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Cómo se lleva a cabo un programa de gestión de motores
 |
| Costes de operación de un motor durante toda su vida útl |
Hace algunos días hablábamos de los paneles solares como una forma de inversión privada
basada en el ahorro y no en la obtención de primas. Realmente dejar de
gastar dinero innecesariamente es una inversión con el mismo efecto que
obtener unos rendimientos en metálico. Y como partidarios de inversiones
más basadas en la productividad que en la producción, vamos a hablar
hoy de un negocio no menos atrayente: la gestión de la eficiencia de los
motores.
1. Introducción a la gestión de motores
La mayoría de las decisiones sobre motores se toman en el momento en el
que los motores fallan, y los motores suelen fallar cuando
están sometidos a mayor esfuerzo y por tanto los costes del fallo son
muy elevados. Hay poco tiempo para analizar opciones o para la
intervención de centros de servicios especializados. Como resultado de
ello las decisiones de sustituir o reemplazar un motor se basan en la
disponibilidad o la economía a largo plazo, no en la evaluación y
planificación. Típicamente, cuando el motor falla, la prioridad más alta
es retornar el equipo a su actividad - no optimizar el rendimiento del
motor. Los costes asociados con este tipo de decisiones pueden ser
altos, resultando unos costes operacionales elevados.
2. El terrible derroche de los motores ineficientes
Lo más destacable de la gestión económica a tener en cuenta en
los motores es que el consumo energético representa aproximadamente un
95 % de los costes operacionales en toda la vida útil del motor.. Los
costes combinados de compra, instalación, mantenimiento y otros costes
suponen tan solo el 5 % de los costes totales. Considerando que un
edificio comercial o una planta de fabricación puede tener decenas,
centenas
o incluso miles de motores, gestionar los costes de la energía de un motor es un buen negocio.
o incluso miles de motores, gestionar los costes de la energía de un motor es un buen negocio.
Coste de energía anual =
(hp)(factor de carga)(0.746)(operación de horas al año)(tasa de la electricidad) /eficiencia del motor)
El coste de la energía varía mucho entre motores y condiciones de
trabajo. Los motores más nuevos consumen menos, pero lo hacen
significativamente. Incluso los motores) relativamente pequeños (50 hp y
menos) consumirán miles de dólares de energía por año. En la siguiente
figura mostramos el incremento de los costes de energía del motor con
tamaño y horas de funcionamiento.
En la siguiente figura se muetra el ahorro de costes que una compañía
puede conseguir reemplazando motores ineficientes por motores premium.
Como vemos en la figura el potencial de ahorro en costes en los motores
grandes que operan durante muchas horas es muy importante. Insistimos en
que el ahorro de costes indicado en la figura se refiere a costes de
USA, donde el coste de la energía eléctrica es sensiblemente más bajo
que en la mayoría de los países. Deben hacerse cálculos individualizados por países.
Los costea actuales son superiores los de la gráfica porque por ejemplo
los cálculos se hicieron co un factor de carga del 100 %, mientras que
el motor puede operar a una carga diferente. Además, los costes de la
energía de la gráfica son de Estados Unidos, muy inferior a la media, y
corresponden a costes que ya han quedado desfasados.
La energía calculada en la expresión anterior es el coste de la energía
agregado o total. Puede incluir cargos de energía y cargos de demanda.
También hay muchas variaciones locales y por usuario por lo que debemos
revisar bien los cargos que nos están aplicando. También debemos
estudiar los cargos soportados en horas pico y fuera de pico.
3. Sustituyendo por motores eficientes
La sustitución de motores es una opción rentable cuando el ahorro
conseguiro permite amortizar en poco tiempo la compra de un motor más
eficiente. Cuando un motor opera 40 - 80 horas a la semana esta puede
ser una opción rentable aunque los costes de la energía serán
determinantes para obtener un resultado positivo.
4. Visión general de la gestión de motores
El proceso de gestión proactiva de los motores de una compañía nos da la
oportunidad de evaluar las decisiones y acciones requeridas para
conseguir ahorrar energía y mejorar la actuación ante el fallo del
motor.
