03 Cap 03 Materiales y Procedimientos VERIF

III. MATERIALES Y PROCEDIMIENTO3.1. Material

3.1.1. Poblacin

Turbogenerador EscherWyss de la Empresa Trupal.3.1.2. Muestra

Turbogenerador EscherWyss de la Empresa Trupal.3.1.3. Unidad de Anlisis

Anlisis dela disponibilidad del Turbogenerador EscherWyss de la Empresa Trupal.3.2. Mtodo

3.2.1. Tipo de Investigacin

Aplicada

3.2.2. Diseo de Investigacin

El diseo de la presente investigacin: Variable O1Proceso XResultado O2O1: Parmetros de fallas y disponibilidad del Turbogenerador EscherWyss sin sistema de monitoreo basado en PLCX:Estimacin de los parmetros de fallas y disponibilidad del Turbogenerador EscherWyss con un sistema de monitoreo basado en PLC.

O2: Porcentajes de comparacin estimados para las fallas y disponibilidad del Turbogenerador Escher Wyss con la presencia del sistema de monitoreo basado en PLC3.2.3. Variables de estudio y operacionalizacin

Analizando las variables independientes y dependientes se realizar el estudio de la mejora en la disponibilidad del Turbogenerador Escher Wyss de la Empresa Trupal S.A. mediante un sistema de monitoreo basado en PLC.

A. Variable independienteVARIABLEDEFINICION CENTRALDEFINICION OPERACIONALINDICADORESINSTRUMENTOUNIDAD

Sistema de Monitoreo basado en PLCSheldrake, A. 2003) define a los sistemas de seguridad y paradas de emergencia empleados en turbogeneradores como Sistemas Interlock.

Un sistema de monitoreo es una herramienta de apoyo que informa la ejecucin de unproceso. Esto puede ser una condicin de alarma, una vlvula abierta u otros.El anlisis de los parmetros permitir tener un patrn de referencia del comportamiento de las seales dentro de Planta de Fuerzaen Trupal S.A, para su estudio futuro del Turbogenerador. Nmero de variables a monitorear.Lista de cotejos.unidad

Nmero de variables a controlar.Lista de cotejos.unidad

Algoritmo del Sistema.

PCsoftware

Tiempo de respuesta.

Datos cuaderno de ocurrencias.Segundo(s)

Costos requeridosCotizaciones..Dlares

B. Variable dependienteVARIABLEDEFINICION CENTRALDEFINICION OPERACIONALINDICADORESINSTRUMENTOUNIDAD

Disponibilidad.

La Disponibilidad se describe en trminos cuantitativos como: tiempo en lnea, tiempo en factor de corrida, falta de paradas, y un buen nmero de trminos operativos coloquiales, que incluyen un mnimo valor para la disponibilidad operacional.La disponibilidad permitir tener una referencia, de los diferentes parmetros para proponer alternativas de solucin para su mejora en el futuro.DisponibilidadCuadros estadsticos%

ConfiabilidadCuadros estadsticos%

MantenibilidadCuadros estadsticos%

3.2.4. Instrumentos de Recoleccin de Datos

Para poder conocer la realidad problemtica, identificar necesidades, plantear requerimientos tcnicos y realizar elestudio de la mejora en la disponibilidad del turbogenerador Escher Wyss de la empresa Trupal S.A. mediante un sistema de monitoreo basado en plc, tomamos en cuenta:

Encuestas al personal de operacin de Trupal S.A. Entrevistas con los Jefes de las reas de Operacin y Planta Trupal S.A.

Registro manual e histrico de operacin del Turbogenerador.

Hojas tcnicas de equipos actualmente instalados en el Turbogenerador.

Hojas tcnicas de equipos de fabricantes de PLC y accesorios.

Manuales de equipos de medicin de parmetros operativos de turbogeneradores.

Normas tcnicas de instalacin empleadas en Trupal S.A.

Cotizaciones de equipos PLC y accesorios.

3.2.5Procedimientos y anlisis de datosLuego de preparar las encuestas y solicitar las entrevistas necesarias mediante documentos en Planta tuvimos el siguiente personal: Lder Funcional de Generacin de Energa (Ing. David Salazar). Jefe de Mantenimiento Elctrico (Ing. Ismael Flores Flores). Inspector Elctrico / Mecnico (Tcnico Carlos Fernndez). Ingeniero de Operaciones (Ing. Marco Araujo Prez). Operador de Turbo (Ing. Marlon Bobadilla). Tcnico de Taller Mecnico (Marcial Tapia). Tcnico de Taller Elctrico (Salvatore Alvarado).A todas las personas involucradas en el estudio se les realiza una presentacin completa del tema donde se explica la metodologa, los alcances y la importancia de los resultados. Se dan las instrucciones sobre cmo completar el formato de encuesta. Adems se puntualiza en el compromiso que se debe tener para que el estudio arroje los mejores resultados.El formato de la encuesta entregada al personal se muestra en la tabla 3.1. Esta encuesta est compuesta por siete preguntas, cada pregunta tiene una serie de respuestas con una ponderacin diferente, esta ponderacin se presenta en la tabla 3.2 y le asigna un valor especfico a cada parmetro dependiendo de las caractersticas del equipo a evaluar. Una vez realizada la encuesta los resultados se clasifican en una hoja de clculo, donde se obtiene el valor de criticidad para cada equipo por cada una de las personas entrevistadas y finalmente se realiza un promedio con los resultados obtenidos para determinar la criticidad final del equipo.

Persona:Cargo:

1. FRECUENCIA DE FALLA (TODO2.TIEMPO PROMEDIO PARA

TIPO DE FALLA REPARAR (TPPR)

No ms de 1 por aoMenos de 4 horas.

Entre 2 y 15 por ao.Entre 4 y 8 horas.

Entre 16 y 30 por ao.Entre 8 y 24 horas.

Entre 31 y 50 por ao.Entre 24 y 48 horas

Ms de 50 por ao (Ms de unaMs de 48 horas

parada semanal)

3.DISPONIBILIDAD DE REPUESTO4.COSTO DE REPARACIN

EN STOCK(MILES DE DLARES)

Ms del 80%Menos de 3.

Entre 50% y 80%Entre 3 y 15.

Entre 50% y 25%Entre 15 y 35.

Menos de 25%Ms de 35.

5.CAPACIDAD DE CUBRIR LA DEMANDA

No afecta la capacidad.

