Ciencias tcnicas y aplicadas

Artculo de investigacin

 

Anlisis termogrfico y su incidencia en los indicadores de mantenimiento de redes y equipos para la S/E Portoviejo #1, Unidad de Negocios Manab

 

Thermographic analysis and its impact on network and equipment maintenance indicators for S / E Portoviejo # 1, Manab Business Unit

 

Anlise termogrfica e seu impacto nos indicadores de manuteno de rede e equipamentos da S / E Portoviejo # 1, Unidade de Negcios Manab

 

 

William Pal Loor-Fernndez I

[email protected]

https://orcid.org/0000-0002-8390-9767

 

Luis Santiago Quiroz-Fernndez II

[email protected]

https://orcid.org/0000-0002-2962-0583

 

Yolanda Eugenia Llosas-Albuerne III

[email protected]

https://orcid.org/0000-0002-5713-0565

 

Correspondencia: [email protected]

 

*Recibido: 28 de mayo de 2021 *Aceptado: 20 de junio de 2021 * Publicado: 05 de julio de 2021

 

       I.            Ingeniero Elctrico, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Ecuador.

    II.            Magister en Administracin Ambiental, Doctor en Ciencias Tcnicas, Ingeniero Civil, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Ecuador.

III.            Doctor en Ciencias Tcnicas, Ingeniero Electricista, Universidad Tcnica de Manab, Portoviejo, Ecuador.

 

 

 

Resumen

La presente investigacin, alude al trabajo realizado en un periodo de seis meses dentro de la S/E Portoviejo #1 de CNEL EP, ubicado en la ciudad de Portoviejo y, forma parte de las estrategias de carcter preventivas, propuestas al plan de mantenimiento de la Subestacin. La realizacin de un anlisis termogrfico aplicando los criterios se encuentran establecidos por la Internacional Electric Testing Association Inc. - ANSI/NETA ATS-2017 y ANSI/NETA MTS-2011 para la deteccin y evaluacin de los puntos calientes presentes en el sistema de redes para lneas de transmisin y alimentadores de 13.8 y 69 KV respectivamente, que, acompaado de una anlisis de causa-raz evidencia el grado de afectacin en la disponibilidad de los equipos y, respalda la propuesta de implementar estrategias de mejoras al plan de mantenimiento preventivo mediante anlisis del espectro termogrfico donde, se registrarn las fichas trmicas de las mediciones peridicas de los componentes del sistema; as como, la correcta metodologa y aplicacin de las estratgicas de mantenimiento adoptadas.

El anlisis de los indicadores de gestin del mantenimiento aplicando la metodologa RAM, nos permite determinar la importancia del mencionado anlisis, como elemento de apoyo fundamental del mantenimiento del sistema y diagnosticar el estado de los componentes del alimentador primario y secundario, con el fin de aumentar la disponibilidad, y reduciendo las fallas intempestivas; alcanzando as la optimizacin de la calidad y la reduccin de costos de mantenimiento, potenciando as el mantenimiento predictivo, enfocando las actividades en el monitoreo de los equipos componentes de la Subestacin.

Palabras claves: Estrategias de carcter preventivas; plan de mantenimiento; anlisis termogrfico; evaluacin de los puntos caliente; lneas de transmisin y alimentadores; indicadores de gestin.

 

Abstract

This research refers to the work carried out in a period of six months within the S / E Portoviejo # 1 of CNEL EP, located in the city of Portoviejo and, is part of the preventive strategies, proposed to the maintenance plan of the Substation. Carrying out a thermographic analysis applying the criteria is established by the International Electric Testing Association Inc. - ANSI / NETA ATS-2017 and ANSI / NETA MTS-201 for the detection and evaluation of hot spots present in the network system for transmission lines and feeders of 13.8 and 69 KV respectively, which, accompanied by a root-cause analysis shows the degree of affectation in the availability of the equipment and, supports the proposal to implement improvement strategies to the preventive maintenance plan through analysis of the thermographic spectrum where, the thermal records of the periodic measurements of the system components will be recorded; as well as the correct methodology and application of the maintenance strategies adopted.

The analysis of the maintenance management indicators applying the RAM methodology, allows us to determine the importance of the aforementioned analysis, as a fundamental support element of the maintenance of the system and to diagnose the state of the components of the primary and secondary feeder, in order to increase availability, and reducing untimely failures; thus achieving the optimization of quality and the reduction of maintenance costs, thus enhancing predictive maintenance, focusing activities on monitoring the component equipment of the Substation.

Keywords: Preventive strategies; maintenance plan; thermographic analysis, evaluation of hot spots; transmission lines and feeders; management indicators.

 

Resumo

Esta pesquisa refere-se ao trabalho realizado no perodo de seis meses no S / E Portoviejo n 1 do CNEL EP, localizado na cidade de Portoviejo e, faz parte das estratgias preventivas, propostas ao plano de manuteno da Subestao. A realizao de uma anlise termogrfica aplicando os critrios estabelecida pela International Electric Testing Association Inc. - ANSI / NETA ATS-2017 e ANSI / NETA MTS-2011 para a deteco e avaliao de pontos quentes presentes no sistema de rede para linhas de transmisso e alimentadores de 13,8 e 69 KV respectivamente, que, acompanhada de uma anlise de causa raiz mostra o grau de impacto na disponibilidade do equipamento e apia a proposta de implementao de estratgias de melhoria do plano de manuteno preventiva atravs da anlise do espectro termogrfico onde, a registros das medies peridicas dos componentes do sistema sero registrados; bem como a correta metodologia e aplicao das estratgias de manuteno adotadas.

A anlise dos indicadores de gesto da manuteno aplicando a metodologia RAM, permite-nos determinar a importncia da referida anlise, como elemento fundamental de apoio manuteno do sistema e diagnosticar o estado dos componentes do alimentador primrio e secundrio, em a fim de aumentar a disponibilidade e reduzir as falhas prematuras; alcanando assim a otimizao da qualidade e a reduo dos custos de manuteno, potencializando a manuteno preditiva, focando as atividades no monitoramento dos equipamentos componentes da Subestao.

