Universidad Nacional del Centro del Perú
Facultad de Ingeniería Mecánica
Análisis de fallas funcionales del sistema turbina-generador del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II - Huaral
Quispe Yale, Ulises
Huancayo 2019
Esta obra está bajo licencia https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Repositorio Institucional - UNCP
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
TESIS
PRESENTADO POR EL BACHILLER:
QUISPE YALE, Ulises
PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO MECÁNICO
HUANCAYO – PERÚ
2019
ANÁLISIS DE FALLAS FUNCIONALES DEL SISTEMA
TURBINA-GENERADOR DEL GRUPO 01 EN LA
CENTRAL HIDROELÉCTRICA BAÑOS II - HUARAL
i ASESOR
Ing. Mg. Arturo Huber Gamarra Moreno
ii AGRADECIMIENTO
Agradezco al Ing. Gamarra por el asesoramiento en la elaboración de la tesis, con sus conocimientos me ayudaron a despejar muchas dudas, al Ing. Marcial que siempre nos brinda su apoyo con la experiencia que tiene en metodología de la investigación, a toda la plana docente, alumnos y egresados de la facultad de ingeniería mecánica de la UNCP que siempre están ahí para apoyar con cualquier consulta que uno tiene, a todos los trabajadores de la empresa PIC del Perú S.A.C. ya sean supervisores, mantenedores, operadores y tomeros que apoyaron con su experiencia en los trabajos a los cuales se dedican, con las informaciones que pudieron brindar, a todos ellos un agradecimiento enorme por hacer que la tesis sea realidad.
iii DEDICATORIA
El presente trabajo de investigación es dedicado en primera instancia a señor todo poderoso por ser creyente.
A mi madre Filomena Yalli por los valores que me inculco para ser una persona de bien.
A mi padre Antonio Quispe que desde el cielo nos bendice a todos sus hijos, a mis hermanos Alejandro Quispe, José Quispe y Jhon Quispe y mis hermanas feliciana Quispe, Jhenny Quispe y Melissa Quispe que siempre confían en mí y me apoyan en cada paso y camino que voy.
Ulises Quispe Yale
iv RESUMEN
El presente trabajo de investigación surge debido a las pérdidas y variaciones de potencia del grupo 01 de la central hidroeléctrica Baños II, el cual son originados por fallas en la turbina Pelton y generador síncrono, este grupo es de eje horizontal con 2 inyectores, la potencia instalada es de 540 KW con caudal de 0.5 m3/s, el salto es de 167 metros y el diámetro de la tubería forzada de 0.9 metros.
La metodología de investigación es el deductivo porque se realizó el análisis del sistema turbina-generador hacia sus subsistemas y componentes, el tipo de investigación es básica porque aporta conocimientos de la herramienta AMEF, el nivel de investigación la descriptiva porque describe las funciones de los componentes del sistema, el diseño de investigación el descriptivo simple.
El objetivo de la investigación es analizar las fallas funcionales tanto de la turbina Pelton como del generador síncrono mediante la teoría AMEF (Análisis de modos y efectos de fallo), cuyos indicadores son la severidad, ocurrencia y detección, para luego evaluar el número de prioridad de riesgo (NPR).
Según la evaluación AMEF del sistema turbina-generador, el equipo más crítico es el regulador de velocidad con criterio de “riesgo importante”. En el sistema turbina Pelton se obtuvo 39,73% de riesgo importante y 60.27% de riesgo tolerable, en el sistema generador síncrono se obtuvo 31,72% de riesgo importante y 68,28% de riesgo tolerable.
Palabras claves: Severidad, ocurrencia y detección.
v ABSTRACT
The present research work arises due to the losses and power variations of group 01 of the Baños II hydroelectric power plant, which are caused by failures in the Pelton turbine and synchronous generator, this group is horizontal axis with 2 injectors, the power installed is 540 KW with flow of 0.5 m3/s, the jump is 167 meters and the diameter of the forced pipe 0.9 meters.
The research methodology is the deductive because the analysis of the turbine- generator system was carried out towards its subsystems and components, the type of research is basic because it provides knowledge of the AMEF tool, the level of research is descriptive because it describes the functions of the components of the system, the research designs the simple descriptive.
The objective of the investigation is to analyze the functional failures of both the Pelton turbine and the synchronous generator by means of the AMEF theory (Analysis of failure modes and effects), whose indicators are severity, occurrence and detection, and then evaluate the priority number of risk (PNR).
According to the AMEF evaluation of the turbine-generator system, the most critical equipment is the speed regulator with the criterion of “significant risk”. In the Pelton turbine system 39.73% of important irrigation and 60.27% of tolerable risk were obtained, in the synchronous generator system 31.72% of important risk and 68.28% of tolerable risk were obtained.
Key Word: Severity, occurrence and detection.
vi ÍNDICE GENERAL
Página
ASESOR ... i
AGRADECIMIENTO ... ii
DEDICATORIA ... iii
RESUMEN ... iv
ABSTRACT ... v
ÍNDICE GENERAL ... vi
ÍNDICE DE FIGURAS ... ix
ÍNDICE DE TABLAS ... xi
INTRODUCCIÓN ... 1
CAPÍTULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1 Fundamentación del problema. ... 3
1.2 Formulación del problema. ... 5
1.2.1 Problema general. ... 5
1.2.2 Problemas específicos. ... 6
1.3 Objetivos de la investigación. ... 6
1.3.1 Objetivo general... 6
1.3.2 Objetivos específicos. ... 6
1.4 Justificación... 6
1.5 Limitaciones del estudio. ... 7
vii CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes de la investigación. ... 8
2.2 Bases teóricas. ... 10
2.2.1 Análisis de modos y efectos de falla (AMEF). ... 10
2.2.2 Evaluación de riegos en el AMEF. ... 15
2.2.3 Mantenimiento centrado en la confiabilidad (RCM). ... 20
2.2.4 Centrales hidroeléctricas. ... 25
2.2.5 Pequeñas Centrales Hidroeléctricas. ... 27
2.2.6 Turbinas hidráulicas. ... 32
2.2.7 Sistemas eléctricos. ... 37
2.2.8 Generadores de potencia. ... 38
2.3 Bases conceptuales... 41
2.3.1 Fallas funcionales. ... 41
2.3.2 Turbina Pelton. ... 41
2.3.3 Generador síncrono. ... 41
2.4 Hipótesis. ... 42
2.4.1 Hipótesis general. ... 42
2.4.2 Hipótesis específicas. ... 42
2.5 Operacionalización de las variables. ... 42
CAPÍTULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 Método de investigación. ... 43
3.2 Tipo de investigación. ... 43
3.3 Nivel de investigación. ... 43
3.4 Diseño de la investigación. ... 44
3.5 Población, muestra o unidad de observación. ... 44
3.6 Técnicas e instrumentos de recolección de datos. ... 44
3.6.1 Técnicas de recolección de datos. ... 44
3.6.2 Instrumentos de recolección de datos ... 45
3.7 Procedimiento de recolección de datos. ... 45
viii CAPÍTULO IV
ANÁLISIS DE FALLAS FUNCIONALES DEL SISTEMA TURBINA- GENERADOR
4.1 Descripción de las Funciones del sistema turbina-generador. ... 47
4.2 Identificación de los modos y efectos de fallas del sistema turbina- generador. ... 56
4.3 Análisis de la severidad de fallas en el sistema turbina-generador. ... 63
4.4 Análisis de la ocurrencia de fallas en el sistema turbina-generador. ... 64
4.5 Análisis de detección de fallas del sistema turbina-generador. ... 66
