Proyecto Palmatica

Quepos, Costa Rica

Antecedentes: Nuestro cliente es Thomas Pump Panamá, empresa dedicada al suministro, instalación y mantenimiento de bombas industriales de gran escala. Su cliente, ubicado en Quepos, Costa Rica, es Palma Tica, S.A. quien mantiene grandes expansiones de cultivos de palma para diversos usos. El área donde tienen sus cultivos se encuentra cerca de áreas montañosas. Cuando llueve fuertemente, los cultivos están expuestos a inundaciones. Por lo anterior, se han instalado varias estaciones de bombeo para achicar las áreas inundables. Estas estaciones están en sitios remotos donde no hay infraestructura de telecomunicación ni de energía. Para asegurarse que las mismas enciendan, la empresa mantiene personal dedicado, las 24 horas del día para estar pendiente de una posible inundación. Cuando el nivel del agua sube, el personal procede a trasladarse hasta las estaciones de bombeo y activan las bombas de combustión interno (diesel), esperan a que las aguas se drenen y luego las apagan.

Objetivo:

1) Establecer control automático de las bombas de manera que se activen ante la presencia de un nivel determinado de agua y se apaguen automáticamente cuando regrese el nivel de agua a un nivel determinado.

2) Poder monitorear remotamente que en efecto el nivel de agua se mantiene en un nivel aceptable y que las bombas están arrancando según su diseño.

3) Adoptar el mantenimiento predictivo en el sistema de bombeo al monitorear sus niveles de presión de aceite, temperatura del motor, estado de la batería y niveles de los tanques de combustible.

Descripción de la Solución:

Comenzamos con listar los insumos utilizados en el proyecto:

  • 4 sensores de nivel hidrostáticos (el peso de la columna de liquido arriba del sensor sumergido ejerce una presión sobre el sensor, lo cual puede traducirse en una señal eléctrica con una precisión de 0.5%. Ésta señal es la misma siempre ante determinada presión por lo que podemos saber el porcentaje de lleno del tanque de combustible o la altura del nivel de agua en la fosa). Se empleó un sensor en cada tanque de combustible y dos en la fosa de manera redundante por lo importante de tener una lectura certera del nivel del agua.
  • Dos paneles de control de bombas de combustión interna (también pueden utilizarse en plantas de generación eléctrica). Estos paneles cuentan con el cableado necesario para controlar los motores de las bombas y leer las señales de los sensores de aceite, temperatura y voltaje de la batería existentes en los motores. De esta manera reutilizamos los sensores existentes. Además, estos paneles de control tienen un puerto de comunicación que utiliza el protocolo MODBUS RTU, el cual es un estándar industrial compatible con muchas plataformas de monitoreo remoto.
  • Un “Programmable Logic Controller” (PLC) con capacidad de leer valores a través de MODBUS RTU. Es básicamente una computadora (con procesador, memoria ram, memoria de almacenaje, entradas y salidas).
  • Una cámara de video panorámica de 360 grados.
  • Un Router Industrial 4G LTE.
  • Páneles solares con 2 inversores.

La estación de bombeo cuenta con 2 bombas de combustión interna con un tanque de diesel cada una. Estas bombas están posicionadas frente a una fosa de agua que es el punto más bajo de todo el área inundable. Todo el sistema es visible a través de un sitio web donde se puede supervisar el estado de las bombas y de la fosa.

El sistema de control que implementamos mide en todo momento el nivel de diesel, el nivel de voltaje de las baterías y el nivel de la fosa de agua. Estos valores son transmitidos por red celular a un servidor en la nube y desplegados en un sitio web al que sólo tiene acceso personal autorizado.

Si el nivel de combustible en los tanques baja al 25%, el sistema envía una alerta a una cuenta de correo predefinida indicando que se debe reabastecer.