Palavras-chave: Estratgias preventivas; plano de manuteno; anlise termogrfica; avaliao de pontos quentes; linhas de transmisso e alimentadores; indicadores de gesto.

 

Introduccin

La Unidad de Negocios Manab, de CNEL EP posee un plan de mantenimiento, dentro del cual, no se establece la periodicidad de los anlisis termogrficos y la profundidad a detalle de los mismos. La aplicacin de estrategias de mantenimiento preventivo, basadas en el anlisis termogrfico, mediante la deteccin de puntos calientes; esto permitir a la subestacin elctrica Portoviejo #1 y sus alimentadores, obtener mejoras en el tiempo real de trabajo, tiempo de parada por fallos, el nmero de mantenimientos, a fin de optimizar el tiempo de recuperacin y el tiempo operativo, como indicadores de la gestin de mantenimiento.

La importancia de este tipo de estudios en las lneas de transmisin y distribucin es fundamental para mantener la continuidad del servicio y reducir los factores de incidencia de anomalas tcnicas que afectan a las lneas y equipos de la subestacin. El procesamiento de los datos permite obtener informacin para la evaluacin de los ndices de confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad mediante el tratamiento de los tiempos medios para reparar MTTR y el tiempo medio entre fallos MTBF.

Los alimentadores de 69 KV y las lneas de distribucin de media tensin de 13,8 KV de la subestacin Portoviejo # 1 presentan anomalas trmicas, las cuales, deben de ser tratadas y corregidas a tiempo; esto permite, definir las estrategias de mantenimiento preventivo que, pertitan establecer la periodicidad de los barridos termogrficos, para, la deteccin de puntos calientes y el anlisis correspondiente a fin de emitir un diagnstico que a su vez se convierte en una estrategia de control de mantenimiento predictivo.

Las estrategias basadas en el anlisis termogrfico y su periodicidad, permitieron justificar el proceso investigativo al aplicar tcnicas cualitativas y cuantitativas que, evalen la incidencia de estas mencionadas estrategias de mantenimiento preventivo, mediante el uso de la termografa como herramienta de apoyo para el mantenimiento predictivo, de las redes de alimentacin y transmisin de la subestacin. Con el fin de conocer los indicadores de gestin realizados por la unidad de mantenimiento y definir el nivel de disponibilidad operacional de los equipos, se aplic una metodologa de anlisis RAM [Fiabilidad, Availability, Maintainability] pretende determinar por medios probabilsticos los tiempos promedios entre fallas TPEF, los tiempos promedios para reparar TPPR.

El mantenimiento elctrico se clasifica en: tipo correctivo, preventivo, y predictivo. A pesar que el fin del mantenimiento es preservar el correcto funcionamiento de los componentes del sistema, cada uno de los tipos tiene tareas que responden al objetivo con diferente nivel de intervencin y afectacin del sistema. (Ramirez Sanabria & Cardenas Pearanda, 2018)

Dentro del mantenimiento industrial, los ensayos no destructivos y en el caso particular del anlisis termogrfico, son un elemento fundamental para el mantenimiento de los elementos componentes de un sistema. La cmara IR se emplea en el mantenimiento predictivo, desde sistemas elctricos, mecnicos, en procesos industriales, en la medicina, en veterinaria, as como la prediccin de defectos internos en materiales.

A pesar de los altos costos de los equipos de infrarrojo, poseen mayor alcance que los equipos empleados en las tcnicas de ultrasonido y radiografa limitado solo al campo de los END, los riesgos sobre la salud del operador se reducen a cero ya que los ensayos se realizan a distancia, sin contacto con la pieza y en funcionamiento, siendo los resultados que se obtienen en tiempos menores. (Eriel Prez Zapico, 2013)

La termografa es una herramienta basada en el estudio de la temperatura de los equipos e instalaciones de una empresa sin interrumpir su ciclo de produccin. Todos los objetos tienen una informacin trmica, imperceptible a simple vista pero que se pone de manifiesto mediante las cmaras termogrficas (Olarte et al., 2011).

La aplicacin del anlisis termogrfico en la identificacin de puntos en calientes permitir identificar daos en la red primaria y secundaria de la subestacin de manera oportuna, localizando el dao o deterioro en los tems componentes de las redes mencionadas. La etapa de deteccin mediante este sistema es de gran importancia porque mediante estos resultados se har el mantenimiento preventivo correspondiente.

La cmara termogrfica genera imgenes basadas en la temperatura de los objetos bsicamente midiendo la energa infrarroja que emiten y convirtiendo a continuacin dicha informacin en imgenes cuyos puntos muestran diferentes colores en funcin de la temperatura superficial de los objetos. (Cabrera Flores, 2018); y los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, adems de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre ste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiacin. (Abarca Sigcho & Iglesias Vasco, 2014).

La emisividad, la identificacin del componente y las condiciones de trabajo reales, junto con la temperatura medida, son algunos de los elementos que se utilizaran en el informe. Para que resulte ms sencillo identificar el componente, normalmente se toma una fotografa visual del defecto. (Ypez Bennett, 2016);

Esta prueba tambin se puede utilizar para el mantenimiento preventivo en lneas de transmisin de voltaje de 230 KV, 138 KV, 69 KV y 13.8 KV (Reyes Bohrquez, 2019); Ahora no es recomendable realizar inspecciones termogrficas durante los das de mucha intensidad solar (Ypez Bennett, 2016); Por tanto, la inspeccin termogrfica deber hacerse durante esa hora para tener resultados vlidos. (Reyes Bohrquez, 2019); y para los elementos similares en donde haya 3 equipos con anomalas se toma como referencia la temperatura promedio del equipo con menor deficiencia y se procede a calcular la diferencia de temperatura con la mxima de cada uno de los equipos como se muestra en la grfica siguiente y se clasifica el grado de la anomala (Ypez Bennett, 2016).

