CONSUMO ENERGÉTICO vs. MANTENIMIENTO

1º CONGRESO MUNDIAL DE MANTENIMIENTO
17º CONGRESO BRASILEÑO DE MANTENIMIENTO
CONSUMO ENERGÉTICO vs. MANTENIMIENTO
Dr. Ing. Evelio Palomino Marín (1)
Dr. Ing. Ángel Sánchez Rodríguez (2)
Resumen
Aunque la Industria Eléctrica Cubana ha logrado modernizar la inmensa mayoría de sus
Centrales Termoeléctricas –entre otras cosas– con el objetivo de quemar crudo cubano, de
características muy alejadas a las del combustible para el cual fueron concebidas estas
plantas, es menester realizar cuanto esfuerzo sea posible para disminuir el consumo de este
hidrocarburo. Sin lugar a dudas, muchas son las causas del incremento de los consumos
energéticos tanto en el sector residencial como en el sector industrial, sin embargo, en este
último la actividad de mantenimiento juega un papel muy importante, pues la pérdida de
calor, las fugas de fluidos, la pérdida de hermeticidad en válvulas y sellos, la obstrucción de
tuberías y conductos por deposición de material, la utilización de filtros inadecuados o la
tupición de estos, el insuficiente intercambio de calor, los accionamientos sobre diseñados,
los bajos niveles de operación, la lubricación inadecuada, el desgaste excesivo, el empleo
de cojinetes incorrectos matizado por deficientes montajes, la presencia de solturas,
deformaciones, desbalances de masa y el subestimado desalineamiento entre otras causas,
pueden y deben estar perfectamente identificadas para su corrección bajo una óptica
proactiva. En el presente trabajo se discute fundamentalmente la influencia negativa de un
depredador energético –el desalineamiento– mostrándose resultados extraídos de
experiencias foráneas y concluyendo con dos ejemplos devenidos de consultorías y
asistencias técnicas ofrecidas por los autores a la Industria Cubana.
(1) Ingeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas, Presidente del Comité Técnico Nacional de
Vibraciones y Acústica de la República de Cuba. Profesor de Vibroacústica Aplicada en el
Centro de Estudios Innovación y Mantenimiento, CEIM-CUJAE.
(2) Ingeniero Mecánico, Doctor en Ciencias Técnicas, Presidente del Comité Técnico Nacional de
Mantenimiento SIMEI-UNAIC. Director del Centro de Estudios Innovación y Mantenimiento,
CEIM-CUJAE.
1. Introducción
Sin entrar en los detalles particulares ni en cifras precisas, baste decir que mayoritariamente
el volumen de generación de electricidad en Cuba, tiene lugar quemando combustible fósil
en Centrales Termoeléctricas. Súmele a esto los precios del petróleo en el mercado
internacional y la situación real de Cuba que no cuenta con grandes yacimientos
petrolíferos y llegará a la conclusión de que el ahorro energético juega un papel estratégico
en la economía nacional.
También sin entrar en detalles numéricos, no es difícil suponer que en el sector residencial
el problema del ahorro energético puede ser reducido al hábito de apagar las luces
innecesarias y a racionalizar el uso de los equipos electrodomésticos.
Sin embargo, en el sector industrial el problema es mucho más complejo, toda vez que
conjuntamente con el consumo energético condicionado por la propia función tecnológica
de cada industria, se encuentran un grupo nada despreciable de factores que afectan
negativamente la eficiencia energética.
No estamos en presencia de un trabajo sobre eficiencia energética y mucho menos ante un
procedimiento para el cálculo de los consumos energéticos en una instalación industrial. El
presente trabajo está encaminado a reflexionar sobre el papel decisivo que desempeña la
actividad del mantenimiento en el sector industrial fundamentalmente, que desde una óptica
proactiva tiene necesariamente que estar comprometido con la eficiencia energética.
2. Algunas reflexiones
Para hablar de consumo energético o de eficiencia energética, no basta con proponerse
disminuir el primero o incrementar la segunda, sino que es preciso concebir estrategias
acertadas para que del modo menos traumático posible se logren indicadores decorosos.
Por ejemplo, cabría hacerse las siguientes preguntas:
1. ¿Es posible mejorar algo que no se controla?
2. ¿Cuál es el indicador de consumo energético correcto o esperado?
3. ¿Están identificado los modos potenciales de fuga energética?
4. ¿Se conoce el benchmarking de consumo energético?
Sin pretender decir la última palabra al respecto, los modos potenciales de fuga energética
se pudieran definir de acuerdo con seis grupos o categorías. Estos son:
Grupo I – FUGAS
En este caso, habría que referirse entre otros a:
o Insuficiente revestimiento de conductos, tuberías y recipientes.
o Fugas en líneas de flujo a sobre presión.
o Problemas de hermeticidad en válvulas y sellos.