Igualmente, si el nivel de carga de las batería llega a estar cerca de un límite de control, el sistema envía la alerta para el debido reemplazo de las baterías. Es decir, las baterías aún pueden realizar la función de arrancar las bombas, pero se recomienda el reemplazo de la baterías. Una buena batería puede durar varios años sin reemplazo. En el ámbito del mantenimiento preventivo, las baterías tienden a cambiarse de manera proactiva, aún teniendo tiempo de vida. En este caso, la batería se cambia cuando esté cerca del final de su vida y a solicitud de un sistema de monitoreo.

Si el nivel de la fosa sube a más de un 10% (configurable), el PLC activa una de las dos bombas. Primero a una velocidad de calentamiento por 1 minuto y luego a una velocidad de trabajo, ambas configurables. Si los sensores de nivel detectan que el nivel de agua sigue subiendo, el PLC activa la segunda bomba con igual lógica de calentamiento y luego velocidad de trabajo. Ambas trabajan hasta que el nivel de agua regrese a la normalidad, hacen un “cooldown” y se apagan.

Mientras las bombas están en marcha, el PLC lleva un registro (datalog) del nivel de aceite y el nivel de temperatura del refrigerante. Si alguno de esos valores se sale de su rango predefinido, el sistema hace dos cosas: 1) Notifica por correo que el valor está fuera del rango para que personal de mantenimiento venga a realizar la revisión y normalización y 2) Marca esa bomba como “bajo cuidado” y ante la siguiente subida de nivel de agua, le da la preferencia de arranque a la otra bomba. Sin embargo, si una bomba no es capaz de controlar el nivel, entonces también activa la que está “bajo cuidado”.

Es importante mencionar que los niveles de control de los valores de las bombas son parametrizados de tal manera que aún la presión de aceite y la temperatura son aceptables, pero que tienden hacia un posible problema futuro. Por ende, las bombas siguen prestando servicio y le da una gavela de varios meses al personal de mantenimiento para que realice la normalización de valores sin poner en peligro la salud de las bombas. Esta estrategia evita tener que enviar mensualmente un técnico para revisar las bombas porque todos los indicadores de las mismas están siendo supervisados en todo momento. Sólo es necesario enviar un técnico cuando el sistema detecta que alguno de los valores esté fuera de su rango de control.

Conclusión:

La implementación de esta solución le ahorra a la empresa el costo de desplazamiento de personal hasta sitios remotos de bombeo tanto para el mantenimiento preventivo como para la activación de la misma ante una eventual lluvia. La implementación de una estrategia de mantenimiento predictivo ahorra hasta un 70% del costo operativo y alarga la vida de los motores.

Llámenos para más información acerca del monitoreo de condiciones para el mantenimiento predictivo y el monitoreo remoto de sus equipos críticos.  Whastapp: 6613-9188, o escríbanos a rene@platypusinc.net

Un Error Común en una Estrategia de Mantenimiento Predictivo

En esencia lo que se propone hacer es automatizar la porción de inspección de las actividades de mantenimiento y así reducir el alcance de los proveedores de servicios a que sólo atiendan cuando los equipos realmente requieren una intervención.  En este sentido, una vez reducido el alcance y se empiezan a percibir los ahorros, se vuelve más relevante que quien administra los equipos monitoreados tenga la disciplina de entrar al sistema todos los días, ya sea una vez al día, para verificar el estado de todos los valores.  No verificar los valores todos los días sería el equivalente de no realizar las inspecciones en una estrategia de mantenimiento preventivo.

Hemos visto muy comúnmente en Panamá que una vez implementado el monitoreo, los técnicos lo usan principalmente para un post-mortem de un incidente y no para prevenir el fallo de un equipo.

Una buena práctica es llevar una bitácora donde un responsable firma que ha realizado la inspección en el sistema y si encontró o no alguna alarma. En caso de encontrar una falla, deben realizar el protocolo debido para la normalización del equipo que está presentando la misma.

Mantenimiento Predictivo: 2 Nuevas Tendencias.