El contraste en la termografa, se relaciona con diferencias de temperaturas y de emisividad de las superficies estudiadas. Por lo general, el inters est en determinar las temperaturas y poder compensar parcialmente el efecto de la emisividad. La reflexin en la superficie de partes del sistema de las radiaciones que provienen de otra parte o del mismo; as como el efecto de los flujos convectivos representan inconvenientes que dificultan la interpretacin de las imgenes termogrficas en los ensayos no destructivos (Ypez Bennett, 2016); una parte de estas transferencias pueden estar bajo el control del operador [caso de la termografa activa] o totalmente independientes a l [caso de la termografa pasiva] (Balageas, 2007)

De aqu que se considera a la termografa comparativa como un proceso utilizado por los termgrafos para comparar componentes similares en condiciones similares para evaluar el estado del equipo que se est inspeccionando (Fluke Corporation & Snell Group 2009); as, la transferencia de calor es el paso de la energa trmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura, producido por dicha diferencia (Abarca Sigcho & Iglesias Vasco, 2014); por lo tanto, se transfiere energa de un objeto a otro mediante el contacto directo por el choque de partculas. (Ypez Bennett, 2016); de igual manera la transferencia de calor por radiacin es la ms rpida y se transmite a la velocidad de la luz y no sufre atenuacin en vaco. (Ypez Bennett, 2016).

La utilizacin correcta de la termografa comparativa, se traduce en indicadores del estado de los equipos analizados. Es de suma importancia establecer el margen de error aceptable antes de empezar una inspeccin y trabajar con mucho cuidado para no salirse de esos lmites. (Ypez Bennett, 2016)

Segn Gmez et al. (2012), El diagnostico de fallas en las redes de distribucin es de gran importancia incluso en las redes de media tensin. Del mismo modo, la identificacin y localizacin de tales eventos es un importante factor para la calidad del servicio. Para el diagnostico de fallas se emplean algoritmos que consisten principalmente en el cmputo de la impedancia de la lnea de falla, basados en el voltaje y la corriente registrados directamente en el alimentador primario. Por lo tanto, se establece una relacin entre la impedancia y la distancia de la falla, teniendo presente los parmetros de la lnea (Sullivan et al., 1996).

Estas afirmaciones enfocan a la termogrfica como una tcnica practica para el monitoreo y diagnstico de anomalas en el sistema, cuyas estrategias se enfocan en el mantenimiento predictivo para reducir el nmero de fallas, aumentando la disponibilidad operativa con la deteccin de puntos calientes, a fin de aumentar la confiabilidad de las Subestacin Portoviejo #1 de CNEL-EP de la Unidad de Negocios Manab.

 

Materiales y mtodos

Anlisis termogrfico

El contraste en la termografa, se relaciona con diferencias de temperaturas y de emisividad de las superficies estudiadas. Por lo general, el inters est en determinar las temperaturas y poder compensar parcialmente el efecto de la emisividad. La reflexin en la superficie de partes del sistema de las radiaciones que provienen de otra parte o del mismo; as como el efecto de los flujos convectivos representan inconvenientes que dificultan la interpretacin de las imgenes termogrficas en los ensayos no destructivos. (Ypez Bennett, 2016)

La termografa se debe realizar cuando existe la mayor demanda de energa en la SE, es decir, en la hora pico. En general en un Sistema Elctrico de Potencia, la hora de mayor demanda de energa ocurre alrededor de las 19H00. Por tanto, la inspeccin termogrfica deber hacerse durante esa hora para tener resultados vlidos. (Reyes Bohrquez, 2019); de igual manera el campo de visin instantneo de medida es la resolucin de la medida de una cmara termogrfica que determina el tamao mnimo que debe tener un objeto para que pueda medirse su temperatura con precisin a una distancia concreta. (Ypez Bennett, 2016)

La metodologa aplicada conjuga el conjunto de procedimiento, mtodos y tcnicas ms relevantes que permitirn llevar a cabo una sistemtica, valindose del muestreo y el anlisis estadstico y, cuyos resultados expresarn con exactitud y la confiablidad, mantenibilidad, disponibilidad y seguridad del sistema sujeto de estudio como base en la metodologa aplicada a esta investigacin. Los instrumentos de medicin permitirn sustentar este tipo de estudio, la investigacin de campo sustentada en la tecnologa de medicin infrarroja con base terica es la transferencia de calor y radiacin infrarroja entregar los datos necesarios y cuyo tratamiento permitir obtener informacin real y verificable.

La informacin obtenida de histrico de falos, informes y reportes de mantenimiento permitirn conocer el comportamiento del sistema y enfocar las actividades de mantenimiento a los tems que presentan desfases en el cumplimiento de las funciones dentro de subestacin PORTOVIEJO #1, en donde debido a la elevada demanda de consumo energtico ha obligado a la administracin general de CNEL a repotenciar sus equipos, aumentando el ndice de mantenibilidad y requiriendo una disponibilidad operativa ptima. Para particularizar nuestro objeto de estudio y analizar el comportamiento de las variables que sustentan este anlisis mediante una metodologa PHVA (Tabla 1) que nos permita conocer de mejor manera los lineamientos establecidos para el programa general de investigacin que sustenta este estudio en cada una de sus etapas.

 

Tabla 1: Programa General de investigacin Basado en el ciclo PHVA

Ciclo (PHVA)

Actividades

Planear

     Definicin del objetivo general y especfico de la investigacin con base en el anlisis termogrfico de las lneas de abastecimiento.

     Revisin de las actividades de mantenimiento intrnseco de la planta los requerimientos legales, sanitarios y ambientales dentro de las normativas vigentes.

     Asignacin de los recursos tcnicos y econmicos para la realizacin de la investigacin.

