elementos de productividad - library.e.abb.com · pdf filelos robots de abb se encuentran en...

1/2009

La revista técnica corporativa del Grupo ABB

www.abb.com/abbreview

Revista ABB

a

Elementos de productividad

Los dispositivos inteligentes descubren las redes sociales

página 26

Debemos saber bien lo que es la fiabilidadpágina 34

Buques de gas accionados con electricidadpágina 74

La productividad suele representarse con una rueda dentada. Engranadas con otros componen-tes, las ruedas interactúan para que el mecanis-mo funcione.En ABB, la productividad es el resultado de las numerosas innovaciones realizadas por su per-sonal especializado, que hacen que las ofertas de ABB evolucionen y puedan ofrecer unas soluciones eficientes a los clientes. El presente número de la Revista ABB examina más de cerca algunos de estos “elementos de la productividad”.

Y si pensaban que las denominadas “comunidades de Internet” sólo sirven para divertirse, les sorprenderá leer que una ramificación de esta idea está ya potenciando la eficiencia de la producción en términos reales. Los disposi-tivos pueden formar “redes sociales” y, por tanto, facilitar el mantenimiento.

En este número también se incluyen varias historias de éxito en los ámbitos del servicio y la consultoría, que son muestra de cómo ha contribuido la experiencia de ABB a que los clientes alcancen niveles más elevados de pro-ductividad. En un examen más esencial de la cuestión de qué es realmente la fiabilidad, se expone un análisis que invita a la reflexión, para encontrar una definición del tér-mino que marque la mayor diferencia para la producción general.

A menudo se ha llamado a los robots “la prolongación de los brazos humanos”. Estas máquinas no dejan de aumen-tar la productividad, al satisfacer unas demandas cada vez más estrictas en materia de precisión y eficiencia. Este número de la Revista ABB dedica dos artículos a los robots.

Otros avances tecnológicos que se abordan en este número se refieren al modo en que ABB mantiene el agua limpia o cómo aumenta la eficiencia del transporte de gas por barco.

Está previsto que la publicación del presente número de la Revista ABB coincida con “El mundo de la automatización y la potencia en 2009”, uno de los eventos más importan-tes de la empresa dirigido a sus clientes. Los lectores que asistan a esta conferencia reconocerán sin duda muchos de los productos y tecnologías de los que se ha tratado en números recientes de la revista, incluido éste. Entre los nuevos productos que va a lanzar ABB en la conferencia está un sensor de calibrado óptico que permite medir la planitud del papel. Estamos orgullosos de incluir un repor-taje sobre este producto el mismo día de su lanzamiento.

Que disfruten de su lectura.

Peter TerwieschDirector general de tecnologíaABB Ltd.

3Revista ABB 1/2009

Editorial

A lo largo de la historia de la industria ha habido un factor que ha servido de estímulo al progreso más que ningún otro. Ese factor es la productividad. Desde la invención de la primera bomba hasta los métodos de optimización infor-máticos, la clave del éxito de las nuevas ideas ha sido que permitieran conseguir más con menos. Eso significa que los consumidores pudieran, a lo largo del tiempo y en tér-minos reales, permitirse comprar más con menos dinero. Lujos que hace apenas una generación estaban limitados a una pequeñísima minoría son ahora asequibles a casi todo el mundo en las economías desarrolladas, y muchos de los países en desarrollo avanzan con rapidez en ese sentido.

Mientras que la industria y los consumidores esperan que la tendencia al aumento de la productividad continúe, las empresas de ingeniería se enfrentan al reto de identificar y hacer realidad un mayor potencial de optimización. La solución suele consistir en retroceder un paso y mirar con una perspectiva más amplia. En lugar de optimizar cada paso por separado, muchas técnicas modernas de optimi-zación abordan los procesos en su conjunto, y en ocasio-nes incluso tienen en consideración elementos ajenos a los procesos. Por ejemplo, pueden tomar en cuenta factores como la volatilidad de la calidad y el precio del combusti-ble, el rendimiento de las prácticas de mantenimiento y de servicio e incluso la mejora de la búsqueda y el procesa-miento de datos. Todo esto no sería posible sin la avanza-da capacidad de procesamiento de los ordenadores y siste-mas de control modernos, que pueden manejar numerosas variables en dominios amplios y resolver problemas de optimización que, de otro modo, serían irresolubles.

El presente número de la Revista ABB presenta los desafíos y los éxitos de los trabajos de optimización reales basados en ordenador, y para ello acude a un ejemplo asombroso de cómo mejorar la laminación del metal o a un panorama más general de los avances en los algoritmos de optimiza-ción. Pero la tecnología de la información representa una diferencia no sólo en la optimización y la resolución de problemas: ¿quién habría imaginado hace diez años que un técnico podría hoy hacer un diagnóstico de un equipo y dar instrucciones sobre su mantenimiento sin necesidad de desplazarse a la fábrica? Con el Servicio a distancia de ABB, es posible. En otro artículo de la revista se explica cómo está reduciendo ABB el trabajo administrativo, al tiempo que potencia el control de calidad con el segui-miento de la producción a partir de medios informáticos.

La búsqueda del nivel óptimo

4 Revista ABB 1/2009

Revista ABB 1/2009Elementos de productividad

Contents

Alianzas y productividad

6Servicio a distancia¡Socorro! Ahora, los robots averiados pueden solicitar ayuda por su cuenta gracias al Servicio a distancia de ABB.

9Socios tecnológicosLa colaboración y el trabajo en equipo ayudan a las empresas a llegar antes a la línea de meta.

15Datos en lugar de papelesDel trabajo administrativo rutinario a la verdadera productividad: el software de conectividad empresarial cpmPlus está transformando el área de producción.

20Mantenimiento eficazEl Asset Monitor de ABB para sistemas integrados de control de motores (IMCS) tiene la vista puesta en las prácticas de mantenimiento de una empresa.

26Dispositivos socialmente interactivosUn enfoque del servicio centrado en los dispositivos: ¿ha hablado últimamente con su dispositivo?

Mantenimiento para aumentar la productividad30La carrera hacia el éxitoLea este artículo y averigüe cómo reduce costes ABB con su proceso de inspección basado en el riesgo.

34¿Qué es la fiabilidad?Hay una manera de evitar que la fiabilidad se convierta en una carga real.

38Superar la excelenciaUna planta de Solvay Indupa deseaba alcanzar la excelencia, y fue incluso más allá.

43Modelos de laminaciónABB presenta un nuevo modelo de laminación para planchas metálicas.

49Menos es másLos tiempos difíciles exigen tecnologías y servicios que resuelvan los problemas con más rapidez y menos recursos.

54Sencillamente el mejorLas industrias de transformación se benefician de las ventajas de la optimización matemática.

Soluciones de productividad60El toque finalUn nuevo método de medición de papel sin láser cuantifica la planitud del papel.

63Robots ecológicosDel naranja al verde: la automatización basada en robots permite la eficiencia energética en el sector del plástico.

Revista ABB 1/2009

6

34

68

92

68La robotización de los operarios de los yacimientosABB presenta una solución avanzada para un problema “crudo”.

74Buques a toda pastillaLa propulsión eléctrica representa un mar de cambios para los buques de GNL.

80Seguir en funcionamientoLos instrumentos de campo multifuncionales de ABB no exigen paradas asiduas en boxes.

86Pura mejoraLas fábricas no desperdician recursos para eliminar residuos.

Eternos pioneros92Compactas y fiablesLas instalaciones de aparamenta a lo largo de los años: ABB repasa su historial de GIS.



Asociación y productividad

Los robots de ABB se encuentran en todas partes y se utilizan para aplicaciones industriales como elevadoras, envasadoras, rectificadoras y soldadoras. Fuertes e incansables, trabajan las veinticuatro horas del día y son cruciales para la pro-ductividad de una empresa. Por tanto, es esencial que los robots se mantengan en plena forma, ya que cualquier fallo puede tener graves consecuencias para la producción. Ahora bien, ¿qué ocurre cuando un robot funciona mal?La respuesta está en el nuevo concepto de Servicio a distancia de ABB. Dicho concepto permite que, cuando un robot empieza a funcionar mal, active una alarma de autoayuda. Seguidamente, un técnico de servicio de ABB recibe toda la información de diagnóstico por medio de tecnología inalámbrica, analiza los datos en un sitio web y presta asistencia en apenas unos minutos. Este servicio único está dando muy buenos resultados, tanto a los clientes como a ABB, y está revolucionando el concepto de servicio.

Servicio a distanciaEl concepto de Servicio a distancia de ABB está revolucionando la industria de la robótica Dominique Blanc

7Revista ABB 1/2009

Servicio a distancia


El primer Servicio a distancia se instaló en el sector automovilístico de Estados Unidos y en poco tiempo demostró su valía. La placa madre en el armario de un robot se sobrecalentó y el aumento de la temperatura activó una alarma a través del Servicio a distancia. Gracias a eso, los técnicos pudieron sustituir un ventilador averiado y evitaron una cos-tosa interrupción de la producción.

MyRobot: acceso a distancia veinticuatro horas al díaEl acceso permanente a datos sobre el estado del robot es también fundamen-tal para evitar interrupciones en la pro-ducción. En cualquier momento y des-de cualquier lugar, los clientes pueden verificar el estado de sus robots y acce-der a información de mantenimiento y a informes de rendimiento simplemente conectándose a la página web MyRobot de ABB. El servicio permite fácilmente

De esta forma, el técnico de ABB puede identificar con rapidez y a distancia el fallo exacto y ofrecer asistencia inme-diata al cliente. Si el problema no pue-de resolverse a distancia, el técnico de servicio puede ordenar rápidamente los repuestos necesarios y desplazarse al emplazamiento para reparar el robot. Aunque el técnico tenga que realizar la visita, el servicio es más rápido y efi-ciente y se consigue una calidad impo-sible por otros medios.

El Servicio a distancia permite a los téc-nicos “hablar” a los robots a distancia y utilizar herramientas para realizar un análisis inteligente, rápido y automatiza-do. El sistema se basa en un concepto de máquina a máquina (M2M) que fun-ciona automáticamente y necesita la intervención humana únicamente para hacer análisis y recomendaciones perso-nalizadas a los clientes. ABB ha obteni-do el reconocimiento de esta solución innovadora en la M2M United Conferen-ce celebrada en Chicago en 2008 Cuadro .

Mantenimiento proactivoEl Servicio a distancia permite a los téc-nicos de ABB vigilar y detectar posibles problemas en el sistema robótico y ofrece nuevas posibilidades para un mantenimiento proactivo.

La caja de servicio registra cada cierto tiempo parámetros del estado del robot. Al vigilar la evolución de parámetros críticos, el Servicio a distancia puede identificar posibles fallos y, en su caso, informar tanto al cliente final como al técnico de ABB correspondiente. La gestión y el almacenamiento de copias de seguridad de todo el sistema es un servicio muy importante para recupe-rarse de situaciones críticas causadas, entre otras cosas, por errores de los operarios.

Cada minuto de interrupción de la producción puede tener conse-

cuencias económicas desastrosas para una empresa. El servicio reactivo tradi-cional ya no es suficiente, puesto que el desplazamiento de los técnicos de servicio cuesta mucho tiempo y dinero. Por tanto, las empresas no sólo precisan ayuda más rápida del servicio de asis-tencia técnica cuando la necesitan, sino que desean evitar también que la pro-ducción se vea afectada.

En 2006, ABB ideó un nuevo concepto para responder mejor a las expectativas de los clientes. Con la más moderna tecnología para llegar a los robots en las instalaciones de los clientes en todo el mundo, ABB podría prestar asistencia a distancia en tan sólo unos minutos y evitaría así la necesidad de desplaza-mientos. El nuevo concepto de Servicio a distancia empezó en seguida a dar resultados y su lanzamiento tuvo lugar a mediados de 2007. Las estadísticas indican que, con este sistema, se pue-den evitar la mayoría de las interrupcio-nes de la producción.

Mantenimiento reactivoEl hardware que hace posible el Servi-cio a distancia de ABB consta de una unidad de comunicación que tiene una función similar a la de la caja negra de un avión 1 . Esta “caja de servicio” está conectada al sistema de control del robot y puede leer y transmitir informa-ción de diagnóstico. La unidad no sólo lee información de diagnóstico crucial para poder prestar asistencia inmediata en caso de producirse una avería, sino que además vigila y analiza el estado del robot y detecta de forma proactiva si éste necesita mantenimiento.

Si el robot sufre una avería, la caja de servicio registra inmediatamente el esta-do del mismo, sus datos históricos (como ficheros de registro) y paráme-tros de diagnóstico (como temperatura y suministro eléctrico). La caja, que está equipada con un módem integrado y utiliza una red GSM, transmite los datos a un servidor central para su análisis y presentación en un sitio web especial. Además, se envían alertas automáticas al que más cerca esté de los 1.200 téc-nicos de servicio de robots de ABB, quien puede entonces acceder a infor-mación detallada y al registro de errores para analizar el problema.

1 “Caja de servicio”, antena y tarjeta GSM del Servicio a distancia

En junio de 2008, la innovadora solución del Servicio a distancia obtuvo el premio Oro a la Cadena de Valor en la M2M United Conference celebrada en Chicago. El pre-mio a la cadena de valor condecora a las empresas que han adoptado con éxito tecnología M2M (de máquina a máquina) y pone de relieve procesos que combinan diferentes tecnologías para prestar servi-cios de alta calidad a los clientes. ABB ganó en la categoría de Servicios inteligentes.