4.6 Análisis del número de prioridad de riesgos (NPR) en el AMEF. ... 69
4.7 Nueva evaluación del NPR con planes de acción. ... 88
CAPÍTULO V RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 5.1 Presentación de resultados. ... 96
5.1.1 Tablas. ... 96
5.1.2 Gráficos. ... 99
5.2 Análisis estadístico de los resultados. ... 102
5.3 Prueba de hipótesis. ... 103
5.4 Discusión e interpretación de resultados. ... 103
5.5 Aportes y aplicaciones. ... 104
CONCLUSIONES ... 106
RECOMENDACIONES ... 108
BIBLIOGRAFÍA ... 110
ANEXOS ... 112
Anexo 1: Registro de trabajos de mantenimiento. ... 113
Anexo 2: Plan de mantenimiento 2018. ... 119
Anexo 3: Diagrama Funcional C.H. Baños II. ... 125
Anexo 4: Fotos. ... 126
ix ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1.1: Ubicación de la C. H. Baños II ... 3
Figura 1.2: Promedio de potencias del año 2011 hasta el 2018 ... 4
Figura 1.3: Tendencia de potencias generadas. ... 4
Figura 1.4: Ficha tecnica C. H. Baños II – Grupo 01. ... 5
Figura 1.5: Identificación del estado del NPR. ... 19
Figura 2.1: Cámara de carga C.H. Baños II. ... 27
Figura 2.2: Casa maquina . ... 30
Figura 2.3: Cubierta Turbina Pelton C.H. Baños II – G01 ... 35
Figura 2.4: Rodete Pelton C.H. Baños II – G01. ... 35
Figura 2.5: Generador síncrono C.H. Baños II – G01 ... 38
Figura 2.6: Estator C.H. Baños II – G01. ... 39
Figura 2.7: Rotor de polos salientes ... 39
Figura 2.8: Rotor cilíndrico. ... 40
Figura 4.1: Rodete Pelton. ... 47
Figura 4.2: inyector desmontado . ... 48
Figura 4.3: Válvula de admisión ... 49
Figura 4.4: Cojinete destapado. ... 50
Figura 4.5: Regulador de velocidad. ... 51
Figura 4.6: Rotor desmontado . ... 52
Figura 4.7: Estator ... 53
Figura 4.8: Excitatriz del generador síncrono. ... 54
x
Figura 4.9: Anillos rozantes con el conjunto porta escobillas. ... 55
Figura 4.10: Rodamiento acoplado en el eje . ... 56
Figura 4.11: Diagrama de Pareto de fallas en la turbina Pelton ... 65
Figura 4.12: Diagrama de Pareto de fallas en el generador síncrono. ... 66
Figura 5.1: % NPR turbina Pelton. ... 99
Figura 5.2: % NPR subsistemas turbina Pelton . ... 100
Figura 5.3: % indicadores turbina Pelton ... 100
Figura 5.4: % NPR generador síncrono. ... 101
Figura 5.5: % NPR subsistemas generador síncrono. ... 101
Figura 5.6: % indicadores del generador síncrono . ... 102
xi ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 2.1: Cuadro de clasificación según severidad de fallo ... 16
Tabla 2.2: Cuadro de clasificación según la ocurrencia ... 17
Tabla 2.3: Cuadro de clasificación según la probabilidad de no detección ... 18
Tabla 2.4: Clasificación de C. H. según su potencia ... 26
Tabla 2.5: Clasificación de C. H. según su altura de salto ... 27
Tabla 2.6: Clasificación de las turbinas de reacción según el ns ... 34
Tabla 2.7: Operacionalización de la variable de investigación ... 42
Tabla 3.1: Formato de registro de trabajos de mantenimiento ... 45
Tabla 3.2: Formato de registro de modos y efectos de falla ... 45
Tabla 4.1: Función del rodete y sus elementos ... 48
Tabla 4.2: Función del inyector y sus elementos ... 48
Tabla 4.3: Función de la válvula de admisión y sus elementos ... 49
Tabla 4.4: Función del cojinete y sus elementos ... 50
Tabla 4.5: Función del regulador de velocidad y sus elementos ... 51
Tabla 4.6: Función del rotor y sus elementos... 52
Tabla 4.7: Función del estator y sus elementos... 53
Tabla 4.8: Función de la excitatriz y sus elementos ... 54
Tabla 4.9: Función de los anillos rozantes y sus elementos ... 55
Tabla 4.10: Función de los rodamientos y sus elementos ... 56
Tabla 4.11: Modos y efectos de falla del rodete Pelton ... 57
Tabla 4.12: Modos y efectos de falla de los inyectores ... 57
Tabla 4.13: Modos y efectos de falla de la válvula de admisión ... 58
xii
Tabla 4.14: Modos y efectos de falla de la válvula de admisión ... 59
Tabla 4.15: Modos y efectos de falla del regulador de velocidad ... 59
Tabla 4.16: Modos y efectos de falla del rotor ... 60
Tabla 4.17: Modos y efectos de falla del estator ... 60
Tabla 4.18: Modos y efectos de falla de la excitatriz... 61
Tabla 4.19: Modos y efectos de falla de los anillos rozantes ... 62
Tabla 4.20: Modos y efectos de falla de los rodamientos ... 62
Tabla 4.21: Influencia de severidad de la turbina Pelton ... 63
Tabla 4.22: Influencia de severidad del generador síncrono ... 64
Tabla 4.23: Fallas ocurridas en la turbina Pelton (2011-2018) ... 64
Tabla 4.24: Fallas ocurridas en el Generador síncrono (2011-2018) ... 65
Tabla 4.25: programa de mantenimiento anual (Turbina Pelton) ... 67
Tabla 4.26: programas de mantenimiento de la turbina Pelton (2011-2018) ... 67
Tabla 4.27: Comparación de trabajos reales y teóricos (turbina Pelton) ... 68
Tabla 4.28: Programa de mantenimiento anual (Generador síncrono) ... 68
Tabla 4.29: Programas de mantto. del generador síncrono (2011-2018) ... 69
Tabla 4.30: Comparación de trabajos reales y teóricos (generador síncrono) .. 69
Tabla 4.31: Análisis de modos y efectos de falla del rodete Pelton ... 71
Tabla 4.32: Análisis de modos y efectos de falla de los inyectores ... 72
Tabla 4.33: Análisis de modos y efectos de falla de la válvula de admisión .... 75
Tabla 4.34: Análisis de modos y efectos de falla de los cojinetes ... 77
Tabla 4.35: Análisis de modos y efectos de falla del regulador de velocidad .... 79
Tabla 4.36: Análisis de modos y efectos de falla del rotor ... 82
Tabla 4.37: Análisis de modos y efectos de falla del estator ... 83
Tabla 4.38: Análisis de modos y efectos de la excitatriz ... 84
Tabla 4.39: Análisis de modos y efectos de los anillos rozantes ... 85
Tabla 4.40: Análisis de modos y efectos de los rodamientos ... 87
Tabla 4.41: Plan de acción para el rodete Pelton ... 89
Tabla 4.42: Plan de acción para los inyectores ... 90
Tabla 4.43: Plan de acción para la válvula de admisión ... 91
Tabla 4.44: Plan de acción para los cojinetes ... 92
Tabla 4.45: Plan de acción para el regulador de velocidad ... 93
Tabla 4.46: Plan de acción para la excitatriz ... 94
xiii
Tabla 4.47: Plan de acción para los anillos rozantes ... 95
Tabla 5.1: Resultados del NPR de la turbina Pelton ... 96
Tabla 5.2: Resultados del NPR del generador síncrono ... 98
Tabla 5.3: Análisis estadístico del NPR de la turbina Pelton ... 102
Tabla 5.4: Análisis estadístico del NPR del generador síncrono ... 103
1 INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de investigación tiene por título “ANÁLISIS DE FALLAS FUNCIONALES DEL SISTEMA TURBINA-GENERADOR DEL GRUPO 01 EN LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA BAÑOS II – HUARAL”, esta tesis se elaboró en base a los problemas de caídas, perdidas y variaciones de potencia del grupo generador 01 de la C.H. Baños II perteneciente a la compañía minera VOLCAN S.A.C., este grupo es de eje horizontal con 2 inyectores, la potencia instalada es de 540 KW con caudal de 0.5 m3/s, el salto es de 167 metros y el diámetro de la tubería forzada de 0.9 metros, la energía que se genera sirve de alimentación a los procesos productivos de la unidad minera CHUNGAR, por ello la central hidroeléctrica tiene que generar la mayor cantidad posible de energía eléctrica.
