UNIVERSIDAD CENTROAMERICANA JOSÉ SIMEÓN CAÑAS UNIVERSIDAD DON BOSCO PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN DE RCM EN SISTEMA DE SEPARACIÓN Y REINYECCIÓN DE AGUA EN UNA CENTRAL GEOTÉRMICA DE EL SALVADOR TRABAJO DE GRADUACIÓN PREPARADO PARA EL DECANATO DE POSTGRADOS UCA. Y FACULTAD DE INGENIERÍAS UDB PARA OPTAR AL GRADO DE: MAESTRO EN GERENCIA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL POR: OSCAR RAFAEL FIGUEROA CÓBAR JOSÉ ALBERTO FLORES SOTO JAIME MIGUEL VARGAS MIRANDA ASESOR: DR. MARC GARDELLA GONZÁLEZ ANTIGUO CUSCATLÁN, EL SALVADOR, C.A. AGOSTO 2020 Página intencionalmente en blanco 2 RECTORES: ANDREU OLIVA DE LA ESPERANZA, S.J. MARIO RAFAEL OLMOS ARGUETA, SDB. SECRETARIAS GENERALES: SILVIA ELINOR AZUCENA DE FERNÁNDEZ YESENIA XIOMARA MARTÍNEZ OVIEDO DECANA DE POSTGRADO UCA: NELLY ARELY CHÉVEZ REYNOSA VICERRECTOR DE POSTGRADO: HERBERT HUMBERTO BELLOSO FUNES DIRECTORES DE LA MAESTRÍA EN GERENCIA DE MANTENIMIENTO INDUSTRIAL: LAURA ORELLANA UCA JOSÉ LUIS MARTÍNEZ UDB 3 Agradecimientos A mí amada madre Evelyn Claribel Soto, por el inmenso amor que me ha dado siempre, por el apoyo que me ha brindado en cada etapa de mi vida hasta el día de hoy, por tener palabras de aliento y siempre creer en mí. A mis queridas tías Irma Angélica Soto y Ana del Carmen Soto que han estado conmigo desde siempre, con plena confianza en que lograría alcanzar mis metas, con palabras de aliento a cada momento y su incondicional cariño. Al Dr. Carlos Rodríguez Soto, hermano y amigo que ha sido mi consejero y guía durante tantos años. A la Inga. Lucy Tejada, por cada palabra y consejo durante el desarrollo académico y metas propuestas. A mis compañeros de este trabajo y amigos Ing. Oscar Figueroa e Ing. Jaime Vargas, por confiar en que seríamos un equipo donde fortaleceríamos tanto los lazos de amistad como aprendizaje. Al Dr. Marc Gardella, asesor incansable durante largas jornadas, sin sus consejos y guía no hubiese sido posible la culminación de este estudio. Excelente profesional con vasta experiencia y conocimientos que no escatimó en ningún momento compartirlos con nuestro equipo. Y a la vida misma, por la serie de acontecimientos que me han permitido llegar a este punto de aprendizaje y desarrollo personal. “Tienes poder en tu mente, no fuera. Sé consciente de esto y encontrarás la fuerza” Marco Aurelio José Alberto Flores Soto 4 A mi amada esposa, Adriana, ejemplo de amistad y dedicación, que con todo tu amor y apoyo me das las fuerzas para permanecer constante y superar cada uno de los retos que surgen en la vida. A mi madre, profesional dedicado a su familia, con tu guía constante, esfuerzo y consejos has logrado formar las bases sobre las que edifico mi futuro. A mis hermanas y abuelos que con sus palabras de ánimo y compañía me recuerdan del cariño que entre nosotros existe. A mis compañeros de tesis, Oscar y Alberto, ejemplos de profesionalismo y perseverancia, por su amistad y esfuerzo al desarrollar este documento. Al Dr. Gardella, profesional de vastos conocimientos y experiencia, por su paciencia e increíble esfuerzo para contestar todas nuestras dudas de manera oportuna. A Luis y Lourdes, por valiosas e instruidas opiniones que ayudaron a dar forma a este documento. A Kendall, Court, Laura, Melissa y todos los miembros de la Iglesia Presbiteriana de Myers Park, voluntarios con los que he tenido el placer de compartir arduas jornadas de trabajo, amigos a través de la distancia que demuestran su cariño y apoyo. A todos mis amigos, nacionales e internacionales, por estar siempre conmigo en los buenos y malos momentos. A mi padre, Jaime Nicolás, por dar tu vida para formar mi futuro. Siempre te llevo en mis recuerdos. A todos, Muchas gracias. Jaime Miguel Vargas Miranda 5 Me gustaría extender un sincero agradecimiento a: Dios, María Santísima Auxiliadora y Don Bosco, por colocar en mi camino a las personas correctas que me animaron y acompañaron en este caminar. A mi familia, José Rafael Figueroa y Ana María Cóbar de Figueroa mis padres, y a mis hermanas Ana Cristina y Ana María que siempre estuvieron allí para ayudarme y que nunca desistieron en el ánimo que trasmitieron a largo de este tiempo. A mis compañeros de trabajo, Jaime Vargas y Alberto Soto, que considero parte de mi familia Al Dr. Gardella, que a pesar de la distancia que nos separaba siempre estuvo muy cerca de nuestras dudas y avances; y principalmente porque no dudo en ningún momento en entregar su conocimiento y experiencia en pro de este documento. Y a todas las demás personas que de una u otra forma me apoyaron y/o animaron a seguir adelante en este proceso que culmina con la presentación de este documento. De corazón muchas gracias. Oscar Rafael Figueroa Cóbar 6 Resumen Como parte del proceso de generación eléctrica a base de recursos geotérmicos, el agua resultante debe ser evacuada de la Central Geotérmica para ser dispuesta en un campo de reinyección. Este proceso es conocido como reinyección de agua geotérmica y contribuye a la sostenibilidad del reservorio geotérmico. El sistema de reinyección estudiado consta de más de 600 equipos con características y criticidades diferentes. En este documento se evaluaron estos dispositivos para determinar cuáles son los más críticos en la reinyección y el resultado fue de cuatro bombas centrifugas horizontales con diseño operativo idéntico. El análisis de plan de mantenimiento basado en confiabilidad (RCM) fue aplicado a una bomba centrífuga y divido en cuatro secciones principales: plan de mantenimiento predictivo, mantenimiento preventivo por inspección, mantenimiento preventivo por actuación planificada y rediseño/mejora. El costo del plan de mantenimiento actual para el sistema de bombeo en estudio asciende a una cantidad de $560,999.86 por año. La implementación del plan de mantenimiento basado en confiabilidad RCM propuesta en este documento, tendría un costo anual de $404,911.02 que equivale a 27.8% menos en comparación con el plan actual; además, tiene un total de ahorro estimado de $147,462.54, posterior a la implementación del plan. Abstract As part of the power generation process based on geothermal resources, the resulting water must be evacuated from the Geothermal Power Plant to be disposed in a reinjection field. This process is known as geothermal water reinjection and contribute to the sustainability of the geothermal reservoir. The studied reinjection system has over 600 pieces of equipment with different characteristics and criticality ratings. This document evaluates these devices to determine which the most important ones in the reinjection process are; the results are the four horizontal centrifugal pumps that have identical operational design. One pump was analyzed using Reliability Centered Maintenance (RCM) and a plan was created, dividing it in four main sections: predictive maintenance, inspection focused preventive maintenance, preventive maintenance by scheduled tasks and redesign/improvement. The current maintenance costs for the pumping system are of $560,999.86 every year. The RCM based maintenance plan proposed in this document would cost $404,911.02 annually that corresponds to a reduction of 27.8% when compared to the current plan. In addition, this plan includes other savings of about $147,462.54 after the implementation of the new plan. 7 Índice de Contenido Introducción ................................................................................................................................................ 16 Estado actual del problema .......................................................................................................................... 17 Justificación ................................................................................................................................................. 18 Objetivos ..................................................................................................................................................... 19 Objetivo General ..................................................................................................................................... 19 Objetivos Específicos .............................................................................................................................. 19 1. Marco Teórico .................................................................................................................................... 20 1.1. Generación de Energía Eléctrica a base de Recursos Geotérmicos ............................................. 20 1.2. Funcionamiento de Central Geotérmica ...................................................................................... 22 1.2.1. Reinyección de agua geotérmica ......................................................................................... 24 1.2.2. Sistema de reinyección de agua geotérmica ........................................................................ 25 1.3. Conceptos RCM .......................................................................................................................... 27 1.3.1. Desarrollo histórico ............................................................................................................. 27 1.3.2. Conceptos básicos de RCM ................................................................................................. 28 Funciones y parámetros funcionales .............................................................................................. 29 Fallas funcionales ........................................................................................................................... 29 Modos de falla ................................................................................................................................ 29 Efectos de la falla ........................................................................................................................... 29 Consecuencias de la falla ............................................................................................................... 29 Técnicas del manejo de fallas ......................................................................................................... 30 Tareas proactivas ............................................................................................................................ 30 Acciones a falta de ......................................................................................................................... 32 Proceso de selección de tareas........................................................................................................ 32 1.3.3. Conceptos de trabajo ........................................................................................................... 33 AMFEC .......................................................................................................................................... 33 Modelo de evaluación de riesgos ................................................................................................... 33 Costos de mantenimiento ............................................................................................................... 33 2. Metodología de Investigación............................................................................................................. 34 2.1. Investigación de campo ............................................................................................................... 34 2.2. Recopilación y análisis de información ....................................................................................... 35 3. Resultados ........................................................................................................................................... 36 3.1. Priorización de equipos y modos de fallas .................................................................................. 36 3.1.1. Análisis de Criticidad de Equipos e Instrumentos ............................................................... 