Cuadro Una solución galardonada


Servicio a distancia


entusiasmo el Servicio a dis-tancia, ya que los servicios proactivos prolongarán la vida de sus equipos y reducirán el tiempo total de parada de la producción.

Con la gran competitividad que existe actualmente, la rentabilidad de las empresas suele depender de unos pro-gramas de producción muy ajustados que no siempre dejan tiempo para realizar revisiones exhaustivas o perió-dicas de los equipos. Los con-tratos de Servicio a distancia

de ABB están pensados para vigilar los robots de sus clientes y anticipar posi-bles problemas, de manera que puedan prestar ayuda antes de que el problema se agrave. En más del 60% de las peti-ciones de servicio que recibe ABB, los robots pueden repararse a distancia, sin necesidad de más intervención.

ABB ofrece una selección flexible de contratos de servicio para instalaciones robóticas nuevas y ya existentes, que ayuda a aumentar la frecuencia media de averías, acorta el tiempo de repara-ción y reduce el coste total de propie-dad. Con cuatro nuevos paquetes dis-ponibles (Asistencia, Respuesta, Mante-nimiento y Garantía), todos ellos respal-dados por la tecnología del Servicio a distancia de ABB, las empresas pueden reducir al mínimo el impacto de inte-rrupciones imprevistas y conseguir unas líneas de producción más eficientes.

Las ventajas del Servicio a distancia están claras: mayor disponibilidad, menos visitas de servicio, menos costes de mantenimiento y maximización del coste total de propiedad. Este servicio único diferencia a ABB de sus competi-dores y marca el inicio de una revolu-ción en el concepto de servicio. Ofrece a ABB una gran oportunidad para facili-tar el acceso de los clientes a sus cono-cimientos técnicos y ofrecer servicios más avanzados en todo el mundo.

Dominique Blanc

ABB Robotics

Västerås, Suecia

[email protected]

fundo cambio para la fábrica”, reconoce Trevor. “Ya no tenemos problemas de averías durante turnos enteros y eso nos ayuda a conseguir períodos mucho más largos de disponibilidad de los robots. Hemos aprendido que las mejo-res instalaciones manufactureras del mundo necesitan los mejores paquetes de asistencia técnica del mundo. El con-trol a distancia de nuestros robots nos ayuda a mantener las máquinas en fun-cionamiento, evita costosas interrupcio-nes y permite que mis trabajadores se dediquen a tareas más útiles.”

Acceso al servicioEl Servicio a distancia está disponible en todo el mundo y conecta a más de 500 robots. Las empresas que tienen menos de 30 robots suelen ser buenas candidatas para este Servicio a distan-cia, ya que generalmente no disponen de técnicos ni de las capacidades nece-sarias para resolver por sí solas los fallos robóticos. Las empresas más gran-des han acogido también con mucho

a los clientes comparar rendi-mientos, localizar cuellos de botella, detectar problemas y adoptar las medidas más ade-cuadas y oportunas para resol-ver la situación. MyRobot rea-liza una importante contribu-ción para generar menos resi-duos y aumentar los volúme-nes de producción.

Estudio de un caso: TetleyTetley GB Ltd. es el segundo mayor fabricante y distribuidor mundial de té. El negocio de fabricación y distribución de la empresa se desarrolla en 40 países y vende 60 marcas de té en bolsitas. La fábrica de Eaglescliffe, en el condado de Durham, Reino Unido, es la única que produce té en bolsitas de Tetley 2 .

Los robots de la línea de producción de la fábrica habían empezado a activar las alarmas y a retrasar todo el ciclo de producción. Las falsas alarmas produ-cían numerosas interrupciones innece-sarias para reinicializar los robots con la esperanza de que el problema no se volviera a repetir. Cada vez que se activaba una alarma, se perdían varias horas de producción. “Esa fue la razón de que decidiéramos probar un contra-to de Servicio a distancia con ABB”, explica Colin Trevor, director de mante-nimiento de la fábrica.

Para evitar más problemas causados por interrupciones imprevistas, Tetley firmó un contrato de servicio llamado Paquete de Respuestas con ABB, que incluía la instalación de una caja de servicio e infraestructura del sistema en los siste-mas de control de robots. Con la solu-ción del Servicio a distancia, ABB con-trola y recoge datos a distancia sobre desgastes y roturas, así como sobre la productividad de las células robotiza-das; estos datos son seguidamente com-partidos con el cliente y contribuyen al buen funcionamiento de los ciclos de producción.

Menos interrupciones de la producciónDesde que se instaló el Servicio a dis-tancia, Tetley ha sufrido muchas menos paradas de los robots y no se han pro-ducido más trastornos causados por problemas imprevistos. “El paquete de Servicio a distancia ha supuesto un pro-

2 Fábrica de Tetley en Eaglescliffe, en el condado de Durham

9Revista ABB 1/2009


Las empresas predecesoras de ABB, ASEA y BBC, se fundaron hace ya casi 120 años, en una época en que el electromagnetismo y las ecuacio-nes de Maxwell se consideraban tec-nología punta. Desde entonces han tenido lugar diversas transiciones tecnológicas, que ABB ha sabido sobrellevar con éxito mientras otras empresas se han quedado por el camino, gracias a la innovación y a su capacidad de aprender de la historia. Y es que entender los vínculos histó-ricos que unen a los productos, la tecnología y la economía industrial resulta de vital importancia a la hora

Socios tecnológicosNuevos desafíos en la historia de la cooperación con los clientes George A. Fodor, Sten Linder, Jan-Erik Ibstedt, Lennart Thegel, Fredrik Norlund, Håkan Wintzell, Jarl Sobel

de planificar las tecnologías e innova-ciones del futuro.Estos vínculos se basan en las vías de información empresariales, cuya existencia no debe subestimarse si se pretende garantizar la supervivencia de una empresa. Una organización puede recabar más información que una personal por sí sola, y el uso ópti-mo de esta información dependerá de la existencia y tipos de vías de comu-nicación entre el personal de una empresa y las personas relevantes ajenas a ella.El departamento Force Measurement de ABB AB cuenta con una larga tra-

dición de innovación. Gracias al estrecho vínculo entre sus clientes, proveedores, institutos de investiga-ción y universidades, este departa-mento ofrece un innovador equipa-miento para proporcionar una medi-ción y un control de gran precisión y fiabilidad para una amplia gama de aplicaciones. Por otra parte, siguen empleándose principios asentados, como las ecuaciones de Maxwell, de maneras totalmente nuevas e inno-vadoras para crear productos que potencien un crecimiento a largo plazo y una mayor competitividad.


Socios tecnológicos


para su uso en varias industrias. Su pro-ducción de bandas de latón, bronce y cobre de gran calidad se emplea para fabricar productos eléctricos, electróni-cos y automovilísticos. Sin embargo, el gusto de Venecia por los productos estéticos y de elevada calidad se remon-ta a siglos atrás, e ILNOR sigue conser-vando esta tradición investigando conti-nuamente en tecnologías que contribu-yan a mejorar la calidad de sus produc-tos 1 . Y, como cabía esperar, se decan-tó por el Stressometer 7.0 FSA de ABB. Los sistemas de medición de tensión ofrecen el avanzado sistema de control automatizado necesario para producir las bandas de gran calidad que exigen los fabricantes, y vienen a demostrar la atención por el detalle y la perfección de ABB, ampliamente reconocida y apreciada en este rincón del viejo mun-do.

Persianas venecianas de SueciaLos orígenes de Alingsås, una pequeña población del sur de Suecia, se remon-tan a 1382. Es conocida entre los artis-tas de la iluminación por su festival anual de luces. También es popular por la calidad de sus persianas venecianas. En la fábrica de Turnils se producen persianas de siete anchos, seis grosores, tres aleaciones y mil colores distintos. El sistema para medir el grosor con una precisión micrométrica, el Millmate Thickness Gauging (MTG), utilizado en el proceso de laminación es un produc-to capaz de medir por sí solo la fuerza basándose en una nueva plataforma tecnológica patentada conocida como tecnología Pulsed Eddy Current (PEC). Este sistema de medición se desarrolló para satisfacer la necesidad del cliente de conseguir un calibrado del grosor más preciso y fiable. Aunque se basara fundamentalmente en los principios físi-cos del electromagnetismo, la tecnolo-gía existente debía manipularse inteli-gentemente para que pudiera aplicarse en un contexto industrial. El sistema instalado actualmente en la fábrica per-mite resolver ecuaciones complejas de Maxwell en cuestión de milésimas de segundo. La electrónica de alta preci-sión mide las señales con gran exactitud y a un intervalo fijo de picosegundos. El éxito del sistema radicaba en enten-der los efectos de las corrientes induci-das en las finas planchas de metal, lo que se logró gracias a un extenso traba-jo de laboratorio.

nológicas de vanguardia. Países de África y Europa oriental están invirtien-do en su cantera de jóvenes talentos para crear una cultura de desarrollo tecnológico. Y, aunque cabe recibir con beneplácito los mercados emergentes, éstos implican un endurecimiento de la competencia, que estimula incluso una mayor innovación en empresas como ABB.

La innovación tiene por objeto hallar ideas que renueven el sector y poner-las en práctica, reinventar el mercado, y diseñar nuevas cadenas de valor.

Numerosos clientes, historias similaresRespaldada por sus 120 años de desa-rrollo tecnológico y experiencia, ABB sigue creando productos y servicios en numerosas áreas de la automatización, la generación de energía y la robótica. Los ejemplos que figuran a continua-ción ilustran a la perfección esta multi-plicidad de clientes.

Alta precisión en VeneciaEn Venecia, el comercio de cobre y bronce, materiales utilizados antigua-mente para fabricar monedas y elemen-tos arquitectónicos, se remonta al siglo XIII. Actualmente, ILNOR SpA, una empresa familiar fundada en 1961, man-tiene la tradición de trabajar los metales

La innovación constituye un factor clave para la supervivencia de las

empresas y sus clientes en lo que cabe describir como momentos críticos. Ésta tiene por objeto hallar ideas que renue-ven el sector y ponerlas en práctica, reinventar los mercados y diseñar nuevas cadenas de valor, y muchas de estas ideas proceden de los clientes innovadores.

La clave para lograr una innovación de éxito es la comunicación o los tipos de vías de información que emplean las empresas [1] [2]. Una empresa interna-cional como ABB, con oficinas y fábri-cas en 90 países, se enfrenta a numero-sos desafíos a la hora de mantener estas “vías de información”. En primer lugar, están las vías internas. Hay que evaluar cada idea desde diferentes perspectivas para determinar su impacto general en el mercado. Seleccionar las ideas más productivas requiere experiencia y el trabajo en equipo del área empresarial, tecnológica y de marketing. Tanto o más importante son las vías de comuni-cación entre ABB y sus clientes y pro-veedores.

Muchos clientes de ABB proceden de países que están desarrollando una sóli-da cultura científica y tecnológica gra-cias a su gran inversión en numerosos programas ambiciosos de investigación. Buen ejemplo de ello son China y la India. De hecho, la Academia de Cien-cias china está desarrollando proyectos de investigación en todos las áreas tec-

1 ILNOR SpA, en Venecia, invierte constantemente en mejoras de la calidad

11Revista ABB 1/2009



fiables con una trayectoria demostrada resulta fundamen-tal. Sin embargo, el desafío en este tipo de colaboración con-siste en crear y mantener a lar-go plazo vías de comunicación adecuadas. En concreto, des-plegar los traductores y herra-mientas de lenguaje necesarias puede suponer un gran coste en términos de tiempo y dine-ro. Para trasladar un conoci-miento tecnológico específico

a Matlab o sintaxis matemática para fines generales, conocimientos sobre procesos a lenguaje IEC61131/IEC61499, especificaciones a fórmulas matemáticas convencionales, o diseño de software a UML (lenguaje unificado de modelado, por sus siglas en inglés), por ejemplo, se requieren años de estudio y expe-riencia.

Así pues, la solución reside en constituir redes de intercambio de conocimientos tanto internas como con el cliente que permitan a los empleados, socios y

humana, tiene una mayor potencia de cálculo y ofrece una mayor seguridad. Pero todas ellas son excelentes.”

Intercambio de conocimientos con los clientesLa creciente globalización y competen-cia son dos de los mayores desafíos a los que se enfrentan hoy en día las empresas. Una manera de enfrentarse a ellos consiste en estrechar una colabo-ración a largo plazo con los clientes para intercambiar experiencia y conoci-mientos. Constituir un equipo de socios

Fue así como ABB creó un producto y una plataforma inteligentes estables a largo plazo y de una precisión supe-rior. Para los clientes, esto supone una manera rentable de introducir mejoras que, sin lugar a dudas, resistirá el paso de tiempo.

Excelencia en ChinaLa empresa coreana Union Steel se describe a sí misma con orgullo como “un productor de acero de tecnología punta”1). ABB ha contribuido a ello, ya que en una de las filiales de Union Steel, la planta meta-lúrgica Wuxi Changjiang en China2), se pueden encontrar varias generaciones de sus sistemas Stressometer Flatness Measurement. Shen Zhong, el director técnico de la planta, describe del siguiente modo las diferentes versiones instaladas en la planta: “la versión ante-rior, la 4.0, posee una interfaz industrial más tradicional, mientras que la nueva versión 6.0 posee una moderna interfaz

Notas a pie de página1) http://www.unionsteel.co.kr/eng/about/intro.asp, consultada en diciembre de 2008.2) Junto con su sociedad matriz, la coreana Union Steel, la planta metalúrgica Wuxi Changjiang de China se enorgullece de contribuir “a embellecer el mundo con acero”.