Grupo II – OBSTRUCCIÓN
o Deposición de residuos en el interior de conductos y tuberías.
o Estrangulación de áreas de flujo.
o Filtros inadecuados y/o sucios.
o Insuficiente intercambio de calor por las características del entorno.
Grupo III – CONCEPCIÓN
o Accionamientos sobredimensionados o con bajos niveles de demanda en
operación.
o Líneas de flujo con elevadas pérdidas por fricción y/o cambios de dirección.
o Sistemas de control insuficientes con excesivas brechas diferenciales.
Grupo IV – PROBLEMAS TRIBOLÓGICOS
o Desgaste excesivo o agarrotamiento.
o Sistemas de lubricación defectuosos.
o Selección inadecuada de lubricantes.
o Deterioro y/o contaminación de lubricantes.
Grupo V – RODAMIENTOS
o Montaje incorrecto.
o Lubricación inadecuada.
o Ausencia de pronóstico del comportamiento mecánico.
o Explotación en mal estado.
Grupo VI – VIBRACIONES
o Desalineamiento.
o Desbalance.
o Solturas.
o Deformaciones.
o ...
Desde luego, las pérdidas energéticas también tienen su modus operandi puesto que en la
inmensa mayoría de los casos se presentan de manera oculta y se van incrementando
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sutilmente hasta que definitivamente sorprenden a todo el personal involucrado, incluso a
nivel de Gerencia. Pero lamentablemente, al igual que muchos problemas crónicos, las
pérdidas energéticas llegan a ser habituales y se aprende a convivir con ellas, amén de su
efecto nefasto para la economía de cualquier país.
Luego entonces, primeramente habrá que entender suficiente y correctamente el problema,
con la consecuente disposición al cambio y la inminente implantación de un programa
proactivo de ahorro energético, con el concurso de toda la organización, con la asesoría de
especialistas multidisciplinarios, identificando y divulgando dónde se encuentra el
depredador energético y estableciendo un sistema informativo que revele las mejoras y su
repercusión económica.
3. Un depredador energético. El desalineamiento
Sin pretender convertir este artículo en un tratado sobre el desalineamiento, baste decir que
éste defecto, causante de al menos el 50% de los problemas que se presentan en la
maquinaria industrial, produce pérdidas en la eficiencia del accionamiento eléctrico e
incrementa el riesgo de fallos debido a sobrecargas en los cojinetes, sellos y acoplamientos.
Sin embargo, está más que demostrado que pequeñas mejoras en el desempeño de los
accionamientos eléctricos, pueden tener una gran incidencia en el rendimiento económico
global de la industria.
Contra la calidad de la alineación actúan factores tales como las diferencias de temperatura
a las cuales se ejecutan los trabajos de alineación y a las cuales tiene lugar la operación
habitual de la máquina, el centrado deficiente entre las tuberías que salen o llegan a la
máquinas y sus bridas, la distorsión en la estructura soporte y los deslizamientos en el
hormigón entre otros.
La Figura 1 muestra los dos parámetros –Gap y Offset– que generalmente caracterizan las
desviaciones en el acoplamiento entre dos máquinas.
Figura 1. Desviaciones en acoplamiento.
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ICI Chemicals ubicada al norte de Inglaterra, desarrolló un estudio relativo al incremento
del consumo energético en función de los dos parámetros mostrados en la Figura 1 y para
diferentes tipos de acoplamientos.
En las Figuras 2 y 3 se muestran los resultados obtenidos para un acople a través de bandas
de goma y en las Figuras 4 y 5 se muestran los resultados logrados utilizando en los
experimentos un acoplamiento por bulones.
Figura 2. Comportamiento del consumo energético en función del GAP en un acoplamiento
con bandas de goma.
Figura 3. Comportamiento del consumo energético en función del OFFSET en un
acoplamiento con bandas de goma.
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Figura 4. Comportamiento del consumo energético en función del GAP en un acoplamiento
por bulones.
Figura 5. Comportamiento del consumo energético en función del OFFSET en un
acoplamiento por bulones.
De este proyecto de investigación se obtuvieron resultados muy interesantes entre los que
se destacan:
o El desalineamiento paralelo afecta el consumo energético en mayor medida que la
desviación angular.
o Los acoplamiento por bulones son más sensibles al desalineamiento angular que el
acoplamiento por bandas de goma.
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o Se recomienda que las máquinas deban ser alineadas con un OFFSET máximo de 0,12
mm y con un GAP inferior a 0,05 mm por cada 100 mm de diámetro de coupling.
