El Mantenimiento en una Central Hidroeléctrica

1. Resumen

La sociedad actual requiere que cada vez más existan procesos industriales en los que se debe garantizar la máxima disponibilidad de los sistemas, y a la vez exista el mínimo número de incidencias que eviten la indisponibilidad del proceso. En los últimos 20 años, las estrategias de mantenimiento se han basado en asegurar que los procesos continúen haciendo lo que los usuarios quieren que hagan y en el momento que lo quieren hacer.

En el presente artículo presentamos una aproximación sobre un caso práctico en relación al mantenimiento que se realiza en una central hidroeléctrica para garantizar su funcionamiento.

Fotografía 1. Central hidroeléctrica de Susqueda-Girona (España).
Fotografía 1. Central hidroeléctrica de Susqueda-Girona (España).
Fuente: Endesa Generación-Enel Green Power Hydro.

Palabras clave:

Mantenimiento industrial, centrales hidroeléctricas, RCM, fiabilidad.

2. Estrategia del mantenimiento del siglo XXI

En el siglo XXI no se puede justificar la creencia que todo equipo o máquina debe estar supeditada a un mismo tipo de mantenimiento (correctivo, preventivo, predictivo, etc…), cada equipo ocupa una posición diferente en el proceso industrial de generación eléctrica y tiene unas características que lo hacen funcionalmente diferente al resto de los equipos. Los factores a tener en cuenta en el tipo de mantenimiento a definir de cada equipo están relacionados con las siguientes consideraciones:

  • Coste económico de las paradas de producción por indisponibilidad.
  • Problemas con la seguridad y el medioambiente.
  • Coste económico de una reparación del equipo afectado.

Ventajas de análisis del proceso productivo dividido en equipos:

  • El presupuesto anual del mantenimiento se puede definir mejor al dividir el proceso en equipos (repuestos, subcontratas, paradas, mano de obra).
  • Repuestos necesarios en stock en la central eléctrica.
  • Contratos con proveedores de algunos equipos.

3. Función del mantenimiento

Se entiende por Mantenimiento a la función empresarial a la que se encomienda el control del estado de las instalaciones de todo tipo, tanto las productivas como las auxiliares y de servicios. En ese sentido, se puede decir que el mantenimiento es el conjunto de acciones necesarias para conservar o restablecer un sistema en un estado que permita garantizar su funcionamiento a un coste mínimo. Conforme con la anterior definición se deducen distintas actividades:

  • Prevenir y/ó corregir averías.
  • Cuantificar y/ó evaluar el estado de las instalaciones.
  • Aspecto económico (costes).

Todo ello nos lleva a la idea de que el mantenimiento empieza en el proyecto de la máquina. En efecto, para poder llevar a cabo el mantenimiento de manera adecuada es imprescindible empezar a actuar en la especificación técnica (normas, tolerancias, planos y demás documentación técnica a aportar por el suministrador) y seguir con su recepción, instalación y puesta en marcha; estas actividades cuando son realizadas con la participación del personal de mantenimiento deben servir para establecer y documentar el estado de referencia. A ese estado nos referimos durante la vida de la máquina cada vez que hagamos evaluaciones de su rendimiento, funcionalidades y demás prestaciones.

Son misiones de mantenimiento:

  • La vigilancia permanente y/ó periódica.
  • Las acciones preventivas.
  • Las acciones correctivas (reparaciones).
  • El reemplazamiento de maquinaria.

Los objetivos implícitos son:

  • Aumentar la disponibilidad de los equipos hasta el nivel preciso.
  • Reducir los costes al mínimo compatible con el nivel de disponibilidad necesario.
  • Mejorar la fiabilidad de máquinas e instalaciones.
  • Asistencia al departamento de ingeniería en los nuevos proyectos para facilitar la mantenibilidad.

Muchas veces el mantenimiento a realizar de cualquier sistema industrial se realiza en base al “libro de mantenimiento” que hay en cada industria y que es intocable desde “siempre”, pero la experiencia del mantenimiento diario nos tiene que servir para tener la información necesaria a aportar en la mejora y modificación del propio mantenimiento del sistema.

4. Evolución de la explotación y mantenimiento de la generación hidroeléctrica

Generalmente las centrales de generación hidroeléctrica y las presas hidroeléctricas tuvieron turno de mantenimiento y explotación 24 horas hasta los años 80, donde después de una automatización de la instalación, implicó que su funcionamiento se realizara de manera telemática desde un centro de control que está pendiente de todos los parámetros de control del sistema:

  • Niveles de presa.
  • Caudales de consigna de funcionamiento.
  • Restricciones de funcionamiento de cuencas.
  • Restricciones de funcionamiento del sistema eléctrico.
  • Alarmas.
  • Monitorización on-line de parámetros.
  • Gestión de los procedimientos de seguridad en los trabajos en la instalación (descargos eléctricos e hidráulicos).