El presente trabajo está constituido por cinco capítulos que detallamos a continuación.
Capítulo I, este capítulo contiene el problema que originó la investigación el cual es las pérdidas y variaciones de potencia del grupo 01 de la C.H. Baños II, de ahí que el problema general resulto ser ¿Cómo analizar las fallas funcionales del sistema turbina-generador del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II – Huaral?, el objetivo de la investigación es analizar estas fallas funcionales, en las limitaciones no se encontró con fichas técnicas originales de la turbina Pelton ni del generador síncrono.
Capítulo II, este capítulo está compuesto por el marco teórico, se cuenta con cinco antecedentes de tesis relacionados a centrales hidroeléctricas y
2 metodología análisis de modos y efectos de falla (AMEF), en las bases teóricas se menciona teoría sobre la metodología AMEF de los autores Peña J. y Chrysler LLC., también se mencionan teorías del mantenimiento centrado en la confiabilidad (RCM), centrales hidroeléctricas, turbinas Pelton y generadores síncronos.
Capítulo III, este capítulo contiene la metodología de investigación, el tipo es básica porque amplia el conocimiento de las fallas funcionales, el nivel es descriptivo porque se realiza descripciones de las funciones del sistema cuya unidad de observación es la turbina Pelton y Generador del Grupo 01 de la Central Hidroeléctrica Baños II, se utilizó las fichas técnicas disponibles de la turbina y generador, cuadernos de operación y mantenimiento, registros del SCADA, formatos y otros para la recolección de datos.
Capitulo IV, este capítulo contiene el tema de la elaboración de la tesis, el cual es el análisis de fallas funcionales del sistema turbina-generador, para lo cual se analizó por separado a la turbina Pelton y al generador síncrono, en este análisis de utilizó la herramienta del análisis de modos y efectos de fallo (AMEF) el cual comprende la descripción de las funciones, identificación de los modos de fallas, el análisis de severidad (S), ocurrencia (O) y la detección (D) para luego obtener el número de prioridad de riesgo (NPR), si el riesgo es alto se vuelve a evaluar con planes de acción para obtener un nuevo NPR y disminuir el riesgo, este análisis se realizó en formatos AMEF.
Capítulo V, este capítulo contiene los resultados de la investigación, estos resultados se plasman en tablas y gráficos de lo cual según la evaluación de la metodología AMEF se obtuvo un NPR de 270 (riesgo importante) en los modos de fallas del regulador de velocidad (equipo más crítico con riesgo importante) de la turbina Pelton y un NPR de 245 (riesgo importante) en los modos de fallas de la excitatriz del generador síncrono. Estos números de prioridad de riego resultaron ser los mayores, los cuales se volvieron evaluar para disminuir el riesgo con propuestas de planes de acción.
El autor
3 CAPÍTULO I
PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1 Fundamentación del problema.
En el Departamento de Lima, Provincia de Huaral, Distrito de Atavillos Alto, aproximadamente a 2 Km de la Comunidad San José de Baños se encuentra la Central Hidroeléctrica Baños II a una altitud de 4050 m.s.n.m.
Figura 1.1: Ubicación de la C. H. Baños II.
Fuente: Google Maps.
La Central Hidroeléctrica Baños II cuenta con 2 grupos de generación perteneciente a la Compañía Minera Volcán S.A.C, el grupo 01 tiene una potencia instalada de 540 KW y está compuesto por una turbina Pelton y un generador síncrono, este grupo ha trabajado y trabaja por debajo de su
4 potencia de instalación, en los cuales ha llegado a trabajar a un máximo de 490 kW en los primeros meses del año 2013 y un mínimo de 430 KW en los meses del año 2018, todos ellos con caudal máxima constante (0.5 m3/s), según los cuadernos de registro de operación y mantenimiento del año 2011 hasta el 2018 se observa variaciones considerables y perdidas de potencia, los cuales son ocasionados por fallas en la turbina y generador, también estas fallas han ocasionado paradas no programadas.
MES (promedio)
POTENCIA (KW) por año
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
ENERO 445 468 490 478 478 478 458 440
FEBRERO 443 465 490 480 478 478 462 440
MARZO 444 463 485 482 478 476 458 440
ABRIL 445 465 486 482 478 476 445 464
MAYO 454 468 486 484 476 476 445 448
JUNIO 452 420 475 482 476 476 448 450
JULIO 405 408 430 445 476 475 455 380
AGOSTO 405 418 485 482 476 475 408 445
SETIEMBRE 448 435 478 484 415 355 448 445
OCTUBRE 448 465 476 484 395 375 445 450
NOCIEMBRE 465 465 482 482 476 280 445 454
DICIEMBRE 468 470 482 480 475 305 445 454
Prom. Anual 451 466 483 481 477 476 450 442 Cuad. celeste Caída de potencia por falta de recurso hídrico (No se toma en cuenta)
Figura 1.2: Promedio de potencias del año 2011 hasta el 2018.
Fuente: Elaboración propia.
Figura 1.3: Tendencia de potencias generadas.
Fuente: Elaboración propia.
451
466
483 481
476 476
450 448
430 440 450 460 470 480 490
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
Potencia (KW)
AÑOS
TENDENCIA DE POTENCIAS GENERADAS
5 El Grupo 01 de la Central Hidroeléctrica opera todo el año con su máximo caudal (0.5 m3/s), e incluso con excedente de recurso hídrico, en épocas de estiaje se abren las lagunas adecuadamente para mantener la carga máxima, salvo algunas excepciones como tardanza de abrir las lagunas, desborde e interrupciones de canales y obras civiles, las cuales afectan el caudal y lo hacen variar, y por ende la potencia, estas caídas de potencia por falta de recursos hídricos no se tomaran en cuenta en la investigación.
SUPERINTENDENCIA MANTENIMIENTO CHUNGAR AREA GENERACION ELECTRICA
FICHA TECNICA C.H. BAÑOS II – GRUPO 01
TURBINA GENERADOR Regulador de velocidad
Marca J.M. VOITH Marca A.E.G. Marca J.M. VOITH Tipo Pelton – eje
horizontal Tipo DG. 126/10 Tipo D Modelo 48 Año de fab. 1955 Potencia 675 KVA Tipo aceite DTE 26 P. Instalada 540 KW Tensión 460 V
Salto H 167 m. Corriente 848 A Tubería Forzada Caudal 0.5 m3/s Frecuencia 60 Hz Longitud 250 m Velocidad 720 RPM Conexión Estrella Diámetro 0.9 m Inyectores 2 Aislamiento Clase B Espesor
Rodete 15 alabes Factor Pot. 0.80 N.º juntas 7 Válvula principal Excitatriz N.º anclajes 7 Tipo Compuerta Potencia 10.9 KW
Diámetro Tensión 110 V
Corriente 99 A
Figura 1.4: Ficha técnica C.H. Baños II – Grupo 01.
Fuente: PIC DEL PERU SAC
Con esta investigación se buscó establecer un análisis de falla con los datos cuantitativos y cualitativos de los registros de operación, mantenimiento y reportes de la turbina y generador del grupo 01 de la Central Hidroeléctrica Baños II.
