tesis -pregrado Cristian Angulo Porras 2017.pdf

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

TESIS

PRESENTADA PRESENT ADA POR EL BACHILLER: BACHILLER:

CRISTIAN ANGULO PORRAS PARA PARA OPTAR OPT AR EL T ÍTULO PROFESIONAL PROFESIONAL DE:

INGENIERO MECÁNICO HUANCAYO – PERÚ 2017

ASESOR Ing. Dr. Marcial de la Cruz Lezama

i

DEDICATORIA

PARA:

Antonella Khalessy Una mañana del mes Enero del año 2017, apareció una princesa en mi vida y yo la amo desde entonces.

Katherine Graciela Para una mirada una sonrisa, para un beso, un te amo y para mi vida, la vida.

Papá Julio Por brindarme consejos precisos… los que guardo en mi ser.

Mamá Emiliana Desde lo profundo de mi corazón, un sueño por los miles que dejaste de realizar por mí.

Jhudith y Estefany Por

su

paciencia paci encia

y

apoyo

incondicional.

ii

RESUMEN El problema en la central hidroeléctrica Cahua es que no se está alcanzando los índices de confiabilidad, en los grupos generadores, establecidos por el área de Mantenimiento de la empresa Statkraft, los índices actuales son 23% y 28% para el grupo 1 y 2 respectivamente y se alcanzó 55% y 60% después de la propuesta de modificación de mantenimiento preventivo. La investigación que se realizó es de tipo básico y nivel explicativo, pues se usó la distribución de weibull para proponer y modificar la gestión de mantenimiento mediante el enfoque del mantenimiento preventivo para así mejorar la confiabilidad de los grupos generadores de la central hidroeléctrica Cahua, corresponde a un diseño descriptivo comparativo de ambos grupos ya que la mejora de la confiabilidad se evidencia comparando el antes y el después, su función es comparar dos mediciones de puntuaciones y determinar que la diferencia no se deba al azar (que la diferencia sea estadísticamente significativa), para lo cual fue necesario las tablas de datos referentes a los grupos generadores, por lo que el estadístico de prueba utilizado fue el t de student para muestras apareadas, el mismo que permitió demostrar que realmente existe variación en la confiabilidad de los grupos generadores antes y después de la gestión de mantenimiento preventivo. El presente trabajo de investigación puede ser aplicado en distintas centrales hidroeléctricas del país con el fin de mejorar la confiabilidad.

Palabras claves: Mantenimiento preventivo, confiabilidad, grupos generadores, Distribución Weibull. iii

ABSTRAC

The problem at the Cahua hydroelectric power station is that reliability indices are not being reached in the generator sets established by the Statkraft Maintenance area, the current indices are 23% and 28% for group 1 and 2 respectively and reached 55% and 60% after the proposed modification of preventive maintenance. The research carried out is of a basic type and explanatory level, since the weibull distribution was used to propose and modify the maintenance management by means of the preventive maintenance approach, in order to improve the reliability of the generating groups of the Cahua hydroelectric power station, corresponds To a comparative descriptive design of both groups since the improvement of the reliability is evidenced comparing before and after, its function is to compare two measurements of scores and to determine that the difference is not due to chance (that the difference is statistically significant) , For which it was necessary the tables of data referring to the generator groups, so that the test statistic used was the student t for paired samples, which allowed to demonstrate that there is indeed a variation in the reliability of the generator sets before And after preventive maintenance management. The present research work can be applied in different hydroelectric hydroelectric plants plants of the the coun c ountry try in order to improve improve the the reliabi reli ability. lity.

Key Word: Preventive maintenance, reliability, generator sets, Weibull distribution.

iv

INDICE GENERAL Página

ASESOR ASES OR...... ......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ... i DEDICATOR DE DICATORIIA .............................................. ....................................................................... .............................................. ........................................ ................... ii RESUMEN RES UMEN..................... .............................................. .................................................. .............................................. .............................................. ........................... iii i ii ABSTRAC...... ABSTRAC......... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ....... ....... ...... ...... ...... ...... ...... ...... ..... iv INDI IND ICE GENERAL GENE RAL ........................................ .............................................................. ............................................... ........................................... .................. v INDI IND ICE DE TABLAS TABLAS ............................... ........................................................ ................................................. .............................................. ...................... x INTRODUCC INTROD UCCIÓN........................................ IÓN............................................................. .............................................. ............................................... ......................1 CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1

Fundame ntación ntació n del problema prob lema.................... ............................................. .................................................. ............................. .... 2

1.2

Formulaci Formu lación ón del p roblema roble ma.................... ............................................. ................................................. ................................. ......... 4

1.2.1

Problema Pro blema Genera Ge nerall .............................................. ....................................................................... ...................................... ............. 4

1.2.2

Problemas Pro blemas espec espe c íficos ífic os ........................................... ................................................................... ................................. ......... 4

1.3

Objeti vos de la i nvestigaci nvestig ación ón ............................................ ..................................................................... ............................. .... 5

1.3.1

Objeti vo genera ge nerall .............................................. ....................................................................... ......................................... ................ 5

1.3.2

Objeti vos espec espe c íficos ífico s .............................................. ...................................................................... ................................. ......... 5

1.4

Justificaci Justifi cación ón ............................................. ...................................................................... .............................................. ................................ ........... 5

1.4.1

Razo Razo nes que que motiv moti va n la i nvestigación. nvestigaci ón. .......... ............... .......... .......... .......... ........... ........... .......... .........5

1.4.2

Importancia del tema de i nvestigación nvestigaci ón .......... ............... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .....6

1.5

Limita Li mitaci ciones ones del estudio es tudio ............................................ ..................................................................... ..................................... ............ 6 CAPITULO II MARCO TEORICO

2.1 2.2

Antecede Anteced e ntes de la investig in vestigaci ación. ón. .............................................. .................................................................... ...................... 8 Bases Bas es teóricas teóri cas.................... ............................................. ................................................. .............................................. ............................. ....... 9 v

2.2.1

Gestión Gesti ón de mantenimi ma ntenimie e nto ............................................. ..................................................................... .......................... 9

2.2.2

Mantenimie Manteni mie nto p reventivo re ventivo ............................................. .....................................................................12 ........................12

2.2.3

Tipos y niveles de mantenimiento mante nimiento .......... ............... ......... ......... .......... .......... .......... .......... .......... .......... ......14 .14

2.2.4

Disponibilidad..........................................................................................15

2.2.5

Confiabi Co nfiabilid lidad ad ............................................ ..................................................................... .............................................. ......................17 .17

2.2.6

Mantenibilidad.........................................................................................19

2.2.7

Distribución Di stribución estadística estad ística aplicada apli cada a l mantenimie man tenimiento nto .......... .............. ......... .......... .......19 ..19

2.3

Bases Bas es conceptuales concept uales ........................................... .................................................................... ...........................................22 ..................22

2.3.1

Mantenimie Manteni mie nto p reventivo re ventivo ............................................. .....................................................................22 ........................22

2.3.2

Confiabi Co nfiabilid lidad. ad. .............................................. ....................................................................... ............................................23 ...................23

2.4

Hipótesi Hipó tesiss .............................................. ....................................................................... .............................................. ..................................24 .............24

2.5

Operaci Opera cionali onalizació zación n de variables variab les ............................................. .................................................................24 ....................24 CAPITULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTI NVES TIGAC GACIIÓN

3.1

Método de i nvestigaci nvesti gación ón .............................................. ....................................................................... ....................................27 ...........27

3.2

Tipo de investi in vestigac gació ión n ............................................. ...................................................................... .......................................27 ..............27

3.3

Nivel Nive l de i nvestigaci nvesti gación ón ............................................ ..................................................................... .......................................28 ..............28

3.4

Diseño Di seño de investiga in vestigaci ción ón.................... ............................................. .................................................. ...................................28 ..........28

3.5

Unidad de obser obs ervació vación n .............................................. ...................................................................... ...................................29 ...........29

3.6

Técnicas e i nstrument nstrume ntos os de recolecció n de datos da tos .......... .............. ......... .......... .......... ..........29 .....29

3.7

Procedimiento Procedi miento de recolección reco lección de datos. ......... .............. .......... ......... ......... ........... ........... .......... ......... ........29 ....29 CAPITULO IV

DESARROLLO DE SARROLLO DE LA PROPUESTA DE SOLUCIÓN SOLUCIÓN AL PROBLEMA 4.1

Descripció Descri pción n de la la situación sit uación actual. .......... ............... .......... ......... ......... ........... ........... .......... .......... .......... .......... ..........30 .....30 4.2.1

Descripción del procedimiento para e l cálcu cálc ulo de la confiabilidad .30

4.2.2

Establecimiento Estableci miento de índices de control para el estudio de

confiabi confia bilid lidad. ad. ......................................................... ................................................................................. ................................................31 ........................31 4.2.3

Comportamiento Comportami ento de conf co nfiab iabilid ilidad ad (%) y MTBF MTBF (días) ......... .............. ......... ........32 ....32 vi

4.2

Análisis. ...........................................................................................................35

4.3.1

Análisis de los tiempos fuera de servicio de los tipos de

interrupción y número de fallas para los grupos generadores......................35 4.3

Causas de las fallas presentes en los tipos de interrupción de las

unidades generadoras.............................................................................................47 4.4.1

Fenómenos naturales y ambientales. .................................................47

4.4.2

Fallas de equipos de potencia y mantenimiento correctivo. ...........47

4.4

Confiabilidad de los principales subsistemas en la Central

Hidroeléctrica Cahua. ..............................................................................................48 4.5.1

Turbina. ....................................................................................................49

4.5.2

Unidad Hidráulica. ..................................................................................53

4.5.3

Sistema de excitación............................................................................57

4.5.4

Válvula esférica. .....................................................................................61

4.5.5

Cojinete. ...................................................................................................65

4.5

Plan de mantenimiento preventivo de la central hidroeléctrica Cahua.69 CAPITULO V RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN

5.1

Presentación de resultados .............................................................................74

5.2

Análisis estadístico de los resultados ........................................................77

5.3

Prueba de hipótesis.......................................................................................77

5.4

Discusión de resultados ...............................................................................80

5.5

Aplicaciones ...................................................................................................80

CONCLUSIONES. .......................................................................................................81 RECOMENDACIONES ...............................................................................................82 BIBLIOGRAF ÍA .............................................................................................................83 ANEXOS ........................................................................................................................85

vii

INDICE DE FIGURAS Figura 1.1Ubi cación geográfica y características .....................................................3 Figura 1.2 Confiabilidad periodo 2010-2016 ..............................................................4 Figura 2.1 Representación gráfica de una tarea típica de mantenimiento Preventivo......................................................................................................................13 Figura 2.2 Tipos de mantenimiento ...........................................................................14 Figura 2.3 Diagrama de decisión sobre el tipo de mantenim iento .......................15 Figura 2.4 Representación de estados TBF y TTR ................................................18 Figura 2.5 Distribución de Weibull para distintos valores de



............................20

Figura 2.6 Representación de la tasa de fallo para distintos valores de



.........21

Figura 4.1 Confiabilidad periodo 2010 – 2016 .......................................................34 Figura 4.2 MTBF periodo 2010 – 2016 .....................................................................35 Figura 4.3 Principales tipos de interrupción - TFS..................................................37 Figura 4.4 Principales tipos de interrupción – Número de fallas. .........................38 Figura 4.5 Número de interrupciones en los subsistemas ....................................48 Figura 4.6 Frecuencia y Densidad para la turbina ..................................................50 Figura 4.7 Valores de forma y escala de la distribución weibull para la turbina 50 Figura 4.8 Probabilidad de fallas para la turbina.....................................................51 Figura 4.9 Análisis causa – raíz para la turbina ......................................................53 Figura 4.10 Frecuencia y Densidad para la uni dad hidráulica..............................54 Figura 4.11 Valores de forma y escala de la distribución weibull para la unidad hidráulica .......................................................................................................................54 Figura 4.12 Probabilidad de fallas para la unidad hidráulica ...............................55 Figura 4.13 Análisis causa – raíz para la unidad hidráulica..................................57 Figura 4.14 Frecuencia y Densidad para el sistema de excitación......................58

Figura 4.15 Valores de forma y escala de la distribución weibull para el sistema de excitación .................................................................................................................58 Figura 4.16 Probabilidad de fallas para el sistema de excitación ........................59 Figura 4.17 Análisis causa – raíz para el sistema de excitación ..........................61 Figura 4.18 Frecuencia y Densidad para la válvula esférica ................................62 Figura 4.19 Valores de forma y escala de la distribución weibull para la válvula esférica...........................................................................................................................62

viii

Figura 4.20 Probabili dad de fallas para la válvula esférica ...................................63 Figura 4.21 Análisis causa – raíz para la válvula esférica .....................................65 Figura 4.22 Frecuencia y Densidad para el cojinete ..............................................66 Figura 4.23 Valores de forma y escala de la distribución weibull para el coji nete

.........................................................................................................................................66 Figura 4.24 Probabilidad de fallas para el cojinete.................................................67 Figura 4.25 Análisis causa – raíz para el cojinete ..................................................69 Figura 5.1 Análisis t-student con datos apareados para el Grupo 1....................77 Figura 5.2 Análisis t-student con datos apareados para el Grupo 2 ....................77

ix

INDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Operacionalización de la variable dependiente.....................................24 Tabla 2.2 Operacionalización de la variable independiente……………………..25 Tabla 4.1 Índice de control .........................................................................................31 Tabla 4.2 Consideraciones de gestió n .....................................................................32 Tabla 4.3 Comportamiento de confiabilidad y MTBF periodo 2010 – 2016 .......32 Tabla 4.4 Tipo de interrupción - TFS ........................................................................36 Tabla 4.5 Tipo de interrupción - TFS- Acumulado .................................................36 Tabla 4.6 Tipo de interrupción - Número de fallas.................................................37 Tabla 4.7 Tipo de interrupción - Número de fallas- Acumulado ...........................38 Tabla 4.8 Descripción de los eventos por cada tipo de falla.................................39 Tabla 4.9 Número de interrupciones de los subsistemas ......................................47 Tabla 4.10 Turbina - TBF ............................................................................................49 Tabla 4.11 Unidad hidráulica - TBF...........................................................................53 Tabla 4.12 Sistema de excitación - TBF...................................................................57 Tabla 4.13 Sistema de válvula esférica - TBF .........................................................61 Tabla 4.14 Sistema coji nete - TBF ...........................................................................65 Tabla 4.15 Plan de mantenimiento preventivo actual ............................................71 Tabla 4 .16 Actividades adicionales al mantenimiento preventivo actual ............73 Tabla 5.1 Comportamiento para la confiabilidad después del mantenimiento preventivo modificado..................................................................................................74 Tabla 5 .2 Co nfiabilidad antes del mantenimiento preventivo modificado ...........76 Tabla 5.3 Confiabilidad después del mantenimiento pre ventivo modificado......76

x

INTRODUCCIÓN El presente trabajo de investigación evalúa la variación de la confiabilidad de los grupos generadores antes y después de la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo en la central hidroeléctrica Cahua de la empresa Statkraft Perú S.A. La presente investigación consta de cinco capítulos. Primer capítulo se realiza el planteamiento del problema y el objetivo que se quiere conseguir referente a la gestión de mantenimiento para mejorar la confiabilidad de los grupos generadores. Segundo capítulo se presenta un marco teórico de donde se compila información relacionado a las variables de esta investigación las cuales sirven de apoyo para un adecuado sustento del presente estudio. Tercer capítulo, se expone la metodología de la investigación, siendo en este caso una investigación básica y de nivel de investigación, asimismo de un diseño descriptivo comparativo. Cuarto capítulo se presentan el desarrollo de la investigación en las cuales se determinan los tipos de interrupción y los subsistemas principales mediante diagramas de Pareto de datos en el periodo 2010 – 2016. Se calculó los paramentos de la distribución Weibull y seguidamente se determina los tiempos 1

adecuados para el mantenimiento preventivo de los principales subsistemas, al final de este capítulo se muestra las actividades adiciones al actual plan de mantenimiento preventivo para incrementar la confiabilidad de los grupos generadores. Quinto capítulo se realizó la comparación de los datos obtenidos para ambos grupos; además se realizó la validación de la hipótesis mediante la prueba de t de student. Finalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones de la presente investigación. Todos los datos empleados en esta información fueron recopilados de las tablas brindadas por la empresa Statkraft Perú S.A. Con el presente estudio se logra validar que la confiabilidad de los grupos generadores mejore al modificar el mantenimiento preventivo.