Esta nueva configuración de la explotación de manera remota, llevó consigo la correspondiente eliminación de los turnos de personal en central, pasando a no tener personal dedicado en la instalación y por lo tanto con la necesidad de tener que definir cómo y cuándo dedicar los recursos de mantenimiento (limitados) en estas condiciones de explotación del activo.

En la mayoría de centrales hidroeléctricas existe un sistema de monitorización y control (SCADA) tanto en cada grupo hidroeléctrico como en los sistemas comunes de la central, pudiendo controlarse y funcionar garantizando la seguridad del propio activo físico (fiabilidad), así como también de las personas y el medioambiente. El funcionamiento automatizado de la central nos puede permitir diferentes secuencias:

  • Arranque paso a paso desde equipos.
  • Arranque secuencial desde central.
  • Arranque secuencial desde centro de control y centro de control redundante.
  • Arranque secuencial desde centro de control local de centrales hidroeléctricas de la cuenca del río.
Fotografía 2. Planta turbinas central hidroeléctrica de Susqueda-Girona (España).
Fotografía 2. Planta turbinas central hidroeléctrica de Susqueda-Girona (España).
Fuente: Endesa Generación-Enel Green Power Hydro.

Para conseguir los objetivos de fiabilidad de este activo físico automatizado, es necesario poder planificar una estrategia de mantenimiento que permita implementar un plan de mantenimiento donde se combinen diferentes técnicas de mantenimiento con el objetivo de un funcionamiento seguro a todos los niveles. Para ello primeramente se debe analizar dicho activo, revisando todos los posibles problemas que podemos llegar a tener y seguidamente analizar las acciones correspondientes y la periodificación de realización de dichas acciones. Para ello, una de las estrategias posibles de análisis puede ser el mantenimiento centrado en fiabilidad (RCM, Reliability Centered Maintenance).

5. Estrategia de mantenimiento de una central hidroeléctrica. RCM Mantenimiento centrado en fiabilidad

El objetivo principal de RCM es definir una política de mantenimiento de equipo componente basada en varios criterios, incluyendo falta, coste, fiabilidad y seguridad. RCM es realmente una guía para los gerentes de mantenimiento en la toma de decisiones sobre mantenimiento basado en el planeamiento desarrollado durante el análisis RCM. A pesar de ser la herramienta de gestión de mantenimiento, RCM debe actualizarse con la nueva información según sea necesario.

RCM fue desarrollado primero por la aeronáutica durante la década de 1960. A mediados del siglo XX las nuevas tecnologías en las plantas de energía nuclear, aviones, submarinos nucleares, dispositivos aeroespaciales condujeron a la necesidad de desarrollar herramientas que permitan el uso seguro de estas tecnologías. En particular, en la industria aeronáutica se inició la estrategia de mantenimiento conocida como mantenimiento centrado en confiabilidad (RCM).

Mediante el análisis RCM podemos definir el estado actual del sistema industrial, realizar el análisis del funcionamiento del sistema en cuanto a fiabilidad y definir los fallos que se han producido (análisis histórico) así como las posibles acciones de mejora en el funcionamiento y en el mantenimiento. Este análisis no llevará a una seria de acciones a planificar que pueden incluso basarse en un rediseño que mejore aspectos importantes de la instalación como son la seguridad y el medioambiente. (Moubray, 1997. Smith, 2003).

Su objetivo es optimizar recursos asociados al mantenimiento.

Cualquier procedimiento de trabajo de la central, se basa en los siguientes principios:

  • Seguridad.
  • Aspectos ambientales.
  • Costes operativos.
  • Costes de oportunidad en la realización de los trabajos.
Fotografía 3. Planta válvulas central hidroeléctrica de Susqueda-Girona (España).
Fotografía 3. Planta válvulas central hidroeléctrica de Susqueda-Girona (España).
Fuente: Endesa Generación-Enel Green Power Hydro.

Mediante un sistema informatizado de gestión del mantenimiento, se gestiona la información y se realiza una toma de decisiones del mantenimiento a desarrollar (estrategia de mantenimiento), en base a la combinación de las acciones indicadas en el gráfico 1.

Grafica 1. Mecanismos básicos de mantenimiento en una central hidroeléctrica.
Grafica 1. Mecanismos básicos de mantenimiento en una central hidroeléctrica.
Fuente: Mantenimiento Endesa Generación, 2014.

6. Definición de sistemas, equipos, grado de criticidad y modelo de mantenimiento de una central hidroeléctrica

Uno de los aspectos más importantes en la aplicación de la estrategia de mantenimiento de una central hidroeléctrica es poder dividir el activo físico en una serie de sistemas definidos por una agrupación de funciones a cumplir en el funcionamiento normal.