1.2 Formulación del problema.
1.2.1 Problema general.
¿Cómo analizar las fallas funcionales del sistema turbina- generador del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II - Huaral?
6 1.2.2 Problemas específicos.
a) ¿Cómo analizar las fallas funcionales de la turbina Pelton del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II – Huaral?
b) ¿Cómo analizar las fallas funcionales del generador síncrono del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II – Huaral?
1.3 Objetivos de la investigación.
1.3.1 Objetivo general.
Analizar las fallas funcionales del sistema turbina-generador del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II - Huaral.
1.3.2 Objetivos específicos.
a) Analizar las fallas funcionales de la turbina Pelton del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II – Huaral.
b) Analizar las fallas funcionales del generador síncrono del grupo 01 en la central hidroeléctrica Baños II – Huaral.
1.4 Justificación.
Razones que motivaron en la investigación, esta investigación surgió porque el Grupo 01 de la Central Hidroeléctrica Baños II trabaja muy por debajo de la potencia instalada (540 KW), existiendo perdidas y variaciones considerables ocasionados por fallas en la turbina y generador, la potencia máxima registrada fue de 490 KW, y la mínima de 430 KW, estos datos fueron observado en los cuadernos de registro de operación del año 2011 hasta el 2018, estas fallas también ocasionaron paradas no programadas.
Importancia de la investigación, con este trabajo de investigación se conoció, entendió y analizo las fallas en la turbina y generador, luego se propuso medidas correctivas para que el Grupo 01 pueda trabajar constante o con pequeñas variaciones a una potencia máxima e incluso aproximarse a la potencia de instalación, también así evitar paradas no programadas.
7 Es importante también porque este trabajo de investigación ayudo a las áreas de operación y mantenimiento a mejorar sus procedimientos escritos de trabajo, tener una mayor entendimiento y visibilidad en cuanto al historial registrado de mantenimiento, tanto programado como no programado del grupo 01 de la Central Hidroeléctrica Baños II.
1.5 Limitaciones del estudio.
➢ No se cuenta con datos de la potencia activa anteriores al año 2011.
➢ Los datos cualitativos que se obtuvieron en los cuadernos de registros de mantenimiento de la turbina y generador del Grupo 01 de la Central Hidroeléctrica Baños II, no se explican detalladamente lo sucedido en los trabajos programados y no programados realizados, no se tiene un registro virtual.
➢ No se cuenta con una ficha técnica original de la turbina ni del generador, la ficha técnica que se cuenta fue elaborado por trabajadores antiguos, no está detallado.
➢ Se cuenta solo con el último informe del mantenimiento general realizado el 16 de marzo del 2018, no se cuenta con otros informes de trabajos realizados.
➢ La información sobre la experiencia de los operadores y mantenedores más antiguos en torno a los problemas suscitados en la turbina y generador del Grupo 01 de la Central Hidroeléctrica Baños II solo fue verbal.
8 CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes de la investigación.
En los antecedentes de estudio se consideró cinco trabajos de investigación los cuales son los siguientes:
➢ Huiza Amancay, William Genaro (2018) en su tesis titulada “ANÁLISIS DE FALLAS FUNCIONALES DEL SISTEMA TURBINA DE GAS EN LA CENTRAL TERMOELÉCTRICA AGUAYTÍA”, concluye que “se obtuvieron más fallas de riesgo critico la turbina en si como son (los cojinetes y el rotor) y con menor riesgo critico (riesgo aceptable) fue la admisión de aire” (Huiza, 2018, p.92).
La tesis del señor Huiza Amancay utilizo el manual del AMEF del autor Peña J. (2001), el cual es un manual entendible y practico a la hora de aplicar el AMEF, el formato es muy bueno y aplica los criterios importantes. Esta tesis nos ayudó a emplear de una forma correcta el formato del análisis de modos y efectos de falla.
➢ Abregú Ochoa, Jim Furcio (2014) en su tesis titulada “PLAN DE MANTENIMIENTO CENTRADO EN LA CONFIABILIDAD PARA MEJORAR EL FACTOR DE DISPONIBILIDAD DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA DE YUNCAN”, concluye que “se evaluó la criticidad o el riesgo de cada modo de falla, permitió analizar los posibles modos/causas de falla de los sistemas con sus severidades, lo cual a su vez hizo posible la selección de tareas de mantenimiento”
(Abregú, 2014, p.98).
9 La tesis de Abregú Ochoa, realizo su trabajo en base al mantenimiento centrado en la confiabilidad, la cual contienen estudios del análisis de modos y efectos de falla en los elementos que constituyen la central hidroeléctrica de Yuncan.
➢ Soncco Ccori, Jildo (2017) en su tesis titulada “DISEÑO DE UN PLAN DE MANTENIMIENTO APLICANDO LA METODOLOGÍA RCM PARA LOS EQUIPOS CRÍTICOS DE LA MINI CENTRAL HIDROELÉCTRICA LURINI CUYO CUYO SANDIA”, concluye que “el diagnóstico de la situación actual de los sistemas, sub sistemas y componentes de la planta con lo cual se ha podido determinar sus funciones, fallas funcionales y modos de falla” (Soncco, 2017, p.97).
La tesis de Soncco Ccori nos ayudó a tener un conocimiento de los sistemas, subsistemas y componentes de una mini central, así también las fallas más comunes de los elementos de una central hidroeléctrica, el mantenimiento RCM aplica el análisis de fallas.
➢ Chilet León, Cesar Alfredo (2004) en su informe de suficiencia titulada
“PROTECCION DE GENERADORES SINCRONOS”, concluye que “los generadores síncronos, son maquinas que tienen un comportamiento diferente al de otros elementos del sistema de potencia. Entre ellos podemos citar el desbalance de corriente que induce tensiones y corriente en el rotor elevando su temperatura” (Chilet, 2004, p.126).
El informe de suficiencia de Chilet León nos ayudó en el desarrollo del análisis del generador síncrono, ayudó también a entender los funcionamientos reales, las fallas más comunes y los sistemas de protección.
➢ Carrera Orellana, Jorge Andrés (2011) en su tesis titulada
“MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE REGULACIÓN DE VELOCIDAD EN LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA CARLOS MORA”, concluye que “el regulador de velocidad es una pieza fundamental para el funcionamiento de los generadores, la misión del mismo es mantener la velocidad de giro constante para permitir la sincronización del generador a la red de interconexión con el sistema” (Carrera, 2011,
10 p.131).
La tesis de Carrera Orellana nos ayudó a entender las funciones y fallas funcionales del regulador de velocidad, en el grupo 01 de la central hidroeléctrica Baños II se encuentra un regulador de velocidad semejante al de esta tesis que nos permitió analizar la evaluación AMEF.
2.2 Bases teóricas.
2.2.1 Análisis de modos y efectos de falla (AMEF).
El AMEF es considerado una metodología analítica, el cual es usado para analizar los problemas potenciales que se han considerado a través del proceso de desarrollo tanto del producto como del proceso. El resultado es visible porque se considera documentación del conocimiento en cuadros o tablas debidamente clasificados en grupos multifuncionales (Chrysler LLC, 2008).
El desarrollo de un AMEF, de proceso o diseño, para elaborar utiliza un enfoque común.
• Fallas potenciales del producto o proceso para cumplir con expectativas.
• Consecuencias potenciales.
• Causas potenciales de modos de fallas.
• Aplicación de controles actuales.
• Reducción de riesgos.
Antes de que cualquier documento del análisis de fallas se inicie, se tiene que definir el alcance del proyecto y buscar información detallada, ello es necesario para que el proceso del AMEF se desarrolle en forma efectivo y eficiente (Chrysler LLC, 2008).
a) Identificar al equipo.
