Deterioro eléctrico y mecánico en motores eléctricos

A partir de la identificación, estudio y análisis de los modos de falla asociados a los motores eléctricos se pueden identificar cada una de las posibles causas de parada de dichos equipos, y en este sentido nos permite orientar nuestra atención en las estrategias o medidas que se deben tomar y ejecutar para evitar su ocurrencia.

En motores eléctricos se tienen identificados principalmente dos grandes grupos de fallas, uno asociado a deterioros mecánicos y el otro es el correspondiente a deterioros eléctricos.

Dentro de las principales partes o piezas constructivas que conforman un motor eléctrico están el rotor, el estator, la carcasa, las bobinas, el ventilador, la placa de bornes, el eje y los rodamientos, siendo estos dos últimos los más vulnerables a deterioros mecánicos.

Los rodamientos son la parte de desgaste del motor y son los que soportan esfuerzos, ya sean axiales, radiales, o una combinación de ambos. En este sentido, el daño en rodamientos representa el modo de falla más frecuente en esta clase de máquinas rotativas, con un porcentaje mayor al 40%.

Antes que se presente una falla en los rodamientos, en el motor eléctricos se presentan una serie de síntomas que nos advierten de la existencia de una falla potencial en desarrollo, y si se revisa el objetivo, misión y responsabilidad del personal de mantenimiento se encontrará que identificar dichos síntomas lo más temprano posible, dentro del periodo de evolución de la falla, es mandatorio en la meta de garantizar confiabilidad y disponibilidad en la operación.

Dentro de esa sintomatología encontramos:

  • Altas vibraciones
  • Altas temperaturas
  • Alto ruido
  • Sobrecorrientes

Para cada uno de estos síntomas existen técnicas de mantenimiento basado en condición, que nos permiten evaluar su nivel de afectación, el estado de desarrollo de la falla y que tan crítica es su condición. Técnicas como Análisis de Vibraciones Mecánicas, Termografía y Ultrasonido, nos brindarían un diagnóstico certero sobre como y cuando intervenir el activo.

Las principales causas para que se dé un acelerado deterioro, desgaste prematuro y falla en rodamientos son:

  • Desbalanceo mecánico de la carga: Hace referencia a sobre esfuerzos axiales localizados en un punto o varios, del rodamiento y eje del motor generados por la carga (ventilador desbalanceado, distribución de pesos no uniforme con respecto a su giro, acople por peleas, etc.) 
  • Alineación deficiente: Alineación hace referencia a la colocación o disposición en línea recta y concéntrica de una serie de elementos (ejes), las líneas centrales de sus ejes coincidentes entre sí, en donde no se generan sobre esfuerzos adicionales a los propios del giro natural. Cuando la alineación es deficiente se generan cargas adicionales en los rodamientos, alojamientos y cojinetes, acelerando así su desgaste natural. 
  • Excentricidad: se presenta cuando el espacio entre el rotor y el estator no es uniforme a lo largo de sus 360°. Se presenta excentricidad por diferentes motivos, algunos de ellos asociados a fallas de fabricación y ensamble del motor, y otras a los sistemas de accionamientos acoplados al eje del motor (correas, poleas, cargas mecánicamente desbalanceadas).
  • Carga excesiva: Hace referencia a carga mecánica que sobre pasa los límites de diseño de la instalación y que genera estrés mecánico superior al máximo tolerable, que se traduce en rompimiento de piezas o acelerado deterioro de los equipos.
  • Defectos de los alojamientos, ajuste incorrecto: El alojamiento hace referencia al lugar donde van ubicados los rodamientos del motor, en donde el ajuste entre ambos (rodamiento + alojamiento) debe ser el correcto, ni con mucha holgura que haga que el rodamiento patine, ni tampoco muy justo que impida la expansión por dilatación del mismo. Un mal ajuste de los alojamientos se traduce en daño prematura de los rodamientos, del eje e incluso de las mismas tapas.
  • Montaje defectuoso del motor: Una de las labores con mayor nivel de importancia es el montaje del motor, por cuanto de él depende que la base del motor quede perfectamente colocada sobre el pedestal o sobre el lugar en donde va a ser fijado, y que durante la operación de la máquina no se generen sobre esfuerzos nocivos sobre sus partes móviles.
  • Lubricación inadecuada (exceso o ausencia, contaminación): Dentro de la amplia gama de rodamientos, existen rodamientos auto – lubricados y otros que requieren de lubricación externa periódica, en este último caso, el exceso de lubricación, su ausencia y el uso inadecuado del tipo de lubricante se traduce en daño del rodamiento e incluso del motor.
  • Erosión Eléctrica: Se refiere a pequeñas descargas eléctricas, arcos eléctricos, que se presentan por anomalías en el circuito magnético del motor o por factores externos en su accionamiento, como por ejemplo variadores de frecuencia, y cuya vía de descarga a tierra es a través de los rodamientos. 
  • Transporte y almacenamiento (periodos de no operación prolongada) inadecuado. Durante el transporte de los motores eléctricos, se deben inmovilizar y proteger las partes móviles (eje) para evitar daños durante su movilización. Si el motor va estar inoperante por largos periodos de tiempo, se deben colocar resistencias de calentamiento para evitar que se genere humedad al interior de las bobinas, y periódicamente rotar el eje para que el peso del eje no descanse siempre sobre la misma parte del rodamiento. De no realizar estar actividades o no acoger estas recomendaciones, se puede presentar falla de motor al momento de su energización.
  • Instalación y montaje de los rodamientos de forma incorrecta: El mantenimiento y cambio de rodamientos se debe ejecutar con personal entrenado y capacitado, haciendo uso de las herramientas idóneas, para así evitar daños durante el montaje por malas prácticas, e impericia del personal