Se definen en la figura 1 los diferentes sistemas y equipos que componen cada sistema en una central hidroeléctrica. 

Figura 1. Sistemas y equipos que componen cada sistema de una central hidroeléctrica.
Figura 1. Sistemas y equipos que componen cada sistema de una central hidroeléctrica.
Fuente: El autor.

6.1. Modos de falla y tipos de falla standard de una central hidroeléctrica

En base a los sistemas definidos así como a las funciones a cumplir de cada sistema, podemos definir los modos de falla y tipos de falla asociados a una central hidroeléctrica en base a varias consideraciones:

  • Experiencia aportada en el mantenimiento histórico de las centrales hidroeléctricas, así como de las incidencias acaecidas.
  • Experiencia profesional de los mantenedores de este tipo de sistemas.
  • Análisis de las estrategias de mantenimiento y sus resultados en desarrollos quinquenales.

En el gráfico 2 se refleja el tanto por ciento de incidencias asociadas a cada uno de los sistemas de la central hidroeléctrica en relación a la hipótesis de análisis histórico de incidencias considerado.

Grafico 2. Porcentaje de incidencias por sistemas en un grupo hidroeléctrico.
Grafico 2. Porcentaje de incidencias por sistemas en un grupo hidroeléctrico.
Fuente: M. Monseco, 2013.

6.2 Análisis de criticidad de los equipos de la central hidroeléctrica

Una vez se han analizado los posibles fallos y se han considerado las hipótesis sobre los efectos de dichos fallos en el sistema podemos llegar a dividir cada equipo que constituye los sistemas analizados en base a las características que se indican en la tabla 2 las características consideradas en el análisis de cada equipo de la central hidroeléctrica, para definir el grado de criticidad propio.

Tabla 2. Características de cada tipo de equipo en función de su criticidad en el funcionamiento.
Tabla 2. Características de cada tipo de equipo en función de su criticidad en el funcionamiento.
Fuente: M. Monseco, 2013.

En función del grado de disponibilidad necesario del sistema a analizar, podemos definir los modos de mantenimiento a realizar (tabla 3).

Tabla 3. Planificación del mantenimiento en función de la disponibilidad del sistema.
Tabla 3. Planificación del mantenimiento en función de la disponibilidad del sistema.
Fuente: El autor.

6.3 Operaciones de mantenimiento según el modo de mantenimiento de los equipos de una central hidroeléctrica

Una vez definidos los sistemas, equipos, grados de criticidad de cada sistema, así como objetivos de mantenimiento de la central hidroeléctrica, el siguiente paso es definir las operaciones a realizar dentro de cada modo de mantenimiento a implementar en el desarrollo del plan de mantenimiento en cuestión (tabla 4).

Tabla 4. Listado de operaciones de mantenimiento en cada modo de mantenimiento de equipo.
Tabla 4. Listado de operaciones de mantenimiento en cada modo de mantenimiento de equipo.
Fuente: M. Monseco, 2013.

7. Principios básicos de la estrategia de mantenimiento de la central hidroeléctrica

A continuación, se explican las diferentes acciones a gestionar dentro de la estrategia del mantenimiento de la central hidroeléctrica (Sifonte, 2017):

7.1 Sistema de vigilancias

  • Sistema de captación y seguimiento del estado de una instalación.
  • Inspección visual de los elementos de la central.
  • Asegurar la presencia y supervisión en la instalación de manera periódica.
  • Detección de anomalías y garantía de correcto estado de la instalación.
  • Lectura de puntos de medida para analizar la evolución del funcionamiento dentro de parámetros correctos con los resultados obtenidos, evaluación a modo de oportunidad de los planes de mantenimiento y correctivo de equipos.

7.2 Mantenimiento preventivo

  • Basado en la experiencia acumulada (know how).
  • Recomendación del fabricante.
  • Normativa legal.
  • Evaluación de la fiabilidad de cada sistema (punto óptimo de actuación).

En base a:

  • Planificación periódica y automatizada de las actuaciones de mantenimiento a realizar.
  • Descripción de los equipos y tareas mediante hojas de ruta de mantenimiento.
  • Actualización de las frecuencias de actuación en función de los equipos (sustitución de equipos, nuevas periodicidades).
  • Coste real empleado (análisis).

7.3 Mantenimiento predictivo

Una falla potencial es un estado identificable que indica que una falla funcional está a punto de ocurrir en el proceso. Las tareas de chequeo consisten en revisar si hay fallas potenciales para que se pueda actuar previniendo la falla funcional o evitar las consecuencias de la falla funcional.

El funcionamiento de las máquinas modifica su respuesta dinámica, bien por origen mecánico, eléctrico o mecánico. El mantenimiento predictivo intenta diagnosticar la avería cuando empieza a manifestarse y aún no es de gravedad para el sistema.