36 Frecuencia de Fallos ....................................................................................................................... 36 8 Consecuencias ................................................................................................................................ 36 Impacto de seguridad y salud ...................................................................................................... 36 Impacto de medio ambiente ........................................................................................................ 36 Impacto producción y/o costo de mantenimiento ........................................................................ 37 3.1.2. AMFEC de equipos e instrumentos críticos. ....................................................................... 42 Clasificación de valoración de riesgo ............................................................................................. 42 Gravedad ..................................................................................................................................... 42 Frecuencia de fallos ..................................................................................................................... 43 Detectabilidad .............................................................................................................................. 43 Cálculo de Número de Ponderación de Riesgo ........................................................................... 44 3.2. Creación de planes de mantenimiento ......................................................................................... 46 3.2.1. Tareas de mantenimiento ..................................................................................................... 46 Tareas de mantenimiento correctivo .............................................................................................. 46 Tareas de mantenimiento preventivo ............................................................................................. 46 Tareas de mantenimiento basado en condición .............................................................................. 46 3.2.2. Matriz de decisiones de mantenimiento .............................................................................. 47 3.2.3. Planes de Mantenimiento .................................................................................................... 49 Plan de Mantenimiento Predictivo ................................................................................................. 49 Plan de Mantenimiento Preventivo por Inspección ........................................................................ 51 Plan de Mantenimiento Preventivo por Actuación Planificada ...................................................... 53 Rediseño / Mejora .......................................................................................................................... 55 3.3. Cálculo de costos asociados. ....................................................................................................... 56 3.3.1. Costos de mano de obra ....................................................................................................... 56 3.3.2. Costos de planes de mantenimiento .................................................................................... 57 Costo de plan de Mantenimiento Predictivo .................................................................................. 57 Costo de plan de Mantenimiento Preventivo por Inspección ......................................................... 62 Costo de plan de Mantenimiento Preventivo por Acción Planificada ............................................ 67 Costo Rediseño / Mejora ................................................................................................................ 73 3.3.3. Costo total de la implementación ........................................................................................ 75 4. Beneficios esperados .......................................................................................................................... 77 4.1. Beneficios económicos ................................................................................................................ 77 4.1.1. Costo de plan de mantenimiento actual ............................................................................... 77 4.1.2. Reducción de costos ............................................................................................................ 80 4.1.3. Ahorros en mantenimiento .................................................................................................. 80 4.1.4. Indicador de Costes: Costes de Indisponibilidad por Fallos (CIF) ...................................... 81 4.2. Reducción del riesgo operacional ................................................................................................ 83 4.2.1. Estudio de caso falla catastrófica ........................................................................................ 83 9 5. Conclusiones ....................................................................................................................................... 85 6. Recomendaciones ............................................................................................................................... 87 7. Referencias ......................................................................................................................................... 88 8. Bibliografía ......................................................................................................................................... 89 9. Anexos ................................................................................................................................................ 90 9.1. Anexo 1: AMFEC ....................................................................................................................... 91 9.2. Anexo 2: Matriz de decisiones .................................................................................................... 98 9.3. Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo ..................................................... 104 9.4. Anexo 4: Cronograma de mantenimiento predictivo ................................................................ 108 9.5. Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección ............................ 111 9.6. Anexo 6: Cronograma de mantenimiento preventivo por inspección ....................................... 116 9.7. Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada ........... 119 9.8. Anexo 8: Cronograma de mantenimiento preventivo por acción planificada ........................... 132 9.9. Anexo 9: Costo Administrativo de creación de plan RCM ....................................................... 137 9.10. Anexo 10: Costo de plan de rediseño/mejora ........................................................................ 138 9.11. Anexo 11: Plan de mantenimiento actual .............................................................................. 139 9.12. Anexo 12: Calculo de CIF ..................................................................................................... 141 10 Índice de Figuras Figura 1: Separador ciclónico en pozo productor (DiPippo, 2016) ............................................................. 20 Figura 2: Tuberías de acarreo en campo (GNS Science, 2015)................................................................... 21 Figura 3: Diagrama esquemático de Central Geotérmica “Double Flash” (Clarke & McLeskey Jr, 2013) 22 Figura 4: Elementos que constituyen el sistema de reinyección (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) ........... 25 Figura 5: Imagen de referencia de un diseño preliminar para una estación de bombeo circa 2004 (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) ................................................................................................................................. 26 Figura 6: Árbol de decisiones RCM (Moubray, 2004) ................................................................................ 28 Figura 7: Patrones de falla RCM (Moubray, 2004) ..................................................................................... 30 11 Índice de tablas Tabla 1. Modos de falla (Moubray, 2004) ................................................................................................... 31 Tabla 2. Parámetros de evaluación criticidad .............................................................................................. 38 Tabla 3: Extracto de volumen de equipos (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) ............................................. 38 Tabla 4: Análisis de criticidad de equipos involucrados en la reinyección de agua en la Central Geotérmica ..................................................................................................................................................................... 40 Tabla 5. Extracto de evaluación de criticidad. ............................................................................................ 41 Tabla 6. Clasificación de gravedad según valoración de riesgo (Gardella, 2011) ...................................... 42 Tabla 7. Clasificación de frecuencia de fallos según valoración de riesgo (Gardella, 2011) ...................... 43 Tabla 8. Clasificación de detectabilidad según valoración de riesgo (Gardella, 2011) ............................... 43 Tabla 9. Hoja AMFEC (Gardella, 2019) ..................................................................................................... 44 Tabla 10. Clasificación de AMFEC para función contener agua geotérmica en la bomba centrifuga (Anexo 1: AMFEC) .................................................................................................................................................. 45 Tabla 11. Clasificación completa de AMFEC (Anexo 1: AMFEC) ............................................................ 45 Tabla 12. Extracto de Matriz de decisiones para equipo crítico (motor-bomba) (Anexo 2: Matriz de decisiones) ................................................................................................................................................... 47 Tabla 13. Matriz de decisiones para dos modos de fallos similares con diferentes NPR (Anexo 2: Matriz de decisiones) ................................................................................................................................................... 48 Tabla 14. Técnicas de mantenimiento predictivo a utilizar (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) .................. 49 Tabla 15. Extracto de plan de mantenimiento predictivo (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo) ................................................................................................................................................... 49 Tabla 16. Técnicas de mantenimiento preventivo por inspección a utilizar (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ................................................................................................. 51 Tabla 17. Extracto de plan de mantenimiento preventivo por inspección (Anexo 6: Cronograma de mantenimiento preventivo por inspección) ................................................................................................. 51 Tabla 18: Técnicas de Mantenimiento Preventivo por Actuación Planificada (Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada)............................................................................ 53 Tabla 19: Extracto de plan de mantenimiento preventivo por actuación planificada (Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada) .......................................................... 54 Tabla 20: Matriz de decisiones para rediseño/mejora (Anexo 2: Matriz de decisiones) ............................. 55 12 Tabla 21. Costo de mano de obra en Central Geotérmica * ........................................................................ 