Disminuye entre el 10% y el 20% de la capacidad.



Disminuye ms del 50% de la capacidad.

6.IMPACTO AMBIENTAL

No origina ningn impacto ambiental.

Contaminacin ambiental baja, el impacto se manifiesta en un espacio

reducido dentro de los lmites de la planta.

Contaminacin ambiental moderada, no rebasa los lmites de la planta.

Contaminacin ambiental alta, incumplimiento de normas, quejas de la comunidad,

procesos sancionatorios.

7.IMPACTO EN SALUD Y SEGURIDAD PERSONAL

No origina heridas ni lesiones.

Puede ocasionar lesiones o heridas leves sin incapacidad.

Puede ocasionar lesiones o heridas graves con incapacidad entre 1 y 30 das.

Puede ocasionar lesiones con incapacidad superior a 30 das o incapacidad parcial

permanente

Tabla 3.1. Formato para Encuesta de Anlisis de CriticidadFuente: Barriga A. (2008)Tabla 3.2 Ponderaciones de los parmetros del Anlisis de Criticidad

Ponderacin de los parmetros del Anlisis de Criticidad

1. Frecuencia de Fallas (Todo tipo de Fallas)Puntaje

No ms de 1 por ao1

Entre 2 y 15 por ao2

Entre 16 y 30 por ao3

Entre 31 y 50 por ao.4

Ms de 50 por ao (Ms de una parada semanal)5

2. Tiempo Promedio Para Reparar (TPPR)Puntaje

Menos de 4 horas.1

Entre 4 y 8 horas.2

Entre 8 y 24 horas3

Entre 24 y 48 horas4

Ms de 48 horas5

3. Disponibilidad de Repuestos en StockPuntaje

Ms del 80%1

Entre 50% y 80%3

Entre 50% y 25%5

Menos de 25%10

4. Costo de Reparacin (Miles de dlares)Puntaje

Menos de 3 mil3

Entre 3 y 15 mil5

Entre 15 y 35 mil10

Ms de 35 mil25

5. Capacidad de Cubrir la Demanda (Por el nmero de fallas en el ao)Puntaje

No afecta la capacidad.0,05*F

Disminuye entre el 10% y el 20% de la capacidad0,3*F



Disminuye ms del 50% de la capacidad1*F

6. Impacto AmbientalPuntaje

No origina ningn impacto ambiental0

Contaminacin ambiental baja, el impacto se manifiesta en un espacio5

reducido dentro de los lmites de la planta

Contaminacin ambiental moderada, no rebasa los lmites de la planta10

Contaminacin ambiental alta, incumplimiento de normas, quejas de la co25

munidad, procesos sancionatorios.

7. Impacto en Salud y Seguridad PersonalPuntaje

No origina heridas ni lesiones0

Puede ocasionar lesiones o heridas leves sin incapacidad5

Puede ocasionar lesiones o heridas graves con incapacidad entre 1 y 30das.10

Puede ocasionar lesiones con incapacidad superior a 30 das o incapaci-25

dad parcial permanente.

Fuente: Barriga A. (2008)Tabla 3.3aRespuestas y Ponderacin del Lder Funcional de Generacin Elctrica, Ing. David Salazar Vsquez

ParmetroRespuestaPuntaje

Frecuencia de FallasEntre 16 y 30 por ao3

Tiempo Promedio Para RepararEntre 8 y 24 horas3

Disponibilidad de RepuestosEntre 50% y el 80%3

Costo de ReparacinEntre 15 y 35 mil dlares10

Capacidad de Cubrir la demandaDisminuye entre 10% y 20%0,3*F

Impacto AmbientalContaminacin ambiental baja5

Impacto en Salud PersonalNo origina heridas ni lesiones0

Fuente: Elaboracin propia.Tabla 3.3bRespuestas y Ponderacin del Jefe de Mantenimiento Elctrico, Ing. Ismael Flores Flores.









Fuente: Elaboracin propia.









Tabla 3.3cRespuestas y Ponderacin del Inspector Elctrico / Mecnico, Tc. Carlos Fernndez.


Tabla 3.3dRespuestas y Ponderacin del Ingeniero de Operaciones, Ing. Marco Araujo Prez.




Disponibilidad de RepuestosEntre 50% y el 80%

Costo de ReparacinEntre 15 y 35 mil dlares













Tabla 3.3eRespuestas y Ponderacin del Operador de Turbo, Tc. Marlon Bobadilla.










Tabla 3.3fRespuestas y Ponderacin del Tcnico de Taller Mecnico, Marcial Tapia.


Tabla 3.3gRespuestas y Ponderacin del Tcnico de Taller Elctrico, Salvatore Alvarado.










El primer paso del Anlisis de Criticidad se establecen los puntajes de los parmetros dependiendo de las respuestas de las personas entrevistadas.Luego se realiza un promedio de los puntajes correspondientes a cada una de las personas entrevistadas, para las opciones en que los entrevistados desconocen la respuesta, se dej el espacio en blanco, debido a que hay informacin que no es manejada por este tipo de personal, por ende el promedio de ese parmetro fue calculado de acuerdo a las respuestas que se obtuvieron y no entre la cantidad de entrevistados. En la tabla 3.4 se muestra la puntuacin final obtenida para el turbogenerador. Este promedio se sustituye en la ecuacin para obtener la criticidad final.

Tabla 3.4 Puntuacin Final PromedioParmetroPuntaje

1. Frecuencia de Fallas.2,43

2. Tiempo Promedio Para Reparar.2,14

3. Disponibilidad de Repuestos.5,00

4. Costo de Reparacin.7,50

5. Capacidad de Cubrir la Demanda.2,30

6. Impacto Ambiental.9,29

7. Impacto en Salud Personal.3,57


Criticidad = Frecuencia de Falla * Consecuencia (Ec. 3.1) Consecuencia = a + b

(Ec. 3.2)a = (costo de reparacin + Impacto en salud personal + Impacto (Ec 3.3)..ambiental + disponibilidad de repuestos)

b = Impacto en la Produccin * Tiempo Promedio para Reparar (Ec. 3.4)Criticidad = 2.43 * [(7.50 + 3.57 + 9.29 + 5.00) + (2.30 * 2.14)] (Ec. 3.5)Criticidad = 91.53% crtico.

