Mover o reconfigurar una línea de producción puede perturbar un sistema complejo y finamente sincronizado. Cuando una línea, sistemas de distribución eléctrica, variadores de frecuencia (VFD), controladores lógicos programables (PLC), alumbrado, circuitos de comunicación, controles, sistemas de parada de emergencia y otros se mueven pueden sufrir cambios inesperados, que pueden ser fallas de mayor o menor gravedad. Estas fallas a nivel del equipo pueden, a su vez, causar fallas a nivel del sistema, como disparos inesperados de los sistemas de transporte, fallas en el sistema de comunicación de la planta, sobrecalentamiento de equipos y sistemas eléctricos no seguros y una gran cantidad de dolores de cabeza y períodos de inactividad.
Los problemas provocados por el movimiento pueden no ser inmediatamente visibles cuando la línea vuelve a ponerse en funcionamiento. De hecho, los síntomas de posibles problemas serios podrían aparecer mucho después de completar la instalación y la configuración. Estos problemas potenciales podrían salir de la nada:
- Los motores son ruidosos o se queman antes de tiempo
- Los equipos se apagan por motivos inciertos
- Los sensores y los detectores no funcionan correctamente
- Los operarios se quejan de problemas de ergonomía
Externalizar los trabajos eléctricos no es la panacea
Dado que los electricistas y demás personal de mantenimiento están normalmente muy ocupados con el funcionamiento de las instalaciones, los trabajos eléctricos para el desplazamiento de líneas de producción suelen externalizarse. Aunque normalmente se puede confiar en los contratistas eléctricos para el seguimiento de requisitos del Código Eléctrico Nacional (NEC) para todos los trabajos eléctricos que llevan a cabo, hay que tener en cuenta que el código no requiere que un contratista aborde muchos de los problemas menos evidentes y que no suelen tenerse en cuenta, como ocurre con las caídas de tensión, los armónicos y la interferencia electromagnética (EMI).
El trabajo del contratista es proporcionar una instalación eléctrica "fundamentalmente libre de peligros aunque no necesariamente eficiente, conveniente o adecuada para un buen servicio o la futura expansión de uso eléctrico", según el Artículo 90 del NEC. A menos que haya acordado cláusulas contractuales para la ampliación de conductores, el uso de cables específicamente diseñados para VFD cuando sea necesario y casos similares, no debería confiar en su contratista eléctrico para anticipar y resolver muchos de los problemas más sutiles que puedan surgir, o para planear el control futuro y la mejoría u otros asuntos del equipo.
¿Qué hay que hacer?
Muchas de las cosas que se deben hacer cuando se mueve o se reconfigura una línea de producción son evidentes. Usted debe:
- crear un diseño nuevo
- programar y coordinar cada paso del proceso
- calcular costos
- desconectar, desplazar y volver a colocar los equipos
- redirigir el cableado
- volver a instalar y a conectar los equipos
- iniciar, comprobar y solucionar problemas de la línea reconfigurada
A continuación, encontrará algunos requisitos menos evidentes para una configuración nueva o reajustada:
- Encuentre y corrija cualquier problema de interferencia electromagnética
- Reemplace los equipos desgastados o anticuados y renueve los equipos donde se considere necesario
- Asegúrese de que los sistemas motores suministran potencia libre de armónicos con una tensión correcta tras el desplazamiento
Lista de comprobación de un sistema eléctrico en nueve pasos para desplazar una línea de producción
Cuando los ingenieros están ocupados en la preparación y la operación de la línea de producción, el gestor de proyectos se centra en cumplir los plazos y el mantenimiento se encarga de que el resto de máquinas de la planta siga funcionando, ¿cómo garantizar que la nueva instalación eléctrica funcione de forma correcta y segura cuando se vuelva a conectar? ¿Cómo asegurarse de que se han realizado los reemplazos y renovaciones? Pruebe usando una lista de comprobación. Esta puede servir como mapa, como un acuerdo sobre qué hay que hacer (cuándo y cómo), y como mnemotécnica para asegurarse de que todo se lleva a cabo.
Como mínimo, la lista de comprobación debería abordar:
- seguridad
- calidad eléctrica
- caída y desequilibrio de tensión
- Preocupaciones relacionadas con el VFD
- conexión a tierra
- cableado eléctrico y de control
- otros asuntos concretos de su industria, procesos, objetivos y requisitos
Puede usar la siguiente lista de comprobación de nueve pasos como punto de partida para ayudar a desplazar su línea de producción, para hacer un seguimiento de ello, para ver las oportunidades de reemplazo y renovación y para ayudar a resolver problemas cuando se realiza el desplazamiento.