Administradores de edificios y gerentes de mantenimiento se benefician de nuevas herramientas de gestión que permiten tener mejor control sobre sus instalaciones, debido a la proliferación de elementos IoT (“Internet of Things”).  El monitoreo de condiciones claves de equipos, como motores eléctricos, plantas eléctricas, ascensores, sistemas de refrigeración y otros, son la base de una cultura de mantenimiento predictivo que, una vez adoptada por una organización, logra mejor disponibilidad de los equipos, reduce costos de mantenimiento y fideliza a los clientes finales.

Según The Predictive Maintenance Report 2016, publicado por IoT Analytics (www.iotanalytics.com), entre los años 2016 y 2022 se proyectaba un incremento en el mercado de equipos de monitoreo de condiciones, de $1.49MM en el 2016 a $10.96MM en el 2022, es decir, un 29% de crecimiento promedio anual.  La versión 2019 del mismo reporte actualizó esta proyección, indicando que el crecimiento del mercado de monitoreo será de 39% promedio anual, alcanzando $23.5MM  en el 2024. 

Ello demuestra que las compañías que implementan una cultura de mantenimiento predictivo están alcanzando las eficiencias que promete la predicción de fallos y están expandiendo su cultura predictiva a más áreas de su organización.  La tendencia anterior se enfocaba principalmente en equipos de misión crítica, como plantas eléctricas, equipos de refrigeración y bombas de agua.  La nueva tendencia es agregar más sensores para monitorear presiones, temperaturas, niveles de humedad, decibeles, calidad del aire, flujos, vibraciones, y un sinnúmero de indicadores que pueden combinarse para dar una perspectiva más integral de la situación de una operación.

En años recientes, han salido al mercado IoT productos que caben en la palma de la mano, se adhieren a equipos con muchísima facilidad y son capaces de transmitir inalámbricamente multiples valores relacionados con el equipo  a monitorear.  Un ejemplo es el Bosch CISS (Connected Industrial Sensor Solution), con capacidad de medir y transmitir hasta 9 distintos valores.

El fabricante de controladores Distech Controls, cuyo fuerte son sistemas de climatización e iluminación, ha lanzando una línea de sensores inalámbricos que miden las condiciones ambientales de un espacio de  oficina o pasillo, integrados con celdas fotovoltáicas que se energizan con la luz de la sala que están monitoreando.  Esto facilita la obtención de mediciones de temperatura, humedad, luminosidad y presencia de más áreas, a un costo razonable, permitiendo al sistema de gestión del aire acondicionado hacer un mejor balance de distribución.  Aparte de los ahorros por el uso más eficiente del aire acondicionado y la iluminación, esto mejora la experiencia de los usuarios en aquellos casos donde el sensor de temperatura estaba en la oficina del jefe y todos los demás sufren de frío o calor.

En el 2018, en la Iglesia de Nuestra Señora de Guadalupe en Calle 50, Ciudad de Panamá, la incorporación de un sistema de gestión y multiples sensores de temperatura, ubicados más cerca a los feligreses, logró la reducción promedio de 35% del gasto energético y menor desgaste de los acondicionadores de aire.

En Panamá Pacífico, entre el 2017 y 2018, se implementó un sistema de monitoreo de condiciones enfocado únicamente en equipos críticos, que redujo el tiempo de desplazamiento del personal de mantenimiento.  Con la cultura predictiva aún por adoptarse, se logró reducir en un 35% el personal técnico y mejorar la calidad del servicio a los clientes, logrando un retorno en 3 años y medio.

El almacenamiento de los datos leídos por los distintos sensores en bases de datos con registros históricos (data logging) está permitiendo analizar tendencias.  Para el administrador de un edificio que cuenta con un tanque de reserva de agua potable, más importante es saber cuánto tiempo de agua le queda, que cuántos litros de agua le quedan.  En vez de indicar el porcentaje de lleno de un tanque de agua, ahora podemos configurar el sistema para que analice de manera autómática los patrones de consumo en distintos días de la semana y dar una lectura de tiempo estimado de respaldo de agua, basado en información real de los flujos históricos.  Esto es particularmente útil cuando la operación maneja distintos tanques con patrones de consumo distintos.