El acero se considera un material artístico de moda, y cada año la planta apoya las creaciones artísticas realizadas por estudiantes de diseño con este material.

Ejemplos internacionales de arte a partir del acero son la torre Eiffel o las piezas de Jack Howard-Potter.

2 Control proporcional-integral (PI) clásico frente a predictivo (PPI)

Error de flexión o error de desviación

Planitud de refe-rencia

Planitud real

PPI: Controlador predictivo Proceso: laminación

Med

idor

de

tens

ión

Controlador PI

H(p) . [1-exp (-τp)]

H(p) . exp (-τp)

Corrección de flexión o corrección

de desviación

+ +

--




ponentes alcance un correcto equili-brio entre flexibilidad (es decir, el número de componentes que se pue-den conectar y observar) y el número gestionable de parámetros (es decir, el promedio de parámetros para cada componente con respecto al número de conectores necesarios para todos los componentes de una aplicación).

Observadores de estado discretos y continuos. Al conectar nuevos com-ponentes en línea, los activos deben tomar el relevo a la perfección para ocuparse de los procesos. Al cambiar de componentes, los observadores pueden, durante un intervalo de tiem-po, detectar el estado del componen-te suprimido y el del nuevo compo-nente.

Biblioteca matemática, estadística y de optimización. El sistema requiere una potente biblioteca matemática para ejecutar todas las funciones de correlación, optimización y análisis. Esto no es tarea fácil, ya que actual-mente son pocas las bibliotecas mate-máticas existentes para aplicaciones industriales.

Comunicación transparente. Los dife-rentes sistemas de sensores y de con-trol deberían funcionar con total transparencia. En otras palabras, la interacción in situ y a distancia (es decir, a través de Internet) deberían ser análogas. Esto es fundamental para que los expertos que sólo pue-den trabajar a distancia puedan acce-der rápidamente a una planta situada en otra ubicación. Una empresa side-rúrgica, por ejemplo, podría contar con un equipo de expertos en ajustar los parámetros de la planta, que deberían poder observar y ajustar del

que permitan solucionar el problema. El espacio (en abstracto) de los pará-metros es lo que ofrece una solución óptima al problema. La solución es un punto concreto situado en este espacio.

Algunas de las técnicas de optimización de uso más habitual son el método Pareto, un método de punto interior, o el Simplex.

El sensor Torductor-S garantiza unas mediciones del par continuas y sin contacto a regímenes ele-vados en las condiciones mecánicas más exigentes.

Resultados del equipo de control de gama altaEste tipo de cooperación entre los expertos que controlan el equipo y los expertos encargados de controlar los procesos en la planta es una manera de incrementar la competitividad de ambas partes. Además, los ciclos rápidos de modelización y las experimentaciones son una manera fácil de proponer y poner a prueba nuevas tecnologías y productos. Sin embargo, desde un pun-to de vista tecnológico, tanto las prue-bas como la modelización sólo pueden llevarse a cabo si el equipo cumple determinados requisitos de diseño. Algunos de estos requisitos son [3]: Diseño de los componentes. El sistema debe poseer componentes de soft-ware de fácil diseño, conexión y modificación. Es importante que el tamaño (granularidad) de tales com-

clientes aportar conocimientos y utilizar-los en un lenguaje que les resulte fami-liar. De esta manera no sólo se puede obtener una nueva combinación de conocimientos, sino también expresar la información de una manera más abstrac-ta y concisa. Con ello se consigue incre-mentar el rendimiento empresarial y humano, así como la competitividad3), dado que la experiencia tecnológica y científica de una empresa se ve conti-nuamente aumentada.

El éxito de la cooperación entre los expertos de ABB y sus clientes puede marcar una diferencia. Por ejemplo, cuando un experto de planta detecta un problema o la posibilidad de mejorar algún proceso, actualmente existen equipos de automatización de gama alta que funcionan en tiempo real y que aplican técnicas de modelización, simu-lación y optimización. De este modo se pueden mejorar los procesos en el acto, algo que no hace mucho resultaba imposible. En tales casos, los pasos que se suelen dar son los siguientes:1. Se detecta y se aísla el problema.2. Los expertos crean un modelo que

ilustra el problema.3. Se generan simulaciones con dicho

modelo para determinar los paráme-tros del problema en el entorno simu-lado.

4. Comienzan las técnicas de optimiza-ción mediantes búsquedas para encontrar “curvas de indiferencia”

Nota a pie de página3) En la mayoría de casos, las empresas y clientes

que colaboran disponen de una experiencia com-

plementaria y comparten el objetivo común de

ofrecer un valor añadido a sus clientes.

3 Distribución de planitud frente

Controlador PI clásico Controlador predictivo

80

60

40

20

0

-20

-40

-60

-80

Em

edia (N

/mm

2 )

Intervalo de anchura de banda = (700-860 mm)

Planitud simétrica

1 N/mm2

5 N/mm2

10 N/mm2

20 N/mm2

-2 -5 -10 -5 5 10 15

Suprimido con predictor –> bordes menos ondulados

Cmedia (Nmm2)

4 En cierto tiempo, el control PPI conduce a una reducción de la bajada de calidad del material cercana al 50%

1.2

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

Referencia = 1,0

Tone

lada

s bl

oque

adas

por

pla

nitu

d de

ficie

nte

(bas

e 1,

0 pa

ra c

ontr

olad

or P

I con

la

desv

iaci

ón m

anua

l y la

flex

ión

auto

mát

ica)

Control PI con la desviación manual y la flexión automáticas.

6 meses de producción

Control PI con la desviación y la flexión automáticas.

1 mes de producción

Control predictivo con la desviación manual y la flexión automáticas

5 mes de producción

anchura de banda < 950 mm anchura de banda < 950 mm




diferencia se describía mate-máticamente, el problema podía identificarse y resolverse utilizando el equipo Stresso-meter 7.0 Flatness Control.

Así pues, SAPA reprodujo con la mayor exactitud posible las condiciones térmicas y mecá-nicas tras el proceso de recoci-do en horno. De este modo descubrieron que, efectiva-mente, la planitud mermaba de manera significativa 5 .

Mediante análisis estadísticos y redes neuronales artificiales, se logró identificar y docu-mentar estos efectos [5][6]. Actualmente el deterioro se puede compensar utilizando métodos estadísticos multidi-mensionales patentados.

Sensores de par en los coches de F1¿Qué velocidad hay que alcanzar para cambiar de marcha en una carrera de fórmula 1 (F-1)? La respuesta pasa por el sensor de par de ABB que emplean los coches de carreras profesionales de mayor prestigio.

El diseño del sensor Torductor-S garan-tiza unas mediciones del par continuas y sin contacto a regímenes elevados en las condiciones mecánicas más exigen-tes 6 . Éste es capaz de soportar las temperaturas y vibraciones típicas de los coche de carreras.

Trabajar con los expertos técnicos del sector de la competición automovilística fue una experiencia muy enriquecedora para el equipo del departamento Force Measurement de ABB. Éstos fueron tes-tigos de excepción de cómo los inge-nieros de F1: Realizaban los ajustes necesarios a los motores de los coches de carreras gracias al Torductor situado en la transmisión para lograr el máximo rendimiento.

Supervisaban el desgaste y el deterio-ro del motor durante la competición.

Supervisaban y controlaban las pertur-baciones y oscilaciones provocadas por el contragolpe, el derrape de las ruedas o las condiciones del pavimento.

Verificaban el estado y la sobrecarga, detectaban fallos y supervisaban la combustión.

óptima. En otras palabras, la planitud es lo que los clientes de ABB prometen a sus clientes. Sin embargo, los usuarios de bandas de aluminio indican que, aunque la banda posea una planitud prácticamente ideal tras la laminación en frío, el calor y los procesos mecáni-cos de transporte contribuyen a deterio-rar su planitud.

En 2007, los expertos de ABB, en cola-boración con los expertos de SAPA Heat Transfer, su cliente de Finspång, en Suecia, decidieron analizar la diferencia entre la planitud del producto que reci-be el cliente y la planitud alcanzada inmediatamente después del proceso de laminado. Usando una patente de ABB, los expertos descubrieron que, si esta

mismo modo todas las plan-tas del mundo.

Colaboraciones exitosasA ABB el término colabora-ción a largo plazo no le resul-ta desconocido, y su empeño en intercambiar conocimientos y experiencia con otras empresas ha demostrado ser un gran éxito. Una de estas colaboraciones se hizo con el centro de investigación de ArcelorMittal en Maizières, Francia.

Utilizando el Stressometer 7.0 de ABB, diseñado para realizar cálculos matriciales complejos para sistemas dinámicos a tra-vés de una arquitectura basada en componentes, el centro de investigación de ArcelosMittal quería probar un nuevo algo-ritmo de control adaptativo-predictivo, y los expertos de ABB se mostraron encantados de participar. La idea con-sistía en añadir un bucle de control pre-dictivo al clásico control proporcional-integral (PI) 2 .

La distribución de planitud resultante en los actuadores utilizando el control PI tradicional con respecto al proporcio-nal-integral predictivo (PPI) se muestra en 3 . Al margen de algunas ondulacio-nes en los bordes de la banda (repre-sentadas con una línea de puntos), las diferencias son en general insignifican-tes. Sin embargo, tras un período de prueba de cinco meses, los resultados mostraron claramente que el control PPI conlleva una reducción de la bajada de calidad del material cercana al 50% [4].

Así pues, los clientes con un amplio conocimiento en las condiciones de pos-laminado pueden utilizar el equipo de control de gama alta de ABB para implantar por su cuenta métodos muy eficaces de compensación de pos-lami-nado, como se ilustra en los siguientes ejemplos.

La planitud es una propiedad esencial para las plantas industriales que traba-jan con bandas metálicas. Algunos pro-cesos en la fabricación tanto de latas de aluminio como de aviones, por ejem-plo, no pueden llevarse a cabo si las planchas de metal no son de calidad

6 Sensores de par para aplicaciones de automoción

5 Efectos de la planitud pos-laminado

Datos de mediciones en la planta de laminación en frío

Índice de muestra

Índice de muestra

400200

0 5 10 15 20 25

20

10

0

-10

-20

-30

400

200

0 5 10 15 20 25

20

10

0

-10

-20

-30

(I-un

idad

es)

(I-un

its)

Zona de medición

Datos de mediciones en la línea de nivelado

Zona de medición




millones de toneladas de fuel pesado. Así pues, un ahorro de un 2,2% repre-senta un ahorro de unos tres millones de toneladas de fuel pesado o, lo que es lo mismo, de 1.800 millones de dóla-res. En el caso de un buque típico de 6.700 TEU que viaje de Rotterdam a Singapur, esto se traduce en un ahorro de unos 60.000 dólares, además de la consiguiente reducción de emisiones de gases de efecto invernadero.

Un sensor de presión situado en el cilindro calcula la relación entre P

max y

el ángulo de calado. Este sensor de ABB, conocido como Cylmate, es resis-tente a las altas presiones, entornos

CylmateHoy en día se está producien-do una discreta revolución en el diseño de los grandes moto-res diésel de dos tiempos y baja velocidad. De hecho, más del 50% de los buques que se encargan actualmente cuentan con motores controlados elec-trónicamente. En este tipo de motores, la electrónica ha pasado a reemplazar las levas mecánicas, y el proceso de combustión se puede ajustar automáticamente mediante una función de control de bucle cerrado. El control se lleva a cabo directamente en el ángulo de encendido de cada cilindro del motor. La presión máxima de encendido (P

max) y el consumo específico

de combustible (CEC, expresa-do en g/kWh) están estrecha-mente ligados. Incluso un pequeño cambio en el ángulo de inyección de combustible (de 0,5 grados) puede conlle-var una reducción ostensible del consumo [7]. Como se ilus-tra en 7 , la relación entre la P

max del cilindro y el consumo

de combustible cambia cuan-do se reduce el intervalo de inyección de combustible en medio grado, es decir, al pasar de un ángulo de calado de 2,5 grados a 2,0 grados. El valor promedio de P

max aumentó de 120

a 130 bar. Este incremento de 10 bar supone una reducción instantánea del consumo de combustible del 2,2%, lo que significa pasar de 177 a 173 g/kWh. Aunque pueda parecer insignificante, cuando se contempla desde una pers-pectiva más amplia, esto supone un gran cambio. Según un informe de 2000 de la Organización Marítima Internacio-nal (OMI) sobre las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de los buques, en 1996 la industria maríti-ma de todo el mundo consumía 138

Referencias

[1] Arrow, K. (1974) The Limits of Organization, W. W. Norton & Company.

[2] Teigland, R.; Fey, C. F. (2000) Julian Birkinshaw Knowledge Dissemination in Global R&D Operations: An empirical Study of Multinationals in the High Technology Elec-

tronics Industry. The Management International Review, Gabler Verlag.

[3] Fodor, G. A. (2008) “High Performance Flatness Control in Aluminium Processing”. Aluminium World, Vol.2.

[4] Nowicki, R.; Vermot-des-Roches, L.; Szczepanski, P.; Mouchette, A.; Legrand, N.; Bergsten, P.; Jonsson, L. (2007) “Predictive Control for Cold Rolling Flatness”,

informe conjunto de ArcelorMittall y ABB, ATS Conference, París.

