Implementación de un mantenimiento basado en la condición usando modelado y simulación: caso de estudio de un motor sincrónico de imanes permanentes

Implementing condition-based maintenance using modeling and simulation: a case study of a permanent magnet synchronous motor

Este artículo introduce la arquitectura de un CBM (mantenimiento basado en la condición) en una aplicación eléctrica. La detección de fallas de manera oportuna y eficiente constituye uno de los retos más importantes asociados al CBM y el enfoque basado en modelos en el medio para conseguirlo. Un caso de estudio en un motor sincrónico de imanes permanentes (PMSM) es ejecutado para ilustrar cómo el modelado es utilizado en la implementación de un CBM. El monitoreo fue implementado en tiempo real usando Matlab® y dSpace®. Se emplea como indicadora de falla la diferencia entre los valores de la componente secuencial negativa para las corrientes predichas usando una red neuronal multicapa y la corriente obtenida del motor. Resultados experimentales demostraron la efectividad del modelo propuesto en la detección de la falla de cortocircuito en el estator en distintos niveles de severidad y carga, obteniendo una confiabilidad en la detección mayor al 95%.

Introducción

El avance tecnológico ha impulsado el desarrollo de sistemas cada vez más complejos. Esta complejidad también se asocia a las tareas de mantenimiento, lo cual exige la implementación de sistemas inteligentes que permitan la optimización de las tareas de monitoreo.

La gestión en mantenimiento procura reducir costos asociados al mantenimiento, en particular horas/hombre, y costos de reparación. Varias metodologías han sido empleadas para el logro de estos objetivos, tales como TPM (Total Productive Maintenance), RCA (Root Cause Analysis), mantenimiento preventivo, entre otras.

Convencionalmente, el mantenimiento en el ámbito industrial ha sido implementado bajo enfoques correctivos o reactivos y preventivos. En el enfoque reactivo el mantenimiento se ejecuta cuando la falla de un componente o del sistema en general es obvia o el sistema colapsa. Un método tradicional alternativo es el mantenimiento basado en el tiempo de operación, en el cual el equipo es intervenido basado en el tiempo acumulado de operación. En este caso se asume un tiempo promedio entre fallas, estadísticamente establecido, basado en el histórico de fallas del equipo cuando éste opera en condiciones normales. Obviamente, dicho enfoque de mantenimiento involucra la detención del equipo, lo que puede producir afectaciones innecesarias cuando él no requiera una acción correctiva, generando pérdidas en producción y horas/hombre. Por otro lado, el CBM plantea un esquema de mantenimiento que evita detener el equipo de forma innecesaria.