En el caso de la Iglesia de Guadalupe, el sistema “aprende” cuál es el patrón “normal” de encendido y apagado de los compresores de los acondicionadores de aire.  Esto le permite detectar una fuga de gas desde el momento que ocurre y así generar una alarma.  El mismo fallo hubiese requerido esperar hasta el siguiente ciclo de mantenimiento preventivo para poderse detectar y aún así con el riesgo de no ser encontrado.  Esto genera un ahorro en la factura de electricidad de 15% adicional a los generados por la adición de sensores, produciendo un retorno total de la inversión inferior a los 2 años.

En Panamá, todavía hay mucha oportunidad para la implementación de una cultura predictiva y los principales retos, consistentes con el resto del mundo, son la resistencia al cambio y la adopción a nivel organizacional.  La implementación de sensores y sistemas de monitoreo, por sí solos, ayudan a equipos de mantenimiento a realizar ahorros y eficiencias.  Los mayores ahorros se logran con una cultura de análisis de datos.

Las compañías cada vez más están percibiendo los beneficios de una cultura predictiva.  La tendencia de incorporar más mediciones y el almacenamiento de estos datos para su posterior análisis, prevalecerá en las operaciones de mantenimiento, superando actividades correctivas y preventivas que hoy caracterizan la gestión en Panamá. 

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El autor es gerente general de Platypus, Inc., (www.platypusinc.net)

Ahorros Indirectos Obtenidos con Monitoreo de Condiciones

El monitoreo de condiciones, para el mantenimiento predictivo, puede traer reducción significativa gastos.  Algunos gastos son fácilmente identificables por la reducción de alcance en contratos de mantenimiento preventivo que ahorran dinero de una manera medible.  Existen ahorros adicionales relacionados con el desplazamiento de personal para poder diagnosticar alguna anomalía.  Problemas eléctricos, de agua potable, de comunicación, mecánicos y de refrigeración, cuando se presentan, pueden ser sencillos de identificar o pueden obedecer a situaciones ocultas y no claramente visibles.

La ausencia de presión de agua en la parte más alta de un edificio puede deberse a diversas causas.  Será que hay una obstrucción? Será el motor eléctrico de la bomba? Será la turbina rota? Se bajó el nivel del tanque de reserva? No hay suministro del servicio público? No hay fluido eléctrico?  Dependiendo de la causa se activa un protocolo de respuesta que corresponda a la solución.  No es inusual ver al personal encargado del mantenimiento de los equipos subiendo y bajando escaleras, trepándose en tanques de agua, levantando tapas pesadas, abriendo llaves de paso, probando voltajes, “reseteando” interruptores.  Puede tomar valiosos minutos, a veces horas en determinar cuál es el fallo y luego otras horas adicionales determinando qué lo causó.   Por mientras, el usuario demandando respuestas y formando opiniones con respecto al desempeño del equipo de mantenimiento.  Si se atiende público en general empieza la propagación de la noticia en las redes sociales y casi nunca son bondadosos los autores de la misma.

Con un sistema de monitoreo de condiciones, aparte de los ahorros en la implementación de una estrategia de mantenimiento predictivo, se puede ver a simple vista cada los indicadores de cada uno de los factores que influyen en una falla de un equipo crítico.  Con una mirada a una pantalla de valores se puede determinar con precisión cuál es el problema y se pueden dirigir los esfuerzos de restablecimiento de manera inmediata.  Así mismo se cuenta con la explicación para el usuario final de manera más rápida.  Si el monitoreo se llevó a cabo como debe de ser, el equipo fallido vendría avisando con tiempo que se le elevaba la temperatura, o la presión o las vibraciones o el consumo eléctrico.  Todo queda en registros históricos para un post-mortem de la situación.  Si el fallo ocurrió de forma súbita, también se pueden ver los registros históricos del proceso de degradación de un sistema o varios que llevaron a la falla en cuestión de segundos.