(Ec. 3.6)La tabla 3.5 muestra el puntaje de las ponderaciones para cada una de las respuestas contestadas por el personal entrevistado para la unidad turbogeneradora Escher Wyss de Trupal S.A. Los resultados promedios es la suma de los puntajes de cada entrevistado de cada tem dividido entre el nmero de entrevistados que respondieron.PERSONA 1.FRECUENCIA 2.TPPR3.DISPONIBILIDAD 4.COSTO DE 5.CAPACIDAD DE6.IMPACTO7.IMPACTO SALUD

ENTREVISTADADE FALLASDE REPUESTOSREPARACINCUBRIR LA AMBIENTALY SEGURIDAD

DEMANDAPERSONAL

Lder Funcional de Generacin Elctrica333100,3 * (7 Fallas)50

Jefe de Mantenimiento Elctrico.211050,3 * (7 Fallas)55

Inspector Elctrico / Mecnico22350,3 * (7 Fallas)255

Ingeniero de Operaciones 330,3 * (7 Fallas)100

Operador de Turbo3110,3 * (7 Fallas)100

Tcnico de Taller Mecnico2210100,3 * (7 Fallas)510

Tcnico de Taller Elctrico2330,5 * (7 Fallas)55

Resultados Promedios2,432,145,007,502,39,293,57

Fallas = El nmero de fallas que afectaron el funcionamiento del turbogenerador, este nmero se obtuvo de los libros de eventos que lleva la cuadrilla de

operadores de turno de la Planta de Fuerza de Trupal S.A.

Tabla 3.5 Demostracin de los puntajes promediados obtenidos.

Fuente: Elaboracin propiaBarriga A. (2008) especifica que el formato de encuesta, la tabla de ponderaciones y la ecuacin de criticidad fueron adaptados por los proyectistas tomando como base el Anlisis de Criticidad hecho por PDVSA (Petrleos de Venezuela S.A E& P Occidente), debido a que los factores de ponderaciones ya estn estandarizados y su formulacin depende de un estudio profundo de criterios de ingeniera.

FECHA OCURRENCIA DE AVERAGRADO IMPORTANCIA DE AVERATIEMPO DE REPARACIN DE FALLA (HORAS)TIEMPO DE CADA DEL GENERADOR (HORAS)MOTIVO(s) DE OCURRENCIA DE LA AVERAACCIN TOMADA PARA RESTABLECER LA OPERACIN NORMAL DEL GENERADORPRDIDA ECONMICA ESTIMADA (USD $)

MENORREGULARCRTICA (CAIDA)

17/01/2012X72,0072,00Disparo de Turbogenerador por baja presin de aceite en sistema de gobernacin de velocidadRevisin del Sistemas, verificacin vlvulas de control. Sistemas hidrulicos , estado de filtros de aceite99.000

08/02/2012X48,0048,00Disparo de Turbogenerador por baja presin de ingreso de vapor.Revisin de vlvula de admisin de vapor , revisin y calibracin de transmisor de presin.66.000

09/03/2012X24,0024,00Disparo de Turbogenerador por baja presin de vaco en condensador de retorno de agua.Verificacin y calibracin de flujmetro, hmetro de agua de reposicin a torre de enfriamiento33.000

29/05/2012X4,004,00Disparo de Turbogenerador por cada de tensin en Generacin Excitatriz.Cambio de carbn y escobillas de Excitatriz.6.600

08/08/2012X96,0096,00Disparo de Turbogenerador por baja presin de aceite en sistema de gobernacin de velocidad.Mantenimiento vlvula de regulacin de presin de aceite al gobernador.132.000

09/11/2012X36,0036,00Disparo de Turbogenerador por cada de tensin en Generacin Excitatriz.Mantenimiento estator y rotor de Generador Excitatriz 90KW.49.500

15/12/2012X84,0084,00Disparo de Turbogenerador por baja presin de ingreso de vapor.Mantenimiento de vlvula de vapor, revisin y calibracin de trasmisor de presin.115.500

Tabla 3.6 Histrico de averas del Turbogenerador antes del sistema de monitoreoFuente: Registros Trupal S.A.

TOTAL USD 501.600

Fig. 3.1 Prdida econmica estimada en el ao 2012.

Fuente: Registros Trupal S.A.En la tabla 3.6 se presenta el histrico de averas del turbogenerador Escher Wyss en detalle: Fecha de ocurrencia de avera, grado de importancia de avera (menor, regular, crtica), tiempo de cada del generador en horas, motivo de ocurrencia de avera, accin tomada para restablecer la operacin normal del generador y la prdida econmica estimada en dlares americanos.

As mismo, vemos que el tiempo da cada del generador en horas es 364 horas, que a su vez determinamos el tiempo que el turbogenerador est fuera de servicio (TFS) + 10 horasEn la fig. 3.1 se puede observar la representacin de la prdida econmica estimada en barras, tomando como datos a la tabla 3.6 por fecha de ocurrencia de avera vs prdida econmica en Planta.

La descripcin de estas ocurrencias incluyen informacin necesaria para ayudar en la evaluacin de las consecuencias de las fallas. La falla de un elemento dentro de un sistema complejo puede desencadenar otras fallas que seguramente afectarn la operacin de todo el sistema. El propsito es cambiar el mantenimiento correctivo, no programado y altamente costoso, por actividades preventivas planeadas que dependan del historial de los equipos y permitan un adecuado control de costos.

En la figura 3.2 revela los datos obtenidos de la generacin elctrica en unidades de Gigawats por hora durante el ao 2012 en la planta Trupal S.A. Para dichos clculos se usaron la informacin de la tabla 3.6 del histrico de averas del turbogenerador.

Y elaboramos la siguiente tabla 3.6.a. para determinar la produccin de energa elctrica por mes para el ao 2012.

Tabla 3.6.a Demostracin de Produccin de Energa Elctrica

en el ao 2012 en Planta Trupal S.A

DATOSHORASHORAS DE GENERACIN ENERGA

MESDE FALLAOPERACINEN GW-H

ENERO726726,72

FEBRERO486486,48

MARZO247207.20

ABRIL7207,20

MAYO47407,40

JUNIO7207,20

JULIO7447,20

AGOSTO966486,24

SEPTIEMBRE7207,20

OCTUBRE7447,20

NOVIEMBRE366846,84

DICIEMBRE846606,36

TOTAL 364

8420HORAS84.20 GW-HFuente: Elaboracin propia.

