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PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Actualmente, las fallas en las unidades generadoras ocurren con mayor frecuencia; es por ello que se quiere buscar la causa raíz que permita determinar las variables que inciden negativamente en el proceso de generación de energía eléctrica. Por lo tanto, se quiere estudiar el Gobernador y Excitatriz que forman parte de los equipos principales de las Unidades Generadores para observar cuales son los problemas que presentan cada uno de ellos y a su vez cada uno de los elementos que los componen y de esta manera contemplar al que más paros y trabajos de emergencia presente, de modo que se puedan tomar medidas al respecto que ayuden a disminuir las interrupciones en las operaciones.
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OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Analizar las fallas al Gobernador y Excitatriz de las Unidades Generadoras de Casa de Máquinas 2 de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre, con la finalidad de desarrollar una estrategia de mantenimiento que ayude a mejorar el funcionamiento de los equipos.
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OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Buscar la información del funcionamiento que desempeñan los equipos principales de las Unidades Generadoras de Casa de Máquinas 2 de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre.
Evaluar el histórico de fallas a los equipos principales de las Unidades Generadoras de Casa de Máquinas 2 de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre.
Clasificar las fallas de los equipos principales de las unidades generadoras de Casa de Máquinas 2 de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre.
Determinar el Tiempo medio entre Fallas (TMEF) de los equipos principales y compararlos entre sí y observar quien presenta mayores anomalías de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre.
Elaborar un diagrama Causa- Efecto a los equipos principales más críticos de Casa de Máquinas 2 de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre.
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ALCANCE
El estudio está dirigido a las doce (12) unidades Generadoras (7-18) de Casa de Máquinas 2 de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre, específicamente a los Equipos Principales, Gobernador y Excitatriz, así como también sus elementos, en un lapso de 16 semanas comprendido entre los meses de abril-julio del año 2009, donde se utilizó una base de datos de 6 años (2004-2009), con el fin de encontrar la causa raíz de los problemas y así poder alargar el tiempo medio entre fallas (TMEF), mediante la mejora continua en los procesos de mantenimiento.
DELIMITACIÓN
La investigación se desarrollará en las instalaciones de la Central Hidroeléctrica “Antonio José de Sucre” (EDELCA) en Puerto Ordaz, Estado Bolívar, específicamente en el Departamento de Ingeniería de Mantenimiento adscrito a la División Planta Macagua, en Casa de Máquinas 2.
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LIMITACIONES
Entre las condiciones que pueden afectar o considerarse como limitaciones en el desarrollo de la presente investigación, se puede hacer referencia a:
Los resultados irán en función de la información recopilada. Por lo tanto, no se tomará en cuenta los años anteriores al 2004 porque la data no es 100% confiable para el análisis de los parámetros.
JUSTIFICACIÓN
El análisis de fallas y el análisis causa efecto del Gobernador y Excitatriz de las Unidades Generadoras de Casa de Máquinas 2 de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre se realizará con la finalidad de detectar de una manera detallada cuáles son los componentes o partes que los conforman que están generando fallas en los mismos y por ende paros y trabajos de emergencia en las unidades generadoras.
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JUSTIFICACIÓN
Además el estudio ayudará a conocer, a que equipo principal se le debe centrar la mayor atención en cuanto a las medidas de mantenimiento a ejecutar para su mejor desempeño en la unidad generadora y así evitar tiempos de indisponibilidad de las máquinas, obteniendo como resultado que las mismas sean más seguras al momento de estar en operación.
Por otra parte esta investigación constituye también, establecer acciones de mejoras e innovaciones dentro del proceso de gestión de mantenimiento de la Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre Macagua.
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MARCO TEÓRICO
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UNIDAD GENERADORA
Es un grupo de subsistemas conectados o asociados en una configuración para generar energía eléctrica; los subsistemas y componentes principales que la conforman son: las compuertas de toma, la turbina, el generador, el gobernador, la excitatriz, la barra de fase aislada y el transformador de potencia.
EQUIPOS PRINCIPALES
Son aquellos equipos que conforman la unidad generadora e intervienen directamente en el proceso de producir la energía y que por sus dimensiones, robustez, contribución al proceso de generación y criticidad, son considerados como principales.
Figura 3. Unidades Generadoras
Fuente: www.http://intranet.edelca.com.ve.
