INCREMENTO CICLO DE VIDA MAQUINAS ROTATIVAS CLAVE …

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VICTOR ROMERO - WORKSHOP MANAGER - MOTORES Y GENERADORES ABB PERU, 2014

INCREMENTO CICLO DE VIDA MAQUINAS ROTATIVAS

CLAVE PARA LA COMPETITIVIDAD Y SOSTENIBILIDAD


Confiabilidad

Disponibilidad

Mantenibilidad

Seguridad

PRESENTACION


MANTENIMIENTO Y SU IMPORTANCIA

ANALISIS DE ESTADISTICA DE FALLA

ESTRATEGIA Y TIPO DE MANTENIMIENTO

LEAP Y LA GESTIÓN DEL CICLO DE VIDA

ABB MACHSENSE R Y EL MONITOREO A DISTANCIA

CASOS DE EXITO

Mantenimiento – Parte importante de la gestión de activos

El objetivo importante del gestor de activos es la optimización de los costosde mantenimiento del sistema y asegurar que el sistema esté en elfuncionamiento más económico ( un buen mantenimiento reduce los costospor paradas imprevistas).

El aumento de los costos de las operaciones de mantenimiento con mayorfrecuencia deben sopesarse con los beneficios derivados de una mayorconfiabilidad.

Se llegará a un punto óptimo en donde los gastos de mantenimiento y dereparación serán más bajos. Es la tarea de los planificadores demantenimiento identificar este punto e instalar políticas de mantenimiento enel que se aproxime el costo mínimo.


“COSTO DE UN MANTENIMIENTO INNECESARIO PUEDE SER TAN

GRANDE COMO LAS UTILIDADES DE UNA PLANTA”


CONFIABILIDAD

Y

ESTADISTICAS DE FALLA

ESTADISTICA DE FALLA


SOURCE: IEEE SURVEY 1985 - 1987


ESTADISTICA DE FALLA: MOTORES DE LA INDUSTRIA PETROQUIMICA

IEEE

transactions

on industry

applications .

vol. 35. no. 4.

July/august

1999

Distribución de fallas para motores de una capacidad menores a 2MW

Distribución de fallas para motores de una capacidad mayores a 2MW

Para máquinas menores que

2MW los rodamientos tienen alto

índice de falla

Para máquinas mayores a 2MW

las chumaceras son los menos

probable a fallar


ESTRATEGIA

TIPO DE MANTENIMIENTO

TOTAL COST OF OPERATION (TCO)*


* SOURCE: SURVEY ABB

TIPO DE MANTENIMIENTO: COMPARACIÓN DE COSTOS

Preventivo

20

15

10

5

Mantenimiento Costo

$/HP

0

Source: Electric Power Research Institute (EPRI)

Reactivo

Predictivo

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Mejora

continua/

reemplazo

Upgrade and

modernization period Warranty period

Overhaul

Mantenimiento

envejecimiento

Reparacion

Linea mantenimiento

optimizado

TIME

Maintenance period

Replacement and recycle period

Valor para el cliente a travez del mantenimiento

Customer project life cycle

}

CONCEPTO DEL CICLO DE VIDA


METODOLOGIA LEAP

Y

GESTION DE CICLO DE VIDA

BASES DEL ANALISIS: ESTRES & RESISTENCIA VS TIEMPO


LIFE EXPECTANCY ANALYSIS: BENEFITS


FALLAS DE LOS DEVANADOS DEL ESTATOR: CONTRIBUIDORES DE FALLA


Source: IEEE transactions on industry applications . vol. 35. no. 4. July/august 1999

LEAP…no sólo es un paso adelante


El programa de análisis de expectativa de vida

o LEAP es una única herramienta de

mantenimiento para la evaluación del

devanado del estador de máquinas eléctricas.

LEAP provee información sobre el devanado

del estator y expectativa de vida, por ello

optimizará el plan de mantenimiento del motor

y generador.

LEAP ha sido desarrollado por el Servicio de

Motores y Generadores ABB India, está en

operación por más de 17 años, con una base

de datos de mediciones y análisis en más de

15000 maquinas a nivel global.