1. Establezca referencias para una línea de producción existente.
2. Revise los planos eléctricos y diseños propuestos para la nueva línea de producción.
- Asegúrese de que los planes cumplen los estándares de energía
- Verifique que se coordinan los esfuerzos de todos los participantes del proyecto
3. Calcule las caídas de tensión esperadas.
- Limite la caída de tensión al 3 % en el equipo más alejado
- Limite la caída de tensión al 5 % para alimentadores combinados y circuitos derivados
El NEC recomienda una caída de tensión que no supere el 3 % desde el último fusible o disyuntor en el suministro hasta el equipo más alejado de él. Es posible que los equipos no funcionen por debajo de la tensión para la que se diseñaron: los ordenadores podrían bloquearse, los equipos electrónicos y controles podrían mostrar falsas alarmas o fallar por completo, y los motores podrían sobrecalentarse y fallar mucho antes de alcanzar los 20 años de vida útil esperados.
Si piensa que un circuito derivado podría tener más del 3 % de caída de tensión recomendada, considere aumentar el tamaño de los conductores. Aunque el uso de cables más largos costará más, el costo estará más que compensado por la reducción de los tiempos de inactividad. Recuerde que aumentar el tamaño de los conductores podría requerir aumentar también el de los conductos. No se olvide de comprobar las tablas aplicables del NEC:
El NEC recomienda que un alimentador combinado y un circuito derivado no debería tener una caída de tensión mayor del 5 %.
4. Asegúrese de tener el cableado correcto entre los VFD y los motores.
- Verifique que las recomendaciones de los fabricantes sobre el cableado de salida y las longitudes de los VFD se han cumplido
- Utilice el cableado recomendado y añada reactores de carga en las salidas de los VFD según se necesite
- Minimice la interferencia electromagnética en las comunicaciones y los circuitos de control
- Conecte correctamente a tierra todos los sistemas y equipos
- Haga funcionar los cables de salida de los VFD y todos los cables de control en conductos separados
- Mantenga los cables de los VFD al menos a treinta centímetros de distancia de los circuitos de control blindados y a casi un metro de los no blindados
- Si los cables de corriente y los de control de los VFD tienen que cruzarse, crúcelos en los ángulos correctos
5. Evalúe los equipos para renovaciones y reemplazos.
- Las nuevas tecnologías pueden estar disponibles para mejorar la productividad y reducir los costos energéticos. Como regla, cuando sea necesario reemplazar los bienes de equipo, adquiera un modelo más eficiente.
- Las mejoras que aumentan la seguridad del trabajador, la comodidad y el entorno general de trabajo producen, a menudo, una mayor productividad y satisfacción de los trabajadores.
- Uno de los mayores problemas de las líneas de producción automatizadas son las pequeñas fallas de corriente que pueden dañar los PLC, por lo que debe considerar añadirles protección.
- El hecho de añadir VFD para controlar bombas centrífugas y ventiladores puede suponer un gran ahorro de dinero. Por ejemplo, a 9 centavos por kilovatio hora, reducir la velocidad de un motor de 25 CV de 1,800 rpm a 900 rpm reduce el costo de funcionamiento por hora de $ 1.68 a $ 0.21, una reducción del costo de más del 80 %.
- El desplazamiento de una línea de producción puede ser también un buen momento para renovar el sistema de iluminación. Reemplazar los antiguos dispositivos de iluminación fluorescente T-12 y las lámparas de descarga de alta intensidad por los nuevos fluorescentes T-5 y T-8 reduce los costos de iluminación de manera significativa. Considere el cambio a iluminación LED donde sea conveniente.
6. Una vez completado el desplazamiento, compruebe todos los circuitos de seguridad y paradas de emergencia.
- Verifique que los circuitos de seguridad y las paradas de emergencia se hayan instalado como se especifica en los diseños eléctricos
- Verifique el correcto funcionamiento de cada circuito como parte de la puesta en marcha de la línea de producción
7. Verifique las tomas de tierra para garantizar la seguridad, el cumplimiento de códigos y la reducción del ruido eléctrico.
- Malas comunicaciones, como cuando el ruido afecta a la función de una señal de lazo de control 4-20 mA
- Paradas esporádicas
- Comunicaciones intermitentes
- PLC que se resetean de forma aparentemente aleatoria
- Activación de dispositivos de toma de tierra
- Aumento y descenso del nivel de suministro de 5 voltios en equipos sensibles
8. Realice un análisis de calidad eléctrica después de la instalación para identificar problemas potenciales y establecer registros de referencia para el programa de mantenimiento eléctrico.
8.9. Compruebe la línea para un funcionamiento correcto.
Tome lecturas de corriente y de tensión claves en los tableros y otros puntos de alimentación mientras siga en funcionamiento la línea existente. Una vez completado el desplazamiento, puede comparar las lecturas previas con las tomadas después del mismo para validar la nueva configuración y para solucionar problemas si fuese necesario.
Mientras toma las medidas, busque cualquier circuito que esté al límite o a punto de estarlo, para añadir capacidad a la línea nueva o rediseñarla, según sea necesario.