Herramientas esenciales para gestionar los motores
 |
| Incremento de los costes de energía del motor con tamaño y horas de funcionamiento |
Cuando el número de motores en una
planta industrial aumenta no es fácil conocer la forma más acertada en
cada momento para aumentar la productividad. La gestión de motores
mediante un programa sistemático es el procedimiento correcto.
La gestión de motores nos ayudará a
determinar la efectividad en costes de reparar un motor o sustituirlo
tras un fallo y pueden conseguirse importantes ahorros si se planifica
en detalle.
Los programas de gestión de motores se basan en unos principios fundamentales. Los principios básicos incluyen:
- Inventariar motores disponibles.
- Identificar opciones de reacondicionamiento de motores con vistas a mejorar su eficiencia energética.
- Identificar motores ineficientes y calcular la rentabilidad de su sustitución.
- Desarrollar unas ideas generales sobre decisiones proactivas de reparar/reemplazar.
- Prepararse para fallos de motores.
- Desarrollar unas especificaciones de compra.
- Desarrollar unas especificaciones de reparación.
- Desarrollo e implementación de un programa de mantenimiento preventivo.
Inventariar motores disponibles.
Los motores representan un
importante activo de una compañía. Gestionarlos con efectividad, es
importante para mejorar notablemente la productividad de cualquier
planta. El inventario debe basarse en los datos de la placa de
características, o puede también incluir datos medidos. Puede también
incluir la información de la historia del motor.
Hay varios programas de software o
spreadsheets específicamente diseñados para tomar decisiones sobre
motores. MotorMaster+, creado por la Universidad de Washington, es un
programa que permite crear y gestionar la base de datos de los motores.
Incluye información de más de 20.000 motores AC, incluyendo datos de
placa, lista de precios, costes de reparación, y otra información.
El
inventario de los motores nos permitirá llevar a cabo un análisis del
coste del ciclo de vida, y crear políticas para comprar, reparar, y
sustituir motores.
Identificar opciones de reacondicionamiento.
El siguiente paso es identificar
problemas en los motores y mantener un historial con datos operacionales
que permita a los gestores de la planta tomar decisiones informados.
Para disponer de datos operacionales deberemos registrar la siguiente información:
- Donde se localiza el motor.
- Aplicación del motor.
- Dónde se puso el motor en servicio.
- Dónde se reparó por última vez.
- Cuantas veces el motor se ha reparado y/o rebobinado (y por qué)
- Carga del motor y horas de operación (evaluar necesidad de piezas).
Toma de decisiones proactiva
Cuando se planifican motores, la
toma de decisiones proactivas significa que debemos pensar en la
sustitución del motor antes de que ocurran los fallos. Planificando
proactivamente, podemos calcular la forma más efectiva de sustituir el
motor, y las decisiones se basan en la economía, y no en la
disponibilidad de motores.
Las decisiones proactivas nos
ayudarán a minimizar paradas no planificadas y mejorar el beneficio
total. El coste de sustituir o reparar un motor que ha fallado puede ser
insignificante comparados con los costes incurridos por las paradas no
controladas. Estos incluyen:
- Trabajadores ociosos.
- Productividad reducida.
- Planificación interrumpida.
- Reparto tarde; enfado de los clientes.
- Pagos a mecánicos.
- Producto deteriorado.
- Daños en el equipo.
Ejemplos: Ahorro de energía y paradas no previstas en un aserradero
Alder Creek Lumber, un aserradero de
Oregón (USA), desarrolló un proyecto para actualizar sus instalaciones y
mantener su competitividad. Usndo EM2, una herramienta de software
desarrollada por Northern Energy Efficiency Alliance, creó una base de
datos y analizó los 175 motores de la compañía, con una potencia total
de 3200 hp. Como siempre que usamos como referencias de rentabilidades
en Estados Unidos, queremos hacer hincapié que la electricidad allí es
más económica que en la mayoría de los países. En consecuencia,
dependiendo de los costes que soportemos en cada lugar los datos que
aquí aportamos deberán ser convenientemente valorados.