Continuando con el análisis del deterioro mecánico en motores eléctricos, revisemos ahora el eje. El eje es un elemento constructivo destinado a guiar el movimiento de rotación a una pieza o de un conjunto de piezas, como una rueda o un engranaje. El modo de falla de un eje está representado básicamente en rompimiento o fractura del eje y los principales síntomas que se dan en el motor antes de que se materialice la falla o se llegue a la falla funcional son:

  • Altas vibraciones
  • Altas temperaturas
  • Sobre corrientes

Algunas de las causas de falla en el eje son semejantes a las causas de falla de los rodamientos, las cuales se explicaron anteriormente. Las principales causas para que se dé un acelerado deterioro, desgaste prematuro y falla en el eje son:

  • Desbalanceo de la carga
  • Alineación deficiente
  • Excentricidad
  • Carga excesiva – Rotor Bloqueado: Hace referencia a carga mecánica que sobre pasa los límites de diseño de la instalación y que genera estrés mecánico y eléctrico superior al máximo tolerable, que se traduce en rompimiento de piezas o acelerado deterioro de los equipos. En este caso, de no tener las protecciones del motor muy bien ajustadas, se puede presentar daño severo, no solamente en el eje sino en todo el activo.
  • Montaje defectuoso del motor

Continuaremos con el análisis de las fallas y deterioros eléctricos en la próxima edición de La Nota Energética.

 

Ing. César Espitia Pineda
Líder de Confiabilidad
Transequipos S.A.

Conmemoración 31 años de Transequipos

Aplicando el sabio pensamiento de Galileo nuestra empresa TRANSEQUIPOS no tiene 31 años tiene los años que le quedan. Por tanto a TRANSEQUIPOS le espera una muy larga vida porque estamos convencidos de que “las personas pasan pero las instituciones quedan”.

Mi deseo es que TRANSEQUIPOS tenga una muy larga vida en adelante y a fe que los socios y fundadores hemos dado y daremos los pasos que sean necesarios para garantizar la supervivencia de la empresa por el compromiso social con 90 familias y sus miembros, y estoy seguro que este número se multiplicará  en el futuro teniendo en cuenta el compromiso con la comunidad industrial y eléctrica del país, pues estamos convencidos de que los servicios y las  soluciones que actualmente damos deben permanecer y aumentar con dinamismo  en el tiempo dada la gran aceptación de todos nuestros clientes que han creído en nosotros durante estos 31 años y que seguirán creyendo no solo por la efectividad y confiabilidad de nuestros servicios y soluciones sino porque con nuestra actitud permanente de innovación estamos creando nuevos y disruptivos  frentes apoyándolos para que sean eficientes en sus procesos asociados a sus negocios y puedan cumplir la razón de ser de sus empresas y de su compromiso con sus empleados, accionistas y comunidades en las que actúan.

Estimados clientes: Bienvenidos a un nuevo futuro, queremos ofrecer nuestro modesto aporte para que sus empresas se dediquen a la esencia de sus negocios a la productividad de sus industrias y a lo que mejor saben hacer y permítanos contribuir con nuestra experiencia y conocimiento  a diseñar conjuntamente nuevas estrategias de Eficiencia Energética y Gestión de Activos, con aliados de clase mundial que nos permitan potencializar con tecnología, conocimiento y experiencia acciones de soporte para soluciones integrales. La Gestión de Activos y la Eficiencia Energética constituyen una dupla inseparable que nos beneficia a todos y a nuestros grupos de interés contribuyendo de manera efectiva al desarrollo, a la generación de empleo estable y por tanto  a la paz de nuestra linda Colombia. Vamos por muchos años más de trabajo tesonero y compromiso en equipo con ustedes sus comunidades y las nuestras.