El autor

1

CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL ESTUDIO 1.1 Fundamentación del problema La central hidroeléctrica de Cahua se encuentra ubicada en el Distrito de Manás, Provincia de Cajatambo, Región Lima, a 200 Km al norte de la ciudad de Lima y 60 Km hacia la sierra en la margen izquierda de río Pativilca a una altura de 880 m.s.n.m, tal como muestra la Figura 1.1. Tiene las siguientes características 

Fuente de agua: Cuenca del río Pativilca.



Potencia Efectiva: 39.60 MW



Potencia Instalada: 43.11 MW



Generación anual: 280 GWh



Altura Bruta: 215 m



Caudal de diseño: 22 m3/s



Número de grupos: 02 Turbinas de eje vertical modelo “Francis”



Construcción: Concluida en 1967.

2

Figura 1.1 Ubicación geogr áfica y caracterís ticas Fuente: S tatkraft Perú S .A.

En la central hidroeléctrica de Cahua no se está alcanzando los valores meta de confiabilidad que son establecidos por la gerencia de operaciones, para realizar el despacho de energía, debido a una inadecuada aplicación de estrategia de mantenimiento preventivo. Existe la necesidad de solucionar el problema en los tiempos para la inspección de las unidades generadoras de la central hidroeléctrica debido a las fallas y anomalías que las mismas vienen presentando por su uso continuo, de manera que se identificó los subsistemas que afectan a la confiabilidad. Con este trabajo de tesis se va a proponer la modificación del plan de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad ya que estos valores son en promedio de 23% y 28% para el grupo 1 y 2 respectivamente en el periodo 2010 - 2016.

3

CONFIABILIDAD PERIODO 2010 - 2016 100% 90% 80% ) % ( d a d i l i b a i f n o C

70% 60% 50% GRUPO 1 40% GRUPO 2 30% 20% 10% 0% 2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

Año

Fig ura 1.2 C onfiabilidad per iodo 2 010-2016 Fuente: S tatkraft Perú S.A .

1.2 Formulación del problema 1.2.1 Problema General ¿Cómo proponer la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad en la central hidroeléctrica Cahua?

1.2.2 Problemas específicos a) ¿Cómo proponer la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad del grupo generador 1 en la central hidroeléctrica Cahua? b) ¿Cómo proponer la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad del grupo generador 2 en la central hidroeléctrica Cahua?

4

1.3 Objetivos de la investigación 1.3.1 Objetivo general Proponer la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad en la central hidroeléctrica Cahua.

1.3.2 Objetivos específicos a) Proponer la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad del grupo generador 1 en la central hidroeléctrica Cahua. b) Proponer la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad del grupo generador 2 en la central hidroeléctrica Cahua.

1.4 Justificación 1.4.1 Razones que motivan la investigación. a) La empresa Statkraft Perú S.A. busca ser líder en mantenimiento a nivel nacional, por esa razón se realizó esta tesis para ser parte del objetivo que se planteó la empresa Statkraft. b) Ver la planificación de mantenimiento preventivo desde el punto de vista probabilístico con ayuda de la distribución de Weibull que nos ayudó a determinar el tiempo adecuado para realizar las inspecciones correspondientes al mantenimiento preventivo. c) El mantenimiento dentro de la industria es el motor de la producción, sin mantenimiento no hay producción. Es de suma importancia tener una visión a futuro, planificar y programar el mantenimiento para cubrir toda el área en el tiempo, sea a mediano o largo plazo para un mejor desempeño.

5

1.4.2 Importancia del tema de investigación a) El sector energía está regulado por el C.O.E.S. el cual programa la potencia diaria de todas las centrales hidroeléctricas con un R.P.F. primaria del 5% y si algún grupo generador sale de servicio afecta la estabilidad del sistema eléctrico poniendo en riesgo la distribución de energía. Por ello es importante mantener un nivel aceptable de confiablidad de los grupos generadores para evitar las paradas no programadas por fallo en los subsistemas. b) Después de este análisis se obtendrá información útil para las distintas empresas del sector. c) Incrementar

la información

relacionada

a la gestión del

mantenimiento preventivo. d) Brindar un soporte para aquellos que han optado por implementar un mantenimiento preventivo. e) Los resultados obtenidos servirán a la comunidad estudiantil de la facultad de ingeniería en las distintas universidades del país. f) Para motivar el interés con respecto a la gestión de mantenimiento preventivo desde el punto vista probabilístico. g) Aumentar e incentivar la implementación de la gestión del mantenimiento en las diversas industrias. h) Incrementar el conocimiento de la gestión del mantenimiento en el área de energía, ya que por lo general en la Universidad Nacional del Centro del Perú se involucran más en la gestión de mantenimiento en el sector minero.

1.5 Limitaciones del estudio a) El tiempo dedicado a la investigación es un tiempo adicional a la jornada laboral. b) Datos confidenciales de la empresa, es decir se tuvo una serie de entrevistas con el gerente de operaciones y jefe de centrales 6

hidroeléctricas para poder tener ingreso a la información que es fundamental para la tesis. c) El periodo que se ha considerado para la elaboración de la investigación. d) La magnitud de la investigación, ya que solo se estudió los resultados del indicador confiabilidad, en la mejora de la gestión de mantenimiento mediante el enfoque preventivo con ayuda de la distribución Weibull. Pero con fines ilustrativos se tocará los indicadores de disponibilidad. e) La carga laboral en la empresa Statkraft es intensa ya que el área de recursos humanos conjuntamente con el área de gerencia de operaciones plantea al 100% del personal objetivos anuales que consiste en investigaciones de acuerdo a la especialidad de cada trabajador, teniendo así un tiempo limitado para tus actividades extra laborales.

7

CAPITULO II MARCO TEORICO 2.1 Antecedentes de la investigación. a) En la Universidad Austral de Chile en la Escuela de Ingeniería Civil Industrial existe una tesis titulada “PRONOSTICO DE FALLAS E IMPLEMENTACIÓN

PLAN

DE

GESTIÓN

CONFIABILIDAD

DE

REPUESTOS CRITICOS EN LA MINERÍA DEL HIERRO.”, presentada por Camila Angélica Paredes Delgado quien presento y sustento para optar el título de Ingeniero Civil Industrial. (Delgado, 2012) El presente trabajo sirvió como ayuda para construir la gráfica de Weibull para la confiabilidad. b) En la Universidad Nacional de educación a distancia en la facultad de Ingeniería técnica Industrial existe una tesis titulada “ESTUDIO DE MEJORA DE MANTENIMIENTO MEDIANTE LA APLICACIÓN DE DISTRIBUCION DE WEIBULL A UN HISTORICO DE FALLOS.”, presentada por Eduardo Romero López quien presento y sustento para optar el título de Ingeniero Mecánico. (López, 2012) El presente trabajo sirvió de ayuda para encontrar en tiempo adecuado para las inspecciones de los subsistemas de los grupos generadores de acuerdo a la distribución de Weibull. c) En la Universidad Nacional de Ingeniería en la facultad de Ingeniería Mecánica

existe

una

tesis

titulada

“ESTIMACIÓN

DE

LA 8

CONFIABILIDAD EN EQUIPOS MEDIANTES EL ANÁLISIS DE WEIBULL.”, presentada por Miguel Angel Apolinario Gabriel quien presento y sustento para optar el título de Ingeniero Mecánico. (Gabriel, 2008) El presente trabajo sirvió como guía en el procedimiento adecuado para llegar a un plan de mantenimiento preventivo. El autor indica que para obtener resultados confiables mediante el Análisis de Weibull es necesario tener una consistente base de datos en el cual se registre la fecha y hora de falla (paro), la fecha y hora del reinicio de las operaciones (arranque), motivo y descripción de falla.

2.2 Bases teóricas 2.2.1 Gestión de mantenimiento

Actuaciones con las que la dirección de una organización de mantenimiento sigue una política determinada. (Fernández, 2005, pág. 504) Según la norma europea EN 133306:2011 (CE, 2011), la moderna gestión de mantenimiento incluye todas aquellas actividades de gestión

que:

determinan

los

objetivos

o

prioridades

de

mantenimiento (que se definen como las metas asignadas y aceptadas por la dirección del departamento de mantenimiento), las estrategias (definidas como los métodos de gestión que se utilizan

para

conseguir

esa

metas

u

objetivos),

y

las

responsabilidades en la gestión. (Márquez, 2012, pág. 1) El Enfoque Kantiano de la actividad de mantenimiento en relación a la gestión del conocimiento enfoca la relación de entre los tres elementos que son: gestión de conocimiento del personal, gestión de conocimiento de las maquinarias e instalaciones y gestión de conocimiento del entorno, y que es de gran transcendencia en las 9

funciones requeridas a los servicios de mantenimiento. (Carrasco, 2014, pág. 13) Surge la gestión de mantenimiento como toda actividad de diseño, planificación y control destinadas a minimizar todos los costes asociados al mal funcionamiento de los equipo. Entre esas actividades se incluyen, además de las funciones típicamente asociadas al mantenimiento, los estudios de la posibilidad de la renovación de equipos, la realización de modificaciones que ayuden a viabilizar y flexibilizar el funcionamiento, la forma del personal de producción para la realización de funciones de pequeño mantenimiento. (Araújo, 2008, pág. 2) La gestión del mantenimiento busca potenciar el planeamiento de mantenimiento de los equipos de la empresa, con los aportes realizados a los diferentes tipos de mantenimiento, luego de análisis a los procedimientos y acciones realizados (historial de la maquina).La gestión del mantenimiento de alguna manera busca aumentar la productividad de la empresa al aumentar los niveles de confiabilidad

de

sus

equipos

y

reducir

sus

costos

de

mantenimiento. (Ascencio, 2009, pág. 71) La gestión del mantenimiento, al igual que sucedía con la dirección de operaciones, se orienta a la utilización más económica de unos medios, por unos empleados u operarios, con la finalidad ahora de conservar y/o restituir los equipos de producción a unas condiciones que les permitan cumplir con una función requerida. En la práctica, la gestión del mantenimiento se implementa de forma idéntica a la dirección de operaciones, pues la gestión del mantenimiento forma parte de la dirección de operaciones. Sin embargo, utiliza una serie de métodos y técnicas específicos para la resolución de problemas muy concretos, ligados por completo al proceso de toma de decisiones en mantenimiento. Estos métodos y técnicas intentan recoger y tratar convenientemente la complejidad 10

del problema, ofrecer a los gestores de mantenimiento soluciones para priorizar y enfrentarse a los problemas, fórmulas para encontrar más fácilmente respuestas a los mismos. (Albarez, 2011, pág. 24) Producción v/s Mantenimiento: Desde el momento que las empresas se dieron cuenta que era necesario separa el departamento de Mantenimiento con el de Producción, el departamento de Mantenimiento ha sido un subordinado de este último. Esta forma de establecer la relación entre mantenimiento y producción tal vez sea válida en entornos donde no existe Gestión de Mantenimiento, donde Mantenimiento solo se ocupa de las fallas que comunica Producción. Esta situación cambia cuando el mantenimiento se gestiona (optimización de los recursos que se emplean). En este escenario, Mantenimiento y Producción son dos entes igualmente importantes para la producción. Para que la organización funcione, es necesario que todos los departamentos y áreas funcionen de forma coordinada, y la eficiencia de la organización estará dada por el departamento que peor funcione, de esta forma se puede decir que en las organizaciones donde el mantenimiento se gestiona, este departamento no es subordinado de producción (Mendoza, 2009, pág. 45) Razones para gestionar el mantenimiento: Algunos de los por qué son presentados a continuación: 

Presión ejercida por la competencia a la disminución de los costos. Necesidad de optimizar el uso de materiales y mano de obra. De lo anterior se desprende la necesidad de identificar el modelo de organización que mejor se adapta a la planta, identificar la influencia de los equipos en los resultados de la empresa, consumo y stock de materiales empleados en mantenimiento, aumento de la disponibilidad de los equipos de

11

tal forma que los periodos de indisponibilidad de estos no interfieran con el plan de producción. 

Aparición de técnicas que ayudan a mejorar los resultados de la empresa. La implementación de este tipo de técnicas, que están dirigidas al mantenimiento, es necesario analizarlas de tal forma de indicar si es posible desarrollarlas en la empresa (dependiendo de su situación actual) y la forma de implementar en el caso de ser factible. Algunas técnicas son: TPM (Total Productive Maintenance, Mantenimiento Productivo Total), RCM

(Reliability

Centrado

en

Centered

Fiabilidad),

Maintenance, Sistema

Mantenimiento

GMAO

(Gestión

de

Mantenimiento Asistido por Ordenador), diversas técnicas de Mantenimiento Predictivo (análisis vibracional, termografías, detección de fugas por ultrasonidos, análisis amperimétricos, etc.) 

Los distintos departamentos de una empresa necesitan estrategias. Es necesaria la implantación de directrices que les sirvan a los encargados de los departamentos para que sus metas seas guiada a los objetivos de la organización.