     Seleccin de los instrumentos de medicin y control de las variables dependiente e independiente en cada etapa.

     Revisin de los datos histricos de fallos para definir.

     Aplicacin de estrategias para el control y evaluacin de los indicadores de mantenimiento

     Realizacin de informes de las evaluaciones efectuadas.

Hacer

     Aplicacin la metodologa seleccionada para alcanzar los objetivos planteados en la investigacin.

     Anlisis termogrfico de redes y equipos para la S/E PORTOVIEJO #1 de CNEL EP

     Evaluacin de las fase de investigacin de campo y de laboratorio.

Verificar

     El cumplimiento de los objetivos de la investigacin.

     El cumplimiento de la metodologa planteados dentro del diseo metodolgico

     El nivel de los indicadores de mantenimiento a los sistemas sujetos de estudio

Actuar

     Generacin de informes y entrega de recomendaciones como aporte al fortalecimiento de la unidad de mantenimiento para redes y equipos para la S/E PORTOVIEJO #1 de CNEL.

Nota: La presente tabla muestra en la metodologa PHVA (Planear, Hacer, Verificar y actuar) aplicada en el programa general de investigacin para este proyecto.

 

La metodologa aplicada en esta investigacin se fundamenta de medicin mediante el empleo de una cmara termogrfica para conocer el comportamiento de redes y equipos de la S/E Portoviejo de CNEL EP durante los periodos de mayor consumo; y as, con el empleo de los datos del histrico de fallos conocer la criticidad y los valores de los indicadores de mantenimiento aplicando una metodologa de anlisis RAMS. La aplicacin de este tipo de anlisis relacionado a la termografa desprende de los principios, magnitudes y leyes entre (tabla 2).

 

MAGNITUDES

UNIDADES

Intensidad radiante

W/sr (estereorradin)

Radiancia integrada en tiempo

J/(sr*m2)

Flujo radiante

W

Irradiancia

W/m2

Dosis

J/m2

Radiancia (L)

W/(sr*m2)

Tabla 2: Magnitudes y Unidades de la Termografa

 

 

 

 

 

Nota: La presente tabla muestra en las magnitudes y unidades utilizadas para el anlisis mediante cmara termografa.

 

Instrumentos

Con la finalidad de realizar el estudio termogrfico para medir y visualizar a distancia y sin ningn contacto temperaturas de los elementos sujetos de estudio como un aporte al anlisis de la actividad de mantenimiento y la incidencia de este en la subestacin que depende del criterio de la empresa, se hace necesario evaluar los problemas y averas elctricas dentro de las instalaciones para detectar potenciales riesgos.

La eleccin correcta de la cmara termogrfica como instrumento de inspeccionar del rango de temperatura, facilita la inspeccin a distancia independientemente del tamao del objeto y su temperatura de funcionamiento. (Tabla 3)

 

Tabla 3: Datos de barrido termogrfico.

Fecha de inspeccin

17/05/2021

Localizacin

104'02.8"S 8028'31.0"W

Equipamiento

Cmara termogrfica

Fabricante

Fluke corporation

Serial de la Camara

TiS65-18060670

Rango de calibracin

-20,00C a 80,00C

IR Talla del sensor

260x195

DSP versin

3.10.30

Norma aplicada

ANSI/NETA ATS-2017 y ANSI/NETA MTS-2011

Problema potencial

Puntos Calientes

Condiciones de muestreo

Emisividad

0,95

Humedad relativa

75%

Temperatura ambiente

26,00 C

Temperatura reflejada

26,00C

Temperatura de fondo

26,00C

Velocidad del viento

8 km/h soplando de direccin suroeste

Nota: La presente tabla muestra los instrumentos y los datos necesarios para realizar el barrido termogrfico.

 

El desarrollo de la investigacin a efectuarse en la subestacin Portoviejo # 1 de CNEL EP ubicada en la provincia de Manab cantn Portoviejo, brinda cobertura necesaria a la ciudad de Portoviejo y sus alrededores con una fuente de alimentacin de 230 Kw. El diagrama elctrico unifilar de la subestacin necesario para realizar nuestra investigacin corresponde a los datos proporcionados por CNEL EP y cuya evaluacin mediante un estudio termogrfico y respaldado por un anlisis de los indicadores de mantenimiento otorgo los datos necesarios para determinar el la criticidad de los sistemas, y el procesamiento de estos para conocer cul es la mantenibilidad, disponibilidad, confiabilidad y seguridad del sistema y sostener conclusiones que afirmen el objeto de esta investigacin.

 

Equipos sujetos de estudio

Al realizar los barridos termogrficos, implementando la cmara termogrfica como instrumento de medicin al sistema, subsistemas y componentes de la sub estacin se pudo realizar una clasificacin sistemas de los componentes segn su nivel de criticidad, evaluando la focalizacin del mantenimiento en las zonas ms afectadas durante un periodo de 6 meses pudiendo constatar el nivel de los indicadores de mantenimiento por medio de un anlisis RAM que evidencia el porcentaje de confiabilidad, disponibilidad, mantenibilidad y seguridad luego de aplicar los tratamientos respectivos

Segn Vsquez Paredes (2017), se deben priorizar las actividades en razn de los componentes sometidos al anlisis termogrfico de aqu que:

Para establecer la prioridad y el grado de severidad de componentes con defecto, referenciado al 100% de su carga nominal, se utiliza la tabla de criterios de la norma NETA (International Electrical Testing Asociation), vlida nicamente para mediciones directas de temperatura, que se muestra a continuacin:

Tabla 4: Clasificacin de las fallas segn las diferencias de temperatura

NIVEL

DIFERENCIA DE TEMPERATURA (Δ T) EN BASE A LAS COMPARACIONES ENTRE LOS COMPONENTES Y EL AIRE AMBIENTE

DIFERENCIA DE TEMPERATURA ( Δ T) EN BASE A LAS COMPARACIONES ENTRE SIMILARES COMPONENTES BAJO CARGAS SIMILARES.

