos y circuitos que tienen la función de modificar los parámetros de la potencia eléctrica (tensión – corriente) y de proveer un medio de interconexión y despacho entre las diferentes líneas de un sistema eléctrico”. (p. 26.)
Puntos de Seccionamiento de la Red:
Con el fin de lograr una mayor rapidez en la localización de fallas y de reducir el número de suscriptores sin servicio como consecuencia de las interrupciones, se usarán los siguientes criterios, para determinar si el número de seccionadores instalados en la red es el adecuado:
Tener un punto de seccionamiento cada 500 KVA de capacidad instalada en los troncales.
Poseer puntos de seccionamiento en todas las derivaciones importantes de un circuito.
Instalar un punto de seccionamiento cada 2 Km. en aquellos tramos con baja densidad de carga.
Seccionamiento
Por lo menos debe haber un punto de seccionamiento cada 800 m, o cada bloque de carga mayor a 1000 KVA alimentada desde el troncal.
Los seccionadores a utilizar deben ser tripolares de operación con carga de 600 A.
Falla o Cortocircuito
Son todos los defectos provocados por un contacto, bien entre un conductor y tierra o cualquier pieza metálica unida a ella o bien entre conductores.
Entre las múltiples causa de los cortocircuitos se tienen:
1. De origen eléctrico: puede ser por la alteración de un aislante que resulta incapaz de soportar la tensión.
2. De origen Mecánico: puede ser por la rotura de conductores o aisladores, a la caída de un objeto extraño sobre una línea aérea.
3. De origen atmosférico: Originado por el rayo que alcanza los conductores de una línea, tempestad, hielo o niebla, que puede originar aproximación de conductores o alteraciones de la superficie de los aisladores.
4. Por falsas maniobras: Apertura en carga de un seccionador.
Pérdidas en los Sistemas Eléctricos
Un sistema eléctrico está integrado por una serie de elementos encargados de la generación, transformación, transporte y conversión de energía eléctrica. En cada elemento y debido a diferentes causas se
producen pérdidas eléctricas que son consecuencias de una eficiencia limitada en la función que realiza el elemento.
Las pérdidas que se producen en todo los elementos que operan en un sistema eléctrico se denominan pérdidas de potencia, las cuales sumadas a la demanda instantánea de los usuarios de la energía eléctrica conforman la carga total del sistema que debe ser alimentado por los recursos de generación.
Pérdidas Según su Tipo
Pérdidas Técnicas: Se deben en general a las condiciones propias de las
instalaciones y del manejo y conducción de la energía. Están provocadas por la circulación de corriente eléctrica a través del sistema. Su magnitud depende de las características de las redes y de la carga abastecida por ésta.
Estas pérdidas se producen en todos los niveles desde las barras de salida de las plantas de generación hasta la llegada a los equipos de los usuarios, o sea en los transformadores primarios, las líneas de transmisión, subtransmisión, de distribución, acometidas a clientes y mediciones.
Cada componente del sistema (líneas, subestaciones, conductores, transformadores, medidores) tiene una resistencia asociada a sus características técnicas y tipo de material componente. En forma general la relación entre las pérdidas (P), la corriente (I) y la resistencia (R) se expresa por:
P=I
2. R
Perdidas No Técnicas: Son las pérdidas calculadas como la diferencia
entre las pérdidas totales de un sistema eléctrico y las pérdidas técnicas estimadas para el mismo.
Desde el punto de vista macroeconómico no constituyen una pérdida real para la economía, dado que la energía que no se factura es utilizada para los usuarios para alguna actividad que económicamente se integra a nivel
general, no obstante para la empresa representa una pérdida económica y financiera ya que solo recibe parte o ninguna retribución por el valor de la energía suministrada.
Aspectos Generales sobre las Mejoras a los Sistemas de Distribución.
Existe un conjunto de medidas encaminadas a que los parámetros que evalúan la calidad del servicio eléctrico indiquen una condición eficiente de explotación.
Estas mejoras pueden ser técnicas cuando están dirigidas a la reconstrucción y modernización de los circuitos, las cuales implican inversiones más o menos considerables, u organizativas cuando no requieren grandes gastos para su ejecución.
Mejoras Organizativas.
1. Reubicación de Transformadores
Con la determinación del centro de carga a partir del cartograma y la localización del transformador lo más cerca a éste, se hace posible llevar la línea de tensión primaria al centro de consumo de energía de ese sector de la red, disminuyendo notablemente la extensión de los circuitos secundarios lo que lleva a una reducción de los gastos en conductores y una disminución de las pérdidas y caídas de tensión en los mismos.
2. Reducción del Exceso de Capacidad de los Transformadores
Al instalar transformadores de una capacidad mayor que la necesaria ocurren pérdidas superiores a los gastos que se producirían por utilizar un transformador cuya capacidad nominal estuviera en correspondencia con la magnitud de la carga. Este incremento de las pérdidas se debe a los altos valores que toma la corriente de magnetización.