56 Tabla 22. Técnicas a utilizar en el mantenimiento predictivo (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo) .......................................................................................................................... 57 Tabla 23. Tiempo estimado de aplicación de técnica predictiva “medición de aislamiento de devanado” (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo ...................................................................... 57 Tabla 24. Resumen de costos de mano de obra de cada técnica de mantenimiento predictivo (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo)................................................................................................ 58 Tabla 25. Costo de utilización de instrumento para medición de aislamiento de devanado (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo)................................................................................................ 59 Tabla 26. Costo de utilización de instrumento (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo) ..................................................................................................................................................................... 59 Tabla 27. Costo de realización de las técnicas de mantenimiento predictivo (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo) ...................................................................................................................... 60 Tabla 28. Extracto de plan de mantenimiento predictivo (Anexo 4: Cronograma de mantenimiento predictivo) ................................................................................................................................................... 60 Tabla 29. Resumen de costo anual de implementación de plan de mantenimiento predictivo (Anexo 3: Costo de aplicación de mantenimiento predictivo)................................................................................................ 61 Tabla 30. Técnicas a utilizar en el mantenimiento preventivo por inspección (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ............................................................................................ 62 Tabla 31. Tiempo estimado de aplicación de técnica preventivo por inspección “medición de aislamiento de devanado” (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ......................... 62 Tabla 32. Resumen de costos de mano de obra de cada técnica de mantenimiento preventivo por inspección (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ........................................... 63 Tabla 33. Costo de utilización de instrumento para medición de corriente de fases (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ........................................................................... 64 Tabla 34. Costo de utilización de instrumento (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ............................................................................................................................................ 64 Tabla 35. Costo de realización de las técnicas de mantenimiento preventivo por inspección (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ...................................................................... 65 Tabla 36. Extracto de plan de mantenimiento predictivo (Anexo 6: Cronograma de mantenimiento preventivo por inspección) .......................................................................................................................... 65 Tabla 37. Resumen de costo anual de implementación de plan de mantenimiento preventivo (Anexo 5: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por inspección) ...................................................................... 65 Tabla 38: Herramientas a usar en el Mantenimiento por Acción Planificada (Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada)............................................................................ 67 13 Tabla 39: Tiempo estimado de aplicación de técnica preventiva por actuación planificada “Cambio de aspas” (Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada) .......................... 68 Tabla 40: Resumen de costos de mano de obra de cada técnica de mantenimiento preventivo por inspección (Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada) .......................... 69 Tabla 41: Costo de implementación de técnica preventiva “cambio de aspas" (Anexo 8: Cronograma de mantenimiento preventivo por acción planificada) ..................................................................................... 70 Tabla 42: Costo de repuestos (Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada) .................................................................................................................................................. 70 Tabla 43: Resumen de costo anual de implementación de plan de mantenimiento preventivo (Anexo 7: Costo de aplicación de mantenimiento preventivo por actuación planificada) ..................................................... 71 Tabla 44. Extracto de costos de rediseño/mejora (Anexo 10: Costo de plan de rediseño/mejora) ............. 73 Tabla 45: Costo plan RCM (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) ................................................................... 75 Tabla 46. Extracto de plan de mantenimiento actual (Anexo 11: Plan de mantenimiento actual) .............. 77 Tabla 47. Costo de mantenimiento actual según categoría y porcentaje esperado de mejora (Anexo 11: Plan de mantenimiento actual) ............................................................................................................................ 78 Tabla 48. Ahorro energético por mejora de alineación (Anexo 11: Plan de mantenimiento actual) ........... 78 Tabla 49: Proyección de ahorros de plan de Mantenimiento ...................................................................... 80 Tabla 50: Extracto de análisis de indicador CIF para fallas funcionales con NPR mayor a 100 (Anexo 12: Calculo de CIF) ........................................................................................................................................... 82 Tabla 51: Costos de falla (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019)....................................................................... 83 Tabla 52: Descripción de costos de falla (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) .............................................. 84 Tabla 53. Resultados del análisis de criticidad ............................................................................................ 85 14 Siglas AMFEC Análisis de Modos de Fallos Efectos y Consecuencias ASTM American Society for Testing and Materials (Sociedad Americana para Pruebas y Materiales) CG Central Geotérmica CD – CDM Costos directos de corrección por fallos por hora = $/hora (incluye los costes de materiales y mano de obra) CP – CPE Costes penalización por hora = $/ hora (incluye los costes de oportunidad provocados por los eventos de fallos CIF Costes de indisponibilidad por fallos, unidad: dinero/tiempo ISSS Instituto Salvadoreño del Seguro Social FF Frecuencia de fallos = fallos/mes, fallos/año, etc. MP Mantenimiento Preventivo MDT Tiempo promedio fuera de servicio = horas/falla NPR Número de Ponderación del Riesgo NPSH Net Positive Suction Head (Altura Neta Positiva en la Aspiración) PZP Pozos Productores de Vapor Geotérmico PZR Pozos Reinyectores agua geotérmica RCM Reliability Centered Maintenance (Mantenimiento Centrado en Confiabilidad) RT Reinyección Total SB Sistema de Bombeo 15 Glosario de Términos Confiabilidad Es la probabilidad de que un equipo cumpla la misión específica bajo condiciones de uso determinadas en un periodo determinado. Flashers Es un equipo que tiene como propósito separar las fases de un fluido geotérmico en vapor y agua. Convencionalmente utilizado en el “Doble Flasheo” para aprovechar el agua resultante de la primera separación. Fútil Que carece de importancia o interés por su falta de fundamento. Iteración Repetir varias veces un proceso con la intención de alcanzar una meta deseada, objetivo o resultado. Matriz de criticidad Es una herramienta que ayuda a las empresas y sus centrales a evaluar el nivel de criticidad de un determinado riesgo. A menudo resulta de una voluntad de controlar los fallos potenciales, anticiparlos y eliminarlos. Merma Bajar o disminuirse una cosa, o consumirse naturalmente una parte de ella. Reservorio Geotérmico Acuífero confinado (depósito de agua) almacenado y limitado por una capa sello, impermeable, que conserva el calor y la presión. 16 Introducción Como parte del proceso de generación de energía eléctrica a base de recursos geotérmicos, la disposición de las aguas resultantes es un elemento de suma importancia operativa, tanto para la central geotérmica como para la sostenibilidad del reservorio geotérmico. El sistema de reinyección de agua geotérmica tiene como objetivo principal disponer el agua resultante del proceso de generación de energía eléctrica en el subsuelo y a la vez contribuir a la sostenibilidad del reservorio geotérmico. En el sistema están involucradas una cantidad cercana a 700 equipos. Inicialmente se desarrolló un análisis de criticidad para identificar los equipos más críticos en el sistema y comenzar el desarrollo de un plan de mantenimiento basado en confiabilidad para ellos, seguido de un Análisis de Modos de Fallos Efectos y Consecuencias (AMFEC) y una Matriz de Decisiones, elementos fundamentales para la estructuración del plan de mantenimiento (RCM). Posteriormente las acciones a tomar se dividen en 4 apartados; “Mantenimiento Predictivo”, “Mantenimiento Preventivo por Inspección, “Mantenimiento Preventivo Planificado” y “Rediseño y Mejoras”. Cada uno desarrollado con el propósito de prevenir las fallas funcionales de los equipos catalogados con “Muy Alta Criticidad”, resultando un cronograma de aplicación de técnicas de mantenimiento. Para cada uno de estos apartados se estimaron los costos correspondientes a la implementación con base en hipótesis y experiencias de industrias con rubros similares, desarrollando así, el costo total de la implementación del plan de mantenimiento RCM, que contribuya a aumentar la disponibilidad del sistema y que reduzca la frecuencia de fallas. Seguido de una estimación del costo total actual de mantenimiento para los equipos con más alta criticidad, los ahorros esperados posterior a la implementación del RCM y la evaluación de un escenario que involucre una evaluación de riesgos. Finalmente, conclusiones referentes al estudio de sistema de reinyección y las recomendaciones correspondientes se encuentran al final del documento. 17 Estado actual del problema Las características operativas en una Central Geotérmica (CG) dependen mayormente del comportamiento termodinámico y la capacidad del campo, por lo tanto, cambios climáticos como las épocas lluviosa o seca no representan una afectación directa a la generación. La operación de una CG convencionalmente es de 24 horas al día los 365 días del año, excepto en mantenimientos mayores programados y no programados, por lo anterior, el factor de planta es considerablemente alto, mayor al 95%, en comparación a otras fuentes de energía eléctrica a base de recursos renovables. Lo descrito anteriormente muestra la continuidad del trabajo que tiene los equipos de la CG, lo que provoca desgaste y aumenta las probabilidades de fallas; por lo tanto, uno de los propósitos es determinar la situación operativa actual del sistema de reinyección, encargado de disponer toda el agua resultante de la CG y desarrollar una propuesta que contribuya a mantener la funcionalidad del sistema. La primera afirmación de este apartado se refiere a que el sistema de reinyección trabajará en sintonía con la generación de la Central Geotérmica. 