En la tabla 3.6.a. usamos la siguiente frmula para el clculo de generacin elctrica por mes:

MES = [(24 horas x 30 das) horas de falla] es igual a horas de operacin.

GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA = (Horas de Operacin) x (Generacin promedio por hora en Trupal).

La generacin promedio por hora en Trupal S.A es: 10 MW-H, entonces:

Generacin de energa = 648 Horas x 10MW

6480 MW-HoraSi convertimos a GW-H entonces = 6480 MW-H x 1 GW

1000 MW

6.48 GW-H Y as para el resto de meses.3.2.6 Indices para determinar la confiabilidad:Segn Sigenza, L. & Ziga B. (2011) definen a confiabilidad como una medida que determina el grado en que el desempeo de los elementos del sistema permite que la potencia elctrica sea entregada a los consumidores dentro de las normas aceptadas y en las cantidades deseadas.Es la probabilidad de que un equipo pueda operar sin fallas durante un perodo estipulado.3.2.6.1.Tiempo Operativo: Es el tiempo en el cual el equipo permanece en operacin continua.

3.2.6.2.Tiempo Promedio Para Fallar: Sigenza G. (2008) lo define como el promedio del tiempo que es capaz de operar un equipo sin interrupciones dentro del perodo que inicia con la puesta en servicio del equipo hasta la aparicin de una falla.

TPPF = = Horas de Operacin (Ec. 3.7)

Nmero de Fallas

Donde TPPF: Tiempo promedio para fallar.

TEF: Tiempo entre fallas.

n: Nmero de fallas.

3.2.6.3.Tiempo Promedio Fuera de Servicio: Sigenza G. (2008) sostiene que este parmetro mide la efectividad en restituir la unidad a condiciones ptimas de operacin una vez que la unidad se encuentra fuera de servicio por un fallo o por un mantenimiento.TPFS = = Horas Fuera de Servicio(Ec. 3.8)

Nmeros de Mantenimiento

Donde

TPFS: Tiempo promedio fuera de servicio.

TFS: Tiempo fuera de servicio.

3.2.6.4.Tiempo Promedio Para Reparar: Sigenza G. (2008) afirma que es el tiempo promedio para restaurar la funcin de un equipo o proceso despus de una falla funcional, incluye el tiempo para diagnosticar la falla, tiempo para conseguir los repuestos, tiempo de planeacin del mantenimiento, etc. TPPR = = Horas de Reparacin(Ec. 3.9)

Nmeros de Reparaciones

Luego:

Confiabilidad = e(-.t)

(Ec. 3.10)

Donde : 1/TPPR, , t: tiempo misin.3.2.7 Disponibilidad del Sistema:Barriga A. (2008) afirma que la Disponibilidad se describe en trminos cuantitativos como: tiempo en lnea, tiempo en factor de corrida, falta de paradas, y un buen nmero de trminos operativos coloquiales, que incluyen un mnimo valor para la disponibilidad operacional.

Zapata J. (2009) seala que frecuentemente son utilizadas dos ecuaciones de disponibilidad:3.2.7.1.Disponibilidad Inherente: Representa el porcentaje del tiempo que un equipo est en condiciones de operar durante un periodo de anlisis, teniendo en cuenta los paros no programados. El objetivo de este indicador es poder medir la disponibilidad propia del equipo con la finalidad de incrementarla, ya que en la medida que esto ocurra, significar que se disminuye el tiempo de parada por fallas o paros no programados del equipo. Esta disponibilidad es tal como es vista por el Personal de Mantenimiento (excluye las paradas por Mantenimiento Preventivo.

Di = TPPF(Ec. 3.11)

TPPF + TPPR

Donde: TPPF: Tiempo promedio para fallar.

TPPR: Tiempo promedio para reparar.3.2.7.2.Disponibilidad Operacional: El objetivo es medir el desempeo de los equipos y la eficiencia de la gestin de mantenimiento de manera conjunta, comparndola contra objetivos y metas del negocio, con la finalidad que el rea de operacin tenga cada vez ms tiempo el equipo disponible y que ste pueda realizar la funcin para la que fue diseado.

Do = TPPF (Ec. 3.12)

TPPF + TFS

Donde:

TFS: Tiempo fuera de servicio. Tiempo de inactividad.

La Disponibilidad est determinada por el ms pequeo de estos tres factores (Davidson 1988): 1)Incremento del tiempo para fallar,2)Decremento de las paradas por reparaciones o mantenimiento programado, y 3)Acompaamiento de los numerales 1 y 2 de forma efectiva en costos. A medida que la disponibilidad crece, la capacidad para producir se incrementa, porque el equipo estar en servicio un mayor porcentaje de tiempo.3.2.8.Mantenibilidad del Sistema:

Burgos O. et al. (2009) sostienen que la mantenibilidad es la probabilidad de que un dispositivo sea devuelto a un estado en el que pueda cumplir su misin en un tiempo dado, luego de la aparicin de una falla y cuando el mantenimiento es realizado en un determinado periodo de tiempo, al nivel deseado de confianza, con el personal especificado, las habilidades necesarias, el equipo indicado.

Mantenibilidad= e-ut

(Ec. 3.13)

Donde: u: 1/TPPR, t: tiempo misin3.3 Estimacin de Parmetros para el Turbogenerador antes del Sistema de Monitoreo.

3.3.1Estimacin de Confiabilidad para el Turbogenerador antes del Sistema de Monitoreo.

Confiabilidad = e (-.t)

Donde : 1/TPPF, , t: tiempo misin

= 1/1202.86, t= 1ao

Confiabilidad= 99.91689916 %

3.3.2 Estimacin de Disponibilidad del Turbogenerador antes del Sistema de Monitoreo.

La disponibilidad es un trmino asignado a componentes reparables, como los son an los turbogeneradores.

Para estimar la disponibilidad, analizaremos estadsticamente los tiempos de operacin y fuera de servicio

3.3.2.1 Estimacin de Disponibilidad Inherente:

Di = TPPF

TPPF + TPPR

TPPF = = Horas de Operacin

Nmero de Fallas

Donde TPPF: Tiempo promedio para fallar.

n: Nmero de fallas.