Vamos a hacer patria con corazón decisión y grandeza, pertenecemos a una clase empresarial acrisolada y fuerte que históricamente y en la actualidad es la que nos ha permitido sobrevivir en tan difíciles momentos de crisis que ha vivido nuestro país.

¿Cómo puede afectar el cambio climático al sistema eléctrico?

Muchos son los efectos de las emisiones de gases a la atmosfera y los impactos que tienen en la vida en el planeta tierra. Hoy queremos hablar de los efectos que pueden tener en el sector eléctrico, hablando de la principal cadena generación – transmisión y distribución – uso final

Generación:

Uno de los puntos más importantes es la transformación de los diferentes tipos de energías en energía eléctrica. Para entender los efectos, tenemos que mirar cada una de las diferentes fuentes de energía:

Energía hidráulica:

Al depender de los recursos hídricos, y, por ende, del ciclo hidrológico esta es una fuente bastante susceptible al cambio climático. El aumento de temperaturas provocara escases en las represas, disminución de los caudales, lo que se transforma en menor reservas y menor disponibilidad, acrecentado por el fenómeno del niño. Ahora bien, también se puede presentar el fenómeno contrario, llamado el fenómeno de la niña, donde el nivel de precipitaciones aumenta, y las represas deben despachar toda el agua posible haciendo un fino balance con el medio ambiente y las poblaciones aledañas. Una gran liberación de agua puede afectar el ecosistema de la flora y la fauna, provocando inundaciones a las comunidades aledañas.

Energía eólica:

La densidad en el viento depende del balance energético global y el movimiento atmosférico resultado de este. Los cambios climáticos pueden causar cambios en la distribución y la variación de la velocidad del viento en todo el planeta. Y para que un proyecto eólico sea viable, se debe de saber con certeza como son los comportamientos de estas dos variables, con el objetivo de proyectar la demanda energética. El cambio climático puede causar un cambio en las variables mencionadas, disminuyendo la producción de los parques eólicos hoy construidos.

Energía Solar:

La energía solar se puede ver afectada con el cambio climático debido al aumento de vapor de agua en la atmósfera, la nubosidad y sus características que afectan la transmisividad de la atmósfera. Según los modelos de estudio, este efecto puede cambiar la distribución de la radiación en la tierra, donde la región del sub Sahara africano se reduciría, mientras que en el medio este se aumentaría. Aumentos de temperatura afectan las plantas solares, disminuyendo la capacidad de generación.

Oil & Gas

Aunque el cambio climático no va a afectar en las reservas de petróleo y gas, si puede permitir el aumento de reservas y acceso a estas. El calentamiento de la tierra, ha hecho que se disminuya la cantidad de glaciares en el mundo, y ha permitido que se puedan extraer los recursos que se encontraban atrapados dentro de estos. Por otra parte, lugares donde ya se está perforando como Alaska, se pueden ver afectados al poner en peligro la integridad de las facilidades que se encuentran en el hielo.

Carbón

El único efecto que podría recibir el carbón, es el aumento de humedad en el ambiente donde este se encuentran las minas del mineral. Esto provocaría que se necesite más energía para extraer el agua del carbón, aumentando los gases de efecto invernadero que este produce.

Para las plantas térmicas, que utilizan los hidrocarburos como fuente de calor, su eficiencia se veria disminuida debido al aumento de la temperatura ambiente y disminuir el delta de calor que se presentaría en los intercambiadores de calor.

Transmisión y distribución

Con los cambios de clima, pueden suceder varios efectos. Debido a bajas temperaturas, se puede presentar congelamiento en las líneas, cuando en el diseño de estas nunca se tuvo en cuenta. Igualmente, el aumento de temperatura ambiente, puede provocar sobrecalentamientos y disparo de protecciones. A la par, el aumento de temperaturas ya ha generado daños en los transformadores en USA durante la ola de calor del 2006.

Usos

Con aumentos de temperatura, se empezaría a aumentar el uso de aires acondicionados, se disminuiría la eficiencia en motores de combustión y empezarían a presentar problemas motores eléctricos.

El mundo de hoy se mueve con la energía eléctrica y como la transformamos en movimiento mecánicos. El restringir el uso de esta, podemos empezar a tener problemas tan básicos como accesos a internet, utilizar un ascensor, prender un televisor hasta tener disponibilidad de agua potable.

¿Y tú que estás haciendo para cuidar el medio ambiente?

 

Ing. Abel Mauricio Gallego Jaramillo
Líder de Gestión Energética
Transequipos S.A.