La eficiencia de los motores de 200
hp había caído al 82 %, mientras que los modelos eficientes tienen
actualmente un 96 % de eficiencia. Instalando nuevos motores eficientes
se conseguía un ahorro del 15 % - eso equivalía a US $ 8300 anualmente –
dando un payback de menos de 12 meses. Empleando motores de alta
eficiencia conseguimos también recortar las paradas no previstas en
fabricación. Adicionalmente, el uso de nuevos motores redujo los picos
de electricidad a un nivel más bajo, reduciendo la demanda de energía.
El estudio se llevó a cabo
registrando la corriente y creando perfiles de carga del motor para
determinar si el dimensionado del motor era apropiado. Luego se usó
software EM2 para identificar oportunidades de reducir el tamaño de los
motores – tales como sustituir motores de 20 hp por motores de 15 hp. El
sobredimensionado es común en los viejos motores, y eso origina un
consumo de energía ineficiente. La sustitución de un motor
sobredimensionado por uno correcto es una forma fácil de reducir el uso
de energía.
Optimizando la compatibilidad del motor con carga, sistema y condiciones de operación
Adicionalmente, es importante
conocer el diseño y tipo de envolvente que el motor necesita, también la
curva de par-velocidad del motor.
Variadores de velocidad ajustable en la gestión de motores
Algunas aplicaciones no requieren
que los motores operen a máxima velocidad todo el tiempo. Un variador de
velocidad ajustable (ASD) es un dispositivo que controla el voltaje de
entrada y la frecuencia al motor, y tiene la capacidad para cambiar la
velocidad del motor. Gracias a sus beneficios en ahorro energético, los
variadores presentan una excelente oportunidad en aplicaciones
apropiadas. Por ejemplo, en algunas aplicaciones de carga variable, el
ahorro que puede conseguirse en el sistema de motores puede exceder el
50 % y se estima que estos elementos pueden integrarse entre un 18 y un
25 % de los sistemas de motores actualmente presentes en fabricación.
Adicionalmente, la instalación de
ASDs puede prolongar la vida de los motores y hacer disminuir los costes
de mantenimiento al decrecer el desgaste del motor.
En este texto usaremos el término
variador y ASD genéricamente para agrupar un amplio rango de
tecnologías, incluyendo variadores de velocidad variable (VSDs) y
variadores de frecuencia (VFDs).
Las tecnologías de variadores han madurado en los últimos años y además sus precios han caído.
Es importante acoplar cuidadosamente
un variador al motor y aplicaciones que controla. Hay numerosas
aplicaciones en las que los variadores son efectivos en costes. Por
ejemplo, los motores funcionando con cargas centrífugas, velocidad
variable y par variable, y los compresores son grandes candidatos.
Estas aplicaciones comunes se
encuentran a menudo en bombas y ventiladores usados en los sistemas de
calefacción, ventilación y aire acondicionado.
Las aplicaciones que normalmente
usan dispositivos de restricción tales como válvulas de
estrangulamiento, álabes guía de entrada y registros de descarga son
firmes candidatos al uso de ASDs.
Haciendo funcionar los motores a
máxima velocidad y controlando el caudal mediante el uso de dispositivos
de restricción estamos realizando una función análoga a pulsar el
pedal del acelerador de un coche y controlar la velocidad con el freno.
Ésta no es una forma eficiente de operar. Un variador puede ser una
alternativa mejor.
Hay muchas otras aplicaciones que pueden beneficiarse de la instalación de ASDs, es cuestión de explorarlas.
Pero también hay aplicaciones donde
los variadores deben ser utilizados con precaución. Por ejemplo, el
sistema de aislamiento de muchos motores antiguos no funcionan bien si
son conectados a los variadores de hoy en día.
En las aplicaciones de elevación
tales como elevadores o grúas debe consultarse al fabricante del equipo
para verificar las posibilidades de utilización de los variadores.
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