[5] Uppgård, T. (2008) Estimation of Post-Rolling Effects in Cold Rolled Aluminium Strips, tesis de licenciatura, Universidad de Örebro.

[6] Uppgård, T. (2007) Predicting Post-Rolling Flatness by Statistical Analysis – Improved Quality at Our Customer’s Customer. ABB Value Paper Series.

[7] ABB Pressure Sensor Fit for Loop Control, Diesel & Gas Turbine Worldwide (abril de 2008).

nocivos y cambios bruscos de temperatura, y es capaz de analizar y transmitir datos entre encendidos del cilindro. En junio de 2004, en el 24º Congreso Internacional de Tecnología de Motores de Combustión celebrado en Kyoto, Japón, un informe en el que se describía cómo el Cylmate, el sensor de presión del motor, medía el rendi-miento del motor diésel reci-bió el Premio del Presidente del CIMAC4).

La importancia de la comunicaciónLa innovación es fundamental para el futuro de ABB y el de sus clientes. Los ejemplos que figuran en este artículo subra-yan la importancia de coope-rar con clientes, proveedores, centros de investigación y uni-versidades, y de transmitirles los descubrimientos tecnológi-cos y científicos importantes. Trabajar con estos entusiastas equipos resulta indispensable tanto para sobrevivir como para progresar.

George A. Fodor

Sten Linder

Jan-Erik Ibstedt

Lennart Thegel

Fredrik Norlund

Håkan Wintzell

Jarl Sobel

ABB AB

Västerås, Suecia

[email protected]

Nota a pie de página4) CIMAC significa Consejo Internacional de Máquinas

de Combustión, y el Premio del Presidente es un

premio muy prestigioso en la industria del motor.

7 Relaciones entre Pmax y el consumo de combustible obtenidas en el centro de pruebas de motor de Wärtsilä, en Winterthur (Suiza)

14:46:00 14:48:00 14:50:00 14:52:00 14:54:00 14:56:00 14:58:00 15:00:00 2007-02-03

14:46:00 14:48:00 14:50:00 14:52:00 14:54:00 14:56:00 14:58:00 15:00:00 2007-02-03

14:46:00 14:48:00 14:50:00 14:52:00 14:54:00 14:56:00 14:58:00 15:00:00 2007-02-03

Media de aPign (ignición) (°CA)

Media de Pmax (bar)

Consumo específico de combustible (g/kWh)

4

3.5

3

2.5

2

1.5

1

0.5

0

160

140

120

100

80

60

40

20

0

184

182

180

178

176

174

172

170

168



Se ha dicho muchas veces que vivimos en la era de la información. Esto es muy cierto en el caso de la fabrica-ción, donde a medida que el producto pasa por todas las etapas, desde la emisión de la orden inicial hasta la entre-ga del producto final, se acompaña de una masa dinámica de documentación. El personal de las líneas de produc-ción tiene que saber exactamente qué pasos son necesa-rios y qué partes o componentes tienen que utilizarse. Los resultados de las actuaciones individuales pueden quedar también registrados a efectos de seguimiento y control de calidad.En la mayoría de los casos, este proceso depende mucho de la documentación en papel. Las instrucciones se dan por escrito; las acciones se ponen por escrito; e incluso cuando los datos se almacenan finalmente en medios electrónicos, la transferencia de los registros en papel al ordenador se tiene que realizar a mano.

Datos en lugar de papelesTransformación de la conectividad en el área de producción Sascha Stoeter, Dejan Milenovic

Esta tarea consume mucho tiempo y es propensa a los errores, además de que dificulta el acceso a información actualizada.El software de conectividad empresarial (Enterprise Connectivity Software, ECS) cpmPlus de ABB está cam-biando todo este panorama e introduciendo una produc-ción realmente sin papeles. Ahora, los registros siguen al producto en forma electrónica y, en cada una de las etapas, sólo se muestran los datos que están directamen-te relacionados con cada tarea. La ergonomía se potencia y los errores se reducen.El software se está utilizando con mucho éxito, por ejemplo, en la propia subestación de ABB en Ratingen (Alemania) y con Wander, un fabricante de la industria alimentaria.

A la vista de estas ventajas, ¿cómo sería un lugar de trabajo sin papeles y equi-pado con un sistema ECS? Los cambios son más pronunciados en el área de producción. En la fabricación tradicio-nal, las instrucciones se entregan por escrito junto con el producto. Un siste-ma sin papeles puede configurarse de modo que los operarios seleccionan la siguiente unidad de trabajo a partir de una interfaz gráfica de usuario que con-tiene una lista priorizada de tareas pen-dientes. Dicha selección se puede reali-zar también con un lector de códigos de barras. Este tipo de control ayuda a verificar además si el componente es compatible con esa etapa de la produc-ción. A continuación aparecen indica-das en la pantalla de la estación de tra-bajo las etapas de montaje necesarias, la documentación de apoyo, los valores requeridos en las pruebas o las opcio-nes de montaje 1 .

Los cambios afectan también a las ope-raciones. Se instalan ordenadores nor-males en las oficinas o clientes de soft-ware en los ordenadores ya existentes. Este software se utiliza para administrar el sistema, emitir órdenes y visualizar informes. La mejora que se consigue en el acceso a la información ofrece muchas ventajas. El personal de ventas puede conocer mejor la capacidad dis-ponible en las fábricas y negociar los

El software de conectividad empresarial (ECS) cpmPlus de ABB se empezó a comercializar como Soluciones de Conectividad Empresarial [1] y ha llega-do a convertirse en el elemento central de la suite de productos de la firma para la gestión de la producción en colaboración (Collaborative Production Management, CPM).

Sin papelesUna razón importante para introducir la conectividad en el área de producción es alcanzar la meta de la producción sin papeles. Las ventajas operativas y los ahorros que pueden lograrse son, entre otros, los siguientes: Disponibilidad de datos sobre la pro-ducción en tiempo real: la dirección tiene acceso total y actualizado al estado de la fábrica y la producción.

Ayudas contextuales para los opera-rios: los operarios, en lugar de tener que perderse entre pilas de manuales de referencia e informes, obtienen la información relacionada únicamente con el producto y la etapa de produc-ción de que se trate. Así se consigue un lugar de trabajo más limpio, segu-ro y eficiente. Una autoridad central puede actualizar la documentación fácilmente y a un coste reducido.

Eliminación de errores de transcrip-ción: la información sigue a los pro-ductos semiterminados desde el pedi-do hasta su entrega en soporte elec-trónico. Las notas escritas a mano son ya cosa del pasado, y con ellas el riesgo de ilegibilidad y de errores en la entrada de datos en el sistema ERP.

Abundancia de información nueva: los sistemas automatizados permiten registrar muchos más datos electróni-camente que con el método tradicio-nal del papel y el lápiz. Esto beneficia tanto a la fábrica, porque optimiza los procesos, como al cliente, que puede obtener datos de más calidad sobre los productos adquiridos. Esta activi-dad de mantenimiento de registros puede ser también necesaria para el cumplimiento de los requisitos regla-mentarios.

Facilidad de acceso a los datos históri-cos: el almacenamiento electrónico de los datos simplifica el seguimiento del material y limita las posibles retiradas de productos, puesto que ayuda a identificar productos contaminados o peligrosos. De esta forma, la empresa puede ahorrar dinero y ganar prestigio.

La conectividad es un aspecto impor-tante de los sistemas de realización

de la fabricación (MES). Se sitúa en el centro de la pirámide de la automatiza-ción según la definición de ISA-95 [1] Cuadro 1 y tiende un puente entre los sis-temas de planificación de los recursos empresariales (Enterprise Resource Planning, ERP) (nivel 4) y los sistemas de control (nivel 2 e inferiores). Por tanto, ofrece funcionalidad de nivel 3. Un reto importante que plantea la implantación de este vínculo es la con-versión entre diferentes grados de deta-lle de la información: los sistemas ERP actúan sobre horizontes temporales de varias horas o más, mientras que los controladores suelen operar a una velo-cidad de orden muy superior al minuto.


Datos en lugar de papeles


1 Interfaz de usuario que comprende un monitor con pantalla táctil, un teclado y un escáner inalámbrico para códigos de barras.

La pirámide de la automatización agrupa en distintos niveles los dispositivos y siste-mas de un entorno de producción. Existen muchas pirámides de automatización dife-rentes que utilizan un criterio de clasifica-ción óptimo para cada dominio. El modelo que más interés tiene para este trabajo es el utilizado por la norma ISA-95. Los niveles generan límites de comunicación, puesto que las conexiones deben estable-cerse únicamente dentro del mismo nivel o con los niveles colindantes. La forma de la pirámide indica que existen muchos más dispositivos en los niveles más bajos que en los más altos. Normalmente hay un sistema ERP en el nivel superior y un gran número de controladores en el inferior. Al organizar los sistemas y dispositivos según esta jerarquía, se hace visible su grado relativo de influencia en la producción.Como suele suceder con los modelos, la realidad no siempre se ajusta a ellos. Los sistemas complejos pueden proporcionar funcionalidad para toda la fábrica (por ejemplo, inventario) al tiempo que interac-cionan con los controladores, de modo que abarcan varios niveles.

Cuadro 1 La pirámide de la automatización

ERP

Niv

el 4

Niv

el 0

ERP: Planificación de recursos empresarialesMES: Sistema de ejecución de la fabricación

MES

Controladores




medio de los gráficos de pro-cesos de 800xA.

Muchos sistemas de conectivi-dad ofrecen interoperabilidad con productos de terceros, que suele reducirse a una interfaz mediante la cual se puede facilitar una conexión. Ahora bien, el establecimiento de esa conexión suele quedar en manos del cliente o se ofrece como un contrato de consulto-ría adicional. En marcado con-traste, el ECS conecta los siste-mas externos utilizados habi-

tualmente con adaptadores suministra-dos listos para usar. Existen adaptadores para muchos escenarios tipo, como conectividad a SAP, WebSphere MQ, todas las bases de datos habituales y servicios web. Según las exigencias de cada proyecto, se pueden integrar otros adaptadores utilizando una arquitectura de complementos plug-in. El ECS conec-ta fácilmente todos estos sistemas, reali-zando conversiones entre diferentes índices y representaciones de datos según las necesidades.

Una vez establecido el intercambio de información, el siguiente paso lógico consiste en enviar comandos de un sis-tema a otro. De esta forma, un vende-dor puede no sólo introducir una orden nueva en el SAP, sino también, en teo-ría, poner directamente en marcha algu-nos aspectos de la producción. Pero en el mundo real existen escenarios en donde las condiciones (o propiedades) del área de producción presentan cier-

senta una etapa de la producción. Al realizar una transición inteligente de un segmento a otro siguiendo el diagrama del proceso de trabajo y cumpliendo los requisitos de la producción, las órdenes se convierten en productos.

ECS e integraciónDesde el punto de vista estructural, el ECS se sitúa en el centro del sistema de comunicación del área de producción 2 . Conecta sistemas externos como los ERP, con equipos y operarios. La infor-mación proporcionada por los sistemas conectados se representa gráficamente según ISA 95 y se pone a disposición del usuario a través de la plataforma de automatización industrial de ABB, el Sistema 800xA. Esta estrecha relación con 800xA significa que, por ejemplo, se pueden transferir algunos datos del sistema ERP a OPC, lo cual permite el intercambio fluido de información entre los niveles 2 y 4, así como el acceso a datos y funciones empresariales por

pedidos en consecuencia. La dirección puede analizar la productividad y la rentabilidad conjuntamente con el sistema ERP en tiempo real. Los equi-pos de mantenimiento pueden obtener datos históricos deta-llados sobre los equipos y programar debidamente las inspecciones.

Descripción general del ECSEl ECS emplea la norma ISA-95 con el fin de establecer una terminología común para las comunicaciones. Concebido como la descripción de la interfaz entre los niveles 3 y 4, proporciona también una excelente base para organizar la conectividad empresarial. Además, la norma ISA-95 tiene un gran valor para la comunicación entre proveedores de equipos y clientes. Con los años, los tra-bajadores de las fábricas (y sus consul-tores) han adoptado su propia termino-logía cuando hablan de su infraestructu-ra. Una norma internacional bien defini-da simplifica la comunicación entre culturas con un lenguaje diferente.

Puesto que el ECS es un software orien-tado a los recursos, proporciona formas sencillas de instruir al personal sobre sus diferentes funciones, equipos y materiales. A cada elemento del modelo dentro del sistema se le pueden asignar propiedades de distintos tipos que man-tienen los tiempos de ejecución de los procesos. Estos recursos pueden combi-narse seguidamente para producir seg-mentos, cada uno de los cuales repre-

3 La herramienta de definición de procesos (Process Definition Tool – PDT) es la principal para el modelado. Admite recursos basados en ISA-95 y el modelado de códigos de eventos personalizados utilizando editores basados tanto en gráficos como en texto.

a b

2 Arquitectura del software de conectividad empresarial (ECS) con servicio central de conectividad: por su carácter abierto, el ECS puede incorporar nuevos sistemas externos con la mayor facilidad.

WebSphere MQ

800xA

Servidor SQL

SAP

Excel

Servicio web

Oracle

Conectividad empresarial cpmPlus

…




proporciona una imagen inmediata del flujo de trabajo del evento. El código del evento permite crear fácilmente funciones sencillas y mapas de conecti-vidad. Las funciones más complejas pueden incrustarse utilizando DLL.