Como consecuencia de la reducción del exceso de capacidad, se pueden recuperar transformadores, disminuir el consumo de reactivo y las pérdidas netas del circuito.
3. Reducción de la Tensión en Mínima Demanda.
Al disminuir la demanda, se reducen las corrientes y por ende las pérdidas de potencia, trayendo consigo un aumento en la tensión en la red.
De la característica estática (frecuencia constante) de la potencia reactiva de la carga en función de la variación de la tensión se tiene que con el aumento del voltaje por encima del valor nominal aparece un aumento del consumo de potencia reactiva en el sistema.
Los sistemas de distribución se caracterizan porque sus cargas son mayoritariamente una combinación de carga motora (asincrónica) y transformador es por lo que el aumento de la tensión por encima del valor nominal produce una disminución de las pérdidas por dispersión y un aumento de las mismas por corrientes de magnetización. El predominio de estas últimas incrementa la carga del sistema por lo que si en horario de mínima demanda se logra reducir la tensión se obtiene una reducción de pérdidas en el sistema.
4. Reordenamiento de la Carga
En las horas pico, es donde se produce la máxima demanda de energía eléctrica, por lo que se hace necesario que hasta las máquinas generadoras menos eficientes tengan que funcionar. Cuando la demanda es superior a la generación se hace necesario interrumpir algunas cargas, con la consiguiente molestia y afectación a los consumidores del servicio eléctrico, en estos casos se hace evidente la necesidad del ajuste de cargas, que consiste en trasladar las cargas de las horas de máxima demanda hacia las horas de menos demanda.
Esta es una medida a realizar a nivel de consumidores ya que debe existir un adecuado control y regulación de las cargas eléctricas y aplicarse con una
periodicidad anual o menor en caso de que los cambios en el proceso de producción o servicios modifiquen la carga a su ajuste.
5. Balance de Cargas de los Circuitos
El desbalance de la carga en un circuito se debe fundamentalmente a la conexión arbitraria de cargas monofásicas en las líneas.
El desbalance de las cargas provoca que las corrientes que circulan por los conductores sean diferentes con lo que algunas se sobrecargan provocando pérdidas adicionales por el incremento de la densidad de corriente, mientras que otras mantienen condiciones ventajosas de transmisión.
Cambio del Calibre de los Conductores
Esta medida es utilizada para reducir los valores de los índices de caída de tensión y pérdidas de potencia en las líneas, en aquellos tramos donde la conjugación de los efectos de la longitud, la sección del conductor y la corriente que circula por los mismos provocan elevados valores de estos índices.
Sistemas de Protección
Romero, C. (1980), a firma que la continuidad y la calidad del suministro de energía eléctrica “es uno de los objetivos del funcionamiento del sistema de protección, ya que los mismos determinan la continuidad del suministro presentado por las empresas eléctricas a los suscriptores”. (p.53)
Todos los sistemas eléctricos, cualquiera que sea su naturaleza, están expuestos a la ocurrencia de falla o condiciones anormales de operación que de una u otra manera afectan su normal funcionamiento. El dispositivo de protección es el encargado de detectar las ocurrencias de alteraciones o perturbaciones que se presentan en los sistemas de potencia, que le permite
luego tomar acciones correctivas tendentes a disminuir sus efectos sobre el mismo.
Objetos de un Sistema de Protección
El objetivo principal de los sistemas de protección consiste “en detectar la falla, determinar su localización y retirar rápidamente del sistema únicamente la parte necesaria para eliminar la falla del mismo” (p. 45).
Los sistemas de protección modernos, son más protección a los sistemas que una protección a los equipos, por cuanto al actuar en la forma indicada evitan que la falla dañe la calidad del servicio, lo mantienen en su más alto grado de explotación y al mismo tiempo, mejoran la continuidad del servicio a los consumidores.
Funciones de los Sistemas de Protección: Para cumplir con su objetivo
principal, los sistemas de protección realizan funciones muy variadas, algunas de las cuales se mencionan a continuación:
Retirar rápidamente del servicio la parte necesaria para despejar la falla, con el objeto de evitar que se dañe la calidad del servicio, como es el caso de un cortocircuito en cualquier parte del sistema.
Poner en operación señales luminosas o sonoras, cuando se presenta una condición de operación anormal con el objeto de que el personal de operación del sistema tome las medidas necesarias que el caso amerite, como es el de una sobrecarga en un transformador.
Retirar de servicio la parte del sistema en donde la condición anormal pueda afectarlo y a los equipos, como es el caso de una sobrecarga mantenida en un transformador que pone en peligro al propio transformador, y al mismo tiempo, al sistema.
Impedir maniobras de operación incorrectas que por error pueda cometer el personal de operación y que afectan al sistema, como puede ser una orden de sincronización cuando no existen condiciones para la misma.