18 Justificación Convencionalmente en una CG, el enfoque de prioridad va dirigido hacia los equipos encargados directamente en generar energía a base del vapor geotérmico, sin embargo, en este estudio, el enfoque es dirigido a los equipos encargados en reinyectar el agua resultante de la separación de las fases (liquido- vapor) por las siguientes razones:  Si la funcionalidad de reinyectar el agua geotérmica resultante se perdiera, la generación de la central geotérmica podría, potencialmente, verse comprometida llegando a bajar carga (generar menos energía) o si es el caso, dejar de generar totalmente hasta que la funcionalidad se restablezca.  Contribuir a la sostenibilidad del campo geotérmico, reutilizando el agua que anteriormente se desechaba, reinyectándola al subsuelo.  Contribuir al mejoramiento de políticas medio ambientales, reduciendo (eliminando) las descargas de agua geotérmica al mar. El sistema de reinyección de agua geotérmica es el encargado de transportar y regresar al subsuelo el agua sobrante (y/o resultante) del proceso de generación de electricidad hacia pozos reinyectores, en donde es depositada para disponer de ella. Al reinyectar el agua de regreso al suelo se cumple dos objetivos, el primero, es eliminar la necesidad de desechar el agua al ambiente y el segundo, es garantizar la sostenibilidad del campo geotérmico. Debido a que el sistema depende del funcionamiento de un conjunto de bombas y accesorios, es importante evaluar la criticidad de estos equipos. 19 Objetivos Objetivo General  Desarrollar una propuesta de mantenimiento basado en confiabilidad para el sistema de reinyección de agua en una central geotérmica Objetivos Específicos  Determinar y clasificar todos los equipos involucrados en el sistema de reinyección de agua geotérmica según su criticidad  Desarrollar un análisis de criticidad según parámetros establecidos para identificar en el volumen de equipos, aquellos que puedan comprometer la operación de la central geotérmica.  Evaluar los equipos con criticidad más alta según un análisis de modos de fallos efectos y consecuencias (AMFEC)  Desarrollar una matriz de decisiones que permita evaluar cada falla funcional y establecer medidas para evitar su incidencia, además de proporcionar un valor de ponderación de riesgos.  Desarrollar un plan de mantenimiento basado en confiabilidad que contemple el mantenimiento predictivo, preventivo por inspección, preventivo planificado y mejoras.  Analizar económicamente el costo de la implementación del plan de mantenimiento. 20 1. Marco Teórico 1.1. Generación de Energía Eléctrica a base de Recursos Geotérmicos El proceso de generación de energía en una Central Geotérmica inicia en el campo, específicamente en los pozos productores cuyo principal elemento es el separador ciclónico. Convencionalmente se instala cerca de los pozos productores (Figura 1), lo cual contribuye a reducir la caída de presión hacia la turbina. La presión del separador será similar a la presión de salida del pozo, que se traduce como una relación de evaporación más baja, por lo tanto, se obtiene más vapor y más agua geotérmica resultante para disponer. (Henríquez & Aguirre, 2011). Las características del campo geotérmico en EL Salvador indican que el reservorio es de líquido dominante, es decir, existe un mayor porcentaje de agua en relación al vapor. Por lo tanto, es necesario utilizar un elemento conocido como Separador Ciclónico (SC) que contribuye a la separación de las fases. Los separadores ciclónicos en el campo de estudio son fabricados convencionalmente de acero al carbón (ASTM 953 grado B), el principio de funcionamiento es por colisión y rotación, no tiene partes móviles y la calidad de vapor a la salida es cercana a 99.995% (DiPippo, 2016). Figura 1: Separador ciclónico en pozo productor (DiPippo, 2016) Las fases separadas (liquido-vapor) viajan hacia la CG en distintas tuberías de acarreo, una de vapor y otra de agua. En su diseño se deben tomar en cuenta los siguientes aspectos: 21  Las características del fluido a transportar, incluido el caudal y la pérdida de carga permitida.  La ubicación de las tuberías: su origen y destino y el terreno sobre el que pasará, la ubicación de la estación separadora y la central eléctrica  El código de diseño a seguir  El material a utilizar Los factores importantes a considerar son el flujo másico, la presión, la temperatura, el índice de saturación y la pérdida de carga permitida a lo largo de la longitud de la tubería. (Henríquez & Aguirre, 2011). La Figura 2 es una muestra de las tuberías de acarreo para abastecer una Central Geotérmica en Islandia; convencionalmente se revisan las características topográficas del terreno con el propósito de evitar la mayor caída de presión posible. Figura 2: Tuberías de acarreo en campo (GNS Science, 2015) El vapor llega hacia la central geotérmica y el primer equipo que interviene es el colector de presión, cuyo propósito es homogenizar las presiones de vapor entrantes de los diferentes pozos productores, posteriormente viaja hacia a un separador de humedad para garantizar la mayor calidad posible del vapor; que entrará posteriormente a la turbina, para transformar la energía cinética en energía eléctrica. 22 1.2. Funcionamiento de Central Geotérmica La Central Geotérmica en estudio cuenta con 3 unidades de generación de energía, dos de ellas de “Simple Flash” y una de ellas de “Double Flash”. Figura 3: Diagrama esquemático de Central Geotérmica “Double Flash” (Clarke & McLeskey Jr, 2013) Un diagrama esquemático de una central geotérmica a “Double Flash” se representa gráficamente en la Figura 3. El fluido geotérmico bifásico (liquido-vapor) es extraído del reservorio desde los pozos productores (1), el líquido saturado cuya presión es mayor que la atmosférica, se encuentra con una válvula de mariposa (2) posteriormente las fases son separadas (separador ciclónico) y el vapor es enviado hacia la turbina de alta presión (4) mientras que el líquido saturado (3) es sometido a un segundo proceso de estrangulamiento antes de ingresar a los recipientes de evaporización instantánea (Flashers) (6); el vapor resultante, denominado de baja presión (8), es enviado a la turbina para combinarse con la salida de la turbina de alta presión (5) antes de entrar a la parte de baja presión (9). La potencia mecánica de ambas turbinas se utiliza para generar energía eléctrica a través de un generador. El vapor resultante luego de hacer girar a la turbina (10) se condensa con un equipo conocido como “condensador” (11), mientras que el líquido saturado que sale del “Flasher” (7) se reinyecta en el reservorio geotérmico a través de pozos reinyectores. (Clarke & McLeskey Jr, 2013) 23 El principio de funcionamiento de una unidad de “Simple Flash” es idéntico al descrito anteriormente exceptuando que el agua resultante en la primera separación (3) es reinyectado al reservorio geotérmico inmediatamente. Este “Double Flash” es una mejora del proceso convencional (Simple Flash) y puede contribuir a aumentar la producción entre el 15 – 20% (DiPippo, 2016), siendo transportado hacia una turbina mecánicamente diseñada para trabajar con dos presiones de distinta magnitud. La CG de estudio cuenta con 3 Flasher diseñados idénticamente. Idealmente la disposición de agua geotérmica resultante (7) se realiza por gravedad hasta el campo de reinyección, sin embargo, en la CG en estudio, es necesario la utilización de una estación de bombeo para garantizar que la totalidad del agua sea reinyectada al reservorio geotérmico. Con esto se pretende extender la vida útil del proyecto e incluso incrementar la sostenibilidad y estabilidad a largo plazo. Sin embargo, a menos que se pueda encontrar alguna parte del campo que tenga suficiente permeabilidad y que no esté en comunicación directa con las áreas productoras, puede que no haya suficiente capacidad de reinyección para permitir la operación completa de la planta de energía. En realidad, una vez que la reinyección se hace más común, a menudo los pozos fallidos que se habían perforado para la producción, se utilizan como pozos de reinyección independientemente de su ubicación, siempre y cuando tengan suficiente permeabilidad. (DiPippo, 2016). 24 1.2.1. Reinyección de agua geotérmica Esto implica devolver una parte, o incluso la totalidad del agua producida desde un reservorio geotérmico, con retorno al mismo sistema geotérmico, después de algún proceso en el cual se haya realizado algún intercambio de trabajo y/o calor. (Axelsson, 2012). La reinyección se presenta como una solución adecuada a los problemas de contaminación ambiental, permitiendo disminuir las posibilidades de asentamientos del terreno por efectos de la explotación y complementar la recarga natural de los acuíferos. (OLADE, 1980). Se cree que las investigaciones con propósito de reinyectar agua geotérmica iniciaron en la década de 1960. La primera prueba conocida de reinyección de agua geotérmica a alta temperatura se realizó en el Campo Geotérmico de Ahuachapán en 1969 (Stefánsson, 1997). Existen dos objetivos principales que se busca cumplir con las estrategias de reinyección en los campos geotérmicos: el primero es la correcta disposición de los fluidos geotérmicos, que han finalizado el proceso de extracción de energía a través del sistema de la CG; el segundo es la posibilidad de recarga del reservorio y/o la presión del mismo. (DiPippo, 2016). Los tipos de fluidos que se manejan en la reinyección dependen del tipo de campo que se desarrolle, por ejemplo:  Reservorios Vapor Dominante: solo hay una pequeña fracción de la masa de vapor producido que termina convirtiéndose en condensado líquido que podría ser reinyectado, aproximadamente 10- 15%. Por lo tanto, se ganaría poco al devolver esto al reservorio, incluso suponiendo que pueda devolverse en una ubicación óptima. (DiPippo, 2016).  Reservorios Líquido Dominante: una fracción mucho mayor del fluido producido está disponible para reinyección, hasta un 80-85% para plantas con flasheo y un 100% para plantas binarias. (DiPippo, 2016). 25 1.2.2. Sistema de reinyección de agua geotérmica El sistema de reinyección de agua geotérmica operativo en la central geotérmica en estudio cuenta con las siguientes características:  Estación de bombeo (Bombas centrifugas con capacidad de Caudal Másico nominal de 220 kg/s, potencia eléctrica de 300 kW y un NPSH de 94 m. Denominadas: B1, B2, B3 y B4)  Dos líneas de acarreo de agua geotérmica con un diámetro de 24” de 4.5 km de longitud aproximadamente, hacia el campo de reinyección.  Acumulador de agua geotérmica con su propia estación de bombeo (Bombas M1 y M2).  