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 3 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. 4 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. 5 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. 6 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. 7 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. 8 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 9 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: epalomino@ceim.ispjae.edu.cu CALLE 127 s/n CAMPUS CUJAE. MARIANAO CIUDAD DE LA HABANA. CUBA. 10