Aspectos como calidad, seguridad e interrelaciones, han



tomado importancia en la gestión industrial. Es necesario gestionar estos aspectos para incluirlos en las formas de trabajo de los departamentos de mantenimiento. Todos estos aspectos son las razones por la cuales es necesario gestionar el mantenimiento (Mendoza, 2009, pág. 46)

2.2.2 Mantenimiento preventivo La tarea de mantenimiento preventivo es una tarea que se realiza para disminuir la probabilidad de fallo del elemento o sistema, o para maximizar el beneficio operativo. Una tarea de mantenimiento preventivo

típico

consta

de

las

siguientes

actividades

de

mantenimiento. 12

Desmontaje.



Recuperación o sustitución.



Montaje.



Pruebas.



Verificación.



En la figura 2.1 se da una representación gráfica de la tarea de mantenimiento. La duración de la tarea se representa por DMT, que representa el tiempo transcurrido necesario para la conclusión con éxito de la tarea de mantenimiento preventivo.

Desmontaje

Recuperación o sustitución

Montaje

Pruebas

Verificación

DMT

Fig ura 2 .1 R epres entación gr áfica de una tarea típica de mantenimiento Pr eventivo. Fuente: M antenimiento, Jezdimir K nezevic.2006.

Las tareas de mantenimiento de este tipo se realizan antes de que tenga lugar la transición al SoFa (Estado de falla), con el objetivo principal de reducir: 

El coste de mantenimiento.



La probabilidad de fallo.

Las tareas de mantenimiento preventivo más comunes son sustituciones, renovaciones, revisiones generales, etc. Es necesario que estas tareas se realizan, a intervalos fijos, como por ejemplo, cada 3 000 horas de operación, cada 10 000 millas, o cada 500 aterrizajes, al margen de la condición real de los elementos o sistemas. (Knezevic, 2006, pág. 53) 13

Es el mantenimiento que tiene por misión mantener un nivel de servicio determinado en los equipos, programando las correcciones de sus puntos vulnerables en el momento más oportuno. (Garrido, 2003, pág. 17)

2.2.3 Tipos y niveles de mantenimiento Los tipos de mantenimiento quedan resumidos en la figura. 2.2.

MANTENIMIENTO

PREVENTIVO

CORRECTIVO

CONDICIONAL (Predictivo)

SISTEMÁTICO

Fig ura 2.2 Tipos de mantenimiento Fuente: Téc nicas de Mantenimiento Indus trial, G omez.2004.

El mantenimiento correctivo, efectuado después del fallo, para



reparar averías. 

El mantenimiento preventivo, efectuado con intensión de reducir la probabilidad de fallo, del que existe dos modalidades: Mantenimiento preventivo sistemático, efectuados a intervalos



regulares de tiempo, según un programa establecido y teniendo en cuenta la criticidad de cada máquina y la existencia o no de reserva. El mantenimiento preventivo condicional o según condición,



subordinado a un acontecimiento predeterminado. 

El

mantenimiento

predictivo, que

más

que un tipo

de

mantenimiento, se refiere a las técnicas de predicción precoz de

14

síntomas para ordenar la intervención antes de la aparición de la falla. Un diagrama de decisión sobre el tipo de mantenimiento a aplicar, según el caso, se presenta en la Figura 2.3 (Gomez, 2004, pág. 7)

EQUIPO FUNCIONANDO

FALLO

IMPREVISTO

PREVISTO

MANTENIMIENTO CORRECTIVO

MANTENIMIENTO PREVENTIVO

REPARACIÓN

VIGILANCIA DEFINITIVA

SI

MODIFICACIÓN

MANTENIMIENTO PREDICTIVO NO

PROVISIONAL SI NO

VIGILANCIA CONTINUA

(CON MEJORA) SI

MTO. PALIATIVO

MANTENIMIENTO DE MEJORA

MANTENIMIENTO CORRECTIVO

MTO. PREVENTIVO SISTEMATICO

MONITORIZADO (Condicional)

NO

MTO. PREDICTIVO (Rondas/Visitas)

Fig ura 2 .3 Diag rama de decis ión s obre el tipo de mantenimiento Fuente: Técnicas de Mantenimiento Indus trial, Gomez.2004.

2.2.4 Disponibilidad Es la probabilidad de que un activo realice la función asignada cuando se requiere de ella. La disponibilidad depende de cuan frecuente se producen los fallos en determinado tiempo y condición y de cuánto tiempo se requiere para corregir el fallo. (Sextol, 2008, pág. 1) 15

La disponibilidad es la probabilidad, en el tiempo, de asegurar un servicio requerido. Hay autores que definen la disponibilidad como el porcentaje de equipos o sistemas útiles en un determinado momento, frente al parque total de equipos o sistemas (Fernández, 2005, pág. 67) Es un indicador operacional: D (Disponibilidad), El indicador de disponibilidad es un indicador técnico que permite medir el grado disposición de alguna máquina, los factores que influyen sobre la disponibilidad son MTTF (tiempo promedio operativo hasta el fallo) y MDT (tiempo promedio fuera de servicio.) (Crespo, 2012, pág. 1) Como la probabilidad de que una maquina o sistema esté preparada para producción en un periodo de tiempo determinado, o sea que no esté parada por averías o ajustes. D = To/(To+Tp) [Disponibilidad] To = tiempo total de operación Tp= tiempo total de parada. (Araújo, 2008, pág. 6) DISPONIBILIDAD: La disponibilidad está definida por la siguiente fórmula: Disponibilidad estándar = (TT-MT)/TT Dónde: TT = Tiempo Total: Es la suma de todo el tiempo requerido por los departamentos operacionales para el uso de la maquinaria o equipo. MT = Tiempo de Mantenimiento: Es todo el tiempo que un equipo no está disponible por razones asociadas con la función del mantenimiento. Este tiempo incluye mantenimiento programado, mantenimiento no programado y paros por fallas. Tipos de Disponibilidad: Disponibilidad Inherente (Ai): Es el nivel esperado de disponibilidad debido al comportamiento del mantenimiento correctivo únicamente. 16

Está determinada por el diseño del equipo. Asume que los repuestos y personal están 100 por ciento disponibles sin retraso alguno. Disponibilidad

Alcanzable

(Aa):

disponibilidad

debido

comportamiento

al

Es

el

nivel del

esperado

de

mantenimiento

correctivo y preventivo. Depende del diseño del equipo y de la planta. También asume que los repuestos y personal están 100 por ciento disponibles sin retraso alguno. Disponibilidad

Operacional

(Ao):

Es

el

fundamento

de

la

disponibilidad. Este es el valor real de la disponibilidad obtenido en la operación diaria de la planta. Este valor refleja el nivel de recursos del

mantenimiento

de

la

planta

así

como

la

efectividad

organizacional. (Amador, 2012, pág. 11)

2.2.5 Confiabilidad La confiabilidad R(t) se define como la probabilidad de que un bien funcione adecuadamente durante un período determinado bajo condiciones operativas específicas (por ejemplo, condiciones de presión, temperatura, velocidad, tensión o forma de una onda eléctrica, nivel de vibraciones, etc). La fiabilidad se suele representar con la letra R (de la palabra inglesa Reliability), una medida de la fiabilidad es el MTBF (Mean Time Between Failures), ésta se relaciona con la duración media entre fallos.

  ∫  En la práctica, la fiabilidad se mide como el tiempo medio entre ciclos de mantenimiento o el tiempo medio entre dos fallos consecutivos MTBF. Se puede medir en general por horas, kilómetros, horas de vuelo, piezas producidas, etc.

17

En la Figura 2.5 se aprecia los distintos TBF que hacen referencia al tiempo de funcionamiento de un activo de mantenimiento y los TTR que se refieren a los tiempos de paradas por reparación.

Figura 2.4 R epres entación de estados TBF y TTR Fuente: Fundación Uned: Pr oyecto de Fin de P ostG rado, Eduardo R omero Lopez.2012.

R(t) la Función de Fiabilidad, o dicho de otro modo, la probabilidad de que un componente nuevo sobreviva más del tiempo t, donde T se define como la vida del bien o componente.

       F(t) es la Función de Distribución Acumulada siendo la probabilidad de que un componente nuevo no sobreviva más del tiempo t.

    Derivando esta última obtenemos la Función de Densidad f(t). Ésta nos da una idea de la dispersión de la vida del componente.

    Entonces obtenemos la Tasa de Fallos λ(t). 18

     λ(t) es una característica de fiabilidad del componente. No tiene interpretación física directa. Es bastante común que el comportamiento de fallos de un componente sea descrito en términos de su tasa de fallos (López, 2012, pág. 5)

2.2.6 Mantenibilidad. Se define mantenibilidad M(t) como la propiedad de que el equipo, después de un fallo o avería sea puesto en estado de funcionamiento en un tiempo dado. Una medida de la mantenibilidad es el MTTR (Mean Time To Repair) o como se conoce en castellano “Tiempo Medio de Reparación”. Es la propiedad de un sistema que representa la cantidad de esfuerzo requerida para conservar su funcionamiento normal o para restituirlo una vez se ha presentado un evento de fallo. Se dirá que un sistema es “Altamente mantenible” cuando el esfuerzo asociado a la restitución sea bajo. Sistemas poco mantenibles o de “Baja mantenibilidad” requieren de grandes esfuerzos para sostenerse o restituirse. Su Tasa de Reparación es μ(t). (López, 2012, pág. 6)

    2.2.7 Distribución estadística aplicada al mantenimiento Distribución de Weibull

19

La distribución de Weibull es una distribución continua y biparamétrica, es decir, está completamente definida por 2 parámetros y es la más empleada en el campo de la Fiabilidad. En la literatura técnica está muy extendida la utilización de la distribución de Weibull biparamétrica (β, ƞ), por eso en este estudio se explicará el cálculo de la distribución paramétrica (β, ƞ). La distribución de Weibull es una distribución de probabilidad continua. La función de densidad de una variable aleatoria:

 {  Donde

   

     

> 0 es el parámetro de forma y > 0 es el parámetro de

escala o característica de vida.

Fig ura 2.5 D is tribución de W eibull para dis tintos valores de  Fuente: Fundación U ned: P royec to de Fin de Pos tGr ado, E duardo R omero Lopez.2012.

20

La distribución modela la distribución de fallos (en sistemas) cuando la tasa de fallos es proporcional a una potencia del tiempo:

  

Un valor < 1 indica que la tasa de fallos decrece con el tiempo. Cuando = 1, la tasa de fallos es constante en el tiempo. Un valor > 1 indica que la tasa de fallos crece con el tiempo. Su función de distribución de probabilidad es:

    

Para valores de x > 0, siendo nula en x < 0. Siendo su tasa de fallo:

     

En la Figura 2.7 se puede como varía la tasa de fallo λ para distintos valores de

Fig ura 2 .6 R epres entación de la tas a de fallo para distintos valores de  Fuente: Fundación Uned: Pr oyecto de Fin de P ostG rado, Eduardo R omero Lopez.2012.

21



El parámetro de forma nos indica el tipo de fallo que es, así como el tipo de distribución probabilística que podemos seguir. Su función de Fiabilidad R(t):

  

Su Esperanza matemática o media:

      Donde

(…) es la función Gamma. (López, 2012, pág. 14)

2.3 Bases conceptuales 2.3.1 Mantenimiento preventivo

Para llegar a un plan de mantenimiento preventivo, la tesis siguió esta serie de pasos. a) FASE I: Se describió la situación actual de la confiabilidad y MTBF de las unidades generadoras de la central hidroeléctrica de Cahua en el periodo de 2010 - 2016. b) FASE II: Se analizó los tiempos fuera de servicio de los principales tipos de interrupción y número de fallas para los grupos generadores. c) FASE III: Se analizó la Confiabilidad de los subsistemas críticos en la central hidroeléctrica Cahua. Se determinó los parámetros de la distribución de Weilbull, los tiempos adecuados para las inspecciones y diagrama de causa efecto. d) FASE V: Propuesta de modificación el plan de mantenimiento preventivo para aumentar la confiabilidad en la unidades generadoras.

22

2.3.2 Confiabilidad. La confiabilidad de los grupos generadores está en función de la tasa de falla donde se incluyen todos los tipos de interrupción que sufren los grupos generadores. La confiabilidad de cada subsistema sigue se basa en la siguiente ecuación.

  ( )       Donde a) Parámetro de forma (β) 0 < β< 1 Mortalidad infantil. β = 1 Tasa de fallo constante. 

Fallos aleatorios independientes del tiempo.



Errores humanos.



Errores de Mantenimiento.



Sistemas de varios componentes.



Combinación de dos o tres modos de fallos diferentes.

1 < β < 4 Tasa decreciente. 

Implica desgastes tempranos.



Fatiga de baja frecuencia, con β = 2,5 hasta β = 4.



Corrosión o erosión con β = 3 hasta β = 4.



Corrosión o esfuerzos con β = 5 o mayor.

4 < β Tasa decreciente. 

Envejecimiento operacional.



Corrosión por esfuerzos.



Pérdida de propiedades de los materiales.

 

Materiales frágiles como la cerámica.



Algunos tipos de erosión.

23

b) Parámetro de escala (ƞ) Este es un parámetro adimensional propio de la distribución de Weibull que también será hallado por medio del lenguaje de programación Rstudio.

2.4 Hipótesis a) Hipótesis general Mediante la distribución Weibull se propuso la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad de la central hidroeléctrica Cahua. b) Hipótesis especifica a) Mediante la distribución Weibull se propuso la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad del grupo generador 1 de la central hidroeléctrica Cahua. b) Mediante la distribución Weibull se propuso la modificación de la gestión de mantenimiento preventivo para mejorar la confiabilidad del grupo generador 2 de la central hidroeléctrica Cahua.

2.5 Operacionalización de variables Tabla 2.1 Operacionalización de la variable dependiente Variable Dependiente: Confiabilidad de los grupos generadores Definición Dimensión Factor Indicadores Instrume Lugar conceptual nto Es la Confiabilidad Confiabilida e = Número de x=Cronó Central probabilidad de los d. metro. hidroeléctri Euler de que subsistemas La ca Cahua cumpla con del grupo confiabilida  x= Es la ƞ, β = Se su función generador 1. d de los frecuencia de usa el durante un  Sistemas grupos lenguaje mantenimiento periodo de auxiliares. generadore preventivo de tiempo bajo  Generador. s está en medida en horas programa estándares  Turbina. función de ción de la tasa de  ƞ = parámetro de Rstudio  Transforma operación falla donde escala o para dor. como; se incluyen característica de hallar  Sistema de 24

presión y humedad.

excitación  Cojinetes.  Unidad hidráulica  Válvula esférica. Confiabilidad de los subsistemas del grupo generador 2.  Sistemas auxiliares.  Generador.  Turbina.  Transforma dor.  Sistema de excitación  Cojinetes.  Unidad hidráulica Válvula esférica.

todos los tipos de interrupción que sufren los grupos generadore s

 ) (    

vida, es adimensional. 

estos parámetr os

β = Parámetro de forma, es adimensional 0<β<1: Mortalidad infantil β=1: Tasa de fallo constante 1<β<4: Tasa decreciente 





Fuente: elaboración propia.