Las mediciones son ejecutadas por el Centro

de Servicios ABB a nivel local y estos datos

son analizados en el Centro de Excelencia

ABB India.

INSPECCION BASADO EN NIVELES


CONFIDENCE LEVEL

PRUEBAS LEAP NIVEL STANDARD


Mediciones DC

• Análisis de Corriente Polarización

De-Polarización

Mediciones AC

• Análisis Tangente delta y

Capacitancia

• Análisis de Comportamiento No

Lineal

• Análisis de Descargas Parciales

Nota: Pruebas en DC son sensibles a la

condición de la superficie y las pruebas en AC

dan mayor información en el volumen de

aislamiento

Sistema de Aislamiento para Máquinas de Media tensión

(vonRoll training material)

A - Winding Wire

B - Conductor Insulation

C - Stack Consolidation

D - Main Wall Mica Tape

E - Sealing Tape

F - Stress-grading Coating

G - Bracing Materials

H - Impregnation Resin

I - Wedging Materials


MEDICIONES DC


Parámetros Derivados

Constante de Tiempo T1, T2, T3

Carga almacenada Q1, Q2, Q3

Factor de Envejecimiento

Ratio de Dispersión

(1+Q1+Q2+Q3)

Volumen de Resistividad

Análisis de Corriente Polarización – De polarización

• A través de la corriente de fuga, la prueba PDCA brinda una idea de la

cantidad y ubicación de almacenamiento de carga dentro de la máquina

• Identifica contaminación incluso cuando los valores de IR, PI son

“aceptables”

• Determina el estado del aislamiento del devanado, envejecimiento,

solturas, etc.

Nota: Pruebas convencionales IR y PI pueden tener resultados satisfactorios incluso

en devanados altamente contaminados


Modelo Equivalente del Aislamiento Eléctrico para DC

IT = IG + IC + IA + IL

(source: IEEE Std. 43:2013)

MEDICIONES AC


Análisis del Comportamiento No Lineal, Tangente Delta y Análisis de la

Capacitancia, Análisis de Descargas Parciales

• Confirma los resultados de la Medición DC

• Evalúa la condición del escudo de protección Corona

• Determina el nivel de de-laminación o contenido de vacío en términos del

porcentaje de volumen de descarga de aire a volumen del aislamiento

• Evalúa la condición del sistema gradiente de tensión en salidas de ranura

• Efectos de tendencia de envejecimiento

Nota: Interpretación de las pruebas convencionales es generalmente

basado en tendencias

Patrones de Descargas Parciales*

* Patterns as indicated in IEC:60034-27

Tendencia


T TERMICO

E ELECTRICO

A AMBIENTAL (or Medio ambiente)

M MECANICO

La accion de uno de ellos o en combinación

contribuye al debilitamiento general , llegando

por ultimo a la falla prematura del devanado.

RAZONES DE FALLA: ESFUERZOS TEAM


Stress plots

Re-estimating Stresses for LEAP Standard

Electrical Stress:

E = f (Q1, Q2, Q3, grado de envejecimiento*, Volume de resistividad, Volume descarga en vacio, Voltaje de inico de descarga)

Mechanical Stress:

M = f (Q1, Q2, volume descarga en vacio, Factor de holgura, factor de descarga en la ranura)

Temperature Stress:

T = f (Winding Operating temperature, volume descarga en vacio, Voltaje inicio de descarga)

Esfuerzos Multivariados: Porqué?