Por su parte, otro gran proyecto de investigación desarrollado por Duke Power, Eastman
Chemicals, University of Tennesse, PCB Piezotronics, Computational Systems
Incorporated y Prüftechnick-AG reportó –entre otros– dos resultados muy significativos:
o El incremento en la precisión en la alineación de los ejes produce ahorros de energía
eléctrica de entre un 1% un 10%.
o La alineación precisa de una bomba de alimentar en una Central Termoeléctrica produjo
ahorros de un 3% de energía eléctrica que se tradujeron en ahorros de alrededor de
50000 USD al año.
4. La experiencia cubana
Como quiera que el desarrollo de tales proyectos de investigación resultan extremadamente
costosos, la División de Ingeniería de Vibraciones, Ruido y Diagnóstico del Centro de
Estudios Innovación y Mantenimiento CEIM, ha desarrollado sus investigaciones
vinculadas a diferentes asistencias técnicas desarrolladas en la Industria Cubana.
A nadie escapan las bondades de la Alineación con Técnica Láser y en Cuba se han
adquirido más de una decena de estos costosos instrumentos. El autor principal del presente
trabajo, homologado con la Compañía Prüftechnick-AG ha desarrollado Programas de
Certificación en Alineación Láser para más de treinta especialistas de la industria nacional.
A continuación se resumen los resultados obtenidos como parte de un ejercicio de
instrucción práctica durante la ejecución de uno de estos Programas de Certificación.
La Figura 6 muestra el esquema de un ventilador de tiro inducido accionado por un motor
de inducción cuyos datos se resumen en la Tabla I.
Tabla I. Datos técnicos
Motor trifásico de inducción
Tensión
440 V
Intensidad de Corriente
180 A
Potencia
120 kW
cos φ
0,85
Por su parte, la Figura 7 muestra en qué situación estaba el ventilador y en la Figura 8 se
ilustra las desviaciones resultantes de la alineación con técnica láser.
Antes y después de ejecutar los trabajos de alineación, se tuvo el cuidado de registrar la
Intensidad de Corriente en el consumo del motor eléctrico lo cual reportó 150 A y 130 A
respectivamente.
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De igual forma, se calculó la diferencia en el consumo energético, lo cual reportó 12,9 kW
que de acuerdo al número de días que este ventilador opera al año y las tarifas de
retribución de esta Planta a la Empresa Eléctrica, reportó un ahorro anual estimado de 2064
USD.
Figura 6. Ventilador objeto de análisis.
Figura 7. Cómo estaba el ventilador.
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Figura 8. Cómo quedó.
Este ejemplo puede no ser muy impactante para el lector, pero es imprescindible que se
tenga presente que este no es el único ventilador que existe en esta industria con problemas
de alineación, ni que esta es la única industria en el País. A buen entendedor, con pocas
palabras.
Por último, se desea poner a la consideración del lector otra experiencia del CEIM, pero
esta vez en una fábrica de las clasificadas como Grandes Consumidores.
La Figura 9 muestra esquemáticamente el accionamiento de un Laminador de Acero.
Figura 9. Un laminador de acero.
En la Tabla II se resumen los datos técnicos del accionamiento eléctrico de este laminador.
Tabla II. Datos técnicos
Motor trifásico de inducción
Tensión
4160 V
Intensidad de Corriente
267 A
Potencia
1492 kW
cos φ
0,86
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Tabla III. Control de desviaciones antes y después de alinear
DESVIACIÓN
GAP
OFFSET
ANTES
DESPUÉS
vertical
1,77
0,47
horizontal
2,40
0,00
vertical
0,51
0,15
horizontal
0,66
0,24
Por su parte, la Tabla III muestra las desviaciones en coupling registradas antes y después
de alinear empleando la técnica láser.
De igual forma, en este caso también se registraron los consumos de corriente antes y
después de alinear, los cuales reportaron 100 A y 90 A respectivamente. Con esto se
determinó una diferencia de 57,63 kW en el consumo energético.
Finalmente, en virtud del número de horas que esta máquina como promedio se encuentra
en servicio durante un año de trabajo y las tarifas de retribución que la Empresa Eléctrica
tiene fijada para esta industria, se estimó un total de 31120 USD que se dejarían de gastar
por cada año de trabajo.
Seguramente este ejemplo sí lo habrá puesto a meditar sobre lo que representa alinear
correctamente una máquina. Si es así, entonces este artículo habrá cumplido su cometido.
5. Bibliografía
DAINTITH, E. And
P. GLATT
Reduce costs with laser shaft alignment. Hydrocarbon Proecessing®.
1996.
WESLEY, J. et. al.
Motor shaft misalignment versus efficiency analysis. P/PM
Technology. October 1997.
PALOMINO, E.
Programa de Certificación en Alineación por Rayo Láser. CEIM –
ISPJAE. Febrero 1999.
Dados para contato
Ing. Evelio Palomino Marín, Dr.C.
CEIM – CUJAE
Jefe de División, Vibraciones, Ruido y Diagnóstico
Tel: +(537) 267.18.72 +(537)267.90.74
e-mail: [email protected]
CALLE 127 s/n CAMPUS CUJAE. MARIANAO
CIUDAD DE LA HABANA. CUBA.
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