Herramienta de administraciónLa herramienta de administración se uti-liza para configurar una instalación de ECS ya en funcionamiento. Sirve como una interfaz fácil de utilizar para la base de datos del servidor SQL central. Con esta herramienta, los administradores mantienen usuarios y permisos, vigilan el sistema y pueden ver también infor-mes rudimentarios.

Cabina de mando o CockpitLa tercera herramienta, la cabina de mando o Cockpit, proporciona funcio-nes avanzadas relacionadas con la ela-boración de informes 4 . El ECS recaba continuamente un gran número de datos sobre la producción sin que el sistema necesite una configuración especial. La cabina de mando o Cockpit utiliza todo ese volumen de informa-ción y puede relacionarla con otras fuentes (como datos históricos). La herramienta permite la representación gráfica de los datos, con lo que se hace más fácil la identificación de otras correlaciones ocultas.

En su versión más reciente, la 3.5, el ECS ha incorporado una serie de mejo-ras en la utilidad y las prestaciones téc-nicas que acortan el tiempo de ejecu-ción de los proyectos. Entre ellas está la reconfiguración del modelo utilizando un solo botón y con unos tiempos que

medio de una expresión booleana a partir de cualquier combinación de pro-piedades. Con la descripción sucinta de eventos se puede crear una solución inteligente de conectividad en el área de producción que evite a los operarios tareas tediosas, además de proporcionar supervisión en tiempo real.

HerramientasPara que los técnicos puedan benefi-ciarse de un medio de desarrollo fructí-fero, los conceptos tienen que traducir-se en herramientas. El ECS proporciona tres de esas herramientas técnicas.

Herramienta de definición de procesos (Process Definition Tool, PDT)La PDT es el entorno principal para la creación de modelos que proporcionen una solución para un cierto escenario de conectividad en el área de produc-ción 3 . Se utiliza para crear esa solu-ción y luego adaptarla a nuevos requisi-tos en los tiempos de ejecución. En la parte izquierda de la ventana de la apli-cación se muestran los recursos actuales por medio de diferentes diagramas de árbol. En la parte derecha se muestran los detalles correspondientes a cada elemento del modelo que pueden ser manipulados por los técnicos. Con esta herramienta se configuran los recursos básicos y se establecen las relaciones entre ellos. El técnico puede incluir otras propiedades y escribir el código de cliente en C# y Visual Basic y abrir así todo el mundo de .NET. El código se puede introducir de la manera tradicio-nal con un editor de textos 3a , o utili-zando un editor gráficos de eventos 3b . Este último permite dibujar algoritmos y

tas características que desencadenan acciones de forma automática: Un sistema de alarma complejo, basa-do en propiedades de distintas fuen-tes, activa el envío de mensajes (por ejemplo, por SMS) a operarios huma-nos, o la ejecución inmediata de pro-cedimientos de parada de la produc-ción por una emergencia.

La finalización de una etapa de la producción pone automáticamente en marcha la siguiente.

Una mezcladora se carga automática-mente con la cantidad adecuada y en el momento adecuado de ingredien-tes almacenados en silos.

El ECS propone el concepto de evento para implantar tales comportamientos. El evento es un código hecho a la medida cuya ejecución puede ser inicia-da manualmente por un operario o por

CPM (Collaborative Production Manage-ment) Gestión de la producción en colaboración

DLL (Dyanmic link library) Librería de enlaces dinámicos

ERP (Enterprise Resource Planning) Planificación de recursos empresariales

MES (Manufacturing Execution System) Sistema de ejecución de la fabricación

OPC Estándar de conectividad utilizado para la automatización industrial

SMS (Short Message Service) Servicio de Mensajes Cortos

SQL (Structured Query Language) Lenguaje de consulta estructurado (un lenguaje de base de datos)

Cuadro 2 Siglas

5 Transformador RESIBLOC hecho en la fábrica de Brilon de ABB

4 La herramienta denominada Cockpit (cabina de mando) ofrece una senci-lla configuración gráfica para generar avanzados informes de producción.




vo sistema porque habían participado activamente en todo el proyecto. Así, algunas fábricas organizaron concursos de diseño, abiertos a todos los opera-rios, para crear estaciones con ordena-dor en el lugar de trabajo, como se muestra en 1 .

Evaluaciones comparativas y aplicaciónEn la fábrica de transformadores de ABB en Brilon, Alemania, se realizó una evaluación comparativa 5 . Algunos de los retos que la flexibilidad del produc-to afrontó con elegancia fueron la inter-faz con un exótico sistema de ERP y una aplicación de programación con direccionamiento flexible en el proceso de trabajo que dependía de limitaciones relacionadas con el sistema ERP, la inte-gración de un depósito ya existente de documentos, e interfaces de usuario multilingües al servicio de una plantilla multicultural.Wander, una empresa suiza del sector de la alimentación y fabricante de la mundialmente famosa Ovomaltina (Ovaltina), ha sido otro ejemplo de éxito en la implantación. Los beneficios de la conectividad en el área de producción se ponen de mani-fiesto con la solución flexible de conec-tividad empresarial cpmPlus de ABB. Además de una configuración ágil y sencilla, los clientes pueden esperar unos reducidos costes de asistencia técnica y mantenimiento, un elevado grado de flexibilidad que permitirá futuras ampliaciones del sistema, e información actualizada y fiable sobre el estado de los procesos disponible a todos los niveles de la empresa.

Sascha Stoeter

ABB Corporate Research, Industrial Software

Systems

Baden-Dättwil, Suiza

[email protected]

Dejan Milenovic

ABB Process Industries Products


[email protected]

Referencias

[1] [ANSI/ISA-95.00.01-2000. Enterprise-Control

System Integration – Part 1: Models and Termino-

logy.

[2] Dondi, P.; Berisa, D.; Milenovic, D.; Milenovic, T.;

Tellarini, M. “Soluciones empresariales para la fa-

bricación discreta”. Revista ABB 2/2004, pp. 34-38.

ce todas las especificaciones del siste-ma. Además de proporcionar una visión general, el documento describe con detalle todos los aspectos del sistema.

Para orientar a los técnicos del proyecto durante la fase de implantación, se asig-nan prioridades a algunos casos de uso y se marcan otros casos de uso como extensiones deseables o futuras. Se identifican con claridad los límites del sistema y se verifica con el cliente el documento de requisitos.

El diseño y la implantación de la solu-ción se realizan fuera del emplazamien-to. A medida que las distintas partes de la solución empiezan a formar un todo, especialmente con la creación de inter-faces de usuario, el cliente vuelve a intervenir en la fase de verificación. Hacia el final del proyecto, la atención se centra de nuevo en el emplazamien-to del cliente, cuando se instalan servi-dores y se realizan pruebas con las líneas en funcionamiento.La participación de expertos de las dos partes es una condición ineludible para el éxito, aunque en ningún caso lo garantiza. Un sistema sólo es útil si lo aceptan sus usuarios. Es muy fácil olvi-darse de que las pequeñas casillas que aparecen en el modelo documentado se corresponden con personas reales del mundo real, sin cuyo apoyo es proba-ble que la implantación sea un fracaso. En muchos casos en los que se instaló el ECS, los operarios aceptaron el nue-

se reducen a segundos, la ayuda para la depuración del modelo por medio de Visual Studio, la mejora del registro y la creación simultánea de modelos con la colaboración de diferentes técnicos y desde diferentes estaciones de trabajo. El ECS 4.0, que se podrá adquirir en la primera mitad de 2009, no necesitará ya el sistema 800xA como entorno del ordenador central, pero seguirá permi-tiendo una estrecha integración. El motor gráfico de procesos de trabajo proporcionará una forma mucho más sencilla e intuitiva de configurar los pro-cesos de producción. Se pueden poner en marcha proyectos nuevos en un esta-do avanzado utilizando el depósito de plantillas de ECS que se pondrá a dispo-sición de los clientes en línea. Ofrece modelos de integración directamente utilizables como punto de partida para nuevos proyectos de desarrollo o para aprender buenas prácticas de modelado.

Responsabilidades compartidasEl ECS ya se está utilizando en muchas fábricas de ABB y en empresas exter-nas. Aunque la complejidad de los pro-yectos varía, el camino que hay que recorrer para que la implantación tenga éxito es el mismo.

Después del contacto inicial, un equipo de técnicos de ECS visita el emplaza-miento durante varios días para entre-vistar a los expertos del dominio en cuestión. Sus comentarios se incorporan al documento de requisitos que estable-



Cuando se trata del funcionamiento de una fábrica, ningún operario quiere sorpresas. Pero en el mundo de la fabricación, con su frenética actividad las veinticuatro horas del día, ¿cómo pueden evitarse los imprevistos?

La vigilancia del buen funcionamiento de los equipos de una fábrica se está convirtiendo rápidamente en la clave para evitar estas sorpresas y, por tan-

Mantenimiento eficazAsset Monitor para un sistema integrado de control de motores (IMCS) de baja tensión: estudio de un caso Rajesh Tiwari, Jouni Seppala

to, en el secreto del éxito de una empresa. Con la adopción de un plan de mantenimiento que sea tanto pre-dictivo como proactivo –en otras palabras, que dependa del estado de los equipos– se pueden conseguir ahorros importantes y grandes aumentos de la productividad.

En una empresa química de Finlandia se implantó con éxito el sistema

MNS iS de ABB con tecnología de supervisión de activos. Este sistema ayudó a mejorar sus planes de man-tenimiento y a conseguir ahorros de costes muy bien acogidos.


Mantenimiento eficaz


miento de máquinas, equipos y siste-mas de una fábrica. El programa de mantenimiento en OMG solía basarse en la experiencia previa o en averías reales de los equipos. Pero el problema era que, a pesar del mantenimiento periódico, no había garantía alguna de que los equipos no sufrieran una avería entre dos inspecciones.

Mantenimiento correctivoEl mantenimiento correctivo (o reacti-vo) se realiza sólo cuando se ha produ-cido una avería. En la dinámica de los procesos, es habitual que la producción tenga que interrumpirse por desco-nexiones o sobrecargas. Aunque no son deseables, estos problemas pueden resolverse. El verdadero reto, no obs-tante, se plantea cuando el propio equi-po sufre una avería y las piezas de recambio no están inmediatamente disponibles.

Asset Monitor para el mantenimiento de IMCSSiempre se había pensado que los motores de baja tensión y velocidad constante no afectaban demasiado a la disponibilidad global de una fábrica; sin embargo, la mayoría de las interrupcio-nes que se producen en una fábrica pueden atribuirse a ellos. Una desco-nexión en uno de esos motores o un fallo en un reostato de arranque del MCC es suficiente para detener un pro-ceso. En OMG se implantó la tecnología de supervisión de activos de ABB para MNS iS con la idea de explorar las posi-bilidades de un mantenimiento más efi-caz para los sistemas integrados de con-trol de motores (IMCS) de baja tensión.

Asset Monitor es un componente de software que recaba datos de distintas fuentes, los sitúa en el contexto del activo correspondiente y evalúa la información 1 . Se controlan estados, se

la fábrica. La función del controlador del DCS debía enfocarse al control de procesos (y no a la gestión de la información).

Importancia de la información. Se estaba encaminando información no relacionada con la gestión de proce-sos principalmente a los operarios de procesos, quienes hacían poco uso de ella.

Utilización de la información. Los operarios de la fábrica no habían recibido instrucciones específicas sobre las actuaciones necesarias y no podían interpretar correctamente la información para adoptar las medidas correctoras necesarias.

La información sólo es útil cuando se dirige a destinatarios que la valoran, entienden y utilizan. Para poder hacer un uso práctico de la información en la fábrica, era fundamental que hubiera un sistema unificado capaz de propor-cionar la información adecuada al operario adecuado en el momento adecuado.

Plan de mantenimiento en OMGEl plan de mantenimiento en OMG podía dividirse en dos grandes catego-rías: preventivo y correctivo.

Mantenimiento preventivoEl mantenimiento preventivo consiste en inspecciones periódicas de manteni-miento durante las cuales se realiza una revisión completa de todos los equipos, con independencia de que realmente la necesiten. Es el mantenimiento más fre-cuente que se realiza a instrumentos de campo, motores, válvulas, bombas, etc., y sirve para evitar averías potencialmen-te costosas durante el funcionamiento. La justificación de este mantenimiento tan poco eficiente es la ausencia de datos objetivos que cuantifiquen la necesidad real de reparación o manteni-

OMG Kokkola, en Finlandia, es el primer fabricante del mundo de

productos químicos a base de cobalto que se utilizan principalmente en bate-rías y herramientas cortadoras de meta-les duros. Al tratarse de unas aplicacio-nes muy delicadas, los polvos de cobal-to de la empresa tienen que cumplir unos criterios de calidad muy estrictos. ¡Imagínense la catástrofe si la batería de un ordenador portátil explotara en un avión!

Para mantener sus sistemas al día, OMG mejoró el sistema de automatización de su línea de productos químicos de cobalto en 2006. Una parte importante de esa mejora fue la modernización de su Centro de Control de Motores (MCC) de baja tensión. Para explorar a fondo las posibilidades de mejorar el manteni-miento, la empresa eligió un Sistema Integrado de Control de Motores de ABB, MNS iS. Equipado con sensores inteligentes, MNS iS puede medir corrientes, voltajes y temperaturas y proporciona abundante información. Pero lo más importante es que permite utilizar esa información para elaborar un plan completo de mantenimiento basado en el estado de los equipos.