Tabla 2.2 Operacionalización de la variable independiente Variable Independiente: Gestión de mantenimiento preventivo Definición Dimensión Indicador conceptual Son todas las a) FASE I: Se describió la Antes: Después: acciones que se toma situación actual de la La para direccionar, el confiabilidad y MTBF de las La mantenimiento del unidades generadoras de la confiabilidad confiabilidad grupo generador para central hidroeléctrica de está por cumple con índices la realización de metas Cahua en el periodo de 2010 debajo de los y objetivos, utilizando - 2016. los índices meta. todos los medios b) FASE II: Se analizó los meta. disponibles. tiempos fuera de servicio de los principales tipos de interrupción y número de fallas para los grupos generadores. c) FASE III: Se analizó la Confiabilidad de los 25

subsistemas críticos en la central hidroeléctrica Cahua. Se determinó los parámetros de la distribución de Weilbull, los tiempos adecuados para las inspecciones y diagrama de causa efecto. d) FASE V: Propuesta de modificación el plan de mantenimiento preventivo para aumentar la confiabilidad en la unidades generadoras Fuente: elaboración propia.

26

CAPITULO III METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 3.1 Método de investigación investigación El método deductivo es aquella orientación que va de lo general a lo específico. De un enunciado general se a detallando partes o elementos específicos.” específicos. ” (Espinoza, 2010). El método inductivo es aquella orientación que va de los casos particulares a lo general. Los datos o elementos individuales por semejanzas se sintetizan y se llega a un enunciado general que explica y comprende a estos casos particulares. (Espinoza, 2010). El método de investigación a aplicar es Inductivo-Deductivo. Se aplicará método Deductivo para analizar qué tipos de interrupciones son los que afectan a los subsistemas de los grupos generadores haciendo que la confiabilidad no alcance los valores meta. Se aplicará método Inductivo para proponer el plan de mantenimiento preventivo de los componentes críticos.

3.2 Tipo de investigación investigación “La Investigación básica tiene como propósito ampliar el conocimiento científico a partir de la observación del funcionamiento de los fenómenos de la realidad. Sus niveles son la exploración, descripción y e xplicación”, (Espinoza, 2010, pág. 73) 27

De acuerdo al nivel de investigación, el tipo que se usará para esta tesis es la básica ya que con el uso de la distribución de Weibull para determinar la confiabilidad, el tiempo medio entre fallas y el tiempo adecuado para realizar mantenimiento a los subsistemas críticos, se ampliará el conocimient conocimie nto o en el tema de manten mantenimi imiento ento preventivo. preventivo.

3.3 Nivel de investigación investigación La investigación explicativa tiene como propósito buscar las relaciones de causa y efecto entre las variables del objeto de estudio. En este estudio el investigador no manipula las variables. (Espinoza, 2010, pág.74) Se realizará una investigación explicativa ya que buscaremos la relación del mantenimiento preventivo y la confiabilidad mediante la distribución de Weibull para determinar el tiempo medio entre fallas y el tiempo adecuado para el mantenimiento mantenimiento preventivo preventivo de los los subsistemas. subsistemas .

3.4 Diseño de investigación investigación Recoge información actualizada de varias muestra sobre un mismo objeto de investigación y lo caracteriza sobre una base de una comparación (Espinoza, 2010, pág. 91) Diseño descriptivo. Descriptivo comparativo, la mejora de la confiabilidad se evidencia comparando el antes y después.

Diagrama:

   



28

Donde: M1, M2: Cada una de la muestras de estudio. O1, O2: Observación de las muestras para recoger información relevante Para la tesis se tiene, tiene, M1: Mantenimiento Mantenimiento preventivo preventivo que se aplica en e n la actualidad actualidad.. M2: Mantenimiento preventivo modificado, que se basa en un estudio estadístico. O1: Confiabilidad actual de los grupos generadores cuyo valor promedio es de 23% y 28% para el grupo 1 y grupo 2, respectivamente. O2: Confiabilidad estimada, de los grupos generadores, que arroja el nuevo planteamiento de mantenimiento preventivo. 

 

Comparación entra cada una de las muestras, pudiendo ser semejante, igual o diferente.

3.5 Unidad de observación Son los dos grupos generadores de la central hidroeléctrica de Cahua que involucra involucra a todos todos sus sus subsistemas.

3.6 Técnicas Técn icas e instrumentos de recolección de datos datos Se utilizará la técnica documental y empírica. a) Documentos de la oficina de planificación: Plan de mantenimiento basado en la confiabilidad confiabilidad e indicadores b) Documentos generados al investigar.

3.7 Procedimiento de recolección recolección de datos. Para el procesamiento y análisis de datos se utilizará la estadística descriptiva y la estadística inferencial Para determinar los parámetros de la distribución Weibull se usará el lenguaje de programación Rstudio, este es un software libre.

29

CAPITULO IV DESARROLLO DE LA PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA 4.1 Descripción de la situación actual. Para la descripción de la situación presente en las unidades generadoras, primero se deben explicar los procedimientos, estudios y consideraciones tomadas en cuenta para el cálculo de la confiabilidad, siendo necesarios presentarlos, ya que son estudios que tienen consideraciones que se utiliza en la actualidad para obtener los valores de confiabilidad total de la planta.

4.2.1 Descripción

del procedimiento

para

el cálculo

de la

confiabilidad Para obtener los valores probabilísticos de MTBF y confiabilidad se debe seguir un procedimiento en el cual, se analizó en primer lugar los tipos de interrupciones con mayor tiempo fuera de servicio (TFS) y con mayor número de fallas mediante diagramas de Pareto, seguidamente se analizó el número de interrupciones de los subsistemas de los cuales se determinaron los parámetros de la distribución de Weibull con la ayuda del software Rstudio, con estos datos pudimos determinar los tiempos de inspecciones para los distintos subsistemas para finalmente proponer la modificación del mantenimiento preventivo .

30

4.2.2 Establecimiento de índices de control para el estudio de confiabilidad. Los valores meta se establecen todos los años, en una reunión planificada donde participan los representantes del Departamento de ingeniería de Planta y los jefes de sección, donde evalúan y revisan los resultados de confiabilidad del año anterior para luego establecer las metas, donde se encargan de designar los lineamientos y la metodología que establece un 5% por encima de la meta. Dicha metodología es usada para establecer las consideraciones a tomar para catalogar si los valores están bien o no, en base a un 100% donde se puede decir que la confiabilidad es clasificada por tres colores, verde, amarillo y rojo, amarillo es un valor de alerta y rojo representa un valor fuera de control.

Tabla 4.1 Índice de control Índices de control (Valores meta) Años

% Confiabilidad

MTBF (Días)

2010

50

70

2011

50

70

2012

50

70

2013

50

70

2014

50

70

2015

50

70

2016

50

70

Fuente: S tatk raft Perú S .A .

31

Tabla 4.2 Consideraciones de gestión Consideraciones de gestión 2016 Consideraciones

% Confiabilidad

MTBF (Días)

Bajo Control: (Verde)

Valor > 50

Valor > 70

Alerta: (Amarillo)

50 >= Valor > 20

70 >= Valor > 20

20 >= Valor

20 >= Valor

Fuera de control (Rojo)

Fuente: S tatk raft Perú S .A .

4.2.3 Comportamiento de confiabilidad (%) y MTBF (días) Tabla 4.3 Comportamiento de confiabilidad y MTBF periodo 2010 – 2016 CARACTERISTICAS - 2010 Periodo considerado (TO) Tiempo de operación (NF) Número de fallas (HF) Horas perdidas por fallas (D) Disponibilidad ( R) Confiabilidad

GRUPO 1 GRUPO 2 364.00 Días 364.00 Días 359.77 Días MTBF 21.16 358.49 Días MTBF 18.87 17.00 19.00 101.52 Horas MTTR 5.97 132.27 Horas MTTR 6.96 99% 98% 24% 20%

CARACTERISTICAS - 2011 Periodo considerado (TO) Tiempo de operación (NF) Número de fallas (HF) Horas perdidas por fallas (D) Disponibilidad ( R) Confiabilidad


32









33


GRUPO 1 GRUPO 2 365.00 Días 365.00 Días 342.91 Días MTBF 31.17 342.97 Días MTBF 34.30 11.00 10.00 530.05 Horas MTTR 48.19 528.64 Horas MTTR 52.86 94% 94% 38% 42% Fuente: S tatk raft Perú S .A .

CONFIABILIDAD 100% 90% 80% 70%

) % ( d 60% a d i l i 50% b a i f n 40% o C

GRUPO 1 GRUPO 2

30% 20% 10% 0% 2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

Año

Figura 4.1 Confiabilidad periodo 2010 – 2016 Fuente: S tatkraft Perú S.A .

34

MTBF (Días)

100.00 90.00 80.00 70.00 ) 60.00 s a í D ( 50.00 F B T M40.00

GRUPO 1 GRUPO 2

30.00 20.00 10.00 0.00 2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

Año

Fig ura 4.2 MTB F periodo 2010 – 2016 Fuente: S tatkraft Perú S .A.

En la situación actual se puede observar el comportamiento del indicador de confiabilidad de los últimos 6 años y de los aspectos relacionados a este como lo es el tiempo medio para fallar (MTBF), denotándose en los gráficos comportamientos variados y desviados de las metas establecidas para cada año, se debe analizar los valores para mejorar los índices de confiabilidad y mantener controlado en indicador, tomando acciones que busquen la mejora e incremento de TBF de las unidades generadoras.

4.2 Análisis. 4.3.1 Análisis de los tiempos fuera de servicio de los tipos de interrupción y número de fallas para los grupos generadores. Se analizó los tiempos fuera de servicio (TFS) de los tipos de interrupción para determinar cuáles de estos afectan directamente a la confiablidad. Los tipos de interrupción que tengan mayor TFS serán considerados para en análisis de confiabilidad.

35

Para determinar los principales tipos de interrupción se procedió a ordenar de manera descendente.

Tabla 4.4 Tipo de interrupción - TFS Tipo de interrupción

TFS (Horas)- periodo 2010 2016

Fenómenos naturales y ambientales Fallas en equipos de potencia Mantenimiento correctivo Externo al conjunto Fallas en equipos de protección y control Fallas humanas Total

2509.22 846.75 644.00 194.02 90.75 4.28 4289.02

Fuente: E laboración propia

Tabla 4.5 Tipo de interrupción - TFS- Acumulado Tipo de interrupción Fenómenos naturales y ambientales Fallas en equipos de potencia Mantenimiento correctivo Externo al conjunto Fallas en equipos de protección y control Fallas humanas Total

TFS (Horas) 2509.22 846.75 644.00 194.02 90.75 4.28 4289.02

% 58.50% 19.74% 15.02% 4.52% 2.12% 0.10% 100.00%

% Acumulado 58.50% 78.25% 93.26% 97.78% 99.90% 100.00%

Fuente: E laboración pr opia

El diagrama de Pareto nos dará la frecuencia del tiempo y del porcentaje acumulado de los tiempos fuera de servicio de los principales tipos de interrupción, determinando las que representan el 80% de las fallas.

36

Principales Tipos de Interrupción - TFS 2509.22 2500

100%

99.90%

97.78%

100.00%

93.26%

80%

78.25%

2000

90%

70% ) s 1500 a r o H ( S F 1000 T

60%

58.50%

50% 40%

846.75 644.00

30% 20%

500 194.02

90.75

4.28

0

10% 0%

Fenómenos naturales y ambientales

Fallas en equipos d e potencia

Mantenimiento correctivo

TFS (Horas)

Externo al conjunto

Fallas en equipos d e protección y control

Fallas humanas

% Acumulado

Fig ura 4.3 Principales tipos de interr upción - TFS . Fuente: Elaboración propia

El uso de esta herramienta permitió visualizar que el 80% de los tiempos fuera de servicio (TFS) son debido a. 

Fenómenos naturales y ambientales.



Fallas de equipos de potencia.

Otro parámetro del cual también depende la confiabilidad es el número de fallas. Se analizó entonces los números de falla de los principales tipos de interrupción para los grupos generadores.

Tabla 4.6 Tipo de interrupción - Número de fallas Número de falla periodo 2010 - 2016 Fallas en equipos de potencia 33 Fallas en equipos de protección y control 19 Mantenimiento correctivo 82 Fallas humanas 3 Fenómenos naturales y ambientales 54 Externo al conjunto 60 TOTAL 251 Tipo de interrupción


37

Tabla 4.7 Tipo de interrupción - Número de fallas- Acumulado Número de % % fallas Acumulado Mantenimiento correctivo 82 32.67% 32.67% Externo al conjunto 60 23.90% 56.57% Fenómenos naturales y ambientales 54 21.51% 78.09% Fallas en equipos de potencia 33 13.15% 91.24% Fallas en equipos de protección y control 19 7.57% 98.80% Fallas humanas 3 1.20% 100.00% Total 251 100.00% Tipo de interrupción


Principales Tipos de Interrupción - Número de fallas 90

82

98.80%

80

100% 100.00%

91.24%

70

s a l l 60 a f e 50 d o 40 r e m ú 30 N

80%

78.09%

60

90%

70%

54

60%

56.57%

50% 33

40%

32.67%

30%

19

20

20%

10

3

0

10% 0%

Mantenimiento correctivo

Externo al conjunto


Número de fallas

Fallas en equipos d e potencia

Fallas en Fallas humanas equipos d e protección y control

% Acumulado

Fig ura 4.4 Princ ipales tipos de interr upción – Númer o de fallas . Fuente: Elaboración propia

El uso de esta herramienta permitió visualizar que el 80% del número de fallas son debido a. 

Mantenimiento correctivo.



Externo al conjunto



Fenómenos naturales y ambientales. 38

De los dos gráficos anteriores se concluye que los principales tipos de interrupciones a analizar serán las siguientes 








Con respecto al tipo de interrupción, externo al conjunto, esta no se consideró debido a que son interrupciones debido a las fallas en la Kilómetros de la central hidroeléctrica de Cahua y fallas en las líneas de transmisión de 138 Kv. A continuación la descripción de cada tipo de interrupción, con los que se trabajó, de los dos grupos generadores del periodo 2010 – 2016

Tabla 4.8 Descripción de los eventos por cada tipo de falla Año

Elemento

Descripción evento 2010 CAHUA_G1 Por cambio de aceite de cojinete, guía de turbina del grupo. 2010 CAHUA_G1 Desconexión intempestiva, por falla de excitación. 2010 CAHUA_G1

Cambio de tiristor cortocircuitado en el dispos itivo Crowbar

2010 CAHUA_G2

Fuera de servicio por Alta Co ncentración de sólidos.

2010 CAHUA_G2


2010 CAHUA_G2

Fuera de servicio por Alta Concentración de sólidos.