Seis pozos reinyectores (Pozo1, Pozo2, Pozo3, Pozo4, Pozo5, Pozo6). Los fluidos geotérmicos generalmente poseen una gran cantidad de especies minerales disueltas como cloruro de sodio (NaCl), de potasio (KCl) y de calcio (CaCl2), así como sílice en forma de ácido silícico (Si(OH)4). Así mismo, los principales óxidos de silicio presentes en sistemas geotérmicos son el cuarzo, la calcedonia y la sílice amorfa, además de algunos minerales secundarios como los aluminosilicatos. Dado que la sílice siempre se encuentra presente en los fluidos geotérmicos, la formación de incrustaciones generadas por este mineral es común en fluidos que han sufrido procesos de evaporación o enfriamiento. El agua geotérmica a reinyectar presenta un rango de temperatura de entre 110 a 115 ºC, que viaja hacia el sistema de bombeo para ser dispuesta hacia los pozos reinyectores. En la Figura 4 se muestra un ejemplo de distribución esquemática de los componentes básicos del sistema de reinyección. Figura 4: Elementos que constituyen el sistema de reinyección (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) Con base en pruebas en la CG en estudio, se ha determinado que un porcentaje poco mayor al 55% del agua geotérmica total resultante puede ser dispuesta por la presión de la salida de la doble vaporización (1.8 Bar aproximadamente); sin embargo, es necesario un sistema de bombeo para asegurar que el flujo másico total sea reinyectado, además de disminuir el tiempo de residencia del agua, pues entre más tiempo tarde en ser transportado, aumenta la probabilidad de precipitación de incrustaciones. Los parámetros operativos más relevantes en el sistema de bombeo son:  Flujo másico total: 673 kg/s  Presión de bombeo: 9 Bar  Temperatura agua = 115 a 116 °C  Capacidad total de bombear por el sistema de reinyección 880 kg/s 26 El sistema de bombeo tiene como propósito principal elevar la presión del agua geotérmica resultante para ser dispuesta en campo de reinyección. Está compuesto por 4 bombas centrifugas de eje horizontal. La Figura 5 es una imagen de referencia que muestra la disposición de las bombas en el sistema de reinyección de agua geotérmica. Capacidad total de bombear por el sistema de reinyección 880 kg/s aproximadamente, considerando el flujo másico actual (673 kg/s), es decir, el sistema de reinyección está trabajando una carga aproximada del 76.5%. Debido a las condiciones del fluido en aplicación, cuya química puede afectar a los componentes eléctricos, la mayor cantidad de fallos que se han reportado se debe a la instrumentación referente a los equipos y eventualmente a los motores. Fallas eléctricas que implican reemplazo de motor, cambio de acoples mecánicos, alineación, entre otros. Actualmente el sistema de bombeo está operando con 4 bombas, una de ellas considerada como “reserva” a espera de entrar en funcionamiento cuando una de las 3 pueda fallar. Operativamente están siendo alternadas para evitar sobre cargas o sobre esfuerzos. Figura 5: Imagen de referencia de un diseño preliminar para una estación de bombeo circa 2004 (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) 27 1.3. Conceptos RCM 1.3.1. Desarrollo histórico Los conceptos básicos de RCM fueron establecidos en los años 1960 - 1970 debido a la evolución de la industria aeronáutica, en donde los costos de falla son inaceptables por frecuentemente incluir la pérdida de la vida humana. Las primeras investigaciones de RCM realizadas en aeronáutica demostraron que las tasas de fallas de los componentes, que tradicionalmente se pensaba que aumentaban con la edad de estos, realmente no tenían relación con este parámetro. Durante esa época, el modo de mantenimiento más usado era el Mantenimiento Preventivo (MP) y era aplicado de manera muy generalizada en la industria. Una de las prácticas más comunes del MP era el reemplazo de partes después de un determinado tiempo en servicio. Estas acciones, al presentarse el cambio de los motores de hélices a los aviones con turbina en la evolución de la aeronáutica mencionada anteriormente, fueron demostradas fútiles. Un ejemplo de posibles problemas con los cambios programados por vida útil es el siguiente estudio de la vida útil de un balero 6309 (Eschmann, 1985): En dicho estudio, se colocaron muestras idénticas de los baleros en máquinas especializadas para determinar su vida útil y en los resultados se determina que el punto de falla no está relacionado al tiempo de falla. Los resultados se representan en la Gráfica 1. Este hallazgo es una firme evidencia de lo inadecuado que puede resultar un plan de mantenimiento basado en tiempo de uso sobre la reducción de fallas del equipo. A partir de estos hallazgos, los nuevos planes de mantenimiento toman en cuenta las condiciones de operación y la evaluación de los modos de falla para determinar posibles síntomas de falla y formas de detección. Cabe añadir, que los planes de mantenimiento programado siguen siendo válidos en aquellas situaciones en donde los componentes operan en ambientes hostiles o en condiciones fuera de su diseño nominal. La finalidad del RCM es la aplicación ideal del mantenimiento con tal de asegurar la confiabilidad de la función del activo junto a la reducción de costos de mantenimiento al mejorar la eficacia de aplicación. Gráfica 1: Resultados de evaluación de vida útil de baleros. 28 1.3.2. Conceptos básicos de RCM La aplicación de RCM se basa en las respuestas a las siguientes siete preguntas, también conocido como árbol de decisiones (Figura 6), que son básicas para la ejecución adecuada de estos planes de mantenimiento.  ¿Cuáles son las funciones y parámetros funcionales asociados al activo en su actual contexto operacional?  ¿De qué manera falla en satisfacer esas funciones?  ¿Cuál es la causa de cada falla funcional?  ¿Qué sucede cuando ocurre cada falla?  ¿En qué sentido es importante cada falla?  ¿Qué puede hacerse para prevenir o predecir cada falla?  ¿Qué debe hacerse si no se encuentra una tarea proactiva adecuada? Al considerar estas preguntas se puede establecer el siguiente árbol de decisiones para la aplicación de RCM: Identificación de falla funcional ¿Tiene efectos negativos sobre el ambiente, salud y seguridad? No ¿Tiene efectos sobre la productividad (calidad o cantidad)? Si ¿Existen tecnologias de monitoreo adecuadas para evaluar la falla? Si No ¿Tiene otros costos economicos altos la falla? No Analizar la posibilidad de Run-to-Faillure Si Si Desarrollar programación de mantenimiento para monitoreo de falla Desarrollar tarea de mantenimiento basada en condición No ¿Existe algun periodo de reemplazo efectivo para la parte? Si Desarrollar programación de mantenimiento basado en tiempo de operación No Rediseño del sistema o aceptación del coste de falla Figura 6: Árbol de decisiones RCM (Moubray, 2004) 29 Las preguntas anteriores dan lugar a la definición de los siguientes conceptos: Funciones y parámetros funcionales Es la identificación de las necesidades que se espera que el activo cumpla, es decir, cuáles son las actividades que causaron la compra o adquisición de dicho objeto. Las funciones se pueden dividir en:  Funciones primarias  Funciones secundarias Las funciones primarias son aquellas relacionadas directamente con la productividad del activo y las secundarias son todas aquellas otras expectativas que se esperan del funcionamiento normal (seguridad, control, confort, entre otras) Fallas funcionales Una vez definidas las funciones y sus parámetros, es importante determinar en qué situaciones se puede considerar que el activo ya no está cumpliendo su función y cuáles son las características ambientales y de operación que han llevado a esta situación. También se consideran como fallas funcionales aquellos momentos en los que el activo opera en condiciones inaceptables para la empresa. Modos de falla Son aquellas condiciones que se estima con cierta certeza que han sido parte del origen de las fallas. Estos modos de falla deben incluir todos aquellos causados por el deterioro normal de las partes (desgaste), errores de operación y los errores de diseño para que sean de la mayor utilidad posible en el plan de RCM. Efectos de la falla Se obtienen los efectos que determinan la existencia y las características de los modos de falla.  ¿Existe evidencia de la falla? ¿Cuál es esta evidencia?  ¿Se afecta la seguridad o el medio ambiente? ¿De qué manera?  ¿Afecta a la producción? ¿De qué manera?  ¿Qué daños físicos puede provocar la falla?  ¿Cuáles son los pasos a seguir para reparar la falla? Consecuencias de la falla Como especifica Moubray en su libro, RCM II, uno de los puntos más fuertes de RCM es que la técnica toma en cuenta las consecuencias de la falla y asigna prioridad a aquellos modos que tienen mayores consecuencias. La clasificación de las consecuencias, según RCM, es la siguiente:  Consecuencias de fallas ocultas: No tienen efectos directos, pero exponen a la organización a consecuencias serias y desastres.  Consecuencias ambientales y de seguridad: Pueden causar la muerte de una persona o daños a su integridad física y dependiendo de los códigos legales locales pueden acarrear multas y/o sanciones en caso de ocasionar daños al medio ambiente. 30  Consecuencias operacionales: Afectan la producción de manera directa y por tanto elevan los costes inmediatamente.  Consecuencias no operacionales: Estas no afectan la producción, pero sí los costes de mantenimiento. Técnicas del manejo de fallas En el enfoque RCM todas las fallas deben ser solucionadas y para esto se ocupan las siguientes dos categorías de técnicas de manejo de fallas:  Tareas Proactivas: Se clasifican todas las tareas que se usan antes de que ocurra la falla con tal de prevenirla.  Acciones a falta de: En esta categoría están todas las actividades que lidian con la falla, es decir, las actividades correctivas y de rediseño. Tareas proactivas Como se ha discutido, tradicionalmente existía la creencia que todas las fallas tenían un carácter periódico, dependiente del uso de la parte. En RCM, los patrones de falla cambian al clasificarse en 6 tipos diferentes, cada uno correspondiente a los diferentes comportamientos observados en la práctica (Figura 7). Figura 7: Patrones de falla RCM (Moubray, 2004) 31 Tabla 1. Modos de falla (Moubray, 2004) Tipo de patrón de falla Curva representativa Descripción Bañera La presencia de una alta probabilidad de falla al inicio de la vida útil, seguida de un periodo de estabilización y el incremento de las fallas a medida se acerca el fin de la vida útil. Corresponden al 4 % de las fallas reportadas. Desgaste El patrón inicia con una cantidad reducida de fallas aleatorias que se incrementan al comenzar a ser evidente el desgaste de la pieza. Representan el 2 % de los patrones de falla. Fatiga Estos equipos muestran un proceso lento de incremento de falla en toda su vida útil. Corresponden al 5 % de las fallas. Periodo de adaptación inicial Estos equipos poseen muy pocas fallas durante el inicio de su periodo útil, seguido de un aumento constante de los índices de falla que terminan en un periodo de estabilización. Corresponden al 7 % de las fallas Aleatorio Este patrón representa equipos que muestran fallas de manera aleatoria durante toda su vida útil. Representan el 14 % de las fallas. Mortalidad infantil Las fallas son comunes en el inicio de operación del activo, con el paso del tiempo estas disminuyen hasta estabilizarse. Este es el patrón de fallas más común en la industria. El 68 % de las fallas está asociada a este patrón de falla. 32 Las tareas proactivas aprovechan estos patrones para definir las periodicidades adecuadas para cada componente que está expuesto a una falla (Tabla 1). Acciones a falta de Estas, son aquellas actividades que se han de realizar en caso de que no existieran tareas proactivas adecuadas para la falla. Existen tres clasificaciones propuestas por el RCM:  Búsqueda de fallas: Son todas aquellas acciones que buscan identificar modos de fallas ocultos y determina si ya ocurrieron.  Rediseño: Evalúan las acciones de modificación de las capacidades iniciales del equipo, incluyen cambios a procedimientos.  Ningún mantenimiento programado: Estas acciones son aplicadas cuando se determina que los riesgos de falla son lo suficientemente bajos como para no justificar la aplicación de una rutina o acción específica. Proceso de selección de tareas Uno de los principales pilares del RCM es la identificación de los potenciales riesgos y costos de la falla con el fin de asegurar la eficiencia del uso de los recursos de mantenimiento. El proceso de selección se basa en las siguientes características:  Para fallas ocultas: Considerando el costo de las tareas proactivas, estas deben ser justificadas en su aplicación y en el caso de fallas ocultas, las acciones deben contribuir a reducir significativamente el riesgo de fallas múltiples. Caso contrario, se usarán tareas de búsqueda de falla para identificar todos los modos de fallo relevantes. Como última opción, se plantea el rediseño de los equipos para eliminar dichos modos.  Para riesgos ambientales o de seguridad: Dado el alto costo de este tipo de falla, las tareas a implementar deben eliminar el riesgo de ocurrencia de la falla, si no lo logran, la decisión adecuada es el rediseño.  Para fallas operacionales: El costo de las actividades proactivas debe ser menor que el costo de oportunidad que se obtiene de prevenir las fallas. Si los costos lo permiten, la acción ideal es utilizar el activo hasta la falla, de no permitirlo, la solución es el rediseño.  