En OMG, el uso de sofisticados instru-mentos inteligentes y de MCC inteligen-tes era bastante habitual. Se disponía ya de abundante información, pero no se estaba consiguiendo la mejora esperada en el mantenimiento. En concreto, exis-tían las siguientes limitaciones: Encaminamiento de la información. La información obtenida por medio de equipos inteligentes se encamina-ba a través del controlador del siste-ma de control distribuido (DCS) sin tener en cuenta su importancia, con lo que el rendimiento del controlador disminuía y afectaba negativamente a las aplicaciones de control críticas de

1 Interfaz de Asset Monitor a y evaluación con la posible causa de un fallo y la acción que se propone como respuesta b

a b




mas y desconexiones que puedan ser de interés para labores específicas de mantenimiento y aspectos esenciales del trabajo. Agrupa esos estados en las siguientes categorías: eléctricos, mecáni-cos, operativos y relacionados con pro-cesos. Dicha clasificación permite iden-tificar y dirigir la información al técnico de mantenimiento adecuado, para que pueda tomar las medidas necesarias. Los estados se dividen a su vez en sub-estados con un nivel de gravedad que indica el deterioro del funcionamiento del activo para una rápida identificación y actuación del operario. Los estados, subestados y niveles de gravedad se representan en 3 .

Haciendo clic directamente en los estados de Asset Monitor, se abre una nueva ventana donde el problema o estado aparece plenamente analizado y se responde a las siguientes preguntas: ¿Cuál es el problema y dónde está? ¿Cuál es el tipo y la gravedad del problema?

¿Cómo se ha causado el problema? ¿Quién es el operario que debe tomar medidas (es decir, ¿se trata de una cuestión relacionada con el funcionamiento o con el manteni-miento?)?

¿Qué actuaciones específicas son necesarias para resolver el problema?

Si se puede enviar un correo electróni-co o un SMS, el informe del fallo se dirige al operario adecuado para que inicie la resolución del problema.

Estructura de localizaciones: aquí se muestran las localizaciones de todos los IMCS en la fábrica.

Estructura de activos: en este caso, la estructura de IMCS se divide en el nombre de IMCS, seguido de la cate-goría del reostato de arranque en fun-ción de los esquemas de control (por ejemplo, DOL, RDOL).

Estructura de documentación: a través de esta estructura se puede acceder a toda la documentación importante de IMCS.

Dentro de estas diferentes estructuras de navegación, existen distintas venta-nas y pantallas relacionadas con el mantenimiento de los reostatos de arranque de IMCS. Estas pantallas son accesibles desde las cuatro estructuras de navegación y se describen en Cuadro .

Asset Monitor para reostatos de arranque de IMCSAsset Monitor para reostatos de arran-que recopila datos sobre el uso real de motores, contactores y conexiones de los reostatos para vigilar su estado. Esos datos se utilizan para prever las necesi-dades de mantenimiento. Asset Monitor diferencia entre equipos que: tienen un funcionamiento continuo, sin conmutación;

se utilizan muy de vez en cuando o no se utilizan durante un cierto tiem-po;

tienen exceso o defecto de capacidad para el mantenimiento pertinente.

Asset Monitor evalúa también continua-mente todos los acontecimientos, alar-

detectan posibles deterioros y se propo-nen remedios. Posteriormente se entre-ga un informe del fallo al personal competente para que actúe sobre la base de dicha información. Asset Moni-tor funciona directamente sobre la pla-taforma del DCS, el Sistema 800xA de ABB, que ya está disponible en la fábri-ca. El proceso de recopilación y pre-sentación de información se representa en 2 .

MNS iS proporciona al controlador del DCS una interfaz de bus de campo para el intercambio y el control de datos orientados a los procesos. El resto de la información eléctrica y específica del mantenimiento se encamina directa-mente a través de un servidor OPC1) instalado directamente en el servidor del PC de la estación de trabajo del operario del DCS. La estación de trabajo de supervisión de activos se utiliza exclusivamente para fines de manteni-miento. El personal de mantenimiento puede acceder a esta herramienta en función de sus respectivas funciones (por ejemplo, técnico) y visualizar la información pertinente.

Dentro de la estación de trabajo hay cuatro estructuras diferentes por las que se puede navegar. Todas esas estructu-ras sirven como ayudas y el uso que se haga de ellas dependerá de las necesi-dades del operario. Estructura de controles: se muestran todos los IMCS en las distintas subes-taciones eléctricas y se puede navegar por ellos basándose en la estructura de comunicación.

Listas de acontecimientos y alarmas: se visualiza una lista cronológica de todas las alarmas y acontecimientos.

Presentación de tendencias para operacio-nes: se muestra un registro de todas las corrientes trifásicas, los voltajes y las tem-peraturas de contacto en todas las conexio-nes de salida, en forma de tendencias.

Presentación de tendencias para diagnósti-co: se muestran corrientes de desconexión, rastreo de imágenes térmicas, “tiempo has-ta la desconexión” si un motor funciona en estado de sobrecarga, y cálculo del “tiempo hasta la reinicializacion”, que es el tiempo de enfriamiento que los motores suelen necesitar después de haber sufrido una desconexión por sobrecalentamiento.

Cuadro 1 Ventanas y pantallas del mantenimiento de los reostatos de arranque de IMCS

Registros históricos: todos los valores regis-trados se almacenan como datos y se pue-den recuperar más tarde para su análisis.

Asset Monitor para reostatos de arranque: evalúa todos los acontecimientos, alarmas y desconexiones para operaciones específi-cas de mantenimiento y aspectos esencia-les del trabajo, y es el aspecto más impor-tante de las funciones de supervisión de activos.

Ventana del mantenimiento de reostatos de arranque: representación gráfica esquemá-tica de un reostato; proporciona una visión dinámica de un fallo en el reostato; es ade-cuada para electricistas.

Visualizador de activos: muestra el estado general de todos los reostatos de arranque en forma de árbol.

2 Recopilación y presentación de información con Asset Monitor

Estación de supervisión de activos para mantenimiento

Interfaz de OPC

PC del servi-dor para la estación del

operario Controlador del DCS

IMCS 1 a 7

Red de control de DCS

Bus de campo

Estación de trabajo del operario para control

del proceso




sario el mantenimiento de las conexio-nes eléctricas. Así se asegura un estado óptimo de dichas conexiones y de la presión de contacto para el funciona-miento óptimo del reostato de arranque durante todo su ciclo de vida.

Se realiza también un control similar basado en el estado, que consiste en medir constantemente la temperatura de contacto para detectar un deterioro de la calidad de la conexión de los cables. Asset Monitor supervisa también el fun-cionamiento e identifica motores o equipos que han estado funcionando continuamente y que tienen necesida-des específicas de mantenimiento. Com-prueba además que, después del man-tenimiento, los reostatos de arranque se encuentren en el compartimento desig-nado para tal fin. Por otra parte, realiza un control continuo de todos los com-ponentes internos, de su consumo y del cálculo de su vida útil, e informa al operario sobre el estado y las previsio-nes de mantenimiento o reposición. Asset Monitor controla y evalúa cons-tantemente todos estos estados. Las operaciones de mantenimiento se clasi-fican como eléctricas, mecánicas, rela-

Además, Asset Monitor soporta distintas lenguas y este paquete de software para la supervisión de activos utiliza los colores, los símbolos, la nomenclatura y las configuraciones que se especifican en las directrices de NAMUR2).

Mantenimiento basado en la supervisión de activosEl IMCS MNS iS proporciona una gran cantidad de información y datos de mantenimiento. El software Asset Moni-tor sitúa esos datos en su contexto para que pueda utilizarlos el técnico de man-tenimiento. El IMCS, por ejemplo, se basa en tecnología extraíble del reostato de arranque, que tiene en cuenta el número de ciclos de inserción del reos-tato. Cuando el número de inserciones en un determinado módulo alcanza un cierto número de ciclos, se hace nece-

Ventana del mantenimiento de reostatos de arranquePara ayudar al operario eléctrico, se muestra una ventana con un diagrama esquemático de un reostato de arranque 4 . La ventana contiene también todos los valores medidos e información sobre el estado para su control en línea. Permite, además, la reinicialización cuando se producen fallos especiales relacionados con el mantenimiento, como los siguientes: demasiadas alarmas por sobrecalenta-miento;

demasiadas desconexiones por sobre-calentamiento;

demasiadas alarmas por limitación de arranque;

demasiadas desconexiones por limita-ción de arranque;

ciclos de inserción.

4 Panel frontal de Asset Monitor

Notas a pie de página1) OPC: OLE para control de procesos, donde OLE se

refiere a la vinculación e incrustación de objetos.2) NAMUR es una asociación internacional de usua-

rios de tecnología de automatización en la industria de procesos.

3 Estados y subestados de Asset Monitor

Nivel de grave-dad (estado)

Subestado Descripción

1 (Normal) Normal El motor está disponible; el estado es normal; el activo está completamente disponible para funcionar; no necesita mantenimiento.

2 (Definido por el usuario)

Fallo Información general: dentro del nivel de gravedad y el estado, los detalles “descripción”, “posible cau-sa” y “acción propuesta” los define el cliente; el icono depende del nivel de gravedad seleccionado.

100 (Bajo) Necesita mante-nimiento (pronto)

El motor está disponible; el estado es “necesita mantenimiento (pronto)”; el activo está completa-mente disponible para funcionar, pero necesita mantenimiento tan pronto como sea posible para evitar restricciones funcionales.

250 (Alto) Necesita manteni-miento inmediato

El motor está disponible; el estado es “necesita mantenimiento (inmediato)”; el activo está disponible para funcionar, pero necesita mantenimiento cuanto antes para evitar restricciones funcionales.

400 (Fuera de IMCS)

Fuera de la especificación

El motor está aún disponible; el estado es “fuera de la especificación”; el activo está disponible para funcionar, pero en un nivel reducido debido a que las condiciones de funcionamiento están fuera de los límites especificados.

500 (Dentro de IMCS)

Fuera de la especificación

El motor está aún disponible; el estado es “fuera de la especificación”; el activo está disponible para funcionar, pero en un nivel reducido debido a problemas internos.

750 (Alto, fuera de IMCS)

Comprobación de funcionamiento

El motor está parado; no puede funcionar; el esta-do es de “comprobación del funcionamiento”; el funcionamiento del activo puede haberse restringi-do temporalmente debido a que se está trabajan-do con el mismo (por ejemplo, operación local o mantenimiento).

900 (Alto, fuera de IMCS)

Fallo El motor ha sido parado; el estado es de “fallo”; el activo no funciona debido a una avería de sus periféricos o a condiciones de funcionamiento.

1000 (Alto, den-tro de IMCS)

Fallo El motor ha sido parado; el estado es de “fallo”; el activo no funciona debido a una avería del mismo.




cionar. El programa de super-visión de activos debía ser fácil de adquirir, fácil de utili-zar y accesible desde el primer día.

Esta expectativa se vio cumpli-da. La recopilación de infor-mación con MNS iS se realizó en tiempo real y los datos se encaminaron directamente al operario sin pasar por el con-trolador de procesos de DCS.

Sistema fácil de utilizar para el usuarioOMG esperaba que la infor-

mación de mantenimiento generada por Asset Monitor fuera clara y fácil de utili-zar para el usuario; es decir, que no hicieran falta conocimientos especiales para trabajar con el sistema.

Para familiarizarse con el sistema, adop-tarlo y utilizarlo, los técnicos de mante-nimiento necesitaron cierta formación. OMG consideró que el sistema era fácil de utilizar para los técnicos.

Estación de trabajo para el mantenimiento de toda la fábricaOMG necesitaba que todas las activida-des de mantenimiento de la aparamenta conectada se realizaran desde la misma plataforma, sin necesidad de cambiar de aplicaciones. Esa plataforma única tenía también que ser escalable para permitir en el futuro el mantenimiento de toda la fábrica.

Toda la aparamenta de MNS iS en la fábrica de OMG se conectó a la plata-forma de supervisión de activos. Todos los demás equipos de la fábrica e ins-trumentos de procesos suministrados por ABB podrán conectarse a la misma plataforma en el futuro. ABB ofrece ver-siones genéricas de Asset Monitor para equipos de terceros, pero en este caso sería necesario que el personal de la fábrica de OMG las configurase.

Mejora del plan de mantenimientoEl objetivo más importante era que el programa de supervisión de activos redujera considerablemente las necesi-dades de mantenimiento y mejorara el funcionamiento de IMCS. La supervisión de activos no puede considerarse como un sustituto de los métodos tradiciona-les de gestión del mantenimiento pre-

estados externos relacionados con motores o dispositivos de interbloqueo de procesos, el usuario define los deta-lles del estado, su causa, el nivel de de gravedad y las acciones propuestas.

Expectativas de OMG y evaluaciónLa supervisión de activos ofrece la oportunidad de mejorar la situación actual del mantenimiento en OMG. A continuación se indican los objetivos y los resultados de su implantación.

Adiciones, modificaciones y usoLa consideración más importante al implantar el programa de supervisión de activos fue que se mantuvieran la estructura existente del DCS y la tarea de control de procesos. Se suponía que no iba a haber ningún otro programa más en el controlador del DCS, y que el funcionamiento del control de procesos no se vería alterado; es decir, el sistema no necesitaría ningún cambio para fun-

cionadas con procesos y rela-cionadas con operaciones, para dirigirlas seguidamente al equipo de mantenimiento ade-cuado.