Consideraciones y aspectos generales en la calidad de energía

La evolución en la industria con el uso de equipos electrónicos ha hecho que los sistemas requieran ser más confiables aumentando las especificaciones de calidad tanto para usuarios finales como para los distribuidores de energía eléctrica, esto implica que la calidad de energía eléctrica contemple no solo la continuidad en el suministro de energía, también que abarque y requiera que se involucren métodos para conservar la amplitud, frecuencia y forma de onda de las señales de tensión y corriente.

Lo mencionado anteriormente ha contribuido con la evolución de la industria energética ya que aumentan los requerimientos contractuales entre los usuarios no regulados y las empresas encargadas del suministro de energía como los siguientes:

  • Es necesario contar con un equipo de medida de calidad de potencia en el punto de conexión del usuario, que cumpla con el método de medición clase A definido en la norma IEC 61000-4-30 de 2008, como lo establece el artículo 8 de la resolución CREG 065 de 2012.
  • Metodologías de evaluación y los valores de referencia de los parámetros asociados a la calidad de potencia eléctrica en el punto de conexión común entre el operador de red y los usuarios para todos los niveles de tensión, según La NTC 5001 de 2008 calidad de potencia eléctrica “límites y metodología de evaluación en punto de conexión común”.
  • Indicaciones sobre el FP, que debe ser igual o superior a punto noventa (0.90), según La CREG 108 de 1997 art. 25. Factor de potencia “Control al factor de potencia en el servicio de energía eléctrica”.
  • La indicación de los máximos niveles de distorsión de armónicos en tensión y corriente para sistemas en diferentes aplicaciones, según la norma IEEE Std 519-1992 “Recommended practices and requirements for Harmonic control in a electrical power systems”, etc.

En lo que respecta a los equipos que se usan para la medición de calidad de potencia, existen varios fabricantes regidos con base en las normas para el cumplimiento de los estándares de medición, estos equipos de medición son de instalación portátil con diferentes capacidades de almacenamiento que también cuentan con software para el análisis, interpretación y generación de informes de acuerdo a plantillas predeterminadas.  También equipos de instalación fija, con la cualidad de recolectar y enviar en tiempo real toda la información a centros de almacenamiento.

Para controlar los parámetros con desviaciones según normas, se cuenta con tecnologías que aportan al mejoramiento del sistema; por ejemplo, para la compensación de energía reactiva, se trabaja mediante bancos de condensadores, que pueden ser manuales, automáticos o mixtos, usados de acuerdo a la necesidad del cliente, su objetivo, mejorar el factor de potencia y el no pago energía reactiva al suministrador de energía eléctrica.  Para el control de los armónicos presentes en el sistema, también existe gran variedad en el mercado colombiano, la eficacia de los filtros recae sobre su tipo, si son activos o pasivos; generalmente estos inyectan una corriente con una frecuencia y potencia específica para cada armónico individual con un ángulo de fase opuesto a la existente en el sistema para cancelarla.

Existe otro gran número de tecnologías que nos ayudan al mejoramiento de estos parámetros eléctricos, que deben ser implementadas para cumplir con las regulaciones nombradas anteriormente, donde inevitablemente se hace necesario, inicialmente para el diagnóstico, realizar las mediciones para verificar el estado de la calidad de la potencia del sistema eléctrico, procesar y analizar asertivamente para obtener un diagnóstico del sistema y controlar los parámetros asociados a la calidad de potencia eléctrica para que estén dentro de los valores de referencia aceptables según la normatividad; tanto para operadores de red como para los usuarios finales.

 

Ing. Deiner López Gómez
Líder de Subestaciones
Transequipos S.A.

Mantenimiento predictivo y monitoreo de condición

Mantenimiento predictivo

Consiste en aplicar técnicas para pronosticar el punto futuro de falla de un componente de una máquina, de tal forma que dicho componente pueda reemplazarse, con base en un plan, justo antes de que falle. Así, el tiempo muerto del equipo se minimiza y el tiempo de vida del componente se maximiza. Entre las principales ventajas del mantenimiento predictivo tenemos las siguientes:

  • La operatividad de la maquinaria es más continua, ya que las paradas en caso de fallas son breves al detectarse de forma temprana.
  • Es muy fiable, ya que requiere un personal calificado con capacidad de realizar análisis de alta exactitud.
  • La necesidad de personal es menor, por lo que se reducen los costos en contratación.
  • Los repuestos y equipos empleados tienen una alta durabilidad. Las revisiones se hacen con base a resultados, por lo que se buscan piezas que cumplan con lo estipulado.