Para fallas no operacionales: Aplican los mismos requerimientos de costo que determinan a las fallas operacionales, con la salvedad que, de no justificarse las acciones, la acción ideal es el mantenimiento preventivo. De igual manera, si los costos de falla son muy elevados, la solución será el rediseño. 33 1.3.3. Conceptos de trabajo AMFEC Al analizar la operación de los activos, se hacen evidentes todos los modos de fallos que estos sufren. Sin embargo, para el análisis de RCM, hay que clasificar estos según el impacto que estos tengan en seguridad y medio ambiente, calidad, producción y mantenimiento (Gardella, 2011) Este análisis debes ser realizado para cada uno de los modos de falla y por tanto puede resultar complicado, pero es de vital importancia para adecuar el plan de mantenimiento RCM Modelo de evaluación de riesgos Al determinar las respectivas acciones y frecuencias de aplicación de estas en los distintos modos de fallas de la planta, es importante jerarquizarlos. (Gardella, Mejora de metodología RCM a partir del AMFEC e implantación de mantenimiento preventivo y predictivo en plantas de procesos, 2011) Parra propone hacerlo en función de las frecuencias de falla y de las consecuencias de esta. (Parra C. , 1996) su resultado es la matriz de criticidad que delimita la aplicación del RCM. Costos de mantenimiento Los costos totales de mantenimiento están compuestos por dos clases: Costos directos de mantenimiento (C.D.M) y costos por parada de equipo (C.P.E). (Botero G, 1995) Los costos directos de mantenimiento se definen como el valor del conjunto de bienes y servicios que se consumen para adelantar una tares de mantenimiento. Se encuentran conformados por los costos de suministros y los costos de mano de obra que incluyen los costos de operación. (Botero G, 1995) Los costos de parada del equipo son cuando al hallarse una máquina o equipo en estado improductivo se incurrirá en unos costos debido a la tarifa horaria que tenga la máquina. (Botero G, 1995) 34 2. Metodología de Investigación Esta investigación fue realizada bajo un enfoque que busca recopilar datos de la situación actual del sistema de reinyección y analizarlos. Por esta razón, el desarrollo que resulta en el presente documento es el siguiente: Gráfica 2: Proceso de Investigación 2.1. Investigación de campo Se realizaron varias visitas a las instalaciones de la CG para evaluar el estado del proceso productivo y además para realizar entrevistas a personal de mantenimiento para obtener la información pertinente al estado actual del mantenimiento. Durante estas visitas se realizaron observaciones del estado de la infraestructura y procesos relacionados a la operación de la planta. Es en este momento que se hace evidente que las bombas del sistema de reinyección de agua geotérmica poseen una criticidad mayor, debido al rol que estas desempeñan. Al definir las bombas, el análisis se realizó haciendo especial énfasis en determinar los posibles modos de fallas que estas tienen para determinar las actividades de mantenimiento necesarias. Investigación de campo Recopilación y análisis de datos Conclusión de investigación 35 2.2. Recopilación y análisis de información Al tener toda la información sobre el proceso, el siguiente paso fue obtener el inventario de equipos sobre los cuales se realizó la aplicación de RCM. Cabe añadir que este listado no puede ser publicado por razones de confidencialidad. Posteriormente, se identifican los equipos críticos para el proceso y se realiza el análisis de los modos de fallos. Seguido, se propuso una planificación de mantenimiento que abarca actividades específicas y frecuencias de ejecución para garantizar el funcionamiento pleno del proceso de bombeo. El análisis de todos los modos de falla en los sistemas será simplificado de tal manera de reducir la carga computacional del estudio sin sacrificar su exactitud. Por último, se realizan estimados económicos para estudiar la efectividad del plan y justificar su implementación dentro de las actividades de la planta. 36 3. Resultados 3.1. Priorización de equipos y modos de fallas 3.1.1. Análisis de Criticidad de Equipos e Instrumentos Cada uno de los equipos ha sido evaluado con la intención de ponderar de una forma certera el fallo y obtener un número que proporcione un valor cuantificable. A continuación, se describen según el orden planteado (Parra & Crespo, 2012): Frecuencia de Fallos 1 Sumamente improbable: menos de 1 evento en 5 años. 2 Improbable: 1 evento en 5 años. 3 Posible: 1 evento en 3 años. 4 Probable: entre 1 y 3 eventos al año. 5 Frecuente: más de 3 eventos al año. En la evaluación de la frecuencia de fallos se consideraron datos con base a históricos y registros operativos de la CG. Han sido tomados en cuenta los casos más representativos, desde lo que se considera más frecuente, hasta lo que es poco probable su incidencia, pero que, aun teniendo un porcentaje pequeño dentro de las posibilidades, debe ser considerado. Consecuencias Impacto de seguridad y salud 5 Evento catastrófico: Pérdidas de vidas humanas. 4 Evento que genera: lesión incapacitante o efectos a la salud de por vida. 3 Evento que genera: lesión incapacitante o efectos a la salud de forma temporal. 2 Evento que genera: lesión o efectos a la salud menores (no incapacita al trabajador). 1 No genera ningún impacto en la seguridad y salud. En el contexto de la seguridad ocurre un caso similar; se han evaluado posibles causas de eventos, de las cuales se han elegido las cinco que se consideran más apegadas al proceso operativo de una CG. Al igual que en la anterior la idea es poder recorrer varios eventos que pueden ocurrir desde el más leve que es: “No generar ningún impacto en la seguridad y salud” hasta el más grave que es: “Evento catastrófico: Pérdidas de vidas humanas”. Impacto de medio ambiente 5 Afectación catastrófica al ambiente (cierre total de operaciones). 4 Afectación sensible al ambiente (daños ambientales recuperables a largo plazo, multas e indemnizaciones). 3 Afectación moderada al ambiente (daños ambientales recuperables a corto plazo, multas e indemnizaciones). 2 Incidente ambiental controlable (no genera daños ambientales, costos directos menores). 1 No genera ningún impacto ambiental. 37 Como parte de un grupo de mejora continua y de adaptación constante a los cambios que las industrias y el mundo globalizado incorporan día a día, el impacto o la huella que se deja en el medio ambiente debe ser considerado para las actividades operativas de la CG. Dentro del estudio realizado en este documento se encuentra una proyección inicial de las posibles consecuencias de una falla catastrófica con afectación ambiental (Ver 4.2) para poder establecer un nivel base y definir un contexto la naturaleza de la importancia del plan de mantenimiento. Impacto producción y/o costo de mantenimiento 5 Pérdidas de producción superiores al 75%, costos de reposición mayores a $10,540.00 / h. 4 Pérdidas de producción entre el 50% y el 74%, costo de reposición entre $7,026.00 y $10,539.00 /h. 3 Pérdidas de producción entre el 25% y el 49%, costo de reposición entre $3,513.00 y $7,025.00 /h. 2 Pérdidas de producción entre el 5% y el 24%, costo de reposición entre $702.00 y $3,372.00 /h. 1 Pérdidas de producción menores al 5%, costos de reposición menores a $702.00 /h. Por último, la evaluación económica esta balanceada en cinco posibles facetas de fallos que podrían ocurrir. Probablemente puede ser considerado uno de los aspectos más importantes porque afecta las sumas de capital, o a los accionistas, o las ventas en general de la empresa; sin embargo, se detalla una valoración integral de la problemática general. Como en los casos anteriores, se han considerados cinco alternativas en las que se concentra un extracto de todo lo que posiblemente podría ocurrir. Las valoraciones monetarias han sido tomadas de un promedio de los datos entregados por los reportes que genera la Unidad de Transacciones, llamados Boletín Estadístico. Cabe mencionar que esta información se considera reservada, por lo tanto, se evalúan datos que ya han sido publicados para no comprometer la confidencialidad de las instituciones involucradas. Teniendo claro todos los puntos que serán evaluados para cada situación de falla y sus ponderaciones, se procede a recopilar la información necesaria para desarrollar la matriz de criticidad y establecer la base del documento. Para el cálculo del “Impacto producción” y/o “costo de reposición” se analizó el resultado mensual de los “Boletines Estadísticos de la Unidad de Transacciones” (UT, 2018). Un promedio anual para el año 2018 reveló que el costo de MWh asciende a $112.88. Se ha contemplado que la pérdida total en la funcionalidad de reinyectar el agua geotérmica podría, en el peor de los casos, repercutir en la generación de la CG de alrededor de 83 MWh. El total se calcula por medio de la Ecuación (1). 38 �é����� = ��������� ������� �� ��������ó� ��é������ × ����� �� ��ℎ �é����� = 83 ��ℎ × $112.88/��ℎ = $9,369.04 (1) Tomando en cuenta la importancia del sistema de reinyección para la CG y debido a políticas de confidencialidad operativa, se considera utilizar un factor de seguridad de 1.5 (Parra & Crespo, 2012), lo que asigna un mayor costo operativo a los equipos que al momento podrían comprometer la generación de energía eléctrica de la CG. ����� � �� = $9,369.04 � 1.5 = $14,053.56 (2) ���������� ����� (��) = $14,054 Los parámetros descritos previamente permiten sentar las bases necesarias para evaluar la criticidad de todos los equipos involucrados en el sistema de reinyección. El resultado de cada equipo se catalogará en las cuatro criticidades expuestas en la Tabla 2. Tabla 2. Parámetros de evaluación criticidad Criticidad Baja Menores a 2 Criticidad Media Mayor que 2 y menor que 5 Criticidad Alta Mayor que 5 y menor que 6 Criticidad Muy Alta Mayor que 7 Para la elaboración del plan de mantenimiento basado en confiabilidad (RCM) para el sistema de reinyección de agua geotérmica, se utilizó como volumen de control los equipos e instrumentos que están relacionados en el proceso, con el propósito de determinar la criticidad de cada uno. El inventario de equipos fue clasificado entre los equipos existentes en los Pozos Productores, equipos en Flashers, equipos en las líneas de acarreo, equipos en el Sistema de Bombeo y equipos en los Pozos Reinyectores. El volumen de control utilizado involucra una cantidad de equipos cercana a los 700 que han sido clasificados según su área, cantidad, tipo, descripción y código. Un extracto del volumen puede ser observado en la Tabla 3 39 Tabla 3: Extracto de volumen de equipos (Figueroa, Soto, & Vargas, 2019) * Debido a políticas de confidencialidad el volumen de equipos no puede ser publicado en su totalidad. Es importante el orden, la clasificación y la nomenclatura para poder hacer un análisis objetivo del riesgo de cada uno de los equipos involucrados en el sistema de reinyección de agua geotérmica. Esta matriz de criticidad (Parra & Crespo, 2012) se basa en la estimación del riesgo, ponderando algunas afirmaciones que se encuentran directamente relacionadas al proceso de mantenimiento como tal; para ello se utilizó la Ecuación (3). Riesgo = Frecuencia de Fallos × Consecuencias (3) Donde:  Frecuencia de Fallos: Numero de fallos en un tiempo determinado.  Consecuencias: (Impacto de seguridad y salud x Impacto de medio ambiente x Impacto producción y/o costo de mantenimiento).  Impacto de seguridad y salud x 0.25  Impacto de medio ambiente x 0.25  Impacto producción y/o costo de mantenimiento x 0.50 Todos estos ítems se evalúan contestando hipótesis para el análisis y se detallan a continuación. Por ser una técnica aplicada en ámbitos de mantenimiento y de producción, es posible estimar los porcentajes como se consideren convenientes según el tipo de maquinaria e industria a la que se le esté aplicando. Dadas las características de los equipos que se están evaluando, se ha contemplado colocar los siguientes factores: 0.25, 0.25 y 0.50; en ese orden, pues se considera la mejor opción al momento de evaluar los temas: “salud y seguridad”, “medio ambiente” y “costos producción/mantenimiento”. La Ecuación (3), consta de dos partes que son “frecuencia de fallos” y “consecuencias” y ambas son tomadas como individuales; es por ello que independientemente de los porcentajes que se asignen o de la cantidad de literales que contenga el apartado de “consecuencias”, esta suma algebraica será igual a 100 (o a 1). 