0 50 100 150 200 250

Ciclo de vida debido

al esfuerzo térmico

Ciclo de vida debido

esfuerzo mecánico

Total Ciclo de

vida utilizado

Temperatura (0C)

Vida: Esfuerzo Térmico

Vida: Esfuerzo Mecánico

Vida: Esfuerzo Eléctrico


Información Adicional Normas LEAP


LEAP versus pruebas convencionales

¿Porqué las pruebas

convencionales no pueden

brindar suficiente información

confiable? Resistencia de aislamiento e índice de polarización

Resistencia óhmica

Prueba de Surge Test para fallas entre espiras

Tangent Delta

Descargas parciales en línea

La prueba Leap analiza la información en forma conjunta

y permite hacer un mejor diagnostico ya que no depende del

analisis e interpretación individual con diferentes equipos

LEAP evalúa más

allá de estas

pruebas …

LEAP - VALOR PARA EL CLIENTE


• Optimiza planes de mantenimiento de

máquinas eléctricas cambiando el

mantenimiento según horas de

operación por el mantenimiento

basado en la condición

• La extensión del ciclo de vida, ayuda

a incrementar la rentabilidad y de esa

manera mayor retorno de la inversión

• Ayuda y facilita la toma de decisión

para la planificación a corto o largo

plazo de mantenimiento.

• Se enfoca principalmente en la

esencia del mantenimiento y las

máquinas que son vulnerables, de

esa manera reduce los niveles de

riesgo y tiempo de parada imprevista.


LEAP

CASOS DE EXITO

CONTAMINACION INDICADO POR EL LEAP


Caso de Estudio 1: Planificación de Mantenimiento


57,412KVA 13.8KV 3600rpm Generador Sincrono

Propósito de la prueba: El generador estaba en

funcionamiento durante 44.000 horas sin interrupción. LEAP

Estándar llevó a cabo para determinar la necesidad de

mantenimiento L3 o L4.

Resultado de la prueba PDCA

Hallazgos críticos:

LEAP estándar indica la presencia de contaminantes aceite

/ carbonizado o polvo predominantemente en las partes

sobresalientes.

Recomendación;

Abrir tapas laterales y limpieza cabeza de bobina (L3). No

se requiere un mantenimiento de nivel (L4)

Beneficios: Planificación de Mantenimiento Optimizado.

Caso de Estudio 3: Optimización del Plan de Mantenimiento


9000 HP 6.6KV 180rpm Motor Asíncrono

Se recomienda una Inspección L3, después de 7.000 a 8.000

horas de funcionamiento (dentro de 1 año) y tener en cuenta

las acciones de mantenimiento recomendados durante la

inspección.

Hallazgos críticos

LEAP Standard indicó que la máquina ha estado en operación

por un periodo de 37.13% del ciclo de vida de los devanados

del estator.

Recomendaciones:

Las áreas alrededor de los lazos de amarre / soportes de

cabeza de bobina del estator deben ser inspeccionados por los

daños de descargas parciales y por desarrollo de soltura de los

lazos de apoyo.

Se sugiere que la inspección sea apoyado con una prueba de

detección corona para la localización de contribución

significativa de los puntos de descarga.

Beneficios:

LEAP ayudó a anticipar falla del motor

Resultado Prueba

Descarga Parcial


ABB MACHSENSE

MONITOREO A DISTANCIA


Factors affecting Failure rate

Total Failure Rate Vs Age

0

1

2

3

4

5

6

7

0-5 5.1-10 10.1-15 15.1-20 20.1-25 25.1-

Age (Years)

%

0

0.51

1.52

2.53

3.5

%

3000-5000 6000 6600-10500 11000-

13800

Voltage(Volts)

%wdg Failure Rate

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

%

2 4 6 8 10

Pole Number

%wdg. Failure Rate

Series1

0

0.5

1

1.5

2

2.5

%

1 or less More than 1

No of Starts/day

Wdg Failure Rate

Series1

ABB MACHSENSE P


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May 18, 2015 | Slide 40

ABB Enfoque

Single system for providing mechanical and electrical condition

Combina Datos de Vibración y Análisis Eléctrico

Vibration

Stator

Voltage

Stator

Current

Speed and Slip Estimation.

Detection of Rotor bar defect & eccentricity.