CLASIFICACIN

ACCIN

 

1

1C - 10C O/A

1C a 3C O/S

Posible deficiencia

La deficiencia posible; investigacin de rdenes

 

2

11C20C O/A

4C a 15C O/S

Probable deficiencia

Indica probable deficiencia; la reparacin como el tiempo lo permite

3

21C40C O/A

----------------------

Deficiencia

Monitorear hasta que las medidas correctivas se pueden realizar

4

>40CO/A

>15C O/S

Deficiencia mayor

Discrepancia importante; REPARAR INMEDIATAMENTE

Fuente: ANSI/NETA ATS-2017 TABLA 100.18. Thermographic Survey Suggested Actions Based Temperature Rise.O/A: Over Ambient: (Sobre Temperatura ambiente); O/S: Over Similar: (Sobre Temperatura de un cuerpo similar en condiciones normales).

 

El anlisis del modo efecto de fallas

Mediante una lista de comprobacin para cada tipo de equipo o de sistema y sus componentes por separado por medio se la siguiente formula:

Ecuacin 1

 

Anlisis de criticidad

El anlisis de la criticidad como fuente del problema para una calificacin deficiente y evidencia delta de temperatura como evidencia de las anomalas expuesto en los anlisis permite direccionar las actividades de mantenimiento hacia puntos focales debido a los procesos crticos de mantenimientos preventivos y reducir la tasa de fallos y la severidad de sus consecuencias. As tenemos:

Ecuacin 2

 

Matriz de criticidad

La matriz de criticidad y los riegos inherentes u ocurrencia de estos constituyendo as un factor de riesgo. (Figura 1).

 

Figura 1: Matriz de criticidad en razn de la frecuencia e impacto de los riesgos

FRECUENCIA

10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

 

CONSECUENCIA

Rango de criticidad

Bajo

 

Mediano

 

Alto

 

Nota: La presente grfica el diagrama de criticidad aplicable a los elementos de estudio

 

Criterios de evaluacin

Para la evaluacin de los factores de riesgo se consideraron los siguientes criterios:

         Frecuencia de Fallos (FF)

         Impacto operacional (IO)

         Disponibilidad de repuestos (DR)

         Impacto en seguridad o medioambiente (SHA)

         Detectabilidad del fallo (DF)

         Tiempo de reparacin (TR)

         Coste de reparacin (CR)

Se debe establecer una matriz de comparacin para realizar un anlisis cualitativo y cuantitativos de los variables y determinar aquellos elementos del sistemas, subsistemas o componentes se encuentran mayormente afectados y enfocar las acciones de mantenimiento a aquellas zonas crticas. En este criterio, se determina la diferencia de temperaturas entre el punto que presenta la falla y un punto de referencia. Esta referencia presenta tpicamente la temperatura ambiente o es un equipo que est trabajando a las mismas condiciones del equipo comparado. En el criterio Delta de Temperatura existen normas o estndares usados por Termgrafos para evaluar y/o clasificar la diferencia de temperatura resultante de los criterios establecidos por la Internacional Electric Testing Association Inc. - ANSI/NETA ATS-2017 y ANSI/NETA MTS-2011, los cuales proporciona rangos muy estrictos para la clasificacin de temperaturas.

 

Matrices de comparacin

Al aplicar un Proceso de anlisis jerrquico o AHP que proporcione la posibilidad de incluir datos cuantitativos relativos a las alternativas de decisin incorporando aspectos cualitativos que suelen quedarse fuera del anlisis debido a su complejidad para ser medidos. Mediante la construccin de un modelo jerrquico, que permita organizar la informacin de manera eficiente y grfica con respecto de un problema, al descomponer y analizarla por partes los efectos del tratamiento de estos datos en los diferentes niveles, uniendo todas las soluciones de los problemas en funcin de un atributo o criterio comn que satisfaga la relacin recproca al comparar dos elementos mediante el empleo de una escala con valores de 1 a 9 para calificar las preferencias relativa a estos.

 

 

 

Tabla 5: Tabla de clasificacin por ponderaciones de Satty

Planteamiento verbal de la preferencia

Calificacin Numrica

Extremadamente preferible

9

Entre muy fuertemente y extremadamente preferible

8

Muy fuertemente preferible

7

Entre fuertemente y muy fuertemente preferible

6

Fuertemente preferible

5

Entre moderadamente y fuertemente preferible

4

Moderadamente preferible

3

Entre igualmente y moderadamente preferible

2

Igualmente preferible

1

Nota: La presente tabla los criterios de tiempo de reparacin en un periodo de 6 meses. Tomado de (Mendoza, Solano, Palencia, & David, 2019)

 

Determinacin de las consecuencias

El nivel de las consecuencias se calcula mediante la siguiente frmula:

Ecuacin 3

El radio de inconsistencia (IR) y el ndice de consistencia (CI) se debe de calcular previo la matriz de juicio para conocer sus valores referenciales mediante la ecuacin:

Ecuacin 4

Dnde:

= mximo auto valor de la matriz

Ecuacin 5

 

Metodologas para el anlisis y procesamiento de los datos

El anlisis RAM

El anlisis RAM permite pronosticar para un perodo determinado de tiempo la disponibilidad y el factor de servicio de un determinado tems con respecto a la funcin que cumple este dentro de un sistema. La fiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad, permiten la funcionabilidad en razn de los siguientes factores:

 

Tiempo Operativo

Ecuacin 6

Donde:

Tr: Tiempo real de trabajado en el perodo analizado (horas)

m: cantidad de fallos de la maquina durante el periodo de observacin.

 

Tiempo medio de recuperacin de la capacidad de trabajo

Ecuacin 7

Donde:

Tf: Tiempo de parada por fallas en el periodo analizado (horas)

m: Cantidad de fallos de la maquina durante el periodo de observacin.