TPPF= 8420

7

TPPF= 1202.86 horas

TPPR = = Horas de Reparacin

Nmeros de ReparacionesTPPR= 364

7

TPPR= 52 horas

Di = 1202.86 / (1202.86 + 52)

Di = 1202.86/ 1254,86Di = 0.9586 x 100

Di = 95.86%

3.3.2.2Estimacin de Disponibilidad Operacional:

Do = TPPF

TPPF + TFS

Donde:

TFS: Tiempo fuera de servicio. Tiempo de inactividad.

TFS: 364+ 10 horas

TFS: 374 HORAS

Do = 1202.86 / (1202.86 + 374)

Do = 0,7628 x 100

Do = 76.28%

3.3.3 Estimacin de Mantenibilidad para el Turbogenerador antes del Sistema de Monitoreo

Mantenibilidad = exp(-u.t)

Donde u: 1/TPPR, t: tiempo misin

u= 1/52t= 1 ao

Mantenibilidad = 98.095296 %

3.4Filosofa de operacin del Sistema de Monitoreopara el Turbogenerador de Trupal:

El sistema de monitoreo cuenta con 29 sensores entre digitales y anlogos , stos estnen comunicacin con el PLC , y ste a su vez tiene definido los rangos de operacin de las variables del Turbogenerador , si cualquiera de estas variables sale por encima o debajo de su setpoint el sistema de monitoreoactiva una seal luminosa y sonora.El sistema de monitoreo no puede detener en forma automtica al Turbogenerador, porque este equipo es termodinmico, trabaja a presiones y temperaturas de vapor elevadas (700 psi y 380C) y en estas condiciones el eje principal podra deformarse por el choque trmico. Por esta razn es que el operador debe realizar en forma manual la parada normalizada.

El PLC recibe las 29 seales (mencionadas en la Tabla 3.7) de los sensores que monitorean la operacin del Turbogenerador, los valores de setpoint estn dadas por el fabricante, si estos valores sobrepasan los lmites permitidos, el sistema de monitoreo basado en PLC activala sealizacin sonora y luminosa, la cual se muestra en el panel view de operacin que es monitoreado por el operador de turno .Una vez activadaslas sealizaciones slo se desactivan de dos formas: Mediante un botn de reset que acciona el operador, el cual se guarda en el historial. Que los valores de los instrumentos de medicin vuelvan a estar dentro de los setpoints. (esta activacin queda almacenada en los histricos del panel)Tabla 3.7Sensores del Turbogenerador

ITEMTAGSet pointDESCRIPCIN DE LAS ENTRADAS

1PCA - 418H2ODISPARO TURBINA VACIO - ( TURBINETRIP LO VACUMM ).

2PCA - 51DISPARO TURBINA FALLA ACEITE - ( TURBINE TRIP LUBE OIL ).

3PCA - 201ARRANQUE. BOMBA REGULADOR - ( PUMP START GOVERNOR OIL ).

4PCA - 211DISPARO TURBINA POR FALLA REGUL - ( TURBINE TRIP GOVERNOR OIL ).

5PA - 40.5mmDESPLAZAMIENTO CHUMACERA EMPUJE - ( DESPLAZAMENT THRUST BEAR ).

6PA - 22100psiPRESION BAJA DE ACEITE - ( LO PRESSURE LUBE OIL ).

7PA - 2590psiPRESION BAJA DEL GOVERNADOR - ( LOW PRESS GOVERNOR ).

8PA - 2630H2OPRESION ALTA VACIO BAJO - ( HI PRESSURE LO VACUMM ).

9PA - 47100psiPRESION BAJA AIRE PLANTA - ( LO PRESSURE PLANT AIR ).

10PA - 50100psiPRESION BAJA AIRE INSTRUMENTOS - ( LO PRESSURE INST. AIR ).

11LCA - 3-190%NIVEL ALTO COLECT. CONDENSADOR - ( HI LEVEL HO HOTWELL ).

12LA - 3 - 290%NIVEL BAJO COLECT CONDENSADOR - ( LO LEVEL HOTWELL ).

13LA - 490%NIVEL BAJO TANQUE DE ACEITE - ( LO LEVEL OIL SUMP ).

14LA - 16100%NIVEL ALTO TORRE ENFRIAMIENTO - ( HI LEVEL COOLING TWR ).

15TA - X200CTEMP ALTA CHUMACERAS - ( HI TEMP BEARING ).

16TA - 36180CTEMP. ALTA ACEITE - ( HI TEMP LUBE OIL ).

17TA - 37500CTEMP. ALTA VAPOR PROCESO - ( HIGH TEMP PROCESS STM ).

18Q50.1530CALARMA PRE-DISPARO DE TURBINA ALTA TEMP. DE VAPOR.

19Q50.0550CDISPARO DE TURBINA ALTA TEMP. ALTA DE VAPOR.

20XA - 11VALVULA VAPOR CERRADA - ( STEAM VALVE CLOSED ).

21G11DISP GENERADOR PROT DIFER - ( GEN DIFF TRIP ).

22G21DISP GENERADOR POR FALLA DE EXCIT - ( GEN EXT FLT BACK UP TRIP ).

23G31DISP FALLA TIERRA - ( SYS GRD FLT BACK UP TRIP ).

24G41PERDIDA DE CAMPO GENERADOR - ( GENERATOR LOSS OF FIELD ).

25G51DISP INT ACOP 13.8KV. - ( 13.8KV TIE BREAKER TRIP ).

26G61DISP INT GENERADOR - ( GEN BREAKER TRIP ).

27G81DISP T.A. PROT DIFER - ( TIE TRANS DIFF TRIP ).

28G91DISP INT ALIM 13.8KV - ( 13.8KV FDR BREAKER TRIP ).

29G101 MWALARMA DEMANDA MXIMA EN HORA PUNTA - ( 1 MW. )

Fuente: Trupal S.A.

3.4.aFallas Elctricas y Mecnicas del Turbogenerador

En todo proceso tenemos que monitorear sus elementos con el fin de que cumplan con los parmetros necesarios para su operacin. En este caso existe equipo electrnico, elctrico y mecnico que pueden llegar a tener problemas de funcionamiento, por lo que de manera obligatoria se hace una adquisicin de su estado dentro del algoritmo y en caso de presentarse una falla crtica, el operador de turno realiza la secuencia de paro al turbogenerador.

Fig 3.3 Diagrama de Flujo de falla elctrica del Turbogenerador

Fuente: Elaboracin Propia.

Fig 3.4 Diagrama de Flujo de falla mecnica del Turbogenerador

Fuente: Elaboracin Propia.