En el desarrollo del AMEF se tiene que contar con un equipo multidisciplinario (multifuncional) cuyos integrantes deben
11 abarcan los conocimientos necesarios del tema a analizar, también se tiene que integrar el conocimiento con la experiencia para la facilidad de realización del proceso del AMEF. Es recomendable el enfoque de equipo porque con ello se tendrá la participación de todas las áreas involucradas y el benéfico de las mismas hacia un solo objetivo en el desarrollo del AMEF (Chrysler LLC, 2008).
b) Define el alcance
Establece los rangos y límites del análisis AMEF de donde se define lo incluido y excluido para poder determinar el tipo de AMEF ha desarrollado, este alcance puede llegar a los sistemas, subsistemas o componentes de un determinado equipo. Antes de iniciar con él AMEF, se debe determinar qué es lo que se va evaluar, todo lo que se incluye o excluye son importantes para el análisis. El alcance tiene que establecer el inicio del proceso con lo cual asegurar una dirección correcta y un enfoque consistente (Chrysler LLC, 2008).
Las siguientes herramientas son ayudan al alcance del AMEF:
• Modelos de funciones.
• Diagramas de bloques.
• Diagramas de Pareto.
• Diagramas de interfaces.
• Diagrama de flujo de procesos.
• Matrices de interrelaciones.
• Diagramas esquemáticos
➢ AMEF de sistemas.
El AMEF de sistemas se realiza con varios subsistemas.
Algunos ejemplos se sistemas incluyen Sistema de Chasis, Sistema de tracción o Sistema interior, etc. Este enfoque del AMEF de sistemas es encontrar todos los estados y
12 relacionarlos con los sistemas, subsistemas, medio ambiente y clientes (Chrysler LLC, 2008).
➢ AMEF de Subsistemas.
Un AMEF de subsistema está compuesto por un subconjunto de AMEF de sistemas. Por ejemplo, en un subsistema de suspensión frontal, de donde este subconjunto pertenece al sistema de Chasis. En este enfoque el AMEF de subsistemas tiene que abordar todas relaciones de los componentes del sistema con las relaciones de los otros subsistemas o sistemas (Chrysler LLC, 2008).
➢ AMEF de componentes.
El AMEF de componentes es el análisis más detallado un AMEF de sistemas. Como ejemplo sería un pedal de frenos que es un componente del equipo de frenos, y por ende pertenece al sistema del Chasis (Chrysler LLC, 2008).
c) Define al cliente.
Según el libro de Chrysler existen cuatro clientes principales que se tiene que considerar en el AMEF:
• El usuario final, es la persona o empresa que utiliza el producto el análisis AMEF afecta directamente al usuario final, un ejemplo seria la durabilidad (Chrysler LLC, 2008).
• Un centro de manufacturas y ensamblaje, son las fabricas o industrias donde se fabrican equipos originales donde se incluyen procesos de manufacturas y ensamble, como ejemplo se tendría fábricas de ensamblaje de autos, para ello se realiza una relación entre el producto y sus procesos en el análisis AMEF (Chrysler LLC, 2008).
• Manufactura en cadena de suministros, las manufacturas en cadena toman en cuenta la ubicación del proveedor de donde la manufactura, fabricación, ensamble y demás partes para producción toma un lugar importante. También se incluye la
13 fabricación de partes para producción, servicios y procesos tales como, análisis de vibraciones, soldadura, análisis térmico, pintado, tratamiento de materiales, etc. El cual se puede realizar en cualquier operación, trabajo o proceso de manufactura (Chrysler LLC, 2008).
• Reguladores, son las agencias del gobierno que establecen requerimientos y verifican los cumplimientos con especificaciones de seguridad, salud y medio ambiente en los procesos y productos que apliquen el AMEF (Chrysler LLC, 2008).
Con los conocimientos de los clientes nos ayudamos a poder definir funciones, requerimientos y especificaciones más detalladamente, también se puede determinar los efectos que relacionan con los modos de falla (Chrysler LLC, 2008).
d) Identifica Funciones, Requerimientos y Especificaciones.
Se tiene que identificar y entender las funciones, requerimientos y especificaciones relacionados al alcance definido, este es el propósito de las actividades para comprender e identificar las funciones de un proceso o diseño de un equipo especifico, el cual ayuda para la determinación de los modos de falla y efecto de cada equipo respecto a su función (Chrysler LLC, 2008).
e) Identifica Modos de Fallas Potenciales.
Los modos de fallas son definidos como las maneras de que un equipo, producto o proceso podría fallar, el cual no podría cumplir con la función para lo cual se ha sido elaborado tanto en un producto como en un proceso, se pone en supuesto una falla que podría ocurrir y que no necesariamente haya ocurrido. Una definición de la falla concisa y entendible es importante dado que enfoca el análisis apropiadamente. Los modos de fallas potenciales tienen que ser descritos en términos técnicos y no como el cliente nota como síntomas, Una cantidad grande de números de modos de fallas para pocos o para un solo
14 requerimiento puede entenderse como no conciso el requerimiento (Chrysler LLC, 2008).
f) Identifica Efectos Potenciales.
Lo que percibe el cliente son los efectos potenciales de falla los cuales surgen de los modos potencial de falla, estos efectos o impactos de fallas son los que el cliente los percibe al notar una irregularidad en la función de un producto o proceso, en donde podría ser un cliente interno o un cliente usuario final (Chrysler LLC, 2008).
Para determinar los efectos potenciales, se debe añadir el análisis de consecuencias de las fallas y la severidad de estas consecuencias (Chrysler LLC, 2008).
g) Identifica Causas Potenciales.
Las causas potenciales de las fallas son definidas como las indicaciones de como las fallas podrían ocurrir, las cuales pueden ser comprendidas en términos que se podrían controlar o corregir. las causas potenciales fallas de las funciones de un producto o proceso pueden indicarse como una debilidad del diseño, con lo cual las consecuencias partirían del modo de falla (Chrysler LLC, 2008).
La relación directa existe entre la causa y su modo de falla resultante. En la identificación de la causa raíz del modo de falla, en suficiente detalle, las cuales permiten la identificación de controles adecuados y planes de acciones aplicados. En los análisis de causas potenciales, se tienen que ejecutar por separado cada causa especifico (Chrysler LLC, 2008).
h) Identifica Controles.
En los controles se detallan las actividades a realizar para evaluar los modos de fallas y sus efectos. Se tiene que identificar los más importante que está mal o defectuoso, para poder detectarlo y prevenirlo. Estos controles se aplican al
15 diseño y proceso, los controles se enfocan en las partes críticas más elevados del AMEF (Chrysler LLC, 2008).
i) Identificación y Evaluación de Riesgos.
El paso más importante en el proceso AMEF es evaluar los riesgos, esta evaluación se realiza con tres indicadores:
severidad, ocurrencia y detección (Chrysler LLC, 2008).
➢ En la severidad se evalúa el nivel de impacto de una falla respecto al cliente.
➢ La ocurrencia es la frecuencia que causa una falla que haya ocurrido o pueda ocurrir.
➢ La detección es la evaluación de los controles del producto o proceso que detectan las fallas o modos de fallas.
j) Acciones Recomendadas y Resultados.
En las acciones recomendadas se tiene que reducir el riesgo global, también la probabilidad para que el modo de falla no ocurra. Estas acciones que se recomiendan tienen que reducir la severidad, la ocurrencia y la detección (Chrysler LLC, 2008).
• Lograr de asegurar los requerimientos de diseño, incluyendo parámetros de confiabilidad.
• Revisión de planos, dibujos y especificaciones de ingeniería.
• En la incorporación de los procesos de ensamble/manufactura se requiere la confirmación.
• Revisión de AMEF relacionados, planes de control e instrucciones de operaciones.
Cuando las acciones están completas y los resultados son los adecuados, también se deben registrar los rangos y límites de severidad, ocurrencia y detección en forma actualizada.