2010 CAHUA_G2


2010 CAHUA_G1


2010 CAHUA_G2


2010 CAHUA_G1 Cambio de descargador síncrono. Reparación de tubería de drenaje de la tapa 2010 CAHUA_G2 superior. (Por la erosión debido a la alta concentración de sólidos). Reparación de tubería de drenaje de la tapa 2010 CAHUA_G2 superior. (Por la erosión debido a la alta concentración de sólidos).

Tipo Mantenimiento correctivo Fallas en equipos de potencia Mantenimiento correctivo Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales Mantenimiento correctivo

Inicio Fin 01/01/2010 01/01/2010 00:00 08:45 11/01/2010 11/01/2010 13:18 13:45 11/01/2010 11/01/2010 13:45 18:27 19/01/2010 20/01/2010 22:58 09:14 23/01/2010 24/01/2010 21:03 18:03 14/02/2010 15/02/2010 22:54 09:32 15/02/2010 16/02/2010 19:02 17:04 15/02/2010 16/02/2010 21:30 09:59 21/02/2010 22/02/2010 23:22 16:52 22/02/2010 23/02/2010 22:24 14:48

Mantenimiento 18/03/2010 18/03/2010 correctivo 05:03 07:49 Mantenimiento 19/03/2010 20/03/2010 correctivo 22:03 02:01

39

Para aplicació n de compuesto polimérico 2010 CAHUA_G1 (soldadura en frío) de partes desgastadas de la turbina. Mantenimiento Correctivo por fuga de ag ua en 2010 CAHUA_G2 zona cercana a tubería de descarga en la tapa superior de turbina. 2010 CAHUA_G1 Cambio de bocina parte inferior en la turbina. Inspección del s istema de refrigeración de la 2010 CAHUA_G2 unidad hidráulica del grup o 2 (se encontró válvula direccional 65 S obstruida) 2010 CAHUA_G2 Mantenimiento correctivo del transductor de frecuencia. Para cam bio de tarjeta de conmu tación AC-DC, en 2010 CAHUA_G1 el regulador de velocidad y tensi ón Repos ición de breaker y revisión de la tarjeta 2010 CAHUA_G2 SAC12 de interfase homb re máquina. Mantenimiento correctivo de bieleta de turbina del 2010 CAHUA_G1 grupo 2010 CAHUA_G2 2010 CAHUA_G1 2010 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G1 2011 CAHUA_G2 2011 CAHUA_G1

Cambio de retenes del servomotor de giro de la válvula esférica.

Mantenimiento 06/04/2010 06/04/2010 correctivo 05:11 17:33 Mantenimiento 09/04/2010 10/04/2010 correctivo 22:11 02:04 Mantenimiento 25/04/2010 25/04/2010 correctivo 22:05 23:59 Mantenimiento 27/04/2010 27/04/2010 correctivo 05:00 19:07 Mantenimiento 05/09/2010 05/09/2010 correctivo 10:55 13:02 Mantenimiento 13/09/2010 13/09/2010 correctivo 16:02 17:44 Mantenimiento 14/09/2010 14/09/2010 correctivo 02:01 03:19 Mantenimiento 18/10/2010 18/10/2010 correctivo 14:36 15:35

Mantenimiento correctivo Fenómenos Fuera de servicio por Alta Co ncentración de naturales y sólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio por Alta Concentración de naturales y sólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio, por la alta concentración de naturales y sólidos. ambientales Por m antenimiento correctivo en la bieleta de Mantenimiento ruptura de la turbina. correctivo Mantenimiento Mantenimiento 4 intercambiado res de calor. correctivo Fenómenos Fuera de servicio, por la alta concentración de naturales y sólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio, por la alta concentración de naturales y sólidos. ambientales Fenómenos Por alta concentración de sólidos. naturales y ambientales Fenómenos Por alta concentración de sólidos. naturales y ambientales Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sólidos. naturales y ambientales Inspección y m antenimiento de tubería de Mantenimiento aireación de la tubería del grupo correctivo Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sólidos. naturales y ambientales Fenómenos Por incremento de sólidos en el rio. naturales y ambientales Fenómenos Por incremento de sólidos en el rio. naturales y ambientales Fenómenos Por incremento de sólidos en el rio. naturales y ambientales

03/11/2010 03/11/2010 08:00 16:32 05/12/2010 06/12/2010 10:26 08:16 25/12/2010 25/12/2010 01:53 10:51 15/01/2011 16/01/2011 00:09 02:48 16/01/2011 16/01/2011 03:18 07:23 16/01/2011 17/01/2011 23:02 05:11 17/01/2011 17/01/2011 05:11 18:01 21/01/2011 22/01/2011 22:23 14:17 31/01/2011 31/01/2011 01:58 13:09 31/01/2011 01/02/2011 20:56 18:45 12/02/2011 15/02/2011 21:54 06:01 22/02/2011 22/02/2011 07:10 12:08 01/04/2011 05/04/2011 02:40 15:36 06/04/2011 07/04/2011 21:53 16:29 06/04/2011 07/04/2011 22:34 13:40 08/04/2011 08/04/2011 02:04 16:42

40

2011 2011 2011 2011 2011 2011 2011 2011 2011 2011 2011 2011 2011

2011

2011 2011 2011 2011 2011 2012 2012 2012 2012

Fenómenos CAHUA_G2 Por incremento de sólidos en el rio. naturales y ambientales Fenómenos CAHUA_G1 Debido al incremento de solidos por el río. naturales y ambientales Fenómenos CAHUA_G2 Debido al incremento de solidos por el río. naturales y ambientales Fenómenos CAHUA_G1 Debido al incremento de solidos por el río. naturales y ambientales Fenómenos CAHUA_G2 Debido al incremento de solidos por el río. naturales y ambientales Fallas en Fuera de servicio debido a la falla en la apertura de CAHUA_G1 equipos de la válvula esférica. potencia Fallas en CAHUA_G2 Para cambio del sis tema de protección crowbar. equipos de potencia Mantenimiento CAHUA_G1 Para cambio de sello de carbones de turbina. correctivo Mantenimiento CAHUA_G2 Para mantenimiento al sis tema de excitación correctivo Fallas en Para ajus te de tuerca en biela de pal eta del CAHUA_G1 equipos de distribuidor potencia Fallas en Desconexión del grupo 1, debido a l a actuación de CAHUA_G1 equipos de la protección de sobre velocidad. potencia Mantenimiento correctivo del s istema de Mantenimiento CAHUA_G1 refrigeración del cojinete guía inferior. correctivo Para realizar hermetizado de la válvula aliviadora Mantenimiento CAHUA_G1 de presión. correctivo Fuera del servicio de forma m anual por las fugas de agua en la tubería de descarga, se realiza el Fallas en CAHUA_G1 cambio de aceite en el cojinete de la turbina guía, equipos de sellando las fugas de agua y el cambio de sellos potencia servomotor de la válvula es férica. Fallas en Fuera de servicio para ins pección por presentar CAHUA_G1 equipos de fuerte ruido en la turbina. potencia Fuera de servicio para mantenimiento correctivo de Mantenimiento CAHUA_G1 la válvula de descarga de la tubería forzada. correctivo Fuera de servicio para mantenimiento correctivo de Mantenimiento CAHUA_G2 la válvula de descarga de la tubería forzada. correctivo Fallas en Fuera de servicio por des gaste de la válvula CAHUA_G1 equipos de síncrona. potencia Fallas en Por falta de h ermeticidad y no abrir de l a válvula CAHUA_G1 equipos de esférica. potencia Para ins pección de la unidad hidráulica del Mantenimiento CAHUA_G1 regulador de velocidad por e levada temperatura de correctivo aceite. Para ins pección de la unidad hidráulica del Mantenimiento CAHUA_G1 regulador de velocidad por elevada temperatura de correctivo aceite. Falla de em paquetadura del servomotor de la Mantenimiento CAHUA_G1 válvula es férica. correctivo Fuera de servicio el grupo por operación del Fallas en CAHUA_G1 sistem a de protección, señaliza pérdida de equipos de excitación. potencia

08/04/2011 08/04/2011 02:20 18:17 09/04/2011 09/04/2011 03:40 19:05 09/04/2011 09/04/2011 04:36 19:22 09/04/2011 10/04/2011 22:56 22:39 09/04/2011 10/04/2011 23:34 22:55 07/05/2011 08/05/2011 19:20 03:18 23/05/2011 23/05/2011 03:49 09:18 23/05/2011 23/05/2011 08:06 20:35 24/05/2011 24/05/2011 07:28 08:32 18/07/2011 18/07/2011 00:11 02:45 22/07/2011 22/07/2011 16:42 19:07 12/08/2011 12/08/2011 14:17 20:16 13/09/2011 13/09/2011 20:44 21:02 16/12/2011 17/12/2011 00:41 14:12 19/12/2011 19/12/2011 07:23 16:49 20/12/2011 20/12/2011 00:09 14:04 20/12/2011 20/12/2011 01:11 13:58 20/12/2011 22/12/2011 19:30 08:35 28/12/2011 28/12/2011 15:22 21:46 13/01/2012 13/01/2012 22:04 23:59 14/01/2012 14/01/2012 13:20 18:18 14/01/2012 15/01/2012 19:59 19:23 16/01/2012 16/01/2012 08:20 09:30

41

2012 2012 2012 2012 2012 2012

2012

Fenómenos Se pone fuera de s ervicio por alta concentración de CAHUA_G2 naturales y sólidos en el rio. ambientales Fenómenos Se pone fuera de s ervicio por alta concentración de CAHUA_G1 naturales y sólidos en el rio. ambientales Fenómenos Se pone fuera de servicio por alta concentración de CAHUA_G1 naturales y sólidos en el rio. ambientales Fuera de servicio de forma manu al por falla en el Mantenimiento CAHUA_G1 sistem a de refrigeración. correctivo Fuera de servicio debido a una falla de los fusibles Fallas en CAHUA_G2 equipos de del transformad or del sistema de excitación. potencia Fuera de servicio de forma manual para Mantenimiento CAHUA_G1 mantenimiento correctivo, debido a la fuga de agua correctivo en la válvula de purga del distribuidor. Fuera de servicio debido a una falla de los fusibles Fallas en del transformad or del sistema de excitación. CAHUA_G2 equipos de potencia

2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G1

Fuera de servicio debido a una falla de los fusibles Fallas en equipos de del transformad or del sistema de excitación. potencia Reemplazo de fusible en 10.5 kV de transformador Mantenimiento de excitación del grupo. correctivo Fuera de servicio de forma manu al, para cerrar la Mantenimiento válvula sincrónica. correctivo Fallas en Fuera de s ervicio intempestivamente el grupo por equipos de causa no determinada. potencia Fuera de servicio manualm ente, debido al Mantenimiento incremento de temperatura de aceite en la unid ad correctivo hidráulica del regula dor de velocidad. Fallas en Fuera de s ervicio intempestivamente, por causa no equipos de determinada. potencia Fuera de servicio el grupo por falla del Fallas en transformador del s istema de excitación del grupo equipos de 2. potencia Fuera de servicio manualm ente del grupo 2, para Fallas en mantenimiento correctivo, por fuga de agua por e l equipos de desfogue del descargador síncrono. potencia Fuera de servicio en forma manu al por pérdida de Mantenimiento aceite en la unidad hidráuli ca del regulador de correctivo velocidad. Fallas en Fuera de servicio el grupo al efectuar el camb io de equipos de los Servicio Auxiliares del grupo Diés el a Grupo 1. potencia Fuera de servicio manualm ente del grupo, para Mantenimiento cambio de aceite del cojinete Guía de turbina, por correctivo contaminación con agua. Fuera de s ervicio manualm ente del grupo, por fuga de aceite por el pis tón del servomotor de la válvula Mantenimiento correctivo esférica y cambio de los s ellos. Fuera de servicio el grupo para cam bio de retenes Mantenimiento de servomotor de válvula es férica. correctivo Fuera de servicio de forma manu al, para reparar Mantenimiento fuga de aceite en el s ervomotor del descargado r correctivo síncrono. Desconexión manual para realizar manteni miento Mantenimiento correctivo en la bieleta de rotura de paleta directriz correctivo de la turbina. Baja la pres ión de aceite en la unidad hidráulica Fallas en desconecta el grupo por operación de su sis tema equipos de

06/02/2012 14/02/2012 23:18 12:19 07/02/2012 08/02/2012 23:03 11:16 09/02/2012 09/02/2012 00:23 10:26 19/03/2012 19/03/2012 21:16 22:32 03/04/2012 03/04/2012 09:28 14:45 14/04/2012 14/04/2012 13:12 15:37 24/04/2012 25/04/2012 22:14 00:30 25/04/2012 25/04/2012 04:00 08:00 26/04/2012 26/04/2012 00:08 02:41 15/05/2012 15/05/2012 11:04 11:26 18/05/2012 18/05/2012 16:10 17:22 26/05/2012 26/05/2012 00:14 02:07 28/05/2012 28/05/2012 04:32 05:32 17/06/2012 18/06/2012 12:25 20:53 19/06/2012 19/06/2012 11:02 14:37 03/07/2012 03/07/2012 00:53 07:05 15/07/2012 15/07/2012 21:51 22:04 18/07/2012 18/07/2012 15:37 18:04 18/07/2012 19/07/2012 20:13 16:52 01/08/2012 01/08/2012 00:14 04:00 03/08/2012 03/08/2012 08:03 11:10 16/08/2012 16/08/2012 04:04 06:11 31/08/2012 31/08/2012 02:14 07:09

42

2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G1

2012 CAHUA_G2

2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G2 2012 CAHUA_G1 2012 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G2 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G2

2013 CAHUA_G1

2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G2 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G2 2013 CAHUA_G2

de protección. Fuera de servicio manual, para la reparación de fugas de aceite en el se rvomotor del descargado r síncrono Fuera de servicio manual, para la reparación de fugas de aceite en el se rvomotor del descargado r síncrono Fuera de servicio de forma manu al para reparar fugas de agua por la tapa inferior de la turbina y las fugas de aceite e n el s ervomotor de la válvula esférica. Fuera de servicio de forma manu al, para reparar fugas de aceite en el se rvo m otor del des cargador síncrono. Fuera de servicio de forma manual para cambiar reten del s ervomotor de la válvula esférica. Fuera de servicio de forma manu al, para reparar fuga de aceite en el s ervomotor del descargado r síncrono. Fuera de servicio de forma manu al por alta temperatura del aceite de la unidad hidráulica. Fuera de servicio de forma manu al por fuga de aceite en el si stema hidráulico. Fuera de servicio de forma man ual por alta temperatura del aceite de la unidad hidráulica. Mantenimiento correctivo debido a la fuga de aceite en el servomotor de la válvula esférica.

potencia Mantenimiento 04/09/2012 04/09/2012 correctivo 01:09 06:45 Mantenimiento 20/09/2012 20/09/2012 correctivo 00:09 05:10 Mantenimiento 30/09/2012 30/09/2012 correctivo 00:13 06:35 Fallas en 15/10/2012 15/10/2012 equipos de 21:04 23:30 potencia Mantenimiento 05/11/2012 05/11/2012 correctivo 09:58 20:54 Mantenimiento 20/11/2012 20/11/2012 correctivo 00:21 04:02