De la misma forma que se informa a los operarios de la necesidad de mantenimiento, también se les advierte de los estados que precisan una res-puesta proactiva. Los criterios de advertencia, el tiempo transcurrido hasta la desco-nexión y la gravedad de la misma son todos ellos aspec-tos que pueden configurarse en cada avería, mecanismo de seguri-dad o función de protección del motor. Lo más importante es que se vigila con-tinuamente la capacidad térmica en todos los motores. Si un motor está fun-cionando en estado de sobrecarga, Asset Monitor calcula dinámicamente el tiempo exacto que el motor puede tar-dar en desconectarse, informa al opera-rio responsable de su control e inicia una acción correctora. Cuando la desco-nexión es inminente, se registran todos los valores medidos (incluida la corrien-te de desconexión) para su análisis pos-terior y se genera un informe detallado para la investigación del fallo. Estos aspectos del trabajo o el mantenimiento en línea se calculan sobre la base de las mediciones de corriente, voltaje y tem-peratura realizadas por IMCS.

El IMCS vigila también estados genera-les que pueden ser definidos por el usuario. Por ejemplo, cuando se vigilan

El sistema System 800xA de ABB en funcionamiento

5 Descripción de la capacidad de Asset Monitor como complemento (no sustitución) de los métodos tradicionales de mantenimiento

Periodicidad del mantenimiento

a Basado en las necesidadesb Basado en el tiempo

Tip

o de

man

teni

mie

nto

MNS iS con control de estado

Aparamenta convencional

a

b




Los conocimientos adquiridos con la implan-

tación del Asset Monitor en OMG servirán a

otras empresas que deseen mejorar sus

actividades de mantenimiento. La utilización

eficiente del programa requiere una estrate-

gia y un plan de ejecución cuidadosamente

elaborados antes de su implantación.

1. Definir los objetivos y el plan de ejecución.

¿Qué se pretende conseguir con el pro-

grama de supervisión de activos? ¿Cómo

debe resolver Asset Monitor los problemas

actuales de mantenimiento de la fábrica?

Debe elaborarse un plan de ejecución en

el que se detallen los recursos, el personal

y el modelo de trabajo. El equipo designa-

do debe tener un interés en el programa y

Cuadro Implantación de Asset Monitor

se deben identificar claramente y atender

las necesidades de formación.

2. Implicación y respaldo de la alta dirección.

Hacen falta inversiones de capital y recur-

sos iniciales para lanzar con éxito el pro-

grama de supervisión de activos. La alta

dirección debe apoyar plenamente la eje-

cución del plan y comprometerse a facili-

tar los recursos, el personal y la formación

necesarios.

3. Un equipo motivado y preparado. Es posi-

ble que haya que cambiar los planes de

mantenimiento existentes y las culturas de

trabajo para adaptarlos a la nueva forma

de trabajar. El equipo debe estar dispues-

to a adquirir nuevas capacidades para

hacer un uso eficaz del programa.

ventivo o reactivo en OMG. Pero puede ser una valiosa contribución a un pro-grama de mantenimiento completo para toda la fábrica. En 5 se muestra cómo la supervisión de activos puede ser un buen complemento para un método de mantenimiento tradicional.

El mantenimiento preventivo se basa en el tiempo y se realiza periódicamente. El mantenimiento predictivo se tiene que realizar también periódicamente, pero esa periodicidad depende de las necesidades; es decir, se pueden acortar o alargar los intervalos. La duración del mantenimiento es también diferente. El mantenimiento preventivo puede ser comparativamente más largo, ya que se realiza a todos los equipos; el manteni-miento predictivo puede ser más corto, ya que se realiza sólo a los equipos que lo necesitan. Lo más importante del mantenimiento preventivo es su natura-leza preventiva y periódica, pero aún así no siempre puede prevenir una inte-rrupción catastrófica de la producción cuando se requiere mantenimiento entre dos intervalos programados. Ahí es precisamente donde interviene el control de estado en línea de los equi-pos con Asset Monitor, puesto que per-mite al personal de mantenimiento visualizar continuamente información crítica sobre la fábrica y el funciona-miento de los activos.

La supervisión de activos no elimina la necesidad de mantenimiento reactivo o correctivo para reparar averías. Pero sí

que puede ser una buena ayuda para advertir a los operarios de ciertos estados, de forma que puedan adoptar medidas correctivas antes de que se produzca una avería. Cuando se produ-ce una desconexión o una avería, Asset Monitor puede ayudar a identificar rápi-damente el problema y dirigir al técnico responsable a través del proceso de resolución de fallos. Aunque no elimine por completo las desconexiones o ave-rías, la supervisión de activos puede reducir considerablemente el tiempo medio hasta la reparación en el mante-nimiento reactivo.

Un buen factor de predicciónLa tecnología Asset Monitor de ABB se basa en la premisa de que el control continuo del estado real de los activos permite predecir con exactitud la perio-dicidad del mantenimiento, con lo que se reduce la probabilidad de un fallo del activo entre los intervalos de mante-nimiento, se mejora la disponibilidad y el estado del activo, y aumenta la dis-ponibilidad total de instalaciones opera-tivas, al tiempo que se reducen los cos-tes de mantenimiento. En cierto sentido, hace posible un programa de manteni-miento preventivo basado en el estado de los equipos.

Además, Asset Monitor ayuda a reducir las existencias de repuestos, ya que deja un amplio margen de tiempo para ordenar piezas de recambio. La preven-ción de averías imprevistas y la detec-ción precoz de problemas incipientes

en los activos pueden aumentar la vida operativa útil de los equipos de la fábri-ca. Al controlarse también el consumo de los activos, esta herramienta ayuda a decidir cuándo conviene más reponer el activo que repararlo.

Los controladores del DCS reciben úni-camente datos relacionados con el con-trol y el interbloqueo de procesos y hacen más rápida y pertinente la comu-nicación relacionada con el control de procesos. El controlador puede utilizar esos datos para conseguir un funciona-miento más eficaz y crítico de los circui-tos de control de procesos. Además, los diferentes operarios pueden acceder a información de interés y actuar en base a ella directamente. Esta configuración reduce también el tiempo de latencia entre los operarios de procesos y los técnicos de mantenimiento.

Un plan de mantenimiento correcta-mente implantado y aplicado, con con-trol de estado de los activos, debe evi-tar mantenimientos innecesarios e inte-rrupciones de la producción, mejorar el rendimiento y reducir los costes de mantenimiento. Pero lo más importante es que debe optimizar todos los aspec-tos del funcionamiento de los activos.

Rajesh Tiwari

ABB Switzerland Ltd

Zürich, Suiza

[email protected]

Jouni Seppala

ABB Low Voltage Systems

Vaasa, Finlandia

[email protected]

Agradecimientos

Los autores desean expresar su agradecimiento al

Sr. Asko Wirkkala y al personal de automatización y

electrotecnia de OMG Kokkola Chemicals Company

por los esfuerzos que han realizado para adoptar y

aplicar esta nueva tecnología.



Además de ser una fuente de información, Internet permite a las personas relacionarse en el plano social. Los entornos sociales basados en Internet tienen numerosas y poderosas aplicacio-nes que pueden ser utilizadas para el mantenimiento de los equipos (dispositivos) en el sector industrial. De hecho, en lo que respecta a ABB, este entorno es la propuesta de la próxima generación para gestionar la inteligencia del servicio.

Dispositivos socialmente interactivosUn enfoque del servicio centrado en los dispositivos: ¿ha hablado últimamente con su dispositivo? John DuBay


Dispositivos socialmente interactivos


MySpace. Además, muchas de las per-sonas que se están incorporando ahora al mercado de trabajo pertenecen a lo que comúnmente se conoce como “la generación de la Red”. Los miem-bros de “la generación de la Red” nacie-ron en los años ochenta y noventa, en un momento en el que ya existían la mayoría de los dispositivos digitales actuales (ordenadores, Internet, iPods), y se caracterizan por tener una sólida formación digital. Hace falta un entorno así para que los técnicos de la genera-ción más joven se sientan atraídos por este campo.

expertos en optimización de proce-sos;

un centro de conocimientos técnicos de la plataforma tecnológica;

formación complementaria y consul-toría;

centros regionales de llamadas de servicio;

asistencia técnica a proyectos.

Es indudable que la RIDM aumenta la eficacia general de los equipos. Sin embargo, los servicios a distancia están evolucionando rápidamente y siguien-do los caminos explorados antes por ser vicios en línea como FaceBook y

2 El espacio del cliente ofrece información específica tanto del cliente como el emplazamiento

Muchos sitios de Internet se presen-tan como “comunidades” en las

que las personas se relacionan entre sí a través de distintos “espacios”. La inte-racción en esos entornos es posible gra-cias al uso de tecnologías Web 2.0, el término que engloba las más recientes aplicaciones de Internet, como blogs, fuentes RSS, wikis, mensajería instantá-nea, aplicaciones web híbridas (mas-hups), etc. Pero muchas empresas no se han dado cuenta hasta ahora del valor de las tecnologías Web 2.0 y de cómo pueden utilizarlas para mejorar la fiabilidad de sus activos. ABB cree que las aplicaciones utilizadas en entornos sociales basados en Internet pueden emplearse y se emplearán para gestio-nar la inteligencia del servicio1).

Los entornos sociales basados en Internet tienen numerosas y poderosas aplicaciones que pueden ser utilizadas para dar servicio a los equipos (dispositivos) en el sector industrial.

Dar a los dispositivos una “voz” propiaLa gestión remota de dispositivos inteli-gentes (Remote intelligent device mana-gement, RIDM) se basa en equipos o sistemas instalados en otro lugar (gra-cias a soluciones de vigilancia y diag-nóstico) que utilizan una conectividad segura para facilitar informes de los estados de salud de los sistemas a un centro de asistencia y vigilancia, con el fin de ayudar a resolver los problemas y a realizar labores periódicas y continuas de mantenimiento. El personal del cen-tro tiene acceso a conocimientos técni-cos a través de conexiones en línea, y las soluciones de gestión de dispositi-vos se basan en el examen remoto de los equipos instalados en el emplaza-miento. Más concretamente, las capaci-dades a distancia de ABB permiten el acceso a:

Nota a pie de página1) La inteligencia del servicio es un término general

que engloba toda la información, los expertos, las

herramientas de diagnóstico, la gestión empresarial

y los mecanismos de distribución que respaldan los

productos de ABB.

1 Ejemplo de conversación mediante mensajería instantánea con el equipo inteligente de ABB

Se pregunta al dispositivo qué tal está

El dispositivo responde con las condiciones del sistema

Se pide al dispositivo un archivo

El dispositivo transfiere el archivo al usuario




con funciones de búsqueda y reutiliza-ción.

La comunidad de servicio de ABB tiene dos grandes espacios, el del cliente y el tecnológico. El espacio del cliente proporciona información específica del cliente y del emplazamiento, que se obtiene de fuentes de datos gestionadas por ABB 2 . Esa información puede ser configurada por el usuario final para obtener una visualización personaliza-da. El espacio tecnológico proporciona un entorno que no es específico ni del cliente ni del emplazamiento, y en el que se organiza y presenta toda la inte-ligencia del servicio específica de la plataforma tecnológica 3 4 . Todos los espacios y páginas tienen tecnologías WEB 2.0 estandarizadas que permiten a los usuarios y dispositivos crear blogs, crear nubes de etiquetas (tag clouds), suscribirse a fuentes RSS, navegar por aplicaciones web híbridas (mashups) y crear en tiempo real cuadros de con-trol (dashboards) y miniaplicaciones (gadgets). En el Cuadro se explican las razones por las que esta manera de enfocar la gestión de la inteligencia del servicio es superior a los métodos tradicionales.

Muchas empresas están empezando a darse cuenta del valor de las tecnologías Web 2.0 y su uso para mejorar la fiabilidad de los activos.

Las soluciones de servicio de ABB pro-porcionan, entre otras cosas, recursos sobre el terreno, bases de datos de conocimientos, contratos de servicio, bases instaladas y mantenimiento de software. Con una comunidad centrada en los dispositivos provista de espacios y páginas, los usuarios pueden relacio-narse entre sí y colaborar con ABB de manera que proporcionen un “momen-to definitorio del cliente”2), como reflejo del compromiso contraído por ABB de prestar asistencia técnica tras la puesta en marcha de sus tecnologías.

Por su parte, ABB investigó la posibili-dad de crear una especie de “MySpace para dispositivos” que pudiera utilizar la Internet de la próxima generación y tecnologías empresariales para crear una plataforma de información. En otras palabras, los dispositivos se conciben como usuarios capaces de generar con-tenido de valor para una comunidad: una posibilidad que va haciéndose poco a poco una realidad. Utilizando la conectividad ya instalada para la RIDM, ABB está creando una comuni-dad de dispositivos en colaboración que permitirá la personificación de los

equipos o sistemas (dispositivos) para que interactúen con usuarios finales y expertos técnicos a través de sesiones de chat de colaboración. Por ejemplo, por medio de mensajes instantáneos con abundante información, los dispo-sitivos pueden dar respuesta en tiempo real a consultas de estado, cargar archi-vos del registro de errores a petición y ejecutar rutinas de diagnóstico siempre dentro de la misma sesión de chat 1 . Todas las sesiones de chat crearán entonces un blog en el espacio del dispositivo, que se convertirá en un elemento de inteligencia del servicio

Nota a pie de página2) Para ABB, un momento definitorio del cliente es

una medida de la satisfacción del cliente.

3 El espacio tecnológico ofrece un entorno específico del emplazamiento en el que se presenta toda la inteligencia de servicio específica de la plataforma tecnológica.