2.2.2 Evaluación de riegos en el AMEF.
Para la evaluación de riesgos en el AMEF se toma en cuenta la severidad (S), ocurrencia (O) y la probabilidad de no-detección (D),
16 el producto de S, O y D nos da el Número de Prioridad de Riesgo (NPR), si el NPR es elevado se tomará acciones correctoras para poder bajar el NPR.
a) Severidad.
El índice de severidad o gravedad es un parámetro independiente de la detección y frecuencia. Para poder utilizar algunos criterios comunes en la empresa u organización, se tiene que utilizar una tabla de clasificación con valores numéricos de severidad, el índice de severidad se evalúa por medio del efecto de fallo sentidas por el cliente, de lo cual se pondera valores de S (Peña , 2001).
Tabla 2.1
Cuadro de clasificación según severidad de fallo.
Criterio Valores S
Ínfima. El efecto sería imperceptible por el
usuario 1
Escasa. El cliente puede notar un fallo menor,
pero solo provoca una ligera molestia. 2-3 Baja. El cliente nota el fallo y le produce cierto
enojo. 4-5
Moderada. El fallo produce disgusto e
insatisfacción en el cliente. 6-7
Elevada. El fallo es crítico, originando un alto
grado de insatisfacción en el cliente 8-9 Muy elevada. El fallo implica problemas de
seguridad o de no conformidad con los reglamentos en vigor.
10
Fuente: Análisis modal de fallos y efectos de falla (Peña , 2001).
Si la gravedad o severidad sea 9 o 10, la detección y frecuencia sean mayor o igual que 1, se tiene que considerar el fallo por hecho, del cual el producto o proceso se les tendrá que catalogar como partes críticas. Aunque en el NPR resultante se obtenga un valor menor a lo establecido, se tiene que considerar
17 como critico porque esta severidad es muy alta el cual el efecto de fallo podría ocasionar una catástrofe (Peña , 2001).
b) Ocurrencia.
Es la Probabilidad de que alguna causa especifica se materialice y este ocasione un modo de fallo. Este índice de la ocurrencia representa un valor intuitivito más que un dato o valor estadístico matemático, pero si se disponen de datos históricos, se puede evaluar con ellos para que la interpretación sea más exacta y con un entendimiento mayor de lo sucedido (Peña , 2001).
Tabla 2.2
Cuadro de clasificación según la ocurrencia.
Criterio Valores O
Muy escasa probabilidad de ocurrencia.
Defecto inexistente en el pasado. 1 Escasa probabilidad de ocurrencia. Muy pocos
fallos en circunstancias pasadas similares. 2-3 Moderada probabilidad de ocurrencia. Defecto
apareciendo ocasionalmente. 4-5
Frecuente probabilidad de ocurrencia. En circunstancias similares anteriores el fallo se ha presentado con cierta frecuencia.
6-7 Elevada probabilidad de ocurrencia. El fallo se
ha presentado frecuentemente en el pasado 8-9 Muy elevada probabilidad de fallo. Es seguro
que el fallo se producirá frecuentemente. 10 Fuente: Análisis modal de fallos y efectos de falla (Peña , 2001).
c) Detección
El índice de detección indica la probabilidad de que la causa o modo de fallo, supuestamente haya aparecido, y este llegue al cliente. La definición de la detección es el índice de prioridad que crezca de forma semejante al resto de índices a medida que el riego aumenta. Como se puede observar, este índice está relacionado directamente con los controles que pueden detectar o predecir fallos (Peña , 2001).
18 Tabla 2.3
Cuadro de clasificación según la probabilidad de no detección.
Criterio Valores D
Muy escasa. El efecto es obvio. Resulta muy improbable que nos sea detectado por los controles existentes.
1 Escasa. El defecto, aunque es obvio y
fácilmente detectable podría raramente escapar a algún control primario, pero será posteriormente detectado.
2-3 Moderada. El defecto es una característica de
bastante fácil detección. 4-5
Frecuente. Defectos de difícil detección que con
relativa frecuencia llegan al cliente. 6-7 Elevada. El defecto es de naturaleza tal, que su
detección es relativamente improbable mediante los procedimientos convencionales de control y ensayo.
8-9 Muy elevada. El defecto con mucha
probabilidad llegara al cliente, por ser muy difícil detectable.
10
Fuente: Análisis modal de fallos y efectos de falla (Peña , 2001).
No se tiene que confundir detección con control, el control puede ser eficaz, alcanzando inclusive el 100%, pero la detección en algunos casos resultaría nula si los elementos no ajustados son enviados con errores al cliente (Peña , 2001).
d) Numero de prioridad de riesgo (NPR)
El Número de Prioridad de Riesgo (NPR) es la multiplicación de los índices de gravedad, ocurrencia, y detección, y tiene que ser evaluado para todos los modos y/o causas de fallo. Este NPR es utilizado con la finalidad de evaluar y así poder priorizar la causa potencial del fallo para implementar planes de acción con soluciones correctoras. El NPR es también conocido como IPR (índice de prioridad de riesgo) (Peña , 2001).
19
NPR Criterios
<125 1 Trivial Riego asumible con posible mejora 125<216 2 Tolerable Riego asumible con
posible mejora 216<512 3 Importante
Mejoras procedentes
512<720 4 Muy importante
Medidas
preventivas de tipo técnico
720-1000 5 Intolerable
Medidas
preventivas de tipo técnico
Figura 1.5: Identificación del estado del NPR.
Fuente: www.unifikas.com
e) Acción correctora
Este paso debe incluir descripciones breves de las acciones correctoras las cuales son recomendadas. Se debe seguir un orden para su conveniente elección (Peña , 2001).
El orden de preferencia en general será el siguiente:
• Las acciones correctoras en un mismo nivel de calidad o en un mismo valor de índice de prioridad NPR para dos casos, en más económico no emplear acciones correctoras en los controles de detección. Resulta mejor y económico reducir las probabilidades de ocurrencia que las de detección de los fallos (Peña , 2001).
• Es adecuado considerar aquellos parámetros cuyo índice de gravedad sea 10, aunque la evaluación del valor de la frecuencia sea abstracta y el NPR menor de 100 o considerar un valor limite (Peña , 2001).
f) Nuevo número de prioridad de riesgo.
Al implementar acciones correctoras, se tendrá como consecuencia nueva evaluación de los valores de ocurrencia
20 (O), gravedad (S), y/o la probabilidad de detección (D), estos nuevos valores habrán disminuido, por lo tanto, el Numero de Prioridad de Riesgo tendrá nuevos valores de S, O, D y NPR (Peña , 2001).
Si a pesar de que se haya implantado las acciones correctoras, no se ven reflejados los objetivos establecidos en algunos Modos de Fallo, se tiene que realizar una investigación, tener nuevas propuestas para implantar nuevas acciones correctoras, hasta reflejar en el NPR un valor menor con los objetivos definidos. Cuando se consiga que el NPR con todos los modos de fallo estén por debajo de los valores establecidos, se da por finalizado el AMEF (Peña , 2001).
2.2.3 Mantenimiento centrado en la confiabilidad (RCM).
“Desde el punto de vista de la ingeniería hay dos elementos que hacen al manejo de cualquier activo físico. Debe ser mantenido y de tanto en tanto quizás también necesite ser modificado”
(Moubray, 2004, p.6).
En los diccionarios más importantes se define mantener como causa que continua (Oxford), o la conservación de su estado real y existente (Webster), o conservar cada objeto en su lugar. Esto sugiere que el mantenimiento tiene significado en preservar su estado inicial. Por lo tanto, se queda en acuerdo que al modificar algo de un equipo, esto significa cambiarlo de alguna forma o manera (Moubray, 2004).
➢ Funciones y parámetros de funcionamiento.