Monitoreo en línea (de condición)

El monitoreo en línea o de condición nos permite proteger las máquinas de cualquier problema eléctrico, mecánico y/o químico selectivamente. Esta información es obtenida por sensores de diversos parámetros y procesada por un monitor inteligente, el cual recopila información que es luego evaluada para informarnos, alarmarnos o parar tomar acciones de control sobre la maquinaria con el fin de corregir los problemas que pueden incurrir en costos de mantenimiento correctivos mayores.

El monitoreo en línea es el proceso que consiste en determinar el estado de la maquinaria durante su funcionamiento. Las claves para el éxito de un programa de monitoreo en línea son:

  • Saber qué es lo que se debe monitorear.
  • Cómo interpretarlo.
  • Cuando poner en práctica ese conocimiento.

El uso correcto de este programa permite reparar los componentes problemáticos antes de que se produzca una falla. El monitoreo de condición no sólo ayuda al personal de planta a reducir la posibilidad de una falla catastrófica, sino que le ayuda además a encargar sus piezas/repuestos por adelantado, programar la mano de obra y planificar otras reparaciones durante las paradas programadas.

¿Por qué utilizar el monitoreo en línea?

  • Mantener y/o aumentar productividad de la empresa
  • Minimizar paros no programados
  • Optimizar desempeños de máquinas
  • Prevenir fallas drásticas o catastróficas
  • Evitar accidentes.
  • Para generar confianza en los clientes
  • Reducir desperdicio mejorando calidad del producto
Fig. 1: Tiempos para reaccionar en esquema de mantenimiento CBM.

Monitoreo en línea de activos

Consiste en la observación y medición continua de variables clave que permiten detectar el momento en que se alcanzan niveles de degradación significativa de activos (Transformadores, Motores, GIS) que requieren acción correctiva.

Los modelos de diagnóstico se refieren al agrupamiento inteligente de datos relacionados, incluyendo valores estadísticamente significativos y tendencias, que son procesados para generar un conocimiento más completo de la condición del equipo y las acciones recomendadas a tomar.

Modelos estándar de computo como corriente de carga, potencia aparente (kVA, MVA), temperaturas de devanados, temperatura del aceite, envejecimiento de aislamiento, control de enfriamiento, eficiencia del enfriamiento, generación de burbujas, humedad, descargas parciales, coronografías, termografías, ultrasonido, detección de gases disueltos en el aceite aislante, son utilizados principalmente en los sistemas de monitoreo en línea con los cuales se busca aumentar la confiabilidad de activos que juegan un papel esencial en los procesos de nuestra industria.

Recomendaciones para la implementación de sistemas de monitoreo y diagnóstico

  • Identificar los objetivos principales de la iniciativa, que definirán los modelos subyacentes y variables a monitorear.
  • Establecer los objetivos económicos esperados.
  • Ejecutar un proceso de diagnóstico del punto de partida de los equipos a monitorear (‘’condition assessment’’).
  • Especificar a detalle la información esperada del sistema.
  • Definir los medios y procesos internos del usuario, para la explotación de la información colectada por el sistema de monitoreo y descarga.
  • Establecer una relación de servicio a largo plazo con el proveedor del sistema.

Ing. Gustavo Adolfo Romero
Proyectos de Soluciones de Monitoreo
Transequipos S.A.

Detección de gas SF6 para las compañías eléctricas

Los equipos de las subestaciones, como disyuntores y transformadores, conmutan y transforman altas tensiones y corrientes. La conmutación de altas tensiones supone producción de arcos eléctricos con un riesgo alto de seguridad para las empresas. El gas SF6 se utiliza para el aislamiento en estos equipos. De hecho, este gas es una alternativa más eficaz que otros aislantes, como el aire y el aceite, debido a sus propiedades de ionización como gas de extinción. Sin embargo, al tratarse de un potente gas de efecto invernadero, es importante garantizar su detección y tratamiento adecuado en caso de fuga.

Figura 1. Un inspector utiliza el detector de gas Fluke Ti450 SF6 para inspeccionar conexiones atornilladas.

La importancia de la detección de gas SF6

El gas SF6 se utiliza para aislar equipos de subestaciones con más de 35.000 V en dispositivos de redes eléctricas como disyuntores, interruptores de líneas de transmisión y dispositivos o interruptores de distribución subterráneos.  Si el aire o la humedad se cuela en el interior del equipo se pueden producir averías de dimensiones catastróficas, como arcos eléctricos. El gas SF6 ayuda a evitar este tipo de desastres, pero el gas en sí conlleva algunos inconvenientes y debe mantenerse dentro de las carcasas de los equipos. Cada país tiene sus propias normas al respecto. En Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) exige a las compañías eléctricas que establezcan un proceso para controlar con regularidad las fugas de gas SF6.