Mantenimiento correctivo Mantenimiento correctivo Mantenimiento correctivo Mantenimiento correctivo Fallas en Fuera de servicio por falla del sistem a regulador de equipos de velocidad (rotura de biela ) potencia Fuera de servicio de forma m anual para realizar Mantenimiento mantenimiento correctivo de la unidad hidráuli ca. correctivo Fuera de servicio de forma manu al para realizar Mantenimiento mantenimiento correctivo de la unidad hidráuli ca. correctivo Fuera de servicio de forma manu al para realizar Mantenimiento mantenimiento correctivo de la unidad hidráuli ca. correctivo Revisión del circuito del Interruptor de campo del RTVX y reparación de 02 bobinas de apertura del Mantenimiento Interruptor de cam po (desm ontaje, rebobinado e correctivo instalación). Apertura el INT 0288 en 10 kV pos iblemente por Fallas en falla grave “Temperatura alta del Transformador de equipos de excitación” del Grupo G1, Sistem a Cahua potencia SEPAEX operaba en sis tema aislado Fenómenos Fuera de servicio el grupo 1 de la CH Cahua por naturales y incremento de sólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sólidos naturales y (> 3 gr/L) ambientales Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sólidos naturales y (> 3 gr/L) ambientales Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sólidos naturales y (> 10 gr/L) ambientales Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sólidos naturales y (> 3 gr/L) ambientales Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sólidos naturales y (> 10 gr/L) ambientales Fuera de servicio por alta concentración de sólidos Fenómenos (> 10 gr/L) naturales y

16/12/2012 00:52 16/12/2012 06:54 16/12/2012 07:32 19/12/2012 10:02

16/12/2012 05:09 17/12/2012 01:58 16/12/2012 18:05 19/12/2012 16:14

27/01/2013 27/01/2013 08:29 17:48 28/01/2013 28/01/2013 10:32 18:32 28/01/2013 29/01/2013 20:09 03:25 29/01/2013 29/01/2013 07:45 19:30 05/02/2013 05/02/2013 00:00 04:23 24/02/2013 24/02/2013 17:04 18:22 27/02/2013 27/02/2013 08:18 21:10 01/03/2013 01/03/2013 01:05 12:32 03/03/2013 07/03/2013 21:56 08:06 06/03/2013 07/03/2013 22:25 17:27 07/03/2013 26/03/2013 16:21 18:03 07/03/2013 08/03/2013 21:50 14:46 08/03/2013 20/03/2013 22:54 20:17

43

2013 CAHUA_G2 2013 CAHUA_G2 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G1 2013 CAHUA_G2 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G2 2014 CAHUA_G2 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G2 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G1

ambientales Fenómenos Fuera de servicio por alta concentración de sól idos naturales y (> 10 gr/L) ambientales Fuera de servicio, para efectuar lim pieza de Mantenimiento radiador del generador. correctivo No disponible debido a una falla del servomotor de Fallas en la válvula es férica (soplando retén) y la fuga de equipos de agua por la tapa inferior de la turbina. potencia Fuera de servicio debido al bloqueo eléctrico por Fallas en tiempo de s obre apertura al mom ento de bajar la equipos de generación. potencia Fuera de servicio de forma manual debido al Mantenimiento incremento de la temperatura en la unidad correctivo hidráulica. Fuera de servicio de forma manual debido al Mantenimiento incremento de temperatura del aceite en la unidad correctivo hidráulica. Fuera de servicio de forma manual debido al Mantenimiento incremento de temperatura del aceite en la unidad correctivo hidráulica. Fuera de servicio de forma manual debido al Mantenimiento incremento de temperatura del aceite en la unidad correctivo hidráulica. Fuera de servicio de forma manual debido al incremento de temperatura del aceite en la unidad Mantenimiento correctivo hidráulica. Fuera de servicio de forma manu al para la limp ieza Mantenimiento de serpentín de enfriamiento del cojinete de apoyo. correctivo Fuera de servicio el grupo 1 po r calentamiento del Mantenimiento sistem a Hidráulico. correctivo Fuera de servicio para real izar centrifugado en e l Mantenimiento cojinete de apoyo debido al incremento de correctivo temperatura. Fallas en Fuera de servicio por la operación del sis tema de equipos de protección debido a la pé rdida de la e xcitación. potencia Fallas en Fuera de servicio por pérdida de excitación. equipos de potencia Fuera de servicio el grupo, para efectuar Mantenimiento reemplazo de válvula en la Unidad Hidráulica del correctivo regulador de velocidad del grupo. Fenómenos Fuera de servicio de forma manual debido al naturales y incremento de sólidos en suspensión. ambientales Fenómenos Fuera de servicio de forma manual debido al naturales y incremento de sólidos en suspensión. ambientales Desconexión manual del grupo por man tenimiento al sistema de refrigeración por alta temperatura en Mantenimiento correctivo cojinete guía inferior. Desconexión manual del grupo por man tenimiento Mantenimiento al sistema de refrigeración debido incremento de correctivo temperatura los cojinetes. Fenómenos Fuera de servicio de forma manual debido al naturales y incremento de sólidos en suspensión. ambientales Fenómenos Fuera de servicio de forma manual debido al naturales y incremento de sólidos en suspensión. ambientales Fuera de servicio de forma manu al para la Mantenimiento ins pección de la turbina Dynavec F2A. correctivo Fuera de servicio de forma manual para realizar el Mantenimiento

20/03/2013 21/03/2013 21:25 14:31 22/03/2013 22/03/2013 10:06 12:19 05/05/2013 07/05/2013 18:57 10:00 14/05/2013 14/05/2013 17:02 18:26 06/07/2013 06/07/2013 16:33 23:22 08/07/2013 08/07/2013 13:23 20:32 10/07/2013 10/07/2013 16:34 20:45 10/07/2013 11/07/2013 22:02 10:45 13/07/2013 17/07/2013 04:49 20:05 14/10/2013 14/10/2013 14:09 18:00 05/11/2013 05/11/2013 14:26 19:49 20/11/2013 20/11/2013 09:41 13:12 12/01/2014 12/01/2014 11:25 11:41 14/02/2014 14/02/2014 09:52 10:26 25/02/2014 25/02/2014 09:54 10:50 07/03/2014 08/03/2014 21:21 15:53 07/03/2014 08/03/2014 21:26 15:38 08/03/2014 10/03/2014 16:03 09:32 08/03/2014 09/03/2014 16:26 11:44 09/03/2014 10/03/2014 11:44 15:53 10/03/2014 10/03/2014 09:32 15:27 20/03/2014 20/03/2014 00:10 05:00 02/07/2014 02/07/2014

44

mantenimiento correctivo por la pérdida de aceite en el servomotor. Desconexión automática por acción del relé 2014 CAHUA_G2 diferencial de generador (87G). Falla bobina estator. Fuera de servicio de forma manu al para insp ección 2014 CAHUA_G1 por alta temperatura en el cojinete de apoyo. 2014 CAHUA_G1 Fuera de servicio por bajo aislamiento de estator. Fuera de servicio por falla a tierra de e stator del 2014 CAHUA_G1 grupo 1. 2014 CAHUA_G1 2014 CAHUA_G2

2015 CAHUA_G2

2015 CAHUA_G2 2015 CAHUA_G2 2015 CAHUA_G2

2015 CAHUA_G2

2015 CAHUA_G1

2015 CAHUA_G2 2015 CAHUA_G2 2015 CAHUA_G1 2015 CAHUA_G2 2015 CAHUA_G2 2015 CAHUA_G1 2015 CAHUA_G1 2015 CAHUA_G2 2015 CAHUA_G1

Fuera de servicio para real izar man tenimiento correctivo en el eje de la turbina. Fuera de servicio el grupo 2, para realizar mantenimiento correctivo debido a fuga de aceite en la unidad hidráulica. Fuera de servicio de forma manu al para realizar mantenimiento correctivo debido a una fuga de agua por la tubería de d escarga de la tapa s uperior de la turbina. Fuera de servicio para real izar la reparación de la tubería de descarga de la tapa su perior de la turbina. Fuera de servicio para real izar la reparación de la tubería de descarga de la tapa su perior de la turbina. Fuera de servicio para retirar el manóm etro ins talado en la tubería de des carga de la tapa superior de la turbina. Fuera de servicio de forma m anual de los grupos 1 y 2 de la Central Hidroeléctrica Cahua por alta concentración de sólidos (Mayor de 10 gram os / litro). Fuera de servicio de forma m anual de los grupos 1 y 2 de la Central Hidroeléctrica Cahua por alta concentración de sólidos (Mayor de 10 gram os / litro). Fuera de servicio de forma manu al para realizar mantenimiento correctivo del sis tema de refrigeración de los cojinetes . Fuera de servicio para realizar la reparación de la tubería de descarga de la tapa su perior de la turbina. Fuera de servicio central Hidroeléctrica Cahua para realizar el m antenimiento correctivo de la válvula de by-pass del s istema de refrigeración. Fuera de servicio central Hidroeléctrica Cahua para realizar el m antenimiento correctivo de la válvula de by-pass del s istema de refrigeración. Fuera de servicio para real izar la reparación de la tubería de descarga de la tapa su perior de la turbina. Fuera de servicio de forma manu al para realizar mantenimiento correctivo debido a fugas de aceite por la manguera de distribuidor. Fuera de servicio manualm ente para realizar mantenimiento correctivo debido a una fuga de aceite del cojinete guía inferior. Fuera de servicio de forma manu al para realizar cambio de carbones en los anillos rozantes de campo. Desconexión automática por perdida de me dida de frecuencia en el eje de turbina

correctivo Fallas en equipos de potencia Mantenimiento correctivo Fallas en equipos de potencia Fallas en equipos de potencia Mantenimiento correctivo Fallas en equipos de potencia

07:04

16:46

10/08/2014 18/08/2014 16:55 07:00 15/08/2014 15/08/2014 11:37 11:59 25/08/2014 27/08/2014 18:19 18:17 01/09/2014 01/09/2014 12:16 19:48 01/12/2014 01/12/2014 07:33 11:09 28/12/2014 28/12/2014 13:55 17:02

Mantenimiento 09/02/2015 09/02/2015 correctivo 03:09 05:33 Mantenimiento 08/03/2015 08/03/2015 correctivo 08:19 17:54 Mantenimiento 19/03/2015 19/03/2015 correctivo 09:16 13:22 Mantenimiento 19/03/2015 19/03/2015 correctivo 16:22 16:52 Fenómenos naturales y ambientales

21/03/2015 24/03/2015 21:48 13:47


21/03/2015 24/03/2015 21:55 13:24

Mantenimiento 31/03/2015 31/03/2015 correctivo 13:11 18:03 Mantenimiento 04/04/2015 04/04/2015 correctivo 22:19 23:04 Mantenimiento 07/04/2015 07/04/2015 correctivo 08:28 11:04 Mantenimiento 07/04/2015 07/04/2015 correctivo 08:29 10:52 Mantenimiento 14/04/2015 14/04/2015 correctivo 09:45 19:49 Mantenimiento 17/05/2015 17/05/2015 correctivo 04:46 23:15 Mantenimiento 27/05/2015 27/05/2015 correctivo 14:15 15:06 Mantenimiento 19/06/2015 19/06/2015 correctivo 12:26 15:15 Fallas en equipos de

20/06/2015 20/06/2015 10:13 11:27

45

Fuera de servicio grupo 1, para reem plazo de contador de energía ION (KWH). Fuera de servicio de forma manu al, se realiza 2015 CAHUA_G2 mediciones en el bobinado del generador. 2015 CAHUA_G1

2015 CAHUA_G2

Fuera de servicio G1 y G2 de CH Cahua por incremento de sólidos (5.13 gr/L).

2015 CAHUA_G1

Fuera de servicio G1 y G2 de CH Cahua por incremento de sólidos (5.13 gr/L).

2016 CAHUA_G2 2016 CAHUA_G1

2016 CAHUA_G2

2016 CAHUA_G1

2016 CAHUA_G1 2016 CAHUA_G2 2016 CAHUA_G1 2016 CAHUA_G2 2016 CAHUA_G1 2016 CAHUA_G2 2016 CAHUA_G1 2016 CAHUA_G2 2016 CAHUA_G2 2016 CAHUA_G1 2016 CAHUA_G1 2016 CAHUA_G2

Fuera de servicio el grupo 2 y el grupo 1 por incremento de sólidos. .Finalizada con el cierre del Interruptor IN-0289 Fuera de servicio el grupo 2 y el grupo 1 por incremento de sólidos. .Finalizada con el cierre del Interruptor IN-0288 Debido a s eccionamiento de conductor fase T a 6.0 Km de SEPAEX des conecta la línea de transmisión L-1033 Cahua - SEPAEX por operación del sistema de protección Debido a seccionamiento de conductor fase T a 6.0 Km de SEPAEX des conecta la línea de transmisión L-1033 Cahua - SEPAEX por operación del sistema de protección

potencia Mantenimiento correctivo Mantenimiento correctivo Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales Fenómenos naturales y ambientales

29/12/2015 30/12/2015 22:29 11:42 29/12/2015 30/12/2015 22:46 11:08 01/01/2016 01/01/2016 01:25 16:08 01/01/2016 01/01/2016 01:45 16:30

Fallas en equipos de potencia

20/01/2016 28/01/2016 10:45 11:09

Fallas en equipos de potencia

20/01/2016 28/01/2016 10:45 11:25

Fenómenos naturales y ambientales Fuera de servicio G1 y G2 por alta concentració n Fenómenos naturales y de s ólidos > A 10 gr/lt ambientales Fuera de servicio por telemando grupos 1 en CH Fenómenos Cahua, por alta concentración de sólid os (22.9 naturales y gr/lt). ambientales Fuera de servicio por telemando grupos 1 y 2 en Fenómenos CH Cahua, por alta concentración de sólido s (22.9 naturales y gr/lt). ambientales Fenómenos Fuera de servicio G1 por alta concentración de naturales y sólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio G2, por alta concentración de naturales y sólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio el grupo 1, por alta concentración naturales y de s ólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio el grupo 2, por alta naturales y concentración de sólidos. ambientales Fenómenos Fuera de servicio el grupo 2. por alta naturales y concentración de solidos ambientales Fenómenos Fuera de servicio el grupo 1 ,por alta naturales y concentración de solidos ambientales Mantenimiento correctivo de punto caliente fase R Mantenimiento de la E-133 de la L -1033 de 138 kV.Cancela a correctivo 18:42 horas Mantenimiento correctivo de punto caliente fase R Mantenimiento de la E-133 de la L -1033 de 138 kV.Cancela a correctivo 18:42 horas Fuente: Statkraft Perú S.A. Fuera de servicio G1 y G2 por alta concen tración de s ólidos > A 10 gr/lt

30/07/2015 30/07/2015 08:41 09:35 17/11/2015 17/11/2015 07:51 21:37

26/02/2016 26/02/2016 00:29 12:11 26/02/2016 26/02/2016 00:35 11:56 29/02/2016 11/03/2016 00:25 05:53 29/02/2016 11/03/2016 00:28 06:07 11/03/2016 12/03/2016 23:57 16:23 11/03/2016 12/03/2016 23:59 16:29 12/03/2016 13/03/2016 23:24 09:01 12/03/2016 13/03/2016 23:25 08:51 13/03/2016 14/03/2016 23:14 07:12 13/03/2016 14/03/2016 23:14 07:25 14/03/2016 14/03/2016 16:38 20:15 14/03/2016 14/03/2016 16:39 20:16

46

4.3 Causas de las fallas presentes en los tipos de interrupción de las unidades generadoras. 4.4.1 Fenómenos naturales y ambientales. El tipo de interrupción fenómenos naturales y ambientales en la central hidroeléctrica Cahua presenta fallas del tipo. 