Antes de aplicar un proceso para poder determinar que se tiene que hacer para que un activo realice aquello que sus usuarios quieren que lo haga en su entorno operacional, se requiere y necesita hallar y asegurar que es lo que sus usuarios o dueños quieren que realice (Moubray, 2004).
Las funciones primarias son la primera forma de adquirir un activo. Estas categorías de funciones primarias cubren temas
21 como producción, capacidad de carga, velocidad, calidad de activo y un buen servicio al cliente (Moubray, 2004).
Las funciones secundarias establecen que un activo o equipo realice otras cosas a parte de las funciones primarias. Los usuarios y clientes esperan expectativas en relación con el control, áreas de seguridad, confort, contención, protección, estructura, economía, integridad, cumplimiento de regulaciones ambientales, eficiencia operacional, y hasta un buen aspecto del activo (Moubray, 2004).
➢ Fallas funcionales.
Todos los objetivos del mantenimiento se definen por las funciones primarias y secundarias, cuyas expectativas del funcionamiento van asociado al activo. Existen hechos que hacen que un activo no pueda trabajar conforme a los requerimientos de sus usuarios por alguna forma de falla. Esto requiere que el mantenimiento debe cumplir objetivos de una política adecuada para poder manejar fallas existentes. Sin embargo, para poder aplicar adecuadas herramientas para poder corregir fallas existentes, se tiene que identificar que fallas ocurrirán en todo el proceso (Moubray, 2004).
“En el mundo del RCM, los estados de falla son conocidos como fallas funcionales porque ocurren cuando el activo no puede cumplir una función de acuerdo al parámetro de funcionamiento que el usuario considera aceptable” (Moubray, 2004, p.9).
➢ Modos de falla.
Cuando ya se haya identificado todas las fallas funcionales, el siguiente paso es identificar todos los suceso y hechos de una manera razonable que puedan haber ocasionado cada forma y estado de falla. Estos hechos y sucesos se denominan modos de falla. Los modos de falla identificados incluyen aquellos que hayan ocurridos en equipos similares trabajando en el mismo contexto, las fallas que en la actualidad están siendo prevenidas
22 por programas de mantenimiento existentes, así como también fallas que todavía no ocurren, pero los cuales son considerados altamente posible en el lugar de trabajo (Moubray, 2004).
➢ Efectos de falla.
En el cuarto paso del RCM, se tiene que realizar un listado con todos los efectos de falla, estos efectos de falla ocurren por cada modo de falla, lo cual la descripción debe incluir toda y cada información requerida para que se pueda realizar una evaluación correcta de las consecuencias de falla (Moubray, 2004).
• Que evidencias existe.
• De qué modo representa una amenaza para la seguridad o el medio ambiente.
• De qué manera afecta a la producción o a las operaciones.
• Que daños físicos.
• Que debe hacerse para reparar la falla.
➢ Consecuencias de la falla.
Probablemente cuando se realice un análisis a una empresa industrial, se obtenga entre tres mil y diez mil formas posibles de modos de falla. Las fallas afectan a la organización de alguna manera, pero en cada caso, la existencia de efectos es diferentes. Pueden afectar directamente las operaciones como también la calidad del producto, el servicio, la seguridad y el medio ambiente. Estas fallas para que se puedan reparar necesitaran de tiempo y dinero (Moubray, 2004).
Una característica importante del RCM es que entiende que las consecuencias de las fallas son mucho más importantes que sus características operativas y técnicas. Lo cual reconoce que al realizar cualquier tipo de mantenimiento preventivo no es evitar las fallas, sino que trata de evitar y reducir las consecuencias de las fallas. Las consecuencias en el proceso del RCM se divide en cuatro grupos (Moubray, 2004).
• Consecuencias de fallas ocultas.
23
• Consecuencias ambientales y para la seguridad.
• Consecuencias Operacionales.
• Consecuencias No-Operacionales.
➢ Proceso de selección de tareas del RCM.
Su punto fuerte del RCM es la forma en que puede proveer simples criterios, exactos y fáciles para entender, para seleccionar cuál de todas las tareas proactivas son técnicamente favorables en el margen operacional dado (si existe una forma), y así poder escoger quién debería realizarlas y con qué intervalo de tiempo (Moubray, 2004).
Si alguna tarea proactiva se puede realizar con facilidad o no, está se determina por sus características técnicas operacionales y las fallas funcionales que se pretende prevenir. Si es necesario hacerlo o no, esto va depender de la forma en que maneja las consecuencias de las fallas. Se tiene que hallar una tarea proactiva que la parte técnica sea factible y que valga la pena realizarse, para lo cual se debe tomar acciones adecuadas (Moubray, 2004).
• En las fallas ocultas, las acciones proactivas son necesarios para reducir significativamente el riesgo de las fallas en relación a su función hasta llegar a un nivel que sea tolerable y bajo (Moubray, 2004).
• En las fallas con consecuencias ambientales y de seguridad, estas tareas deben ser proactivas para poder reducir el riesgo de la falla hasta un nivel bajo o eliminarlo (Moubray, 2004).
• Cuando las fallas tienen consecuencias operacionales, se tiene que tomar medidas con tareas proactivas para poder visualizar que el costo total que se realiza a un periodo largo de tiempo tiene que ser mucho menor al costo de las consecuencias de sus operaciones más el costo de las reparaciones en un mismo tiempo por periodo (Moubray, 2004).
24
• Cuando las fallas no tienen consecuencias no operacionales, solo es necesario una simple tarea proactiva si el costo de esta tarea en un periodo de tiempo largo sea menor al costo de reparación para un mismo tiempo. Entonces estas tareas y acciones se tienen que justificar en el plano económico. Si no se puede justificar, entonces no se podrá implantar un mantenimiento programado eficaz, cuando los costos son muy elevados entonces se tendrá que tomar decisiones sobre él rediseño (Moubray, 2004).
➢ Aplicación de proceso de RCM.
Para que se pueda iniciar con el análisis de los requerimientos de mantenimiento de los equipos físicos de cualquier empresa, se necesita saber de qué equipos se trata para poder escoger a quienes de ellos se podrá aplicar el proceso del RCM. Para lo cual se tendrá que preparar un registro con todos los equipos de planta, si es la actualidad no existe se tendrá que realizar desde un enfoque inicial. Hoy en día la gran mayoría de las empresas industriales cuentan con registros de planta que son necesarios para dicho propósito (Moubray, 2004).
Planeamiento.
“Si es aplicado correctamente, RCM logra grandes mejoras en la efectividad del mantenimiento, y a menudo y lo hace sorprendentemente rápido. Sin embargo, la aplicación exitosa de RCM depende de un meticuloso planeamiento y preparación”
(Moubray, 2004, p.16).
Grupos de revisión.
Este proceso RCM abarca siete preguntas simples y básicas. En la práctica, los profesionales de mantenimiento no pueden contestar a estas preguntas por cuenta. Esto se debe ya que la mayoría de las respuestas solo pueden ser resueltas por personal de operación y producción. Por este motivo la revisión de los requerimientos de mantenimiento de cualquiera de los equipos y activos debe ser evaluado en grupos en los cuales
25 incluyan, aunque sea a un personal de mantenimiento, y otra de operaciones (Moubray, 2004).
Facilitadores.
Estos grupos encargado de la revisión trabajan con ayuda de un guía que es especialista en RCM, llamados facilitadores. Ellos son las personas más importantes del proceso para la revisión RCM. La función que cumplen es de analizar el RCM para que pueda encaminar hacia una dirección correcta, que pueda ser claramente comprendido y aplicarse correctamente, para que el grupo llegue a una decisión adecuada en forma rápida, ordenada y precisa (Moubray, 2004).
Los resultados de un análisis RCM.