Uno de los requisitos mínimos para las compañías eléctricas es contar con un proceso para controlar el uso y las fugas de gas SF6. El estado de California por ejemplo exige registrar el índice de uso y fugas de gases SF6 anualmente para garantizar la transparencia mediante la generación y conservación de registros. Si la fuga de gas es superior al 1% del total de gas utilizado en toda la compañía, la EPA puede imponer una multa a la empresa. La EPA puede llevar a cabo auditorías aleatorias de las compañías, durante las cuales este organismo gubernamental comprueba una instalación para determinar si cuenta con un proceso de control de gas SF6 en marcha que sea lo suficientemente eficaz en conformidad con el principio de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

La cámara Fluke Ti450 SF6 combina infrarrojos y detección de gas en un solo instrumento. La Fluke Ti450 SF6 combina una cámara termográfica de alto rendimiento con empuñadora tipo pistola y la detección de gas SF6. Dota a los inspectores de la capacidad para localizar fugas de gas sin desconectar los equipos y controlarlos desde una distancia segura. La Ti450 SF6 ofrece una interfaz intuitiva que cambia cómodamente entre imágenes térmicas estándar y modos de visualización de gases.

La detección del punto exacto en el que se encuentra la fuga puede resultar compleja para los inspectores que no disponen de cámaras termográficas con capacidad de detección de gas SF6. Por desgracia, la solución habitual es apagar el equipo y sustituir o reparar todas las conexiones o puntos donde se podría estar produciendo la fuga para garantizar la seguridad y el cumplimiento total de las normas. La Ti450 SF6 ayuda a evitar reparaciones costosas y posiblemente innecesarias. La cámara ofrece una detección de fugas fiable y puede ayudar a localizar el origen de una fuga con mayor eficacia que otros métodos.

Figura 2: Una imagen térmica con detección de gases superpuesta en una imagen con luz visible de un disyuntor.

8 consejos para capturar imágenes de gas

  1. Evitar días de lluvia/viento: bajo estas condiciones, los gases se disipan demasiado rápido a menos que se trate de una fuga masiva.
  2. El gas debe estar a una temperatura distinta a la del entorno para poder verse; se necesita un contraste térmico:
    -Cielo frío o caja de control con calefacción.
    -La emisividad es un factor a tener en cuenta; asegúrese de que cuenta con el plan correspondiente
  3. Utilice un trípode para estabilizar la cámara durante la inspección.
  4. Coloque la cámara a unos 3 metros (10-12 pies) del objetivo.
  5. Instale la cámara por debajo de la fuga y apunte la cámara hacia arriba: aproveche el cielo frío cuando pueda, pues el gas no sale en línea recta.
  6. Sea paciente y espere a que el gas salga
  7. Los lugares donde se producen fugas con mayor frecuencia son bridas, parte superior y base de casquillos, tubos.
  8. Cuando encuentre la fuga, retire la cámara del trípode para acercarse o muévala a un mejor ángulo para obtener una imagen de mayor calidad

By: Fluke Corporation

Mantenimiento predictivo y preventivo a los transformadores de potencia

Los transformadores de potencia se cuentan entre los equipos más importantes de una subestación y su confiabilidad no sólo afecta la disponibilidad del servicio, sino también la parte económica de una empresa dado su elevado costo y las características especiales para reponerlo en un momento dado, pues en la mayoría de los casos se fabrica bajo pedido y su entrega puede demorar incluso meses dependiendo de las características técnicas requeridas. Por lo anterior el seguimiento y mantenimiento que debe hacerse de estos equipos es de suma importancia para garantizar su confiabilidad durante toda su vida útil. El diagnóstico predictivo y el mantenimiento preventivo de los transformadores está compuesto por varias actividades dentro de las cuales se destacan la inspección visual de sus componentes externos, las medidas y pruebas eléctricas, la limpieza de sus partes y las pruebas de diagnóstico al aceite; con estas actividades es posible estimar el estado de los componentes internos del transformador (papel, aceite y bobinas) y determinar las acciones o mantenimiento que debe realizarse al equipo.

Servicios predictivos para transformadores

Análisis de aceite dieléctrico ADFQ

En general puede decirse que mediante las pruebas de degradación consistentes en el análisis dieléctrico y fisicoquímico del aceite, se determina el porcentaje de agua en el papel aislante, la calidad química del aceite y el grado de impregnación de productos de oxidación en el papel aislante, para diagnosticar el estado del sistema de aislamiento Papel – Aceite, permitiendo identificar claramente el procedimiento de mantenimiento a seguir para corregir los problemas detectados.