Fig 3.5 Diagrama de Flujo de Iniciode Secuencia Manual de Paro

Fuente: Elaboracin Propia3.4.bProcedimiento del Turbogenerador en Operacin normal:

1. El turbogenerador debe generar 10MW-H.

2. Ante cualquier distorsin de presin, temperatura, nivel, falla de bombas de agua y aceite el PLC debe activar una alarma en el panel view para que operador de turno verifique y solucione la anomala antes que PLC se dispare por proteccin.

3. Si los valores que se distorsiona fueran, presin de vapor 600psi, presin vaco 20mm, H20 en condensador,sobregeneracin MW-H desplazamiento axial, el sistema de monitoreo del PLC activa alarmas sonoras y luminosas para que el operador solucione inmediatamente o procesa a parar el Turbogenerador por emergencia.

3.4.cProcedimiento de Operacin de Turbogenerador en Modo Arranque:1. Encender bomba de aceite para sistema de refrigeracin.2. Abrir vlvula de ingreso de vapor 600psi.3. Arrancar ventiladores de Torre de enfriamiento.4. Arrancar bombas de torre de enfriamiento.5. Iniciar presin de vaco (-28mmH20) en condensador

6. Abrir vlvula de ingreso de vapor a turbina.7. Realizar rampas de velocidad desde 0rpm a 3600rpm.8. Cuando tengamos 3500rpm de velocidad en Turbina colocar governadorhidrulico de velocidad en modo automtico.9. Verificar que tengamosvoltaje en generador auxiliar (excitatriz) 220VDC.10. Inicio de generacinelctrica 13,8KV - desde 1MW-H hasta 4MW-H.11. Con 4MW de generacin abrir vlvula de extraccin de 4ta etapa.12. Generacinelctrica 13,8KV - desde 4MW-H hasta 10MW-H.3.4.dProcedimiento de Operacin de Parada del Turbogenerador:

1. Bajar generacinelctrica 13,8KV - desde 10MW-H hasta 3MW-H.2. Cerrar vlvula de extraccin de vapor.3. Bajar rpm de turbina de 3500rpm hasta 0rpm.4. Arrancar motor para girar turbina (para evitar choque trmino de eje).5. Mantener bomba de aceite en sistema de lubricacin.

Fig 3.6 Diagrama de Flujo de Arranque de Turbogenerador.

Fuente: Elaboracin PropiaTomando en cuenta los requerimientos de Trupal S.A. y el pedido de usar los instrumentos existentes, se procedi a disear e implementar la labor encomendada de mejorar la disponibilidad del turbogenerador y reducir costos por parada de Planta.

Fig. 3.7 Turbogenerador de 13.8KV.Fuente: Trupal S.A.

3.5Elaboracin de la Ingeniera de Diseo y Seleccin de EquipamientoPara la elaboracin de la ingeniera de diseo nos apoyamos en las hojas tcnicas de lo que a continuacin detallamos3.5.1 Seleccin de equipamiento:

PLC Compact Logix L24ER QBFC1BCaracterstica1769-L24ER-QBFC1B

Taras del tarea del32;

controlador:100 programas/tarea

Memoria de usuario 750 KB

Puertos incorporados2 EtherNet/IP

1 USB

Puertos de comunicacin EtherNet/IP de doble

puerto

DeviceNet

Conexiones del controlador256

Conexiones de red8 EtherNet/IP; 120 TCP

Lenguajes de programacin Lgica de escalera de

rels

Texto estructurado

Bloque de funciones

SFC

E/S incorporadas 16 entradas digitales de CC

16 salidas digitales de CC

4 entradas analgicas universales

2 salidas analgicas universales

4 contadores de alta velocidad

Capacidad de expansin de mdulo4 mdulos 1769

Fuente de alimentacin elctrica24 VCC

incorporada

Panel View Plus 1000 Allen Bradley (se observa en el anexo 28)Y otros materiales descritosa continuacin:DESCRIPCIONMARCACODIGOCANTIDADCARACTERISTICAS

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICOABBER451TRIPOLAR DE 440V, 32AMPS , BIL 12KA.

CANALETA RANURADAARDYCR12240 x 40

BORNERAS DE CONTROLALLEN BRADLEY1492-J336

TAPA DE BORNEALLEN BRADLEY1492-EBJ32

PUENTE DE BORNEALLEN BRADLEY1492-CJJ5-34

MARCADORES DE GRUPOALLEN BRADLEY1492-GM352

MARCADORES PARA BORNERAALLEN BRADLEY1492-MR5X12H1-101

TERMINAL TIPO PINALLEN BRADLEY1492-MR5X12H1-10100

CABLE DE CONTROL AZULPELPHS-DODGEGPT-16AWG20

CABLE DE CONTROL NEGROPELPHS-DODGEGPT-16AWG60

ETIQUETAS PARA CABLEPANDUITS100X075VAC200

ETIQUETAS PARA EQUIPOPANDUITC100X075VAC50

PERNOS, TUERCAS Y ARANDELASSUN-ALPSM4-M6440

VENTILADORRITTAL32401101

REJILLA DE SALIDARITTAL32402001

TRANSFORMADOR DE CONTROLAUDAXTRF-AUX4401500VA, 440/220VAC

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICOGENERAL ELECTRICG62C0612X6A

INTERRUPTOR TERMOMAGNETICOGENERAL ELECTRICG62C0412X4A

CINTILLOS3MCT-S3412

ADHESIVOS3MAD-32012

MARCAS SECUNDARIASVARIOSXTXT5

TABLERO DE METAL HERMETIZADOVALENCIATBM-352-J21800X600X300mm

MARCAS PRINCIPALVARIOSXTXT1

3.5.2Plano P&ID

3.5.3 LgicaPara el desarrollo del scada utilizamos el software Rslogix 5000 versin 21, cuya versin es reciente de RocwellAutomation y ahorra el tiempo de desarrollo del proyecto mejorando la productividad, maximiza el rendimiento y est desarrollado para operar en los sistemas operativos de Microsoft Windows.En el anexo 24 presentamos el lenguaje ladder para el sistema de monitoreobasado en PLC, donde utilizamos los sensores disponibles del turbogenerador que se muestran en la tabla 3.7.Y para disear las pantallas que son utilizadas por el operador del Turbo usamos el software Factory Talk View Studio, el cual es compatible con el Panel View Plus 1000 el que implementamos en el proyecto.En la seccin ANEXOS del presente trabajo mostramos los pantallazos en el panel view plus 1000 Allen Bradley:Anexo 25. Proceso de Cogeneracin.