“Si es aplicado en forma correcta, los resultados son planes de mantenimiento a ser realizados por el departamento de mantenimiento, procedimientos de operaciones revisados y una lista de cambios que deben hacerse al diseño del activo físico”
(Moubray, 2004, p.18).
Auditoría e implementación.
Una vez que se haya completado la revisión para cada equipo y activo físico, los directivos responsables de equipo tienen que comprobar que todas las acciones realizadas y las decisiones tomadas sean razonables y defendibles. Para luego ser aprobadas, las recomendaciones serán implementadas en los planes de mantenimiento y planeamiento, se tendrá que incorporar mejoras en los procedimientos del activo físico (Moubray, 2004).
2.2.4 Centrales hidroeléctricas.
Las Centrales hidroeléctricas se clasifican en:
a) Según el tipo de embalse.
Centrales de agua fluyentes, estos no cuentan con embalse propiamente dicho. El caudal del agua se utiliza directamente en
26 las turbinas o también se esparce por el aliviadero de la central.
Son las más construidos, en las cuales entre ellas se tiene a las centrales de mucha más potencia. Son conocidos como centrales de llanura. Su característica de aplicación es el gran caudal y la poca altura. Se instala la central en el mismo del rio o en la desviación de un canal, después de ser interceptado por un dique de contención (Mataix, 1982).
“Centrales con embalse, que aprovecha un meandro del cauce natural del rio, tubería forzada (o tubería en la cual el agua se encuentra bajo presión) y central” (Mataix, 1982, p.450).
Centrales de acumulación por bombeo, el principio básico de funcionamiento es que, en las épocas de poca demanda de energía, como seria en las horas nocturnas, de la red se utiliza la energía excedente, las cuales provienen de otras centrales conectadas con la central de bombeo, para poder bombear el agua del nivel inferior al superior (Mataix, 1982).
b) Según la potencia.
Tabla 2.4
Clasificación de C. H. según su potencia.
Clasificación Potencia
Micro centrales Máximo 99 kW
Centrales de pequeña potencia 100 a 999 kW Centrales de potencia media 1000 a 9999 kW Centrales de gran potencia Superior a 10000 kW Fuente: Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas (Mataix, 1982).
c) Según la altura de salto.
En la clasificación de las centrales según la altura de salto, esta es la más importante ya que es el salto neto el parámetro quien determina la obra civil (canal de derivación, presa, conducto forzado y central), el tipo de turbina, velocidad del grupo y también el tipo de alternador a implantar. (Mataix, 1982)
27 Tabla 2.5
Clasificación de C. H. según su altura de salto.
Clasificación Altura neta (H) Saltos de pequeña altura H ≤ 14.99 m.
Saltos de mediana altura 15.00≤ H ≤ 14.99 m.
Saltos de gran altura H ≥ 50 m.
Fuente: Mecánica de fluidos y maquinas hidráulicas (Mataix, 1982).
2.2.5 Pequeñas Centrales Hidroeléctricas.
a) Obras de captación.
“Las obras de captación por derivación a filo de agua captan el recurso del afluente sin almacenamiento, aprovechando el caudal que hay en el momento dado” (Ortiz, 2001, p.151).
Su característica de la toma convencional es que tiene una pequeña presa con cual no tiene la capacidad suficiente de almacenar agua, por el cual no tiene regulación. Esta presa determina que una parte del caudal ingrese a través de la toma y lo sobrante reboce por el aliviadero. Mayormente se instalan en la parte calmada de los ríos (Ortiz, 2001).
Figura 2.1: Cámara de carga C.H. Baños II.
Fuente: PIC del Perú S.A.C.
b) Obras de conducción.
28 En la bocatoma se capta el caudal para aprovechar la generación de energía eléctrica y este caudal es trasladado por medio de un canal lo cual puede estar a cielo abierto o cerrado, ello siempre tiene que mantenerse el caudal a presión atmosférica, su trayectoria lo realiza por accidentados valles topográficos que para ello necesita de ayuda de otras formas de acceso como son los canales, viaductos, túneles y sifones hasta llegar a la tubería de presión (Ortiz, 2001).
➢ Canal.
“Es la obra de conducción, el caudal tiene un flujo uniforme, es decir, tiene un calado y velocidad igual a lo largo del tramo, por lo tanto, el gradiente hidráulico y geométrico del cauce es constante” (Ortiz, 2001, p.174).
➢ El aliviadero.
El aliviadero es considerado una obra civil de seguridad de conducción; es el encargado de botar el agua de exceso que sobrepasa la capacidad del canal, se ubica es mayormente al inicio y final de canal. Siempre existes excesos de aguas los cuales son causados por daños en la obstrucción, largos periodos de lluvias, suciedad en los canales y derrumbes en las partes altas de ubicación de los canales (Ortiz, 2001).
➢ Desarenador.
Existes sedimentos los cuales son transportados en suspensión por el caudal de los ríos que en algunos casos pueden ocasionar problemas a raíz del deterioro que provocan en los equipos hidráulicos y mecánicos, también ocasiona problemas a la toma y al canal de conducción, por este motivo vale la pena señalar que se tiene que aprovechar un caudal medio de 10 m3/s y una concentración de sedimentos de 0.5 kg/m3, esto debe ser normal en la mayoría
29 de ríos durante toda la temporada húmeda, normalmente se tiene que derivar un volumen de agua cuyo contenido de caudal solido debe ser 432 t/día, que puede ser comprendido con facilidad en determinadas circunstancias, estos sedimentos ocasionaran muchos problemas en la operación (Cuesta & Canovas, 2015).
c) Cámara de carga.
“La demanda de energía eléctrica en la PCH obligan a una regulación de caudal que pasa por la turbina, la cual crea ondas de oscilación en la tubería de presión que deben ser amortiguadas en la cámara de presión” (Ortiz, 2001, p.217).
d) Tubería de presión.
En la mayoría de los casos la tubería de presión es perfectamente recta, pero no se da en todos los casos, hay ocasiones donde es difícil obtener ello, debido al contexto del terreno. Esto obliga a tener que ajustar al perfil de terreno topográficamente, con ayuda de estructuras de concreto que puedan apoyar el sostenimiento y a poder variar las pendientes con anclajes (Ortiz, 2001).
➢ Anclajes.
Los anclajes son bloques construidos con hormigón que sirven de apoyo estático y evitan deslizamientos de la tubería de presión. Existen anclajes de tipo abierto, este tipo de anclaje sujeta al bloque con ayuda de elementos especiales de acero, o de cualquier material macizo para cuando el hormigón cubre toda la tubería por dentro del bloque (Ortiz, 2001).
e) Casa Máquina.
30 La casa maquina es una construcción civil en el cual contiene la mayor parte de los equipos mecánicos y eléctricos, es donde se realiza la transformación de la energía hidráulica del caudal de agua en energía mecánica y luego en energía eléctrica. Su ubicación debe ser precisa porque es muy importante para el correcto funcionamiento de la central (Ortiz, 2001).
Figura 2.2: Casa maquina C.H. Baños II.
Fuente: PIC del Perú S.A.C.
Sistemas y elementos principales en una casa maquina:
➢ Válvula de admisión.
“Este es un elemento que se encuentra entre la tubería de presión y la turbina, permitiendo el paso o cierre total del flujo del caudal; no se usa para regular el caudal” (Ortiz, 2001, p.319).
➢ Turbina.
Es en la turbina donde se realiza la transformación de la energía hidráulica de presión en energía mecánica. Debido a la constante variación de demanda que existe sobre la energía eléctrica, la potencia en el eje de la turbina hidráulica tiene que variar, para que se pueda mantener la frecuencia constante; la mayoría de turbinas cuentan con un regulador de velocidad que nos ayudan a regular el caudal de acuerdo a la demanda de energía eléctrica requerida (Ortiz, 2001).