Fuera de servicio por Alta Concentración de sólidos.

Cuando el medidor de solidos suspendidos, en bocatoma, marca una valor mayor a 10 gr/L los grupos generadores deben salir de servicio debido a que los intercambiadores de calor de los generadores, cojinetes superior, inferior y empuje y transformadores corren el riesgo de obstruirse debido a la cantidad de impurezas haciendo que las temperaturas en los distintos puntos críticos se eleven. Para evitar este incremento el operador de turno saca de servicio los grupos generadores. Para eliminar este tipo de interrupción se propone el diseño y construcción de un sistema de refrigeración cerrado el cual trabajaría con agua del subsuela evitando así los paros por alta concentración de sólidos.

4.4.2 Fallas de equipos de potencia y mantenimiento correctivo. De la tabla 4.8 se analizaró los subsistemas más críticos. Tabla 4.9 Número de interrupciones de los subsistemas Subsistema

Número de interrupciones

%

% Acumulado

Turbi na

25

28%

28%

Unidad hidráulica

14

16%

44%

Sistema de excitación

10

11%

56%

Válvula esférica

9

10%

66%

Cojinete

9

10%

76%

Regulador de velocidad

7

8%

84%

Sistema de refrigeración

6

7%

91%

Generador

5

6%

97%

Tubería forzada

2

2%

99%

Interruptor de campo Total

1

1%

100%

88 Fu ente: E laboración propia

47

Número de interrupciones en los subsistemas 30

100% 99%

97% 25 25 s e n o i 20 c p u r r e t 15 n i e d o r e 10 m ú N

90%

91% 84%

80%

76%

70%

66% 60% 56% 14

50% 44%

40%

10

9

9

28%

30%

7

6

5

20%

5 2

1

0

10% 0%

Subsistemas Número de fallas

% Acumulado

Figura 4.5 Número de interrupciones en los s ubs is temas Fuente: Elaboración propia

El uso de esta herramienta permitió visualizar que el 80% de las interrupciones son debidas a los siguientes subsistemas. Turbina.

 

Unidad hidráulica.



Sistema de excitación.



Válvula esférica.

Cojinete.



4.4 Confiabilidad

de

los principales

subsistemas en

la Central

Hidroeléctrica Cahua. Para hallar los parámetros de forma (β) y escala (ƞ) que son propios de la distribución de weibull se usó el software Rtudio seguidamente se usó la 48

prueba de Kolmogorov – Smirnov y Anderson Darling con un nivel de significancia del 1% que corroboró significativamente estos parámetros.

4.5.1 Turbina. Se muestra el tiempo entre fallas para la turbina.

Tabla 4.10 Turbina - TBF Turbina - TBF INICIO FIN 01/01/2010 08:45 18/03/2010 05:03 18/03/2010 07:49 19/03/2010 22:03 20/03/2010 02:01 06/04/2010 05:11 06/04/2010 17:33 09/04/2010 22:11 10/04/2010 02:04 25/04/2010 22:05 25/04/2010 23:59 18/10/2010 14:36 18/10/2010 15:35 16/01/2011 03:18 16/01/2011 07:23 23/05/2011 08:06 23/05/2011 20:35 18/07/2011 00:11 18/07/2011 02:45 19/12/2011 07:23 19/12/2011 16:49 03/08/2012 08:03 03/08/2012 11:10 16/08/2012 04:04 16/08/2012 06:11 30/09/2012 00:13 30/09/2012 06:35 15/10/2012 21:04 15/10/2012 23:30 20/11/2012 00:21 20/11/2012 04:02 27/01/2013 08:29 27/01/2013 17:48 20/03/2014 00:10 20/03/2014 05:00 02/07/2014 07:04 02/07/2014 16:46 01/12/2014 07:33 01/12/2014 11:09 09/02/2015 03:09 09/02/2015 05:33 08/03/2015 08:19 08/03/2015 17:54 19/03/2015 09:16 19/03/2015 13:22 04/04/2015 22:19 04/04/2015 23:04 14/04/2015 09:45 14/04/2015 19:49 23/03/2016 06:56

TBF (hr) 1820:18:00 38:14:00 411:10:00 76:38:00 380:01:00 4214:37:00 2147:43:00 3048:43:00 1323:36:00 3700:38:00 5463:14:00 304:54:00 1074:02:00 374:29:00 840:51:00 1636:27:00 9990:22:00 2498:04:00 3638:47:00 1672:00:00 650:46:00 255:22:00 392:57:00 226:41:00 8243:07:00

Fuente: E laboración pr opia

49

A continuación se muestra gráficas de frecuencia y densidad para los tiempos para fallar de la turbina.

Fig ura 4.6 Fr ecuencia y D ens idad para la turbina Fuente: E laboración propia - R s tudio

Del software Rstudio se obtiene los parámetros de forma y escala.

Fig ura 4 .7 V alores de forma y es cala de la dis tribuc ión weibull para la turbina Fuente: E laboración propia - R s tudio

50

Se observa que el p-valor con el test de Kolmogorov – Smirnov y Anderson Darlyn es 0.7274 y 0.9809 respectivamente, asumiendo un nivel de significancia del 0.01 entonces podemos afirmar que efectivamente los datos de TBF siguen una distribución de weibull. Entonces tenemos los datos de forma y escala.

 

Fig ura 4.8 P robabilidad de fallas para la turbina Fuente: E laboración propia - R s tudio

51

Ahora calculamos el MTBF.

        Seguidamente calculamos los plazos de mantenimiento preventivo para una confiabilidad del 70 %.

   Despejando t de la ecuación anterior tenemos,

  

       

Por lo que establecemos el intervalo de mantenimiento preventivo cada 25 días para asegurar con una probabilidad del 70% que el subsistema turbina trabaje sin fallos. Las causas propuestas en el diagrama de causa-efecto se presentan seguidamente, donde se describen las causas raíz de las fallas en los elementos materiales, método, mano de obra y maquinaría.

52

Demora en la solicitud de trabajo en la unidad

Demora en la adquisición de repuestos

Demora en los inicios de trabajo de reparación

Falta de repuestos en Stock

No existe instrucción de trabajo para esta falla Fabricación de piezas

Baja confiabilidad en la turbina Retraso por problemas contractuales de la contratista

Mantenimiento inadecuado

Falla de bieleta

Falta de personal en el mantenimiento

Complejidad de la reparación

Figura 4.9 A nális is c aus a – r aíz para la turbina Fuente: Elaboración propia

4.5.2 Unidad Hidráulica. Se muestra el tiempo entre fallas para la unidad hidráulica.

Tabla 4.11 Unidad hidráulica - TBF Unidad hidráulica -TBF INICIO FIN TBF 01/01/2010 08:45 16/12/2012 00:52 25912:07:00 16/12/2012 05:09 16/12/2012 06:54 1:45:00 16/12/2012 01:58 16/12/2012 07:32 5:34:00 16/12/2012 18:05 28/01/2013 10:32 1024:27:00 28/01/2013 18:32 28/01/2013 20:09 1:37:00 29/01/2013 03:25 29/01/2013 07:45 4:20:00 29/01/2013 19:30 06/07/2013 16:33 3789:03:00 06/07/2013 23:22 08/07/2013 13:23 38:01:00 08/07/2013 20:32 10/07/2013 16:34 44:02:00 10/07/2013 20:45 10/07/2013 22:02 1:17:00 11/07/2013 10:45 13/07/2013 04:49 42:04:00 17/07/2013 20:05 05/11/2013 14:26 2658:21:00 05/11/2013 19:49 25/02/2014 09:54 2678:05:00 25/02/2014 10:50 28/12/2014 13:55 7347:05:00 28/12/2014 17:02 23/03/2016 06:56 10813:54:00 Fuente: Elaboración propia

53

Se muestra las gráficas de frecuencia y densidad para los tiempos para fallar de la unidad hidráulica.

Fig ura 4.10 Fr ecuencia y D ens idad para la unidad hidráulica Fuente: E laboración propia - R s tudio


Fig ura 4 .11 V alores de forma y es cala de la dis tribuci ón weibull par a la unidad hidráulic a Fuente: E laboración propia - R s tudio

54


Fig ura 4.1 2 Pr obabilidad de fallas para la unidad hidráulic a Fuente: E laboración propia - R s tudio

55

  Ahora calculamos el MTBF.

          Seguidamente calculamos los plazos de mantenimiento preventivo para una confiabilidad del 70 %.


  

       

Por lo que establecemos el intervalo de mantenimiento preventivo cada 2 días para asegurar con una probabilidad del 70% de que el subsistema unidad hidráulica trabaje sin fallos. Las causas propuestas en el diagrama de causa-efecto se presentan seguidamente, donde se describen las causas raíz de las fallas en los elementos materiales, método, medición y maquinaría.

56






Baja confiabilidad en la unidad hidráulica

Mantenimiento inadecuado Sensores de temperatura

Figura 4.13 A nális is c aus a – r aíz para la unidad hidráulica Fuente: Elaboración propia

4.5.3 Sistema de excitación. Se muestra el tiempo entre fallas para el sistema de excitación.

Tabla 4.12 Sistema de excitación - TBF Sistema de excitación - TBF INICIO FIN TBF 01/01/2010 08:45 11/01/2010 13:18 244:33:00 11/01/2010 13:45 24/05/2011 07:28 11945:43:00 24/05/2011 08:32 03/04/2012 09:28 7560:56:00 03/04/2012 14:45 24/04/2012 22:14 511:29:00 25/04/2012 00:30 25/04/2012 04:00 3:30:00 25/04/2012 08:00 26/04/2012 00:08 16:08:00 26/04/2012 02:41 17/06/2012 12:25 1257:44:00 18/06/2012 20:53 24/02/2013 17:04 6020:11:00 24/02/2013 18:22 12/01/2014 11:25 7721:03:00 12/01/2014 11:41 14/02/2014 09:52 790:11:00 14/02/2014 10:26 23/03/2016 06:56 18428:30:00 Fuente: E laboración pr opia

57

A continuación se muestra las gráficas de frecuencia y densidad para los tiempos para fallar del sistema de excitación.

Fig ura 4.14 Fr ecuencia y D ens idad para el s is tema de excitación Fuente: E laboración propia - R s tudio


Fig ura 4.15 V alores de forma y es cala de la distribución weibull para el s is tema de excitación Fuente: E laboración propia - R s tudio

58


 

Fig ura 4.1 6 Pr obabilidad de fallas para el s is tema de exc itación Fuente: E laboración propia - R s tudio


59

        Seguidamente calculamos los plazos de mantenimiento preventivo para una confiabilidad del 70 %.


  

     

     

Por lo que establecemos el intervalo de mantenimiento preventivo cada 22 días para asegurar con una probabilidad del 70% de que el subsistema, sistema de excitación, trabaje sin fallos. Las causas propuestas en el diagrama de causa-efecto se presentan seguidamente, donde se describen las causas raíz de las fallas en los elementos materiales, método, medición y maquinaría.

60

Demora en la solicitud de trabajo en la unidad Demora en la adquisición de repuestos


Baja confiabilidad en el sistema de excitación

Detección de bajo índice de polarización

Figura 4.17 A nális is c aus a – r aíz para el s is tema de excitación Fuente: Elaboración propia

4.5.4 Válvula esférica. Se muestra el tiempo entre fallas para la válvula esférica.

Tabla 4.13 Sistema de válvula esférica - TBF Válvula esférica - TBF INICIO FIN TBF 01/01/2010 08:45 03/11/2010 08:00 7343:15:00 03/11/2010 16:32 07/05/2011 19:20 4442:48:00 08/05/2011 03:18 28/12/2011 15:22 5628:04:00 28/12/2011 21:46 14/01/2012 19:59 406:13:00 15/01/2012 19:23 18/07/2012 20:13 4440:50:00 19/07/2012 16:52 01/08/2012 00:14 295:22:00 01/08/2012 04:00 05/11/2012 09:58 2309:58:00 05/11/2012 20:54 19/12/2012 10:02 1045:08:00 19/12/2012 16:14 05/05/2013 18:57 3290:43:00 07/05/2013 10:00 23/03/2016 06:56 25220:56:00 Fuente: E laboración pr opia

61

A continuación se muestra las gráficas de frecuencia y densidad para los tiempos para fallar de la válvula esférica.

Fig ura 4.18 Fr ecuencia y D ens idad para la válvula esfér ica Fuente: E laboración propia - R s tudio


Fig ura 4.19 V alores de forma y es cala de la distribución weibull para la válvula es féric a Fuente: E laboración pr opia - R s tudio

62


 

Fig ura 4 .20 Pr obabilidad de fallas para la válvula es fér ic a Fuente: E laboración propia - R s tudio

63


        Seguidamente calculamos los plazos de mantenimiento preventivo para una confiabilidad del 70 %.


  

       

Por lo que establecemos el intervalo de mantenimiento preventivo cada 65 días para asegurar con una probabilidad del 70% de que el subsistema sistema de excitación trabaje sin fallos. Las causas propuestas en el diagrama de causa-efecto se presentan seguidamente, donde se describen las causas raíz de las fallas en los elementos materiales, método, mano de obra y maquinaría.

64






Baja confiabilidad en la válvula esférica Mantenimiento correctivo

Falta de personal en el mantenimiento

Mantenimiento inadecuado

Figura 4.21 A nális is c aus a – raíz para la válvula es fér ica Fuente: Elaboración propia

4.5.5 Cojinete. A continua se muestra el tiempo entre fallas para el cojinete

Tabla 4.14 Sistema cojinete - TBF Cojinete - TBF INICIO FIN TBF 01/01/2010 08:45 12/08/2011 14:17 14117:32:00 12/08/2011 20:16 16/12/2011 00:41 3004:25:00 17/12/2011 14:12 18/07/2012 15:37 5137:25:00 18/07/2012 18:04 14/10/2013 14:09 10868:05:00 14/10/2013 18:00 20/11/2013 09:41 879:41:00 20/11/2013 13:12 08/03/2014 16:03 2594:51:00 08/03/2014 09:32 08/03/2014 16:26 6:54:00 09/03/2014 11:44 15/08/2014 11:37 3815:53:00 15/08/2014 11:59 31/03/2015 13:11 5473:12:00 31/03/2015 18:03 27/05/2015 14:15 1364:12:00 27/05/2015 15:06 23/03/2016 06:56 7215:50:00 Fuente: E laboración pr opia

65

Se muestra las gráficas de frecuencia y densidad para los tiempos para fallar del cojinete.