La figura 2 muestra este proceso. Se le denomina curva P-F porque muestra cómo un fallo comienza y prosigue el deterioro hasta un punto en el que puede ser detectado (el punto P de fallo potencial). A partir de allí, si no se detecta y no se toman las medidas oportunas, el deterioro continúa hasta alcanzar el punto F de fallo funcional:

Figura 2. Curva P-F.
Figura 2. Curva P-F.
Fuente: El autor.

El seguimiento y control de los parámetros se puede hacer mediante vigilancia periódica, en cuyo caso es importante establecer una frecuencia tal que nos permita detectar el deterioro en un momento entre P y F, y que no sea demasiado tarde para reaccionar.

Asimismo, se puede hacer mediante monitorizado en continuo lo que evita el inconveniente anterior, pero no siempre es factible y, en cualquier caso, es más costoso. De manera que finalmente los parámetros a controlar y la forma depende de factores económicos:

  • Importancia de la máquina en el proceso productivo.
  • Instrumentación necesaria para el control.

Los equipos a los que actualmente se les puede aplicar distintas técnicas de control de estado con probada eficacia son básicamente los siguientes:

  • Máquinas rotativas.
  • Motores eléctricos.
  • Equipos estáticos.
  • Aparamenta eléctrica.
  • Instrumentación.

7.4 Técnicas de mantenimiento predictivo en una central hidroeléctrica

Para una central hidroeléctrica, podemos considerar las siguientes técnicas de mantenimiento predictivo:

Seguimiento vibratorio

  • Detección de daños.
  • Evitar condiciones de operación perjudiciales.
  • Identificación y solución de problemas vibratorios (inestabilidades, desgaste en cojinetes, daños en alternador, daños en rodetes, cavitaciones, resonancia,etc…).

Análisis de aceites

Toma de muestras de aceites dieléctrico de transformador y aceites de lubricación y mando de grupos hidráulicos. Diagnosis de posible degradación de los sistemas mecánicos y eléctricos.

EDAS: Diagnosis de alternadores

  • Pruebas de acuerdo con normativa IEEE.
  • Análisis de problemas reversibles humedad superficial,etc..
  • Análisis de problemas irreversibles (degradación eléctrica, envejecimiento,etc..).

Diagnosis de transformadores ETP

Prueba que define el estado de los transformadores en términos de circuito eléctrico, magnético, dieléctrico o geométrico (normativa IEEE).

Termografías

Inspección por termovisión de elementos característicos de la instalación. El hecho que se detecte un punto caliente implica una degradación futura del equipo.

Análisis de incidencias

  • Causa raíz de la incidencia.
  • Forma de solucionarla y evitar la repetición.
  • Acciones a tomar, plazos y responsables.
  • Descripción de la acción.
  • Aplicación en otras instalaciones.
Fotografía 4. Detalle de turbina de grupo hidroeléctrico.
Fotografía 4. Detalle de turbina de grupo hidroeléctrico.
Fuente: Endesa Generación-Enel Green Power Hydro.

8. Conclusiones

Cualquier equipo humano de mantenimiento de un Sistema industrial tiene como objetivo diario conseguir el funcionamiento óptimo del Sistema industrial objeto del mantenimiento. Para ello cualquier dirección va a marcar como hitos para la consecución del objetivo, poder emplear unos recursos económicos limitados y conseguir la máxima eficiencia tanto del propio activo como de todos los recursos utilizados. En el día a día del equipo de mantenimiento muchas veces la falta de planificación en la estrategia del mantenimiento implica que no se pueda realizar un análisis justificado de la utilización de los recursos (priorización en función de riesgos). En el presente artículo se ha reflejado un caso práctico de análisis de estrategia de mantenimiento para un sistema de alta fiabilidad como puede ser una central hidroeléctrica.

9. Referencias

  • 1. M. Monseco, “Diseño de un plan de mantenimiento para un equipo de alta fiabilidad”, Técnica Industrial, vol. 301, pp. 40-53, 2013.
  • 2. J. Moubray, Reliability-Centered Maintenance. Industrial Press Inc., 1997.
  • 3. J. R. Sifonte and J. V. Reyes-Picknell, Reliability Centered Maintenance–Reengineered: Practical Optimization of the RCM Process with RCM-R®. Productivity Press, 2017.
  • 4. A. M. Smith and G. R. Hinchcliffe, RCM–Gateway to World Class Maintenance. Elsevier, 2003.
  • 5. Apuntes Curso Mantenimiento en centrales hidroeléctricas. Endesa Generación. 2014.

Autor: Francisco Javier Martínez Moseco
Técnico de Mantenimiento Enel Green Power Hydro 
Correo: jmartinez1638@alumno.uned.es 

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