Anexo 26. Control analgico de 4 variables que paran la operacin del turbogenerador.

Anexo 27. Control automtico de vlvulas automticas.Anexo 28. Alarmas del sistema de monitoreo que no paran la operacin del turbogenerador.

Anexo 29. Tendencias de histricos.Las alarmas y eventos ocurridos se registran y se almacenan como histricos en la aplicacin y podrn ser consultados en cualquier momento. Al producirse una alarma a travs de avisos sonoros y luminosos, la pantalla del sistema ayudar a detectar de manera rpida la eventualidad, tambin permitir la impresin de todas las eventualidades ocurridas con su respectiva hora y fecha en un lapso de tiempo determinado o cuando sea necesario.3.5.4 Costos de Implementacin

A continuacin presentamos un listado de servicios y materiales que fueron los costos para la implementacin del sistema de monitoreobasado en PLC para mejorar la disponibilidad del turbogenerador de la empresa Trupal S.A.

No.CONCEPTOMONTO (USD)

1Servicio de habilitacin del sistema1450,00

2Servicio de Ingeniera5000,00

3Desarrollo y puesta en marcha del sistema4500,00

4Instalacin1500,00

5Supervisin y mano de obra2800,00

6PLC Compact Logix2500,00

7Panel View Plus 10001500,00

8Accesorios varios3000,00

TOTAL (USD)22250,00

3.6 Datos despus de implementar el sistema de monitoreo Ao 2013

Fig. 3.8 Prdida econmica estimada en el ao 2013

Fuente: Registros Trupal S.A.

Tabla3.8 Histrico de Averas del Turbogenerador despus del sistema de monitoreo 2013

FECHA OCURRENCIA DE AVERAGRADO IMPORTANCIA DE AVERATIEMPO DE REPARACIN DE FALLA (HORAS)TIEMPO DE CADA DEL GENERADOR (HORAS)MOTIVO(s) DE OCURRENCIA DE LA AVERAACCIN TOMADA PARA RESTABLECER LA OPERACIN NORMAL DEL GENERADORPRDIDA ECONMICA ESTIMADA (USD $)

MENORREGULARCRTICA (CAIDA)

24/02/2013X2424Disparo de Turbogenerador por cada de tensin en Generacin Excitatriz.Cambio de carbn y escobillas de Excitatriz.33.000

10/04/2013X88Disparo de Turbogenerador por cada de presin en Caldera TSXGReparacin y arranque de Caldera TSXG11,000

08/06/2013X1616Disparo de Turbogenerador por falso contacto en carbones de generadorCambio de carbn y escobillas de Excitatriz.22,000

16/08/2013X88Disparo de Turbogenerador por falla de motor bomba de Agua CCambio de motor quemado11,000

04/11/2013X2020Disparo de Turbogenerador por cada de presin en Caldera TSXGReparacin y arranque de Caldera TSXG27,500

En la tabla 3.8 se presenta el histrico de averas del turbogenerador Escher Wyss para el ao 2013, fecha que ya implementamos el sistema de monitoreobasado en PLC en detalle: Fecha de ocurrencia de avera, grado de importancia de avera (menor, regular, crtica), tiempo de cada del generador en horas, motivo de ocurrencia de avera, accin tomada para restablecer la operacin normal del generador y la prdida econmica estimada en dlares americanos.

As mismo, vemos que el tiempo da cada del generador en horas es 76 horas, que a su vez determinamos el tiempo que el turbogenerador est fuera de servicio (TFS) + 10 horasEn la fig. 3.8 se puede observar la representacin de la prdida econmica estimada en barras, tomando como datos a la tabla 3.9 por fecha de ocurrencia de avera vs prdida econmica en Planta.

La descripcin de estas ocurrencias incluyen informacin necesaria para ayudar en la evaluacin de las consecuencias de las fallas. La falla de un elemento dentro de un sistema complejo puede desencadenar otras fallas que seguramente afectarn la operacin de todo el sistema. El propsito es determinar de manera ms efectiva la anomala que se presente y as poder garantizar la disponibilidad del turbogenerador mediante el sistema de monitoreobasado en PLC.

En la figura 3.9 revela los datos obtenidos de la generacin elctrica en unidades de Gigawats por hora durante el ao 2013 en la planta Trupal S.A. Para dichos clculos se usaron la informacin de la tabla 3.8 del histrico de averas del turbogenerador.

Y elaboramos la siguiente tabla 3.8.a. para determinar la produccin de energa elctrica por mes para el ao 2013

Tabla 3.8.a Demostracin de Produccin de Energa Elctrica

en el ao 2013 en Planta Trupal S.A

DATOSHORASHORAS DE GENERACIN ENERGA

MESDE FALLAOPERACINEN GW-H

ENERO7447,44

FEBRERO246486.48

MARZO7447.44

ABRIL87127.12

MAYO7447.44

JUNIO167047.04

JULIO7447.44

AGOSTO87367.36

SEPTIEMBRE7207.20

OCTUBRE7447.44

NOVIEMBRE207007.00

DICIEMBRE7447.44

.TOTAL 76

8684

86.84 GW-H..Fuente: Elaboracin propia.

En la tabla 3.8.a. usamos la siguiente frmula para el clculo de generacin elctrica por mes:

MES = [(24 horas x das calendario) horas de falla] es igual a horas de operacin.

GENERACIN DE ENERGA ELCTRICA = (Horas de Operacin) x (Generacin promedio por hora en Trupal).