 

El tiempo medio entre fallos

Se calcula obteniendo el tiempo promedio para fallar (MTTF) como tiempo promedio entre fallos para datos exponencialmente distribuidos mediante la siguiente ecuacin:

Ecuacin 8

Ecuacin 9

 

Confiablidad

Ecuacin 10

Donde

𝜆= Es la frecuencia con la que se presentan los fallos en los componentes

𝜆= Es la inversa del MTBF (tiempo medio entre fallos)

La ecuacin tambin se puede expresar de la siguiente forma:

Ecuacin 11

 

El clculo de la confiabilidad de un sistema en serie:

Ecuacin 12

El tiempo medio de reparacin

Se calcula con la siguiente frmula

Ecuacin 13

Ecuacin 14

 

Mantenibilidad

Relaciona las caractersticas tcnicas, capacidades, experiencias y medios tcnicos de los equipos de trabajo; con los parmetros de tiempo medio de inmovilizacin, tiempo acumulado de buen funcionamiento, tiempo acumulado de paralizacin de la instalacin debido al mantenimiento correctivo, nmero de intervenciones de mantenimiento con paralizacin del servicio.se representa por M(t) mediante la ecuacin:

Ecuacin 15

 

 

Disponibilidad

La disponibilidad para un estimado de tiempo en un sistema dependiendo de su enfoque es:

 

Disponibilidad n de disponibilidad

Ecuacin 16

 

Disponibilidad Genrica sin mantenimientos preventivos- AG

Ecuacin 17

Donde:

UT: Tiempos tiles o Up Time

DT: Tiempos en que la mquina ni funciona ni produce, o Down Time

m: Nmero de eventos de UT

n: Nmero de no funcionalidades DT.

Se debe asumir que no existen planeadas MP dentro de los tiempos de DT.

 

Disponibilidad genrica con mantenimientos preventivos

Ecuacin 18

Se aproxima y queda como

Ecuacin 19

 

 

Disponibilidad inherente o intrnseca - AI

Ecuacin 20

 

Tiempo medio entre mantenimientos

El tiempo medio entre mantenimientos (MTBM) como consecuencia del mantenimiento preventivo se aproxima al Tiempo medio de buen funcionamiento (MTBF) en un periodo de tiempo en funcin de la frecuencia con que se dan los mantenimientos planeados y no planeados dentro de la subestacin con las siguientes formulas:

Ecuacin 21

Ecuacin 22

 

Disponibilidad alcanzada - AA

Ecuacin 23

Ambos valores se calculan exactamente igual que en la disponibilidad alcanzada.

Donde:

MTTR = Tiempo neto medio para realizar reparaciones o mantenimientos correctivos, sin incluir las demoras logsticas, ni los retrasos administrativos; es el mismo que se define anteriormente.

MP = Tiempo neto medio para ejecutar tareas proactivas de mantenimientos planeados.

Mc = Tiempo medio de mantenimiento activo que se requiere para realizar una tarea de mantenimiento correctivo.

 

 

Disponibilidad Operacional - DO - AO

Ecuacin 24

Donde:

MTBM = Tiempo medio entre mantenimientos

M = Mantenimientos.

Resultados y discusin

Anlisis de criticidad de los tems del sistema

Las evaluaciones realizadas de forma sistemtica, permitieron generar reportes de las condiciones del sistema, bajo los parmetros establecidos en la norma de inspeccin, de forma independiente para cada tem; esto permite definir la criticidad del sistema [figura 2] y dirigir los esfuerzos de la unidad de mantenimiento, en funcin del impacto y severidad de las consecuencias.

 


Figura 2: Diagrama de pareto

Nota: La presente tabla de asignaciones de criterios por tem en un perodo realizado de los equipos de la Sub-Estacin Portoviejo #1. Elaboracin propia.

 

Se logr determinar que l 85,25% de los fallos presentados es se presentan en el 14,75% de los equipos

 

Anlisis termogrfico

Equipos de subestacin Portoviejo #1

El cumplimiento de las estrategias de mantenimiento predictivo mediante barrido termogrfico aplicable a la subestacin Portoviejo # 1 de la Unidad de negocios Manab de CNEL E/P, se realiz un anlisis termogrfico de la sub-estacin con reportes con el fin de determinar el estado de los equipos y lneas de distribucin elctrica que evidencien la presencia de puntos calientes ocasionados por problemas de resistencia elctrica, circuitos abiertos, cortocircuitos calentamiento por induccin, desfase de carga, sobrecarga y una contacto entre elementos transmisores receptores. Los trabajos de termografa se realizaron por personal certificado y calificado bajo el estndar ANSI/NETA ATS-2017 y ANSI/NETA MTS-2011.

 

Descripcin de los elementos analizados

Las Tcnicas de inspeccin establece una comparativa entre los datos obtenidos de la inspeccin con presencia de puntos calientes y los datos relevantes en tomas posteriores de aquellos puntos con mayor incidencia. Al comparar el comportamiento de los equipos que trabajan en condiciones similares se puede evaluar el estado de los mismos en condiciones normales. La secuencia de equipos que permiten recibir, transformar y transmitir la energa para su comercializacin y que fueron sometidos al anlisis termogrfico son:

1.      Seccionador de lnea

2.      Seccionador de barra

3.      Disyuntores; seccionador del transformador

4.      By pass

5.      Transformadores de corriente

6.      Transformadores de potencial

7.      Transformador.

El empleo de la cmara termogrfica TiS65-18060670 para la toma de datos relacionados a los rangos de temperatura en el castillo 1-2 y 3 a nivel de 69 kV. de la subestacin Portoviejo #1 permiti establecer la afectacin que tienen las conexiones e identificar las variaciones de temperatura (ΔT) las comparaciones similares bajo cargas similares.