Fig ura 4.22 Fr ecuencia y Dens idad para el cojinete Fuente: E laboración propia - R s tudio


Fig ura 4.2 3 V alores de forma y es cala de la dis tribuc ión weibull para el cojinete Fuente: E laboración propia - R s tudio

66




Fig ura 4 .24 P r obabilidad de fallas para el cojinete Fuente: E laboración propia - R s tudio

67

 Ahora calculamos el MTBF.

        Seguidamente calculamos los plazos de mantenimiento preventivo para una confiabilidad del 70 %.


  

    

     

Por lo que establecemos el intervalo de mantenimiento preventivo cada 84 días para asegurar con una probabilidad del 70% de que el subsistema cojinete trabaje sin fallos. Las causas propuestas en el diagrama de causa-efecto se presentan seguidamente, donde se describen las causas raíz de las fallas en los elementos medición, materiales, método, mano de obra y maquinaría.

68




Sensores de temperatura



Baja confiabilidad en cojinete

Retraso por problemas contractuales de la contratista

Mantenimiento inadecuado Falta de personal en el mantenimiento

Figura 4.25 A nális is c aus a – r aíz para el cojinete Fuente: Elaboración propia

4.5 Plan de mantenimiento preventivo de la central hidroeléctrica Cahua En primer lugar se muestra programa de mantenimiento que se viene usando estos últimos años. Seguidamente se propone actividades que serán adicionadas al plan de mantenimiento existente para alcanzar los niveles de confiabilidad esperados.

69

Item

ACTIVIDADES

N° de personas

Duración (Hrs)

Periodo 1

1

Monitoreo Termográfic o de los Grupos 1 y 2.

2

10

T

2

Monitoreo de Vibraciones de los Grupos 1 y 2

2

10

T

3

Extracc ión y análisis de aceite de los Grupos 1 y 2

2

10

T

4

Medición de descarga parciales de los Generadores 1 y 2

2

10

T

5

Limpieza de tapa de turbina de los Grupos 1 y 2. Inspección de las válvulas de drenaje

3

20

T

6

Lubricación de las partes móviles, alabes directrices , válvula de aireación de turbina y válvula esférica de los Grupos 1 y 2

2

20

T

7

Mediciones eléctricas del transf ormador de excitación de los Grupos 1 y 2.

2

6

S

8

Inspecc ión y mantenimiento de la válvula de aireación de los Grupos 1 y 2

3

20

S

9

Mantenimiento del sistema de fr eno de aire (compres oras y tuberías)

2

4

S

10

Inspección de eslingas, estrobos y sogas

3

10

S

11

Inspecc ión y mantenimiento de 05 compuertas radiales , accionamientos eléctricos y mecánicos de la Bocatoma

4

20

A

12

Mantenimiento de compresor a de aire de SSAA

2

10

A

13

Inspecc ión y mantenimiento de la electrobomba del sist ema de refrigeración auxiliar

3

10

A

14

Mantenimiento de puente grúa

5

30

A

15

Inspección de los motores eléctricos de bomba auxiliar del sistema de lubricación del cojinete guía de la turbina

4

10

A

16

Inspecc ión y mantenimiento de trans for mador de SSAA

2

10

A

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Semana

Semana

Semana

Semana

Semana

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

17

1

2

3 17

15

15

17

17

10

4

4

8

25

18

15

6

5

27

70

4

1

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembr e

Semana

Semana

Semana

Semana

Semana

Semana

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

17

Semana 4

1

2

3

4

17

15

15 17

10

3

Diciembr e

17 10

4

10 4

8

8

8 25

18 15 6

5

Tabla 4.15 Plan de mantenimiento preventivo actual Fuente: Statkraft Perú S.A.

71

Item

ACTIVIDADES

N° de personas

Duración (Hrs)

Periodo 1

Enero

Febrero

Marzo

Abril

Mayo

Semana

Semana

Semana

Semana

Semana

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

1

Inspección de la tubería de la tapa superior – Turbina G1 Y G2

2

4

M

5

5

5

5

5

2

Inspecc ión de bocina - Turbina G1 Y G2

2

4

M

5

5

5

5

5

3

Inspecc ión y mantenimiento de bieletas – Turbina G1 Y G2

2

4

M

5

5

5

5

5

4

Inspección de sello de carbones – Turbina G1 Y G2

2

4

M

5

5

5

5

5

5

Inspección de serv omotor – Turbina G1 Y G2

2

4

M

5

5

5

5

5

6

Inspecc ión de temperatura en aceite - Unidad hidráulica G1 Y G2

2

1

ID

7

Inspecc ión de posibles f ugas de aceite - Unidad hidráulica G1 Y G2

2

1

ID

8

Inspecc ión de válvulas - Unidad hidráulica G1 Y G2

2

1

ID

9

Inspección termográfica - sistema de excitación. G1 Y G2

2

6

M

12

12

12

12

12

10

Medición de resistencia de aislamiento - Sistema de excitación G1 Y G2

2

6

M

12

12

12

12

12

11

Inspección de servomotor - Válvula esféric a G1 Y G2

2

4

B

19

19

19

12

Inspección de posibles fugas de aceite - Válvula esf érica G1 Y G2

2

4

B

19

19

19

13

Inspección de las presiones a la entrada de cada intercambiador de calor – Cojinete G1 Y G2

2

3

T

26

26

14

Análisis de aceite – Cojinete G1 Y G2

2

5

T

26

26

1

4

1

4

SEGUIMIENTO Y CONTROL DE MATERIALES 15

Realizar un seguimiento a los repuest os solicitados PLAN DE CONTROL Y SEGUIMIENTO DE MANTENIMIENTOS

16

Mantener el seguimiento del cumplimiento de los mantenimientos

72

4

1

Junio

Julio

Agosto

Septiembre

Octubre

Noviembr e

Diciembre

Semana

Semana

Semana

Semana

Semana

Semana

Semana

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

5

2

12

12

12

12

12

12

12

12

12

12

12

12

12

12

19

19

19

19

19

19

26

26

26

26

3

4

Tabla 4.16 Actividades adicionales al mantenimiento preventivo actual Fuente: Elaboración propia.

73

CAPITULO V RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 5.1 Presentación de resultados Siguiendo el plan de mantenimiento preventivo modificado de la sección anterior, se tuvo los siguientes valores para la confiabilidad.

Tabla 5.1 Comportamiento para la confiabilidad después del mantenimiento preventivo modificado. CARACTERISTICAS - 2010 GRUPO 1 Periodo considerado 364.00 Días (TO) Tiempo de operación 363.52 Días MTBF (NF) Número de fallas 7.00 (HF) Horas perdidas por fallas 11.43 Horas MTTR (D) Disponibilidad 100% ( R) Confiabilidad 56%

GRUPO 2 364.00 Días 51.93 363.42 Días MTBF 6.00 1.63 13.80 Horas MTTR 100% 61%

CARACTERISTICAS - 2011 GRUPO 1 Periodo considerado 364.00 Días (TO) Tiempo de operación 359.30 Días MTBF (NF) Número de fallas 11.00 (HF) Horas perdidas por fallas 112.92 Horas MTTR (D) Disponibilidad 99% ( R) Confiabilidad 40%


60.57 2.30

72.72 1.84

74







CARACTERISTICAS - 2015 GRUPO 1 GRUPO 2 Periodo considerado 364.00 Días 364.00 Días (TO) Tiempo de operación 363.00 Días MTBF 121.00 362.77 Días MTBF (NF) Número de fallas 3.00 4.00 (HF) Horas perdidas por fallas 23.93 Horas MTTR 7.98 29.40 Horas MTTR (D) Disponibilidad 100% 100% ( R) Confiabilidad 78% 72%

40.30 6.11

36.25 3.58

50.78 29.23

90.69 7.35

75


GRUPO 2 365.00 Días 89.21 356.86 Días MTBF 118.95 3.00 49.07 195.40 Horas MTTR 65.13 98% 78%

Fuente: E laboración propi a

Como se puede apreciar el valor de la confiabilidad se ha incrementado notoriamente ya que los siguientes tipos de interrupción. 








Se eliminaron debido a la propuesta de mantenimiento preventivo.

Tabla 5.2 Confiabilidad antes del mantenimiento preventivo modificado Antes del Mantenimiento Preventivo Año GRUPO 1 GRUPO 2 2010 24% 20% 2011 4% 31% 2012 10% 17% 2013 12% 21% 2014 24% 39% 2015 47% 26% 2016 38% 42% Fuente: E laboración propi a

Tabla 5.3 Confiabilidad después del mantenimiento preventivo modificado Después del Mantenimiento Preventivo Año GRUPO 1 GRUPO 2 2010 56% 61% 2011 40% 66% 2012 44% 48% 2013 47% 44% 2014 51% 55% 2015 78% 72% 2016 71% 78% Fuente: E laboración propi a

76

5.2 Análisis estadístico de los resultados Por tratarse de inferencia estadística sobre los mismos datos que en este caso son el Grupo1 y Grupo2, se usa distribución t con datos apareados ya que tenemos una confiabilidad antes y otra después de aplicar el mantenimiento preventivo. Usando el software Rstudio tenemos los siguientes datos para el Grupo

Fig ura 5.1 A nális is t-student con datos apareados para el Gr upo 1 Fuente: E laboración propia R -s tudio

Donde p-valor es 5.802*10 -8

Usando el software Rstudio tenemos los siguientes datos para el Grupo 2.

Fig ura 5.2 A nálisis t-student c on datos apareados para el Gr upo 2 Fuente: E laboración propia R -s tudio

Donde p-valor es 7.968*10 -5

5.3 Prueba de hipótesis Prueba específica 1.

77

Para el grupo 1, tenemos la siguiente prueba de hipótesis. H0: μaG1 = μdG1; No existe diferencia significativa entre los promedios de confiabilidad antes y después del mantenimiento preventivo con un nivel de significancia de 1%. La confiabilidad no depende del mantenimiento preventivo. H1: μaG1 < μdG1; Si existe diferencia significativa entre los promedios de confiabilidad antes y después del mantenimiento preventivo con un nivel de significancia de 1%. La confiabilidad si depende del mantenimiento preventivo. Donde: μaG1: Promedio de confiabilidad antes del mantenimiento preventivo para el grupo 1. μdG1: Promedio de confiabilidad después del mantenimiento preventivo para el grupo 1. En la sección 5.2 se comprobó que para el análisis estadístico. p-valor = 5.802*10 -8 Usando un nivel de significancia de 0.01, tenemos. p-valor < nivel de significancia 5.802*10 -8 < 0.01 Encontrándose el p-valor dentro de la zona de rechazo de la hipótesis nula H0, se afirma entonces que. H1: μaG1 < μdG1; Si existe diferencia significativa entre los promedios de confiabilidad antes y después del mantenimiento preventivo con un nivel de significancia de 1%. La confiabilidad si depende del mantenimiento preventivo. Prueba específica 2. Para el grupo 2, tenemos la siguiente prueba de hipótesis

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H0: μaG2 = μdG2; No existe diferencia significativa entre los promedios de confiabilidad antes y después del mantenimiento preventivo con un nivel de significancia de 1%. La confiabilidad no depende del mantenimiento preventivo. H1: μaG2 < μdG2; Si existe diferencia significativa entre los promedios de confiabilidad antes y después del mantenimiento preventivo con un nivel de significancia de 1%. La confiabilidad si depende del mantenimiento preventivo. Donde: ΜaG2: Promedio de confiabilidad antes del mantenimiento preventivo para el grupo 2. μdG2: Promedio de confiabilidad después del mantenimiento preventivo para el grupo 1. En la sección 5.2 se comprobó que para el análisis estadístico. p-valor = 7.968*10 -5 Usando un nivel de significancia de 0.01, tenemos. p-valor < nivel de significancia 7.968*10 -5 < 0.01 Encontrándose el p-valor dentro de la zona de rechazo de la hipótesis nula H0, se afirma entonces que. H1: μaG2 < μdG2; Si existe diferencia significativa entre los promedios de confiabilidad antes y después del mantenimiento preventivo con un nivel de significancia de 1%. La confiabilidad si depende del mantenimiento preventivo. Prueba General De la prueba específica 1 y 2 se infiere la aceptación de la hipótesis general.

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5.4 Discusión de resultados Para incrementar la confiabilidad se determinó los tiempos adecuados para las inspecciones de los distintos subsistemas. Previamente se realizó una distribución de fallas que determina probabilísticamente las interrupciones de los diferentes subsistemas.

5.5 Aplicaciones El presente trabajo de investigación puede ser aplicado en diferentes centrales hidroeléctricas y térmicas del país ya que los subsistemas son idénticos en estos tipos de instalaciones.

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CONCLUSIONES. 1. La propuesta de modificación de gestión de mantenimiento preventivo aumenta la confiabilidad de 23% a 55% para el grupo 1 que fue analizado mediante el estadístico de T de Student, que valido dicha diferencia como significativa. 2. La propuesta de modificación de gestión de mantenimiento preventivo aumenta la confiabilidad de 28% a 60% para el grupo 2 que fue analizado mediante el estadístico de T de Student, que valido dicha diferencia como significativa. 3. La propuesta de modificación de gestión de mantenimiento preventivo aumenta la confiabilidad promedio de 25% a 58% de la central hidroeléctrica Cahua, que por inferencia de la prueba específica 1 y 2 se acepta la hipótesis general.

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RECOMENDACIONES 1. Se recomienda implementar la modificación del mantenimiento preventivo del grupo 1 debido a que incrementa la confiabilidad de 23% a 55% esto se logra con incrementar las actividades que básicamente son inspecciones que las realizará el operador de turno. 2. Se recomienda implementar la modificación del mantenimiento preventivo del grupo 2 debido a que incrementa la confiabilidad de 28% a 60% esto se logra con incrementar las actividades que básicamente son inspecciones que las realizará el operador de turno. 3. La central hidroeléctrica de Cahua incrementa la confiabilidad promedio de 25% a 58%, se recomienda que una vez modificado el plan de mantenimiento preventivo se inicie con la implementación de instructivos y formatos de check list de los subsistemas críticos con el fin de hacer más dinámico la estrategia de mantenimiento.

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ANEXO

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Códigos R-studio para determinar parámetros de la distribución de weibull para los subsistemas críticos.

86

tesis -pregrado Cristian Angulo Porras 2017.pdf

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