En un caso en Panamá donde se hizo la inversión en monitoreo de condiciones, se redujo el personal de mantenimiento de 14 técnicos a 9 simplemente por tener visibilidad de los valores de las instalaciones y hacer más eficientes sus movimientos internos.  Esto representa un ahorro de 35% en el rubro personal, que típicamente representa entre 60% y 80% del gasto total de una operación de mantenimiento.

De acuerdo con U.S. GAAP (Generally Accepted Accounting Principles), el tiempo de depreciación de una bomba de agua es de 10 años, el de un panel de detección de incendios es de 10 años y la de una planta eléctrica es de 15 años.  GAAP estima estos tiempos de vida del activo considerando que a los equipos se le dará un mantenimiento preventivo adecuado.  Con las condiciones de los equipos monitoreados constantemente, procesos dañinos son detectados en su infancia y pueden ser atendidos de manera temprana.  Esto disminuye considerablemente el desgaste en los equipos al evitar que se recalienten, operen sin lubricación, vibren mucho, operen fuera de sus parámetros.  Con menos desgaste y atención temprana, los equipos pueden durar hasta el doble de su tiempo de vida esperada.  Una vez depreciados en su totalidad, los equipos pueden seguir prestando servicio por otra mitad de sus vidas.  Esto reduce la necesidad de inversiones de sostenimiento de operaciones en al menos 50%.

Mantenimiento Predicitivo en Sistemas de Detección de Incendios

Los sistemas de detección de incendios (SDI) son diseñados para causar la menor cantidad de falsas alarmas posibles.  Tienden a ser sistemas muy robustos que, una vez instalados, no requieren de mayor mantenimiento salvo la atención a los detectores cada 5 años, prueba de la batería cada 6 meses y el reemplazo de la batería 1 vez al año.

NFPA 72, adoptado por Panamá desde el 2010, indica que un panel de SDI debe ser inspeccionado y probado cada 3 meses.  Sin embargo, si el panel cuenta con monitoreo remoto, esta inspección y prueba puede realizarse una vez al año.

Lo típico en Panamá es el contrato de mantenimiento preventivo con frecuencia mensual.  Para un edificio con mucha rotación de inquilinos, esta modalidad es muy buena dado que una vez instalado y certificado un SDI, la principal causa de averías (“troubles”) es abuso por parte de los inquilinos durante sus mudanzas o adecuaciones.  Es decir, que realmente, el proveedor de mantenimiento preventivo está inspeccionando el sistema mensualmente y por lo general genera costo adicional por el correctivo de cualquier avería.

Considerando lo anterior, 83% de la actividad preventiva consiste en inspección y la administración del edificio estaría asumiendo el costo de una visita mensual principalmente para detectar y corregir los abusos de los usuarios del edificio.

Con un sistema de monitoreo de condiciones, se puede supervisar constantemente el estado del panel del SDI y detectar al instante cualquier señal de avería (“trouble”).  Al recibir la señal, puede realizar la inspección necesaria para detectar al causante y atribuirle el costo de la normalización del sistema.  Asumiendo que un contrato de mantenimiento preventivo típico de un SDI cuesta $250 por mes, es decir $3,000 por año, con una estrategia basada en monitoreo de condiciones, se pudiera reducir el gasto a $500 por año, representando una reducción de 83%.

Mantenimiento Convencional vs Predictivo de una Planta Eléctrica

En el cuadro a continuación incluimos un extracto del manual de operación de la planta eléctrica Cummins tipo “PowerCommand”. Hemos resaltado la actividad de inspección y pruebas. 

Como podemos ver, sólo se requiere la intervención de un técnico certificado en plantas eléctricas para actividades que se recomiendan sean anuales o cuando la planta opere por más de 500 horas.  Lo anterior asume que no hay un sistema de monitoreo continuo de los parámetros de la planta eléctrica.