 

Formato de anlisis de incidencia de barrido termogrfico

 

Tabla 6: Barrido termogrfico, tem #8, Toma 1

IR_04355.IS2

tem

Transformador 2/LA

INFORMACIN DE LA IMAGEN

Rango de la imagen

0,23 C a 92,37 C

Fecha de la Imagen

18/05/2021

Hora de la imagen

19:35:54 PM

Informacin de LOS INDICADORES

Marcador

Promedio

ΔT1

ΔT2

Punto central

27,9C

27,9C

27,9C

26,0 C

0,00

25,4C

1,9C

Cuadro central

92,4C

2,5C

17,3C

26,0 C

11,30

89,9C

66,4C

Caliente

92,4C

92,4C

92,4C

26,0 C

0,00

89,9C

66,4C

Frio

0,2C

0,2C

0,2C

26,0 C

0,00

 

 

Interconexin con barras colectoras 69 KV

Observaciones:

Accin a seguir

Se estableciendo un ΔT1 en 1,2 C en el punto central y de 29,7 C en el rea del cuadro central y 37,9 C en el punto caliente con respecto a la temperatura de referencia; un ΔT2 de 2,8 C en el punto central y de 25,6 C en el cuadro central y de 33,9C en el punto caliente con respecto a la temperatura reflejada de fondo, ubicndose en un nivel de severidad crtica.

Mantenimiento correctivo, desfase importante; reparar de forma inmediata.

Diagnstico

Prioridad de reparacin

Presenta un elevado incremento de temperatura en los terminales.

INMEDIATA

Nota: La presente tabla muestra la toma IR_04355.IS2 del transformador 2 en los que se establece la presencia de puntos calientes. Elaboracin propia

 

Tabla 7: Resultados del Barrido Termogrfico, Sub-Estacin Portoviejo #1, 17 de mayo del 2020.

SUB-ESTACIN PORTOVIEJO #1

#

TEM

TEMPERATURAS

PRIORIDAD

ΔT

1

Disyuntor #1

28,2 C

21,2 C

7,0 C

MEDIA

2

Disyuntor #2

35,2 C

22,4 C

12,8C

MEDIA

3

Disyuntor #3

32,7 C

22,3 C

10,4C

MEDIA

4

Disyuntor de tanque vivo

33,5 C

20,1C

13,4 C

MEDIA

5

Disyuntor de tanque muerto

34,4 C

22,1 C

12,3 C

MEDIA

6

By pass de entrada

30,2 C

20,7 C

9,6 C

MEDIA

7

Transformador #1

45,1 C

21,0 C

24,1 C

INMEDIATA

8

Transformador #2

59,9 C

22,0 C

37,9 C

INMEDIATA

9

Transformador #3

31,1 C

21,6 C

9,5 C

MEDIA

10

Bushing T2/Salida

33,2 C

22,3 C

10,9 C

MEDIA

11

Interruptor #1

39,7 C

21,8 C

17,9 C

ALTA

12

Interruptor #2

31,3 C

20,8 C

10,5 C

MEDIA

12

Interruptor #3

54,1 C

21,1 C

33,0C

INMEDIATA

14

Interruptor #4

39,0 C

21,9 C

17,1 C

MEDIA

15

Interruptor #5

47,5 C

21,2 C

26,3 C

ALTA

16

Interruptor #6

42,3 C

21,4 C

20,9 C

ALTA

17

Interruptor #7

48,6 C

21,3 C

27,3 C

ALTA

18

Interruptor #8

48,8 C

21,3 C

27,5 C

ALTA

19

Interruptor #9

33,0 C

21,9 C

11,1 C

MEDIA

20

Interruptor #10

48,8 C

21,3 C

27,5 C

ALTA

Nota: La presente tabla muestran los resultados del barrido termogrfico realizado a los equipos de la Sub-Estacin Portoviejo #1 de la Unidad de negocios Manab de CNEL E/P en los que se establece la presencia de puntos calientes. Elaboracin propia.

 

Tabla 8: Resultados del Barrido Termogrfico, Sub-Estacin Portoviejo #1, 18 de mayo del 2020.

SUB-ESTACIN PORTOVIEJO #1

#

TEM

TEMPERATURAS

PRIORIDAD

ΔT

1

Disyuntor #1

27,0 C

1,1 C

25,9C

INMEDIATA

2

Disyuntor #2

24,0C

12,0C

12,0C

MEDIA

3

Disyuntor #3

24,8C

2,7C

22,1C

ALTA

4

Disyuntor de tanque vivo

23,7C

2,4C

21,3C

ALTA

5

Disyuntor de tanque muerto

28,9C

4,4C

12,9 C

MEDIA

6

By pass de entrada

21,5C

6,5C

15,0 C

MEDIA

7

Transformador #1

41,9C

2,3C

39,6C

ALTA

8

Transformador #2

92,4C

2,5C

89,9C

INMEDIATA

9

Transformador #3

45,9C

3,9C

42,0C

INMEDIATA

10

Bushing T2/Salida

26,4C

13,5C

12,9C

MEDIA

11

Interruptor #1

23,4C

1,8C

21,6C

ALTA

12

Interruptor #2

24,8C

1,4C

27,4C

ALTA

12

Interruptor #3

25,8C

0,5C

25,3C

ALTA

14

Interruptor #4

31,9C

1,2C

30,7C

ALTA

15

Interruptor #5

27,4C

0,9C

26,5C

ALTA

16

Interruptor #6

26,3C

1,8C

24,5C

ALTA

17

Interruptor #7

44,2 C

3,7C

44,2 C

INMEDIATA

18

Interruptor #8

31,4C

1,9C

29,5C

ALTA

19

Interruptor #9

89,8C

0,0C

89,8C

INMEDIATA

20

Interruptor #10

22,4C

0,2C

22,2C

ALTA

Nota: La presente tabla muestran los resultados del barrido termogrfico realizado a los equipos de la Sub-Estacin Portoviejo #1 de la Unidad de negocios Manab de CNEL E/P en los que se establece la presencia de puntos calientes. Elaboracin propia.