Aunque resulta útil tomar lecturas de corriente y de tensión claves antes del desplazamiento, hacer un análisis de calidad eléctrica es aún mejor, ya que le proporciona una imagen completa del estado del sistema eléctrico, incluyendo armónicos, fluctuaciones de tensión y otros problemas. Cuando tome las lecturas de corriente y de tensión, busque problemas existentes en el análisis de calidad eléctrica inicial para corregirlos en el nuevo diseño.
Ya sea que elija tomar lecturas claves o realizar un análisis completo de la calidad eléctrica, asegúrese de buscar desequilibrios de tensión en los tableros porque pueden provocar que los transformadores trifásicos y los motores se sobrecalienten. Puede usar un multímetro digital portátil (DMM) o un analizador de calidad eléctrica para comprobar las variaciones entre las tensiones de las fases en un sistema trifásico. Al usar un DMM, cualquier lectura de tensión de una fase que se desvíe más de un 1 o 2 % del valor promedio merece la acción correctiva. Los analizadores de calidad eléctrica proporcionan un análisis más detallado. La solución para las tensiones desequilibradas es distribuir cargas monofásicas de forma uniforme por las tres fases en tableros y conmutadores.
Una vez tenga las medidas de referencia, revise los planos eléctricos y los diseños propuestos de la nueva línea de producción para asegurarse de que no hay lugar a más mejoras y de que cumplen lo que se busca.
Calcule las caídas de tensión esperadas en aquellos circuitos cuya longitud esté aumentando o a los que les esté añadiendo cargas.
Los variadores de frecuencia (VFD) son los variadores de velocidad ajustable más comunes en las plantas. Dado que la salida de un VFD consiste en una serie de pulsos de tensión muy pronunciados (más que las ondas sinusoidales lisas de 50 o 60 hercios), debe tener muy en cuenta la longitud y el tipo de cable que conecta la unidad con el motor, además de garantizar que se haya instalado correctamente el cableado. De lo contrario, se pueden producir ondas reflejadas peligrosas y destructivas en el cable (figura 1). Las ondas reflejadas pueden provocar que aparezcan tensiones más altas en los terminales del motor (llegando hasta 2000 voltios en un motor de 480 voltios. El aumento de esta tensión es un riesgo para la seguridad, afecta al aislamiento del motor, acorta la vida del motor y puede causar la falla inmediata del mismo.
Si sus VFD se configuraron originalmente por un especialista en variadores (como podría ser un representante del fabricante), puede que haya tenido pocos o ningún problema con estos. Sin embargo, los cambios en esa configuración (especialmente en el cableado) puede introducir ondas reflejadas.
Tras el desplazamiento
La instalación o reinstalación de todos los circuitos de seguridad requeridos y paradas de emergencia y la verificación de que funcionan correctamente se encuentran entre las tareas a completar más importantes cuando se desplaza o se reconfigura una línea. Asegúrese de entender y cumplir con los requisitos de las agencias reguladoras (por ejemplo, OSHA y NFPA en Estados Unidos), como hacer sonar advertencias antes de que los transportadores se pongan en marcha, y contar con paradas de emergencia en las zonas de los operarios y puntos de reinicio de emergencia del circuito. Los PLC deben desconectar las salidas cuando se acciona una parada de emergencia y los motores deben apagarse si un PLC se desconecta.
La conexión a tierra es algo que se debe considerar cuando se reubican equipos eléctricos (tanto que es una de las primeras cosas que se deben comprobar al solucionar problemas tras el desplazamiento de una línea). Se necesita una puesta a tierra apropiada no solo por seguridad y para cumplir con los requisitos del código eléctrico, sino también porque puede reducir los efectos del ruido eléctrico. El ruido eléctrico es cualquier energía eléctrica no deseada en un circuito eléctrico o electrónico. La forma más sencilla de detectar el ruido eléctrico es utilizando un osciloscopio (figura 2). El ruido puede hacer que los equipos funcionen de una forma inesperada o no óptima. Por ejemplo, un VFD conectado a un motor con un cable no blindado puede provocar que aparezca ruido eléctrico de 80 voltios o más cerca de este en cables de comunicación no blindados y 10 voltios o más cerca de cables blindados. El ruido eléctrico puede implicar problemas de funcionamiento en la planta, los cuales podrían aparecer de las siguientes formas durante la puesta en marcha de la nueva línea de producción:
El análisis de calidad eléctrica le proporciona una visión completa del estado del sistema eléctrico, donde se incluyen armónicos, fluctuaciones de tensión y otros problemas. Aunque tomar lecturas claves de corriente y de tensión es útil, llevar a cabo un análisis de la calidad eléctrica es aún mejor. Las lecturas de referencia son recursos valiosos para establecer o mantener un programa de mantenimiento predictivo efectivo, si así lo desea.
Antes de reanudar la producción, compruebe la línea minuciosamente para un funcionamiento correcto. Este es un buen momento para traer a los operarios de la línea y escuchar sus opiniones. Asegúrese de que todo el personal que estuvo implicado en el desplazamiento de la línea esté presente en el momento de reiniciarla, de forma que puedan ayudar en la solución de problemas y en los ajustes finales.