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TRANSFORMADOR DE POTENCIA
Equipo utilizado para disminuir o aumentar el voltaje en corriente alterna. Los transformadores elevadores de las centrales eléctricas deben corresponder a las características funcionales del generador síncrono, y a la de la red alimentada.
Figura 4 Transformador de Potencia
Fuente: Casa de Máquinas 2 (Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre)
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TURBINA
Motor rotativo que convierte energía mecánica, la energía de una corriente de agua (energía cinética). La aplicación inmediata del trabajo mecánico desarrollado de una turbina es la de hacer girar al rotor del generador de la energía mecánica en energía eléctrica.
TURBINA FRANCIS
Son conocidas como turbinas de reacción porque cada una de las láminas del fluido que se forman después de pasar el agua a través de las palas y directrices no se proyecta hacia los álabes del rodete de manera frontal; de tal modo que el sentido de giro del rodete no coincide con la dirección de entrada y de salida del agua.
Figura 5 Turbina Francis.
Fuente: http//www.scsc.ethz.ch./SV/turbo
GENERADOR
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Un generador sincrónico trifásico es una máquina de corriente alterna que convierte energía eléctrica trifásica de voltaje y frecuencia específicos.
Figura 6 Generador síncrono de eje vertical.
Fuente: Propia
GOBERNADOR
Es el elemento de la unidad que regula la velocidad de rotación de la máquina, bajo cualquier condición de carga que presente el sistema, con la finalidad de mantener la generación a una frecuencia estable.
Figura 7 Gobernador.
Fuente: Casa de Máquinas 2 (Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre)
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COMPUERTA DE TOMA
Son elementos móviles fabricadas con planchas de acero, cuyo diseño depende del tipo de turbina a utilizar, la función de la toma es suministrar agua proveniente del embalse y dirigirlo hacia las turbinas, donde la energía potencial hidráulica proveniente del embalse se transforma energía mecánica a través de turbinas tipo Francis, la toma de agua se hace mediante una tubería forzada y la caja espiral ambas dirigen el agua hacia la turbina en dirección horizontal.
EXCITATRIZ
El sistema de excitación comprende las máquinas y aparatos cuyo objeto es suministrar la energía necesaria para excitar el alternador. Hay que tener presente que el papel de un sistema de excitación no consiste solo en suministrar permanentemente una potencia fija, sino que debe desarrollar la potencia que convenga y modificarla tan rápidamente como sea posible, según ciertas leyes bien determinadas.
Figura 8 Excitatriz
Fuente: Casa de Máquinas 2 (Central Hidroeléctrica Antonio José de Sucre)
EXCITATRIZ
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MANTENIMIENTOS
Conjunto de actividades o acciones necesarias que se realiza sobre un equipo y/o sistema, con el objeto de conservarlo o restaurarlo, garantizando las funciones especificas de diseño.
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MANTENIMIENTO PREVENTIVO
Conjunto de actividades o acciones necesarias que se ejecutan a cada componente o equipo después de un periodo predeterminado de funcionamiento, con la finalidad de llevarlo a las condiciones normales de operación y minimizar las posibles fallas.
MANTENIMIENTO CORRECTIVO
Conjunto de actividades que se realizan a un componente o equipo después de haber fallado, con el objetivo de llevarlo a las condiciones normales de operación.
Es una anomalía en el funcionamiento de un componente que ocasione la indisponibilidad de la unidad generadora o cualquier otro equipo. La anomalía es una condición irregular presente en un componente que no ocasione necesariamente la indisponibilidad de la unidad generadora. Falla según el Sistema de Gestión de Mantenimiento (SGM), se define como la perdida de la capacidad de un sistema, equipo o instalación para realizar la función requerida para el cual fue diseñado e implica la parada total de sus operaciones.
FALLA
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PAROS DE EMERGENCIAS (SALIDA FORZADA)
Desconexión inmediata de la Unidad Generadora del sistema eléctrico de potencia ante la actuación de alguna de sus protecciones eléctricas o mecánicas.
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TRABAJOS DE EMERGENCIA
Todo mantenimiento correctivo que debe ser ejecutado de forma inmediata indisponiendo temporalmente la unidad generadora al sistema eléctrico de potencia sin importar la condición operativa de la misma.