Mechanical problems

Key

Condition

Parameters ESA(Electrical

signature analysis)

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May 18, 2015 | Slide 41

ABB MACHsense-PMediciones y Evaluaciones

Motor Eléctrico

Mediciones

• Corriente

• Voltaje

• Vibración

Evaluación

• Rotor

• Rodamientos

• Instalación

• Calidad de Energía

Mediciones

• Vibración

Evaluación

• Desgaste engrane

• Solturas engrane

• Desalineamiento

• Falla del diente

• Falla del eje

• Rodamientos

Gear Box

Carga(Bomba, Ventilador, Compresor)

Mediciones

• Vibración

Evaluación

• Desalineamiento

• Soltura

• Rodamientos

• Cavitación

• Flujo de turbulencia

• Fallas de los álabes

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May 18, 2015 | Slide 42

ABB MACHsense-PAnálisis del Motor

Vibration

Stator Voltage

Stator Current

Funciones Claves Principal Beneficios

Vibración y datos eléctricos (corriente y

voltaje) son analizados por el mismo

software

Toma en cuenta para ambos problemas

mecánico y eléctrico en el motor

Usa algoritmo relacionado al motor

específico

Incrementa confiabilidad de análisis

(cálculo de deslizamiento automático,

normalización de la carga etc)

Usa múltiple herramienta de análisis

(medición simultánea de corriente/voltaje,

análisis de torque, vibración etc)

Ayuda a especificar falla de la Fuente de

alimentación

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May 18, 2015 | Slide 44

ABB MACHsense-P

Detalles de la Máquina:

8000kW, 11kV, 467 A, 1492 rpm, motor

El cliente informó de barra rota del rotor en el anáisis decorriente ejecutado por el proveedor del servicios local.

Motor operando por 10 años (mediciones hecho el 2011)

El cliente solicitó conocer si el rotor tiene que ser extraidodurante la próxima programación de mantenimiento en el año2013

Condiciones claves encontrados por ABB:

Análisis de ABB indicó el resultado de lado de banda decorriente a partir de oscilación de torque y no problemas debarra rota del rotor.

El cliente llamó por otras mediciones antes del 2013 paraverificar los puntos encontrados. ABB reconfirmó que elproblema no fue relacionado al daño de la barra del rotor, perosi debido a la oscilación del torque.

Confirmación: El cliente confirmó durante la inspección enJunio 2013 que no hubo problemas en barra del rotor.

Excesiva corrosión del ventilados fue visto para ser la causade oscilación del torque.

Asimetría de los Devanados del Rotor

-140

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

47 48 49 50 51 52 53

frequency [Hz]

Cu

rren

t [d

B]

Bar status side band level : 40.201dB

Load oscillations:

../../../Servicio Cemento Pacasmayo/Servicio Pacasmayo/14-042 Informe Final Servicio Cementos Pacasmayo.pdf

../../../Servicio Cemento Pacasmayo/Servicio Pacasmayo/14-042 Informe Final Servicio Cementos Pacasmayo.pdf

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May 18, 2015 | Slide 46

ABB MACHsense-REntregables

Cage Rotor Package

Rotor Winding Defects

Air Gap Eccentricity

Unbalance

Looseness

Static and Dynamic Shaft Bends

Internal Misalignment

Roller Bearing Package

Bearing Defects

Bearing Assembly Defects

Lubrication Interval Estimates

Installation

Soft Foot

Misalignment

Operation Information & Trends

Operating hours

No of Starts/stops

Speed

Temperature

Slip/Loading information

Startup/Coast down

Optional(If electrical signals are

available) Power Supply Quality

Harmonics

Voltage unbalance

Over/Under voltage, frequency

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May 18, 2015 | Slide 47

ABB MACHsense-RCómo trabaja el Servicio?

Customer

RTC

Web Server

LSC

KCPs

Time

Alert

Alarm

Plant

Motors in

Plant

Sensors wired to

DAU

DAU-Data Analysis

Unit

Wireless

transmission to web

server through

internet

Data in web portal

accessible via

internet

KCPs

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May 18, 2015 | Slide 48

ABB MACHsense R

• url para portal www.machsense.abb.co.in

• Acceso directo del Cliente, LSC, RTC

• Provee información de todos los datos medidos

• El cliente puede descargar reportes directamente

Web portal overview

http://www.machsense.abb.co.in/

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