La generacin promedio por hora en Trupal S.A es: 10 MW-H, entonces:

Generacin de energa = 744 Horas x 10MW

7440 MW-HoraSi convertimos a GW-H entonces = 7440 MW-H x 1 GW

1000 MW

7.44 GW-H Y as para el resto de meses.

3.7 Estimacin de Parmetros para el Turbogenerador despus del sistema de monitoreo3.7.1Estimacin de Confiabilidad para el Turbogenerador despus del sistema de monitoreo

Confiabilidad = e (-.t)

Donde : 1/TPPF, , t: tiempo misin

= 1/1736.80, t= 1ao

Confiabilidad= 99.94243942 %

3.7.2Estimacin de Disponibilidad para el Turbogenerador despus del sistema de monitoreo3.7.2.1 Estimacin de Disponibilidad Inherente:

Di = TPPF

TPPF + TPPR

TPPF = = Horas de Operacin

Nmero de Fallas

TPPF= 8684

5

TPPF= 1736.8 horas

TPPR = = Horas de Reparacin

Nmeros de ReparacionesTPPR= 76

5

TPPR= 15,2 horas

Di = 1736.8 / (1736.8 + 15,2)

Di = 1736.8/ 1752Di = 0.9913 x 100

Di = 99.13%3.7.2.2 Estimacin de Disponibilidad Operacional

Do = TPPF

TPPF + TFS

TFS = 76 horas + 10 horas.

TFS = 86 horasDo = 1736.8 / (1736.8 + 86)

Do = 0,9528 x 100

Do = 95.28%

3.7.3Estimacin de Mantenibilidad para el Turbogenerador despus del sistema de monitoreo

Mantenibilidad = exp(-u.t)

Donde u: 1/TPPR, , t: tiempo misin

u= 1/15.2t= 1 ao

Mantenibilidad = 93.632797 %

Fig. 3.2 Causas de la falla

Fuente: Lpez A. y Ruiz C. (2002)

Fig. 3.2 Generacin Elctrica en GW-H en el ao 2012.


EMBED Visio.Drawing.11

Fuente: Elaboracin propiaTOTAL USD 104,500

Fig. 3.9 Generacin Elctrica en GW-H en el ao 2013.


61

64

_1485895499.vsd

Inicio

DISP. TURBINA VACIO - ( TURBINE TRIP LO VACUMM ).DISPARO TURBINA FALLA ACEITE - ( TURBINE TRIP LUBE OIL ).DISP. TURBINA FALLA REGUL - ( TURBINE TRIP GOVERNOR OIL ).DESPLAZAMIENTO CHUMACERA EMPUJE - ( DESPLAZAMENT THRUST BEAR ).PRESION BAJA DE ACEITE - ( LO PRESSURE LUBE OIL )PRESION BAJA REGULADOR - ( LOW PRESS GOVERNOR ).PRESION ALTA VACIO BAJO - ( HI PRESSURE LO VACUMM ).PRESION BAJA AIRE PLANTA - ( LO PRESSURE PLANT AIR ).PRESION BAJA AIRE INSTRUMENTOS - ( LO PRESSURE INST. AIR ).NIVEL ALTO COLECT. CONDENS - ( HI LEVEL HO HOTWELL ).NIVEL BAJO COLECT COND - ( LO LEVEL HOTWELL ).NIVEL BAJO TANQ. ACEITE - ( LO LEVEL OIL SUMP ).NIVEL ALTO TORRE ENFRIAMIENTO - ( HI LEVEL COOLING TWR ).TEMP ALTA CHUMACERAS - ( HI TEMP BEARING ).TEMP. ALTA ACEITE - ( HI TEMP LUBE OIL ).TEMP. ALTA VAPOR PROCESO - ( HIGH TEMP PROCESS STM ).ALARMA PRE-DISPARO DE TURBINA ALTA TEMP. DE VAPOR.DISPARO DE TURBINA ALTA TEMP. ALTA DE VAPOR.VALVULA VAPOR CERRADA - ( STEAM VALVE CLOSED ).

Sistemaactivado?

Seal luminosa/sonoraOFFPanel view estado de trabajoOK

NO

TurbogeneradorOperacin normal

Seal luminosa/sonoraONPanelview activado

SI

Inicio de secuencia manual de paro

_1485895501.vsd

Inicio

Encender bomba de aceite de sistema de refrigeracin

Bomba = ON

Abrir vlvula de vapor 600 PSI

NO

Abrir vlvula de ingreso a Turbina

Velocidad = 3500 RPM

SI

SI

Arrancar ventilador y bombas de torre de enfriamiento

Presin vaco de condensador -28mm H2O

Inicio presin de vaco

NO

SI

Turbogenerador Inicio RPM

1

_1485895502.vsd

Governador Hidrulico en modo automtico

Voltaje excitatriz = 220VDC

SI

NO

Inicio Generacin Elctrica 13.8 KV

SI

G. Elctrico 4 MWH

NO

FIN

NO

SI

Abrir vlvula extraccin vapor

G. Elctrica 10 MWH

Mantiene Gen. Elctrica 10MW

1

_1485895500.vsd

Inicio

Reduccin de Potencia de Generador.Inicio=10MWH

Potencia generada 3MWH?

Abrir purgas de lneas de vapor

NO

Cerrar vlvula de extraccin de vapor

SI

Bajar RPM del generadorInicio=3500 RPM

RPM=0

Arrancar motor vibrador para girar turbogenerador en forma manual (evitar choque trmico)

NO

SI

Motor = ON

Cerrar vlvula principal de vapor

Mantener bomba de aceite de lubricacin ON

Encender calefaccin de estator de Gen.

Abrir breaker de generador 13.8KV

SI

NO

Fin

_1485895498.vsd

Inicio

ARR. BOMBA REGULADOR (PUMP ATART GOVERNOR OIL 1 SPDISP. GEN. PROT. DIFER (GEN DIFF TRIP) 1 SPDISP. GEN. FALLA EXCIT. (GEN. EXT. FLT BACK UP TRIP) 1 SPDIS. FALLA TIERRA (SYS GRD FLT BACK-UP TRIP)1 SPPERD. CAMPO GENERADOR (GENERATOR LOSS OF FIELD)1 SPDISP. INT. ACOP. 13.8 KV (13.8 KV TIE BREAKER TRIP)1 SPDISP. INT. GENERADOR (GEN. BREAKER TRIP)1 SPDISP. T.A. PROT. DIFER (TIE TRANS DIFF TRIP)1 SPDISP. INT. ALIM. 13.8 KV (13.8 KV FDR BREAKER TRIP)1 SPALARMA DEMANDA MX. EN HORA PUNTA (1MW) 1MW SP

SistemaActivado?

Seal luminosa/sonoraOFFPanelView estado de trabajo OK

NO

Turbogenerador Operacinnormal

Seal luminosa/sonoraONPanelView activado

SI

Inicio secuencia manual de paro

03 Cap 03 Materiales y Procedimientos VERIF

Documents

Transcript of 03 Cap 03 Materiales y Procedimientos VERIF