40 Gráfica 3: Porcentajes de equipos según catálogo de criticidad. Tabla 4: Análisis de criticidad de equipos involucrados en la reinyección de agua en la Central Geotérmica 0.58% 0.00% 64.87% 34.55% Análisis de probabilidades Muy Alta Alta Media Baja Frecuencia SC14-VM003 SC14-VM002 SC14-VM001 SC14-001 RT-L1-BM001 RT-L2-BM001 SC14-VM004 SC14-VM005 SC14-VM006 SC14-VM007 SC14-VM008 SC14-VM009 SC15-001 SC15-VM001 SC13-VM009 SC13-VM008 SC13-VM006 SC13-VM005 SC13-VM002 SC13-VM003 SC13-VM004 SC13-VM007 SC12-VM009 SC13-001 RT-L3-BM001 RT-L4-BM001 SC12-VM003 SC11-VM009 SC11-VM005 SC11-VM001 SC10-VM007 SC10-VM003 SC9-VM009 SC7-VM003 SC11-001 SC10-VM006 SC10-VM002 SC9-VM008 SC7-VM001 SC7-VM005 SC12-VM006 SC12-VM005 SC7-VM008 SC7-VM007 SC12-VM008 SC13-VM001 SC12-VM004 SC12-001 SC11-VM006 SC11-VM002 SC10-VM008 SC10-VM004 SC10-001 SC7-VM004 SC12-VM001 SC11-VM007 SC11-VM003 SC10-VM009 SC10-VM005 SC10-VM001 SC7-VM006 SC11-VM008 SC12-VM002 SC7-VM002 SC11-VM004 SC12-VM007 SC6-VM008 SC6-VM005 SC6-VM002 SC5-VM009 SC5-VM006 SC5-VM003 SC5-001 SC4-VM007 SC4-VM004 SC8-VM007 SC8-VM004 SC8-VM003 SC3-001 SC2-VM006 SC2-VM002 SC4-001 SC3-VM006 SC9-VM004 SC9-001 SC7-VM009 SC6-VM009 SC6-VM006 SC6-VM003 SC6-001 SC5-VM007 SC5-VM004 SC5-VM001 SC4-VM008 SC4-VM005 SC8-VM008 SC8-VM005 SC3-VM004 SC3-VM001 SC2-VM007 SC2-VM003 SC4-VM001 SC3-VM007 SC9-VM005 SC9-VM001 SC8-001 SC7-001 SC6-VM007 SC6-VM004 SC6-VM001 SC5-VM008 SC5-VM005 SC5-VM002 SC4-VM009 SC4-VM006 SC8-VM009 SC8-VM006 SC3-VM005 SC3-VM002 SC2-VM008 SC2-VM004 SC4-VM002 SC3-VM008 SC9-VM006 SC9-VM002 SC8-VM001 SC2-VM001 SC2-001 SC1-VM009 SC1-VM008 SC1-VM003 SC1-VM002 SC1-VM001 SC1-001 SC1-VM007 SC1-VM006 SC1-VM005 SC1-VM004 SC3-VM003 SC2-VM009 SC2-VM005 SC4-VM003 SC3-VM009 SC9-VM007 SC9-VM003 SC8-VM002 RT-L4-VM001 RT-L2-VM006 RT-L1-VM001 F3-VM033 F3-VM021 F3-VM009 F2-VM031-A F2-VM019-C F2-VM007-D F1-VM029-B F1-VM017-C F1-VM005-D PR10-VM002 PR8-VM008 PR6-VM003 PR3-VM003 SC23-VM003 SC20-VM006 SC17-VM009 SC15-VM002 RT-L4-VM002 RT-L2-VM007 RT-L1-VM002 F3-VM034 F3-VM022 F3-VM010 F2-VM032-A F2-VM020-C F2-VM008-D F1-VM030-A F1-VM018-C F1-VM006-D PR10-VM003 PR8-VM009 PR6-VM004 PR3-VM004 SC23-VM004 SC20-VM007 SC18-001 SC15-VM003 RT-L4-VM003 RT-L3-VM001 RT-L1-VM003 F3-VM035 F3-VM023 F3-VM011 F2-VM033-A F2-VM021-C F2-VM009-D F1-VM031-A F1-VM019-C F1-VM007-D PR10-VM004 PR9-VM001 PR6-VM005 PR3-VM005 SC23-VM005 SC20-VM008 SC18-VM001 SC15-VM004 RT-L4-TP001 RT-L3-VM002 RT-L1-VM004 F3-VM036 F3-VM024 F3-VM012 F2-VM034-A F2-VM022-C F2-VM010-D F1-VM032-A F1-VM020-C F1-VM008-D PR10-VM005 PR9-VM002 PR6-VM006 PR3-VM006 SC23-VM006 SC20-VM009 SC18-VM002 SC15-VM005 RT-L4-TP002 RT-L3-VM003 RT-L1-VM005 F3-VM037 F3-VM025 F3-VM013 F3-VM001 F2-VM023-C F2-VM011-D F1-VM033-A F1-VM021-C F1-VM009-D PR10-VM006 PR9-VM003 PR6-VM007 PR3-VM007 SC23-VM007 SC21-001 SC18-VM003 SC15-VM006 RT-L4-M001 RT-L3-VM004 RT-L1-VM006 F3-VM038 F3-VM026 F3-VM014 F3-VM002 F2-VM024-B F2-VM012-D F1-VM034-A F1-VM022-C F1-VM010-D PR10-VM007 PR9-VM004 PR6-VM008 PR3-VM008 SC23-VM008 SC21-VM001 SC18-VM004 SC15-VM007 RT-L4-C001 RT-L3-VM005 RT-L1-VM007 F3-VM039 F3-VM027 F3-VM015 F3-VM003 F2-VM025-B F2-VM013-D F2-VM001 F1-VM023-C F1-VM011-D PR10-VM008 PR9-VM005 PR6-VM009 PR3-VM009 SC23-VM009 SC21-VM002 SC18-VM005 SC15-VM008 RT-L4-VM004 RT-L3-VM006 RT-L2-VM001 FRM-VM001 F3-VM028 F3-VM016 F3-VM004 F2-VM026-B F2-VM014-D F2-VM002-D F1-VM024-B F1-VM012-D PR10-VM009 PR9-VM006 PR7-VM001 PR4-VM001 PR1-VM001 SC21-VM003 SC18-VM006 SC15-VM009 RT-L4-M002 RT-L3-VM007 RT-L2-VM002 FRM-VM002 F3-VM029 F3-VM017 F3-VM005 F2-VM027-B F2-VM015-D F2-VM003-D F1-VM025-B F1-VM013-D F1-VM001 PR9-VM007 PR7-VM002 PR4-VM002 PR1-VM002 SC21-VM004 SC18-VM007 SC16-001 RT-L4-VM005 RT-L4-TT001 RT-L2-VM003 FRM-VM003 F3-VM030 F3-VM018 F3-VM006 F2-VM028-B F2-VM016-C F2-VM004-D F1-VM026-B F1-VM014-D F1-VM002-D PR9-VM008 PR7-VM003 PR4-VM003 PR1-VM003 SC21-VM005 SC18-VM008 SC16-VM001 RT-L4-VM006 RT-L4-TT002 RT-L2-VM004 FRM-VM004 F3-VM031 F3-VM019 F3-VM007 F2-VM029-B F2-VM017-C F2-VM005-D F1-VM027-B F1-VM015-D F1-VM003-D PR9-VM009 PR7-VM004 PR4-VM004 PR1-VM004 SC21-VM006 SC18-VM009 SC16-VM002 RT-L4-VM007 RT-L4-TT003 RT-L2-VM005 FRM-VM005 F3-VM032 F3-VM020 F3-VM008 F2-VM030-A F2-VM018-C F2-VM006-D F1-VM028-B F1-VM016-C F1-VM004-D PR10-VM001 PR7-VM005 PR4-VM005 PR1-VM005 SC21-VM007 SC19-001 SC16-VM003 PR8-M001 SC9-TP001 PR1-TP001 SC22-TP001 SC20-TP001 SC18-TP001 SC16-TP001 SC14-TP001 SC10-TP001 SC12-TP001 SC7-TP001 SC3-TP001 SC5-TP001 SC1-TP001 PR7-VM006 PR4-VM006 PR1-VM006 SC21-VM008 SC19-VM001 SC16-VM004 PR4-TP001 SC9-TT001 PR1-TP002 SC22-TT001 SC20-TT001 SC18-TT001 SC16-TT001 SC14-TT001 SC10-TT001 SC12-TT001 SC7-TT001 SC3-TT001 SC5-TT001 SC1-TT001 PR7-VM007 PR4-VM007 PR1-VM007 SC21-VM009 SC19-VM002 SC16-VM005 PR4-TP002 SC9-M001 PR1-TT001 SC22-M001 SC20-M001 SC18-M001 SC16-M001 SC14-M001 SC10-M001 SC12-M001 SC7-M001 SC3-M001 SC5-M001 SC1-M001 PR7-VM008 PR4-VM008 PR1-VM008 SC22-001 SC19-VM003 SC16-VM006 PR4-TT001 SC9-T001 PR1-M001 SC22-T001 SC20-T001 SC18-T001 SC16-T001 SC14-T001 SC10-T001 SC12-T001 SC7-T001 SC3-T001 SC5-T001 SC1-T001 PR7-VM009 PR4-VM009 PR1-VM009 SC22-VM001 SC19-VM004 SC16-VM007 PR4-M001 SC9-C001 PR1-T001 SC22-C001 SC20-C001 SC18-C001 SC16-C001 SC14-C001 SC10-C001 SC12-C001 SC7-C001 SC3-C001 SC5-C001 SC1-C001 PR8-VM001 PR5-VM001 PR2-VM001 SC22-VM002 SC19-VM005 SC16-VM008 PR4-T001 PR3-TP001 PR2-TP001 SC23-TP001 SC21-TP001 SC19-TP001 SC17-TP001 SC15-TP001 SC11-TP001 SC13-TP001 SC8-TP001 SC4-TP001 SC6-TP001 SC2-TP001 PR8-VM002 PR5-VM002 PR2-VM002 SC22-VM003 SC19-VM006 SC16-VM009 PR5-TP001 PR3-TP002 PR2-TP002 SC23-TT001 SC21-TT001 SC19-TT001 SC17-TT001 SC15-TT001 SC11-TT001 SC13-TT001 SC8-TT001 SC4-TT001 SC6-TT001 SC2-TT001 PR8-VM003 PR5-VM003 PR2-VM003 SC22-VM004 SC19-VM007 SC17-001 PR5-TP002 PR3-TT001 PR2-TT001 SC23-M001 SC21-M001 SC19-M001 SC17-M001 SC15-M001 SC11-M001 SC13-M001 SC8-M001 SC4-M001 SC6-M001 SC2-M001 PR8-VM004 PR5-VM004 PR2-VM004 SC22-VM005 SC19-VM008 SC17-VM001 PR5-TT001 PR3-M001 PR2-M001 SC23-T001 SC21-T001 SC19-T001 SC17-T001 SC15-T001 SC11-T001 SC13-T001 SC8-T001 SC4-T001 SC6-T001 SC2-T001 PR8-VM005 PR5-VM005 PR2-VM005 SC22-VM006 SC19-VM009 SC17-VM002 PR5-M001 PR3-T001 PR2-T001 SC23-C001 SC21-C001 SC19-C001 SC17-C001 SC15-C001 SC11-C001 SC13-C001 SC8-C001 SC4-C001 SC6-C001 SC2-C001 PR8-VM006 PR5-VM006 PR2-VM006 SC22-VM007 SC20-001 SC17-VM003 PR5-T001 PR6-TP001 PR6-TP002 PR6-TT001 PR6-M001 PR6-T001 PR7-TP001 PR7-TP002 PR7-TT001 PR7-M001 PR7-T001 PR8-TP001 PR8-TP002 PR8-TT001 PR8-VM007 PR5-VM007 PR2-VM007 SC22-VM008 SC20-VM001 SC17-VM004 F1-M002-C F1-T002-C F1-T001-D F1-M001-D PR10-T001 PR10-M001 PR10-TT001 PR10-TP002 PR10-TP001 PR9-T001 PR9-M001 PR9-TT001 PR9-TP002 PR9-TP001 PR8-T001 PR5-VM008 PR2-VM008 SC22-VM009 SC20-VM002 SC17-VM005 F1-TP001-B F1-T003-B F1-M003-B F1-TP002-A F1-T004-A F1-M004-A F2-M001-D F2-T001-D F2-T002-C F2-M002-C F2-TP001-B F2-T003-B F2-M003-B F2-TP002-A F2-T004-A PR5-VM009 PR2-VM009 SC23-001 SC20-VM003 SC17-VM006 RT-L2-TT001 RT-L1-M002 RT-L1-C001 RT-L1-M001 RT-L1-TP002 RT-L1-TP001 RT-L1-TT001 RT-L1-TT002 RT-L1-TT003 F3-TN001-a F3-TN001 F3-M001 F3-TT001 F3-TP001 F2-M004-A PR6-VM001 PR3-VM001 SC23-VM001 SC20-VM004 SC17-VM007 RT-L3-M002 RT-L3-TP001 RT-L3-TP002 RT-L3-M001 RT-L3-C001 RT-L3-TT003 RT-L3-TT002 RT-L3-TT001 RT-L2-M002 RT-L2-C001 RT-L2-M001 RT-L2-TP002 RT-L2-TP001 RT-L2-TT003 RT-L2-TT002 PR6-VM002 PR3-VM002 SC23-VM002 SC20-VM005 SC17-VM008 Consecuencias Baja Media Alta Muy Alta 41 La Tabla 5 es un extracto de la evaluación independiente donde el resultado representa la criticidad del equipo catalogada en criticidad baja, media, alta y muy alta. Cada uno de los equipos fue evaluado según los parámetros, con el objetivo de determinar la jerarquización. Tabla 5. Extracto de evaluación de criticidad. Una vez obtenidos todos los riesgos con base en la jerarquía, es posible tabular un resumen de datos (de forma general) de los equipos que se estudiaron. La Gráfica 3 detalla los porcentajes del resultado, indicando que el mayor, con un 64.87% de los equipos involucrados en el sistema de reinyección de agua geotérmica están catalogados como criticidad “Media”, seguido de la criticidad “Baja” con un 34.55%. En análisis de los equipos reveló que ninguno de los equipos puede ser considerado con “criticidad alta” por lo tanto representa un 0.0%. Los equipos con criticidad “Muy Alta” son 4, las bombas centrifugas, con un porcentaje del 0.58%. Es posible concluir que, de los más de 650 equipos involucrados en el sistema de reinyección, los que representan la mayor criticidad son únicamente 4. La Tabla 4 es una representación gráfica del resultado del análisis de criticidad. En la esquina superior derecha de la tabla pueden encontrarse las cuatro bombas centrifugas (compuestas por motor-acople mecánico) del sistema, tienen las características operativas idénticas, por lo tanto, analizar una de ellas equivale a analizar a las cuatro, por tanto, el análisis de modos de fallo y costos se hace a una sola bomba, considerando que todas son idénticas. Área Cant. Equipos Tipo Descripción Código Factores de frecuencia de fallos [Fr-Fallo] Impacto seguridad y salud [I-Sal] Impacto medio ambiente [I-Amb] Impacto producción / costos de Mantto. [C-Mant] x [ Fr -F al lo ] x [ I- Sa l] x [ I- A m b ] x [ C -M an t] Fr e cu e n ci a C o n se cu e n ci a TOTALES Jerarquización 1 0.25 0.25 0.5 1 1 Baja Pozo Productor #1 1 Seprador Ciclonico 0 SC1-001 1 2 2 2 1 0.5 0.5 1 1 2 2 Baja Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 10", Flageada, WCB, Clase 300. SC1-VM001 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 10", Flageada, WCB, Clase 300. SC1-VM002 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 10", Flageada, WCB, Clase 300. SC1-VM003 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 4", Flageada, WCB, Clase 300. SC1-VM004 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 2", a roscar, Clase 800. SC1-VM005 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 2", Flageada, Clase 300. SC1-VM006 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 2", a Soldar, Clase 800. SC1-VM007 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 2", a Soldar, Clase 800. SC1-VM008 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Válvula Mecánica CompueRT, 2", a Soldar, Clase 800. SC1-VM009 2 2 1 2 2 0.5 0.25 1 2 1.75 3.5 Media Pozo Productor #1 1 Transmisor de presión Marca: Rosemount, conexión de 1/2. SC1-TP001 1 1 1 1 1 0.25 0.25 0.5 1 1 1 Baja Pozo Productor #1 1 Transmisor de temperatura Marca: Yokogawa, conexión de 1/2. SC1-TT001 1 1 1 1 1 0.25 0.25 0.5 1 1 1 Baja Pozo Productor #1 1 Manómetro Marca: Reotemp, de 0 - 40 kg/cm2. SC1-M001 1 1 1 1 1 0.25 0.25 0.5 1 1 1 Baja Pozo Productor #1 1 Termómetro Marca: Fima, de 0 - 200 grados C, rosca de 1/2. SC1-T001 1 1 1 1 1 0.25 0.25 0.5 1 1 1 Baja Pozo Productor #1 1 Caudalimetro Marca: Krone SC1-C001 1 1 1 1 1 0.25 0.25 0.5 1 1 1 Baja Pozo Productor #2 1 Seprador Ciclonico 0 SC2-001 1 2 2 2 1 0.5 0.5 1 1 2 2 Baja 42 3.1.2. AMFEC de equipos e instrumentos críticos. El Análisis de Modos de Fallos Efectos y Criticidad tiene como objetivo identificar aquellos modos de fallos que sean posibles causantes de una falla funcional, y determinar los efectos de falla asociados con cada modo de falla (Moubray, 2004). La aportación principal del AMFEC es la de determinar el Número de Ponderación de Riesgos (NPR), por lo que se consigue analizar todas las causas que provocan un daño en una máquina o instalación Respondiendo a las siete preguntas básicas de la ejecución del RCM (Moubray, 2004) se llevó a cabo el análisis de la criticidad del sistema. Dicho