Las pruebas estándar ASTM (American Society for Testing and Materials), recomendadas para el aceite de transformadores en operación son las siguientes:

  • Rigidez dieléctrica
  • Contenido de agua o humedad
  • Número de neutralización
  • Gravedad específica.
  • Tensión interfacial.
  • Color.
  • Índice de calidad.
Cromatografía de gases

Esta prueba cuantifica la cantidad de gases presentes en una muestra de aceite que puede provenir de la operación normal del transformador o de algún tipo de falla. Dentro de un transformador se pueden presentar diferentes tipos de fallas ocasionadas por defectos como: arco eléctrico, descargas parciales, sobrecalentamiento del aceite y/o del papel y corrientes circulantes.

Esta prueba se fundamenta en la utilización de gases disueltos basados en el rompimiento de las moléculas de hidrocarburos tanto en el aceite como en la celulosa del papel aislante, causado por la presencia de alguna falla de tipo térmico ó eléctrico.

Con este análisis se detecta la presencia de gases combustibles en el aceite. Se analiza el contenido de gases disueltos como ACETILENO, DIÓXIDO DE CARBONO, METANO, ETILENO, HIDRÓGENO, MONÓXIDO DE CARBONO, NITRÓGENO, OXÍGENO + ARGÓN y con base en la concentración de cada uno de estos gases y las relaciones de composición, es posible diagnosticar el tipo de falla presentada y su severidad.

Pruebas que complementan el diagnóstico al estado de los transformadores

  • Análisis de furanos.
  • Análisis de PCB´s

Otras pruebas al aceite

  • Factor de potencia.
  • Estabilidad oxidación bomba rotativa.
  • Determinación de inhibidor de oxidación.
  • Viscosidad cinemática.
  • Punto de inflamación.
  • Punto de anilina.
  • Conteo de partículas.
  • Análisis infrarrojo.
  • Azufre corrosivo.
  • Determinación de grado de polimerización del papel.

Mantenimiento preventivo

De la experiencia adquirida por quienes se dedican a realizar el mantenimiento de los transformadores se ha llegado a determinar algunas acciones de mantenimiento correctivo – preventivo en estos equipos según los resultados de las pruebas descritas de laboratorio. Entre estas acciones se encuentran las siguientes:

  1. Toma de muestra a los seis meses: Se recomienda cuando el índice de calidad se encuentra ligeramente por encima de su
    valor límite inferior de 1500.
  2. Toma de muestra a los doce meses: Se recomienda cuando el aceite se encuentra en condiciones normales.
  3. Tratamiento de termovacio y adición de inhibidores: Este tratamiento se recomienda cuando el índice de calidad empieza a tomar un valor por debajo de 1500; con este tratamiento se detiene la degradación del aceite. Este tratamiento se recomienda cuando adicionalmente el contenido de agua o humedad esta en un valor aceptable. Se puede realizar en sitio.
  4.  Secado de la parte activa: Este se recomienda cuando el contenido de agua en el aceite esta por encima de 35 ppm, lo cual representa sólo el 10% del agua contenida en el sistema total de aislamiento papel-aceite. Se puede realizar en sitio. utiliza vacío y sistemas criogénicos.
  5. Lavado y secado con cambio total de aceite: Se recomienda cuando el índice de calidad esta por debajo de 318 y el volumen de aceite se encuentra muy bajo comparado con el volumen de aceite necesario para purgar los equipos.
  6. Regeneración de aislamientos (limpieza del papel de productos ácidos):  Se recomienda para índices de calidad por debajo de 1000, lo que quiere decir que ya hay presencia de productos ácidos y/o lodos en suspensión o depositados, que impregnan el papel incidiendo en la vida útil del transformador. Este procedimiento garantiza una limpieza total del papel y permite recuperar el aceite.Para llevar a cabo esta acción es necesario que el transformador tenga por lo menos el doble del volumen de aceite requerido para purgar los equipos. Se realiza mediante elevación del ACEITE A TEMPERATURA DE PUNTO DE ANILINA (temperatura en la cual el aceite disuelve los lodos) y a través de TIERRAS FULLER (Atapulgita, de alto poder de absorción). Dependiendo de la necesidad se realizan 6, 10 o 15 recirculaciones.
  7. Regeneración de aislamientos y secado de parte activa: Se recomienda cuando se cumple la condición descrita en el numeral 5.6 y además se tiene un alto contenido de agua en el aceite, representando alto porcentaje de agua en el papel, y se hace necesario que, además de las recirculaciones del aceite, se haga un secado a la parte activa.
  8. Deslodificación total: Se recomienda cuando el índice de calidad esta por debajo de 100 o sea cuando el lodo ya se encuentra endurecido en el papel. Requiere más de 20 recirculaciones de aceite.
  9. Deslodificación total y secado de la parte activa: Se recomienda cuando además de presencia de lodo endurecido en el papel (IC por debajo de 100), se tiene un alto contenido de agua. Requiere más de 20 recirculaciones a través de tierras Fuller y secado de la parte activa del transformador.
Otras acciones