OBTENCIÓN DE LOS PARÁMETROS ESTADÍSTICOS DE MANTENIMIENTO
El comportamiento histórico de los equipos se caracteriza basándose en los tiempos de operación y los tiempos de falla que se han presentado desde el momento de la puesta en marcha del sistema.
Las condiciones que caracterizan los datos de tiempo operacionales de un equipo son tan numerosas que no se puede decir con exactitud cuando se produce la próxima falla; sin embargo, se puede expresar cual será la probabilidad de que el equipo se encuentre en operación o fuera de servicio en un momento determinado, esto se debe a la incertidumbre asociada a una variable aleatoria.
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DISPONIBILIDAD
La probabilidad de que un equipo esté operando en condiciones normales durante un periodo de tiempo determinado.
D: Disponibilidad.
TMEF: Tiempo medio entre falla.
TMPR: Tiempo medio para reparar.
El Indicador de Disponibilidad permite estimar en forma global el porcentaje de tiempo total en que se puede esperar que un equipo esté disponible para cumplir la función para la cual fue destinado y mide el porcentaje de tiempo en que las plantas generadoras están en condiciones de ser operadas.
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TIEMPO MEDIO ENTRE FALLA (TMEF).
Es la relación entre el producto del numero de ítem por sus tiempos de operación y el número total de fallas detectadas en esos ítem, en el periodo observado.
Este parámetro nos indica el intervalo de tiempo más probable entre el arranque y la aparición de una falla y mientras mayor sea su valor, mayor es la confiabilidad del componente o equipo.
Para el cálculo del mencionado indicador se utilizo la siguiente fórmula:
TMEF= NOIT * HROP/ NTMC
Donde:
NOIT: Cantidad de equipos.
HROP: Tiempo de operación.
NTMC: Cantidad de fallas.
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TIEMPO MEDIO PARA REPARAR (TMPR)
Es la relación entre el tiempo total de intervención correctiva en un conjunto de ítem con falla y el número total de fallas detectadas en ese ítem, en el periodo observado.
Para el cálculo del mencionado indicador se utilizo la siguiente fórmula:
TMPR= HTMC / NTMC
Donde:
HTMC: Tiempo de Intervención.
NTMC: Cantidad de fallas.
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DIAGRAMA CAUSA – EFECTO.
El Diagrama de Causa y Efecto es un instrumento eficaz para el análisis de las diferentes causas que ocasionan el problema. Su ventaja consiste en el poder visualizar las diferentes cadenas Causa y Efecto, que pueden estar presentes en un problema, facilitando los estudios posteriores de evaluación del grado de aporte de cada una de estas causas.
Figura 9 Diagrama causa-efecto
Fuente: www.docentes.utonet.edu.bo/joviedob/wp…/download.php?id=6
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MARCO METODOLÓGICO
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TIPO DE ESTUDIO
El presente estudio se realizó como una investigación no experimental debido a que no hubo manipulación de la variable independiente y se procedió a realizar observaciones de datos históricos ya existentes.
Es del tipo Cuantitativa porque realiza un estudio objetivo de cuantificar a la población para entender los aspectos internos de lo que se estudia.
Según el propósito es Aplicada porque busca optimizar, mejorar o crear una estrategia de mantenimiento a los elementos de los equipos principales que están ocasionando paros de emergencias en las Unidades Generadoras.
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TIPO DE ESTUDIO
El presente estudio se realizó como una investigación no experimental debido a que no hubo manipulación de la variable independiente y se procedió a realizar observaciones de datos históricos ya existentes.
Explicativa porque se encarga de indicar las relaciones causales que generan los hechos.
Esta investigación consiste en buscar los elementos de los equipos principales que están presentando problemas en los mismos y por ende afectando el funcionamiento de las Unidades Generadoras de Casa de Máquinas 2.
Exploratoria porque se indaga sobre lo que ocurre y establece cuáles son los factores que están afectando el funcionamiento de las unidades generadoras de energía eléctrica.
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POBLACIÓN Y MUESTRA
El análisis de ocurrencia de fallas que se elaborara tiene como población todos los boletines de operaciones, informes de gestión mensual y tableros de los valores de fallas que se realizan en el Departamento de Ingeniería de Mantenimiento Planta Macagua. Entonces como la muestra es un subconjunto de la población, en este caso la misma está referida a los paros de emergencia que presentan las Unidades Generadoras de Casa de Máquinas 2.
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