análisis reveló que los equipos con alta criticidad en el sistema de reinyección de agua en la CG son las cuatro bombas centrifugas (bomba – motor), operativas en el sistema de bombeo; por lo tanto, el AMFEC debe ser aplicado para ellas, sin embargo, considerando que las cuatro son idénticas en diseño y operación, es posible realizar el AMFEC solo a una de ellas y replicar con las otras tres. Por último, en el AMFEC, la valoración de riesgo se clasifica según “gravedad”, “frecuencia de fallos” y “detectabilidad”. Clasificación de valoración de riesgo Como resultado de la valoración de fallo se determina un Número de Ponderación de Riesgo (NPR) que conducirá al analista en la selección adecuada de métodos de predicción, prevención o detección de fallos y también las necesidades de mejora. Es la típica valoración de un AMFEC, tanto de proceso como de diseño, aunque en el caso de RCM está orientado hacia el control de fallos y/o sus consecuencias (Gardella, 2011). Gravedad La “Matriz de decisiones” es el elemento central del plan de mantenimiento y como tal es importante definir cada uno de los componentes del NPR, dado que este valor es el que permite asignar la criticidad adecuada a cada equipo (Tabla 6). Tabla 6. Clasificación de gravedad según valoración de riesgo (Gardella, 2011) VALOR DESCRIPCIÓN 1 Las consecuencias del fallo son despreciables 2 Y 3 No hay consecuencias para seguridad y afines, producción y calidad 4, 5 O 6 Los efectos tienen consecuencia importante en los costes directos del mantenimiento y una pequeña influencia adversa en la producción y/o calidad, pudiendo causar paradas cortas no programadas, ciertas mermas o rechazo de calidad 7 Y 8 Importante impacto del efecto de fallo en la producción y/o calidad y/o elevados costes directos de mantenimiento 9 Y 10 Se trata de graves consecuencias para seguridad y afines 43 Frecuencia de fallos La frecuencia de fallos es la cantidad de eventos de falla que el equipo ha tenido en un periodo determinado de tiempo (Tabla 7). Tabla 7. Clasificación de frecuencia de fallos según valoración de riesgo (Gardella, 2011) VALOR TASA DE FALLOS 1 Menos de 1 en más de 10 años. 2 Entre 1 y 3 en más de 10 años. 3 Entre 1 y 3 en 10 años. 4 Entre 1 y 3 en 5 años. 5 Entre 1 y 3 en 2 años. 6 Entre 1 y 3 por año. 7 Entre 1 y 3 cada seis meses. 8 Entre 1 y 3 cada dos meses. 9 Entre 1 y 3 cada semana. 10 Entre 1 y 3 por día. La frecuencia de fallos ha sido determinada con la ayuda de un software de mantenimiento implementados en la CG como Máximo ® y Registro de fallas; sin embargo, su histórico es relativamente reciente, menor a tres años, por lo tanto, como describe Gardella en su tesis doctoral, en algunos casos se aplicó la estimación por experiencia. Detectabilidad La detectabilidad se refiere a la dificultad que posee el asociar un suceso ocurrido, a una causa o modo de fallo (Gardella, 2019). Esto para algunos modos de fallos es considerado algo fácil de lograr; pero en otros la situación es completamente diferente, dado que un modo de fallo puede englobar más de un proceso, maquina, acción y es aquí donde radica el problema al momento de definirlo, ya que se llega a una pregunta: ¿En dónde ocurrió? Para lograr identificarlo de una manera más sencilla, se puede emplear la Tabla 8, en donde se ofrece una descripción que ayuda en esta clasificación. Tabla 8. Clasificación de detectabilidad según valoración de riesgo (Gardella, 2011) VALOR DESCRIPCIÓN 1 No hay ninguna duda de que el fallo será detectado de inmediato, por cualquier persona y sin ambigüedad 2 La detección es prácticamente certera Probablemente habrá que verla algún técnico u operario especializado 3, 4 Y 5 La detección es razonablemente fiable. Hay que aplicar algún método, técnica o instrumento y/o tardar algún tiempo en diagnosticar definitivamente 6, 7 Y 8 La detección entraña riesgos de no acertar, se necesitan medios y tiempo relativamente largo para diagnosticar el fallo 9 Y 10 La detección es extremadamente difícil, o prácticamente inviable en las condiciones tecnológicas actuales 44 Cálculo de Número de Ponderación de Riesgo El NPR es utilizado para cuantificar el riesgo que conlleva un fallo en una maquina o instalación. Está determinado por la siguiente Ecuación: ��� = � × � × � (4) Donde:  NPR: Numero de ponderación de riesgo de un modo de fallos de clasificaciones.  G: Gravedad  F: Frecuencia de fallos  D: Detectabilidad Debido a los rangos de clasificación el valor de NPR puede estar entre un rango de 0 a 1,000; según Moubray es posible catalogarlo en los siguientes rangos: < 200 Poco importante 200 a 700 Normal 700 a 1000 Critico Sin embargo, para el análisis de la moto-bomba para el sistema de reinyección de agua geotérmica, los valores de NPR se encuentran en el rango de 12 – 168; esto no quiere decir que las fallas deban clasificarse como no importante, considerando que el equipo en cuestión ha sido uno de los más críticos sobre más de 650 equipos evaluados; por lo tanto, cada falla debe analizarse independientemente. El rango del NPR ayudará al analista a determinar frecuencia de intervención de técnicas de mantenimiento para evitar mal funcionamiento en el sistema, se verá más adelante esta afirmación. La Tabla 9 muestra una tabla del Análisis de Modos de Fallos Efectos y Criticidad en blanco, que debe ser llenada en función al equipo de alta criticidad que se desea analizar; la tabla está catalogada según la función o proceso, los fallos funcionales, los modos de fallos funcionales con su respectiva clasificación, el efecto de fallo, las consecuencias de fallo y la valoración de ponderación de riesgo. Tabla 9. Hoja AMFEC (Gardella, 2019) Para el equipo que se analiza (motor-bomba) las funciones detalladas en la Tabla 10, fueron consideradas como “transportar agua resultante del proceso de transformación energética en una central geotérmica”, “mantener presión de trabajo”, “mantener caudal de trabajo” y “contener agua geotérmica”. Para cada una de las funciones se identificó las fallas funcionales “la bomba centrifuga no gira”, “la bomba centrifuga gira”, “presión mayor y menor” “caudal menor y mayor” y “fuga de agua respectivamente”. 45 Tabla 10. Clasificación de AMFEC para función contener agua geotérmica en la bomba centrifuga (Anexo 1: AMFEC) FUNCIÓN / PROCESO P A R Á M E T R O FALLOS FUNCIONALES MODOS DE FALLO EFECTOS DE FALLO CLASIFICACIÓN A CLASIFICACIÓN B CLASIFICACIÓN C CLASIFICACIÓN D CONTENER AGUA GEOTÉRMICA A G U A G E O T É R M IC A A 1 1 0- 11 5 ºC FUGA DE AGUA FALLO DE SELLO MECÁNICO FALLOS DE OPERACIÓN OPERACIÓN FUERA DE PARÁMETROS NORMALES PERSONAL MAL CAPACITADO RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA OPERACIÓN A EXCESIVA BAJA VELOCIDAD FALLO DE INSTRUMENTACIÓN RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA OPERACIÓN EN SECO RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA FALLAS MECÁNICAS MAL COLOCACIÓN DE SELLO PERSONAL MAL CAPACITADO RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA EJES DESALINEADOS RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA ASPAS DE IMPULSOR DESBALANCEADAS ACUMULACIÓN DE SÍLICE RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA FALLAS DE LOS COMPONENTES DEL SELLO DESGASTE NORMAL RUIDOS Y FUGA EXCESIVA DE AGUA INCOMPATIBILIDAD DE MATERIALES DEL SELLO MALA ESPECIFICACIÓN DE MATERIAL RUIDOS Y FUGA EXCESIVA DE AGUA ERROR DE PROVEEDOR RUIDOS Y FUGA EXCESIVA DE AGUA FALLO DE CONEXIONES DE ENTRADA Y SALIDA DE AGUA FALLO DE ACOPLES RUPTURA DE FLANGES DE CONEXIÓN PERSONAL MAL CAPACITADO FUGA DE AGUA FATIGA DE MATERIAL DE FLANGES FUGA DE AGUA FALLO DE EMPAQUES RUPTURA DE EMPAQUES FUGA DE AGUA En relación a la función y a los fallos funcionales descritos previamente, se establecieron cuatro clasificaciones de modos y el efecto correspondiente; posteriormente las consecuencias de cada efecto de fallo fueron clasificadas según las siguientes características, la Tabla 11 es resultado de esta clasificación.  Fallo oculto  Seguridad y medio ambiente  Producción  Mantenimiento  Calidad Tabla 11. Clasificación completa de AMFEC (Anexo 1: AMFEC) (versión): 1 Código: HOJA: 1 de 4 Criticidad Tercer Nivel: BAJA OPERACIÓN FUERA DE PARÁMETROS NORMALES PERSONAL MAL CAPACITADO RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA NO SI SI NO NO 2 6 2 24 OPERACIÓN A EXCESIVA BAJA VELOCIDAD FALLO DE INSTRUMENTACIÓN RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA NO SI SI NO SI 3 6 4 72 OPERACIÓN EN SECO RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA NO SI SI NO SI 6 2 2 24 MAL COLOCACIÓN DE SELLO PERSONAL MAL CAPACITADO RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA NO SI NO SI NO 3 3 5 45 EJES DESALINEADOS RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA NO SI NO SI NO 4 5 6 120 ASPAS DE IMPULSOR DESBALANCEADAS ACUMULACIÓN DE SÍLICE RUIDO EXCESIVO, VIBRACIONES Y AUMENTO DE TEMPERATURA NO SI NO SI NO 5 4 6 120 DESGASTE NORMAL RUIDOS Y FUGA EXCESIVA DE AGUA NO SI NO NO NO 3 3 6 54 MALA ESPECIFICACIÓN DE MATERIAL RUIDOS Y FUGA EXCESIVA DE AGUA NO SI NO SI NO 3 2 6 36 ERROR DE PROVEEDOR RUIDOS Y FUGA EXCESIVA DE AGUA NO SI NO SI NO 3 2 6 36 PERSONAL MAL CAPACITADO FUGA DE AGUA NO SI NO SI NO 3 4 2 24 FATIGA DE MATERIAL DE FLANGES FUGA DE AGUA NO SI NO NO NO 3 4 4 48 FALLO DE EMPAQUES RUPTURA DE EMPAQUES FUGA DE AGUA NO SI NO NO NO 3 6 3 54 F R E C U E N C IA D E F A L L O S D E T E C T A B IL ID A D N .P .R . MODOS DE FALLO CLASIFICACIÓN D CONTENER AGUA GEOTÉRMICA A G U A G E O T É R M IC A A 1 1 0 -1 1 5 º C FUGA DE AGUA FALLO DE SELLO MECÁNICO FALLOS DE OPERACIÓN FALLAS MECÁNICAS FALLAS DE LOS COMPONENTES DEL SELLO FALLO DE CONEXIONES DE ENTRADA Y SALIDA DE AGUA EFECTOS DE FALLO INCOMPATIBILIDAD DE MATERIALES DEL SELLO FALLO DE ACOPLES RUPTURA DE FLANGES DE CONEXIÓN CLASIFICACIÓN A CLASIFICACIÓN B CLASIFICACIÓN C FALLO OCULTO SEGURIDAD Y MEDIO AMBIENTE PRODUCCIÓN MANTENIMIENTO CALIDAD G R A V E D A D Activo: Circulación agua geotérmica Código: BREVE DESCRIPCIÓN DE LA FUNCIÓN / PROCESO DONDE INTERVIENE EL ACTIVO EN EL CONTEXTO OPERATIVO: Circulación de agua geotérmica Bombas centrifuga de eje horizontal de 400 hp FUNCIÓN / PROCESO P A R Á M E T R O FALLOS FUNCIONALES CONSECUENCIAS DE FALLO Hoja RCM / AMFEC Centro Industrial: Geotermia Nº Proyecto - Ingeniería: Fecha elaboración: VALORACIÓN DE 2/11/2019 Sección/Planta/Código: Subsistema: Elaborado por: Alberto Soto Instalación / Activo: Revisado por: Criticidad Primer Nivel: Muy Alta Criticidad Segundo Nivel: ALTA Autorizado por: 46 3.2. Creación de planes de mantenimiento 3.2.1. Tareas de mantenimiento El departamento de mantenimiento debe cuantificar y separar cada una de las actividades que realiza para garantizar un control adecuado de sus recursos. Esta separación debe tomar en cuenta cuales son los objetivos y necesidades detrás de cada acción. Las tareas de mantenimiento tienden a compartir características que permiten que sean agrupadas en las siguientes categorías: Tareas de mantenimiento correctivo Estas son las acciones que suceden solamente al ocurrir la falla, es decir, son aquellas tareas que no tienen una periodicidad establecida y son de naturaleza reactiva. El principal obstáculo que el departamento tiene al considerar tareas de tipo correctivo es que, al depender de la falla, puede considerarse que son aleatorias y por tanto los riesgos de falla y los costos de esta pueden ser elevados. Por esta razón, las tareas correctivas se recomiendan para aquellas actividades que no presentan un alto riesgo de consecuencias de la falla o el costo de implementar otros tipos de mantenimiento es excesivamente alto, como, por ejemplo, luminarias o elementos cuyo aporte al proceso productivo es poco. Tareas de mantenimiento preventivo El mantenimiento preventivo está basado en realizar actividades en periodos específicos de la vida útil del equipo con tal de prevenir fallas catastróficas y se apoyan de los tiempos de paradas programados en la producción para ser efectuados. Dicho esto, se tiene el caso que la programación de las actividades pasa a ser