 

 

Equipos de la Sub-Estacin Portoviejo #1 de la Unidad de negocios Manab de CNEL E/P en los que se establece la presencia de puntos calientes

El establecer estrategias de mantenimiento preventivo mediante la aplicacin de una metodologa de inspeccin mediante anlisis termogrfico permite evaluar las condiciones de desempeo de la subestacin. Se realiz un anlisis RAM para determinar el factor de servicio y los indicadores de la gestin de mantenimiento luego de generar las directrices para la toma de muestras infrarrojas a los sistemas que presentan mayor criticidad y conocer su confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad operativa apoyados en los datos obtenidos del histrico de fallos.

 

Tabla 9: Histrico de fallos de la Sub-Estacin Portoviejo #1

HISRICO DE FALLOS

SISTEMAS

INDICADOR

MESES

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

SISTEMA

Tr (h)

0.3

6,9

2,48

0,0001

1,5

Tf (h)

730

672

730

730

730

M (u)

1

1

1

1

1

Nota: La presente tabla muestra los indicadores aplicados al anlisis RAM de los equipos de la Sub-Estacin Portoviejo #1. Elaboracin propia.

 

El tiempo real de trabajado [Tr], el Tiempo de parada por fallas en el periodo analizado [Tf], el nmero de mantenimientos [m], los tiempos de recuperacin [TR] y el tiempo operativo [TO], fueron obtenidos de los datos internos de la empresa. El procesamiento de estos datos permiti obtener informacin para la evaluacin de los ndices de confiabilidad, mantenibilidad y disponibilidad, mediante el tratamiento de los tiempos medios para reparar [MTTR] y el tiempo medio entre fallos [MTBF]; para establecer indicadores de gestin de mantenimiento. [tabla 4-5]

 

Tabla 10: Indicadores de tiempo de operacin y tiempo de recuperacin.

INDICADORES DE ANALISIS RAMS

INDICADOR

Tiempo de Reparacin

FORMULAS

TEM

Meses

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

SISTEMA

0,30 horas

6,90 horas

2,48 horas

0,00010 horas

1,50 horas

INDICADOR

Tiempo Operativo

FORMULAS

TEM

Meses

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

SISTEMA

730,00

672,00

730,00

730,00

730,00

Nota: La presente tabla muestra los indicadores de tiempo operativo y tiempo de recuperacin de los sistemas de los equipos de la Sub-Estacin Portoviejo #1. Elaboracin propia.

 

Tabla 11: Indicadores de metodologa RAM

ANALISIS RAMS

SISTEMAS DE LOS EQUIPOS DE LA SUB-ESTACIN PORTOVIEJO #1.

PERODO

ENERO A MAYO DEL 2021

INDICADOR

Tiempo medio de reparacin

0,28 Das

6,72

FORMULAS

 

INDICADOR

Tiempo Medio entre fallos

89,80 Das

2.155,20

FORMULAS

 

INDICADOR

Confiabilidad

0,91

91%

FORMULAS

 

INDICADOR

Mantenibilidad

0,97

97%

FORMULAS

 

INDICADOR

Disponibilidad

0,997

99,7%

FORMULAS

 

INDICADOR

Tiempo medio entre mantenimientos correctivos

29,93 Das

718,40 Horas

FORMULAS

 

INDICADOR

Tiempo medio entre mantenimientos programados

12,47 Das

299,33 Horas

FORMULAS

 

INDICADOR

Tiempo medio entre mantenimientos

8,80 Das

211,29 Horas

FORMULAS

 

INDICADOR

Disponibilidad Operacional

0,99

99%

FORMULAS

Nota: La presente tabla muestra los valores de los indicadores RAM de los equipos de la Sub-Estacin Portoviejo #1. Elaboracin propia.

 

Los ndices de confiablidad, mantenibilidad y disponibilidad del sistema son el resultado de la implementacin de las estrategias de mantenimiento adoptadas en la Sub-Estacin Portoviejo #1 que permitieron mejoras en el plan de mantenimiento. El barrido termogrfico como aporte al mantenimiento preventivo de la subestacin evidenciaron las variantes en las temperaturas entre los meses de enero y mayo de 2021 mejorando el sistema empleado para acciones de mantenimientos programados y actividades de carcter correctivo.

 

Conclusiones

Se realiz un anlisis termogrfico que permiti identificar las reas con mayor incidencia de puntos calientes. El barrido termogrfico en la sub-estacin Portoviejo #1 encontr anomalas trmicas con diversos grados de severidad; estos criterios se encuentran establecidos por la Internacional Electric Testing Association Inc. - ANSI/NETA ATS-2017 y ANSI/NETA MTS-201, los cuales proporciona rangos muy estrictos para la clasificacin de temperaturas estableciendo sus causas y las acciones preventivas y correctivas que se deben tomar.

La evaluacin integral del sistema de redes de la S/E permitieron identificar los componentes del alimentador primario y secundarios. Las estrategicas de mantenimiento que enfoca sus actividades en el monitoreo de los equipos componentes de la Subestacin permiti establecer el tiempo de vida til para cada tem y conocer su funcionabilidad y la incidencia de stas en los ndices de mantenibilidad, confiabilidad y disponibilidad.

Se logr establecer una base de datos que, permiti elaborar un histrico de fallos para los sistemas componentes de la sub-estacin. La ficha tcnica obtenida se enfoc en las actividades de mantenimiento preventivo orientadas al anlisis con tcnicas de termografa como aporte al mantenimiento que garantice la disponibilidad operativa de los tems componentes del sistema con un reajuste de las actividades de mantenimiento en los elementos que presentan mayor incidencia de puntos calientes dentro de la subestacin Portoviejo #1 de la Unidad de Negocios Portoviejo de CNEL.

 

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2020 por los autores. Este artculo es de acceso abierto y distribuido segn los trminos y condiciones de la licencia Creative Commons Atribucin-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional (CC BY-NC-SA 4.0) (https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/).

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