Finalmente, como parte de las acciones adicionales que eventualmente se ejecutan dentro del mantenimiento de un transformador se encuentran las siguientes:

  • Completar el nivel de aceite.
  • Cambio de empaques.
  • Detección y corrección de fugas de aceite.
  • Revisión y ajuste de la conexión de puesta a tierra.
  • Limpieza general y/o pintura de la cuba o tanque.
  • Limpieza o cambio de los aisladores.
  • Revisión del sistema de refrigeración (radiadores).
  • Revisión de funcionamiento de dispositivos usados para control como son: termómetros y termocuplas, válvula de alivio de sobrepresión y relé bucholz, entre otros.

Ing. Ernesto Gallo Martínez.
Presidente
Transequipos S.A.

La importancia de mitigar los armónicos

Ahora que en las plantas de producción se tiene tantos componentes de electrónica de potencia para el control y la automatización de los procesos, empieza a ser visible un fenómeno poco agradable en la factura de energía: el aumento de energía reactiva en la red.

Antes de continuar, se debe de aclarar cuál es la diferencia entre el factor de potencia y el coseno de phi.

El factor de potencia se define como:

“La relación entre la potencia activa, o que produce un trabajo útil, respecto a la potencia total demandada a la red eléctrica”

Cuando no hay presencia de armónicos, la forma de onda es puramente sinusoidal, decimos que el factor de potencia es igual al coseno de phi. Por tanto, solo se tienen las componentes activa y reactiva, donde la hipotenusa del triángulo será la potencia aparente.

Pero cuando la forma de tensión o de corriente empiezan a tener deformación, aparece una nueva componente perteneciente a la distorsión armónica. Esta componente se conoce como la potencia reactiva distorsionante. Al igual que la componente reactiva, esta componente no genera trabajo útil, pero si es demandada por la red, con lo que aumenta la presencia de potencia aparente.

Con esta componente, el nuevo triángulo de potencia pasa a tener una tercera componente, y es representado de la siguiente manera:

Para el calculo del factor de potencia, se utiliza la siguiente ecuación:

Donde

P: Potencia Activa

Q: Potencia Reactiva

THDI: Distorsión armónica de corriente

Para tener algo más claro, teniendo como ejemplo un transformador de 500 KVA, en donde se tiene un consumo constante de cerca 460 KW y una carga inductiva reactiva de 200 KVAR.

El factor de potencia para este ejemplo, es de 0.91 el cual se encuentra dentro de los parámetros permitidos por la norma NTC 5001. Con un banco de condensadores se puede mejorar esta carga reactiva y mejorar el factor de potencia. Pero cuando se tiene distorsión armónica de cerca de 30%, el factor de potencia cambia totalmente:

Un cambio en el factor de potencia de esta magnitud, afecta la operación de los equipos en las plantas disminuyendo la vida útil de los equipos debido al efecto piel presente en los conductores. Las fuentes más comunes que generan los armónicos son:

  • Transformadores.
  • Maquinas Rotativas.
  • Iluminación Fluorescente o LED.
  • Hornos de arco.
  • Rectificadores.
  • Inversores.
  • UPS.
  • Variadores de velocidad.

Los efectos con la resolución CREG 015 del 2018

La comisión de regulación de energía y gas (CREG), busca mejorar la eficiencia y la prestación del servicio de distribución de energía eléctrica en Colombia. Una de las formas en que lo va a realizar, es endureciendo el cobro por consumo de energía reactiva.

Para penalizar el consumo de energía reactiva se debe de exceder el límite durante cualquier período horario en más de diez (10) días en un mismo mes calendario. Cuando esta condición se presente durante mas de 12 meses, se empezará a aumentar el costo mes a mes hasta llevar a elevar la factura en un factor de 12 veces. Y para reducir este factor, se debe de demostrar la reducción durante 6 meses consecutivos.

¿Como mitigar estos efectos?

Para mitigar estos efectos, sin afectar la competitividad, es atacar los síntomas y no el origen de estos. La instalación de un filtro de armónicos es la practica mas recomendada.

Los filtros de armónicos son equipos que se encargan de resolver los conflictos generados por la distorsión armónica. Se instala paralelamente a la carga, en donde se disponen a censar la distorsión armónica y establecer de que orden son las componentes; con esta información, el filtro se sintoniza y inyecta una forma de onda inversa, con el fin de anular las distorsiones presentadas y suavizando la forma de onda.

Ing. Abel Gallego Jaramillo
Líder Gestión Energética
Transequipos S.A.