La principal necesidad de una intervención técnica a la planta eléctrica es el desgaste de los consumibles como baterías, aceite, refrigerante, filtros, correas y mangueras.  Si no conociéramos la condición de la viscosidad del aceite de motor, el tiempo efectivo de uso de las correas y demás consumibles, lo apropiado sería cambiarlos de manera preventiva cada año.

Bajo una estrategia de mantenimiento basado en condiciones, se puede instrumentar la planta eléctrica con sensores o como es el caso de la mayoría de las plantas modernas, se puede conectar al puerto de comunicación del panel de control para obtener los datos de casi toda la condición de una planta eléctrica.  El monitoreo de la batería nos dice cuándo la misma requiere cambio mientras todavía tiene la capacidad de cumplir con el arranque.  Las pruebas semanales se pueden hacer de manera automática y durante las mismas se captura una riqueza de datos como temperatura, presión de aceite, tiempo de uso, tiempo hasta la transferencia, entre otros.  Cada uno de estos valores nos dicen con precisión el estado de los consumibles.  Cuando alguno o varios de estos valores se salgan de un rango de control, entonces es necesario una intervención de un técnico para su debida atención antes que el generador pierda su capacidad de cumplir su función. 

En Panamá, dependiendo del área y debido a las frecuentes fluctuaciones de voltaje, una planta eléctrica típica se usa aproximadamente 44 horas al año incluyendo la prueba semanal de media hora.  Cuando ocurren racionamientos de energía por sequía el uso se pueden elevar a más de 652 horas. 

Una planta eléctrica bien monitoreada, con pocas horas de uso al año, pudiera disminuir su frecuencia de atención hasta año y medio sin requerir una visita preventiva.  Asimismo, una planta eléctrica con muchas horas de uso puede requerir atención antes de la siguiente visita programada y nos damos cuenta porque algún valor como la temperatura, la presión de aceite, el tiempo de transferencia, pérdida súbita de combustible u otro dato nos alerta que, pese a que el equipo está cumpliendo su función, necesita atención.

Lo más costoso de una planta eléctrica es que ante una pérdida de energía no arranque.  Cuando esto ocurre, la mayoría de las veces está relacionado con la batería o que el interruptor del panel de control no estaba en “AUTO”.  En ocasiones el incidente de energía se prolonga y no se cuenta con suficiente combustible.  Estos valores también se pueden supervisar con un sistema de monitoreo de condiciones.  Algunas señales que se pueden leer de una planta eléctrica son:

El costo de un servicio preventivo de mantenimiento a una planta eléctrica promedia $300 por mes dependiendo del tamaño de la misma determinada por su capacidad de carga.  Mientras más grande la planta eléctrica, más costosos son sus consumibles.  El reemplazo de todos sus filtros, aceites y correas puede costar, con mano de obra incluida, alrededor de $600.  Si aplicamos una estrategia de mantenimiento predictivo o basado en condiciones, sólo se requiere el gasto de consumibles cuando los  indicadores de los mismos empiezan salirse de su rango aceptable.  Esto podría tener un intervalo de hasta 18 meses.  Incluso la batería, que preventivamente se cambia una vez al año, pudiera prolongarse su reemplazo en la medida que se hagan las pruebas semanales y su respectivo monitoreo.  Lo anterior puede significar una reducción en gasto de 88% en el mantenimiento de una planta eléctrica típica.  En nuestro ejemplo, un gasto de $3,600 anual se redujo a $600 en 18 meses.

Es importante mencionar que la ausencia de una estrategia de mantenimiento preventivo o predictivo convierte la estrategia en meramente correctiva y ésta estrategia es la más costosa de las tres.  Operar una planta eléctrica sin reemplazarle los consumibles oportunamente puede causar que la misma no opere cuando se requiera y daños catastróficos a sus componentes internos.