Tecnología Expertos del sistema Parches y versiones nuevas

4 Página típica de personal de servicio y asistencia

Espacios de interés Tendencia del sistema en vivo Miniaplicaciones




El enfoque tradicional de la resolución de problemas separa la interacción entre la asistencia técnica y el usuario final de los diagnósticos realizados por el técnico de servicio. Al permitir que el dispositivo participe en una sesión de chat de colaboración, los problemas se pueden resolver con rapidez y exacti-tud. Pero lo más importante es que se captan enfoques de diagnóstico, que pueden ser reutilizados directamente.

Ha llegado el momento de cosechar los frutos de las excelentes relaciones establecidas entre los dispositivos y sus homólogos humanos.

La plataforma de Internet en la que se apoyan estas comunidades interactivas es directamente accesible, escalable hasta abarcar todo el mundo y fácil de utilizar, además de proporcionar un medio estandarizado para la presenta-ción de datos. Con los equipos infor-máticos móviles que ya permite la Web –y con una conectividad y una inteli-gencia cada vez mayores de los mis-mos– ha llegado el momento de sacar provecho de las excelentes relaciones establecidas entre los dispositivos y sus homólogos humanos; es decir, los usuarios finales y los fabricantes.

Con su estrategia de incorporación de servicios a sus productos, ABB puede centrar su atención en la gestión del rendimiento de los activos para optimi-zar su disponibilidad, permitir una pro-ducción de calidad y prolongar el ciclo de vida del producto. Esto, a su vez, proporciona a los clientes de ABB el beneficio de un menor coste total de propiedad y una mayor ventaja compe-titiva global.

John DuBay

ABB Process Automation,

Asset Management Services

Wickliffe, Ohio, Estados Unidos

[email protected]

La atención se centra en presentar informa-ción de fuentes ya existentes, en lugar de sustituir a otras bases de datos o de con-vertirse en otro receptáculo redundante de información. De esta forma se permite un acceso más rápido y una menor redundan-cia de las fuentes de datos.

Se pueden capturar años de conocimientos y experiencia de expertos próximos a la edad de jubilación y almacenarlos de una manera que sea fácil de encontrar y reutili-zar por la siguiente generación de técnicos de servicio.

Las tecnologías Web 2.0 proporcionan un entorno en el que la generación más joven de técnicos puede sentirse cómoda. Se trata de un medio en el que es más proba-ble que se comuniquen y que les permite relacionarse con expertos más veteranos.

Los dispositivos proporcionan retroinforma-ción en tiempo real sobre su salud y estado, además de contribuir al autodiagnóstico. De esta forma, el dispositivo, el cliente y la asistencia técnica pueden interactuar y colaborar entre sí, dando a todos los parti-cipantes la oportunidad de aprender de la experiencia y de documentar mejor la sesión de ayuda.

Los clientes participan directamente en el proceso de resolución de problemas.

Cuadro Por qué la comunidad de dispositivos en colaboración de ABB es superior a los métodos tradicionales para gestionar la inteligencia del servicio.

El entorno proporciona un portal que permi-te a los clientes interactuar con bases de datos como ServIS*), un sistema de gestión de bases instaladas. Estas interfaces de cliente contribuyen en gran medida a la exactitud de la información de las bases instaladas.

Los miembros encuentran motivaciones para ser innovadores y colaboradores, con lo que sugieren nuevos enfoques y buenas prácticas en un entorno que propicia la reutilización de esas ideas.

Pueden integrarse cientos de importantes fuentes de datos, cada una de ellas con una clave de acceso diferente, en un único entorno que precise de una sola clave de acceso. Además, la interfaz de toda esa información se organiza en una pantalla con-solidada o cuadro de control (dashboard).

Los usuarios pueden personalizar fácilmente sus propias páginas principales para adap-tarlas a las funciones y responsabilidades de su trabajo.

Las tecnologías Web 2.0 son escalables hasta abarcar sistemas muy grandes de alcance mundial y permiten la armonización del método utilizado por un cliente para inte-ractuar con otros miembros y dispositivos.

*) ServIS forma parte de un sistema de traza bilidad utilizado para el seguimiento de cuadros y paneles de Unigear.

Con las rápidas tecnologías de comu-nicación que existen hoy en día y una economía mundial muy interconecta-da, los cambios que tienen lugar en una parte del mundo se propagan en muy poco tiempo a otras. Ya sea en épocas de rápido crecimiento econó-mico o de recesión, las empresas capaces de tomar decisiones rápidas e inteligentes que les permitan adap-tarse a un entorno siempre cambiante serán las que triunfen mientras otras fracasen.

Para tomar decisiones adecuadas que permitan a una empresa sacar provecho de una economía en rápido crecimiento o sortear una tormenta, hacen falta unos conocimientos técni-cos que no siempre existen interna-mente.

ABB puede prestar un servicio de consultoría con expertos en los cam-pos del mantenimiento y la fiabilidad, la seguridad de los procesos y la efi-ciencia energética industrial. Los con-sultores de ABB tienen una amplia experiencia y han cosechado ya gran-des éxitos ayudando a las industrias a tomar decisiones de una importan-cia crucial para su rentabilidad y super vivencia.


Mantenimiento para aumentar la productividad

La carrera hacia el éxitoLa inspección basada en el riesgo reduce los costes Bernhard O. Herzog, Paul Jackson


La carrera hacia el éxito


centrar su atención en los mercados, los ingresos y el desarrollo de nuevos productos. A menudo se descuida la formación del personal, sobre todo de los técnicos de mantenimiento de equipos.

Pero cuando se ve enfrentada a una crisis económica, la dirección empieza rápidamente a centrarse en el recorte de los gastos. Las inversiones previstas en nuevos equipos suelen ser las prime-ras víctimas de esos recortes, lo cual es comprensible, ya que el gasto de capital en un área puede exigir recortes más drásticos en otras. Sin embargo, la res-puesta no está en simplemente blo-quear el gasto de capital. Esa estrategia general puede ocasionar averías de equipos críticos, con el consiguiente riesgo de importantes pérdidas en la productividad y de costosas reparacio-nes, salvo que el riesgo potencial que conlleva la utilización de equipos viejos se vea contrarrestado con la adopción de medidas específicas y adecuadas de mantenimiento y diagnóstico.

La forma más eficaz de optimizar la productividad y minimizar al mismo tiempo el coste es vigilar simultánea-mente los niveles de gasto en equipos nuevos, el coste de mantenimiento y el rendimiento resultante, desde el punto de vista de la productividad.

Si se decide no invertir en equipos nuevos, puede que haya que hacer ajustes en los programas de manteni-miento y en los procesos de supervisión de los equipos para evitar averías.

Esta propuesta de mejorar los procesos de mantenimiento para pro-longar la vida útil de los equi-pos se conoce como prolonga-ción controlada del ciclo de vida 1 .

Cuando el gasto de capital deja de ser una opción, corresponde a los directores de mantenimiento adoptar medidas que eviten las averías y salvaguarden la productivi-dad. Dependiendo de la industria de que se trate, se necesitarán técnicas especiales de simulación, diagnóstico y supervisión, sabiendo que una fábrica puede seguir en pie o

eficiencia sus conocimientos técnicos al personal del cliente, al trabajar en un equipo mixto y proponer soluciones conjuntamente.

Otra ventaja de estos equipos mixtos es que, al proporcionar algunos de los recursos humanos necesarios para reali-zar estudios y evaluaciones, el cliente puede reducir el coste del proyecto.

La experiencia demuestra que la simple instalación de los mejores productos y de sistemas superiores no es ninguna garantía de éxito. Todos los componen-tes y procesos tienen que estar perfec-tamente sintonizados para conseguir una productividad, una fiabilidad y una rentabilidad óptimas.

Para que los resultados sean óptimos, se necesitan conocimientos especializa-dos, no sólo de los productos y siste-mas de ABB, sino también de los equi-pos de otros fabricantes y de las aplica-ciones en cuestión. ABB tiene un amplio conocimiento de los productos y sistemas, así como de sus aplicacio-nes, en diferentes industrias, lo cual es una importante ventaja sobre otras con-sultorías más pequeñas y autónomas.

ABB proporciona formación comple-mentaria a los operarios y al personal de mantenimiento de la fábrica, y eso puede ser un factor crítico no sólo cuando se han instalado equipos nue-vos, sino también cuando se tienen que implantar nuevos procesos o sistemas de mantenimiento mejorados.

En épocas de crecimiento y de amplia liquidez, los altos directivos suelen

Las empresas recurren con frecuencia a servicios de consultoría para obte-

ner asesoramiento profesional de exper-tos con un elevado grado de cualifica-ción, experiencia y conocimientos en ámbitos que están al margen de su acti-vidad empresarial habitual. Por ejemplo, pueden recurrir a consultores para for-mular la estrategia óptima que les per-mita sobrevivir a una crisis económica, renovar los equipos de una fábrica con el fin de maximizar la productivi-dad o cumplir las nuevas disposiciones legislativas. Pocas empresas pueden justificar el mantenimiento de estas capacidades especializadas internamen-te, sobre todo cuando se hace un uso poco frecuente de esos conocimientos técnicos.

La finalidad del servicio de consultoría de ABB es ayudar a los clientes a nave-gar por difíciles procesos de toma de decisiones y aumentar su productividad, la excelencia operativa y la seguridad, de una manera sostenible. ABB ofrece asesoramiento en aspectos clave del servicio, como el mantenimiento y la fiabilidad, la seguridad de los procesos y la eficiencia energética industrial. Aunque todos los clientes persiguen sus propios fines, el objetivo principal de esta actividad es conseguir un rendi-miento máximo de las instalaciones y los equipos, con un coste mínimo.

Una parte integral de cualquier proyec-to de consultoría de ABB es la transfe-rencia de conocimientos. Con la crea-ción de un equipo mixto de consultores y recursos internos de la organización del cliente, ABB puede trabajar con más eficacia. Al colaborar directamente con las personas que trabajan en la fábrica y que saben perfecta-mente lo que quieren conse-guir, ABB puede hacer una evaluación más eficiente en el tiempo de las necesidades que deben atenderse. Los consul-tores pueden obtener así tam-bién un mayor conocimiento de la industria del cliente y proponer soluciones a largo plazo, en lugar de apaños a corto plazo. Igualmente, cuan-do ya se han tomado las deci-siones y llega el momento de aplicar nuevos métodos y pro-cesos, los consultores de ABB pueden transferir con mayor

1 Prolongación controlada del ciclo de vida

Gasto/condición técnica

Condición técnica/disponibilidad

Gasto de renovación

Presupuesto de mantenimiento

tiempo

Sustitución de gasto de capital por esfuerzo de mantenimiento

Posibilidades de conservar efectivo

Prolongación controlada del ciclo de vida

Duración de la crisis




En el proyecto participó personal tanto de BP como de ABB, con una amplia diversidad de competencias. Se utilizó la metodología RBI+© de ABB, que determina la probabilidad y las conse-cuencias de averías en los equipos, así como el propio procedimiento RBI cor-porativo de BP.

Hasta la fecha, se han inspeccionado más de 70 equipos, entre ellos numero-sos tanques a presión y varios sistemas de conducción. Como resultado de la revisión RBI, se decidió que 40 tanques a presión no necesitaban ya más ins-pecciones internas y que podían ser examinados en su lugar con técnicas no invasivas. Se decidió también que el período transcurrido entre las inspec-ciones de los tanques podía prolongar-se de 7 a 10 años.

Basándose en estos cambios, la estima-ción conservadora de BP indica una reducción de sus gastos generales en 2008 de 770.000 dólares, incluidos los costes de preparación para facilitar la inspección (por ejemplo, montaje de andamios, grúas, equipos de limpieza, recursos accesorios, presencia de opera-rios), y la propia inspección, lo que representa un ahorro del 33%.

El cambio a una inspección no invasiva para algunos equipos supone una serie de ventajas importantes. El personal no tiene ya que introducirse en el espacio confinado de un tanque a presión y además se reducen los riesgos ambien-tales asociados al efluente de la limpie-za de dichos tanques. Otra ventaja de la inspección no invasiva es que la planta puede funcionar durante más tiempo, al tener que pararse menos veces para realizar inspecciones. Además, se pue-den realizar inspecciones en línea para programar los trabajos de reparación necesarios durante el siguiente período de inactividad programada, evitando con ello interrupciones imprevistas y costosas.

En resumen, el uso de la metodología de inspección basada en el riesgo y la combinación de los conocimientos y la

Petroleum Industry para la inspección basada en el riesgo (risk-based inspec-tion, RBI).

Esta metodología puede aplicarse a todo tipo de equipos, como sistemas de presión, tanques, conducciones, siste-mas de alivio de la presión, estructuras de ingeniería civil y maquinaria girato-ria. El procedimiento identifica un plan de inspección óptimo basado en el análisis del riesgo.

BP Exploration and Production es clien-te de ABB desde hace mucho tiempo y opera varias terminales de gas terres-tres en el Reino Unido, entre ellas una en Dimlington, en el nordeste de Ingla-terra.

La terminal tiene 20 años de antigüedad y procesa gas natural procedente del mar del Norte, antes de transferirlo al sistema nacional de conducción de gas del Reino Unido. La terminal de Dimlington realiza una importante fun-ción para asegurar el suministro de gas natural al mercado del Reino Unido.

A finales de 2007, ABB fue contratada para realizar una revisión de la inspec-ción basada en el riesgo de todos los tanques y las conducciones de la termi-nal, dando prioridad a los equipos que supuestamente debían inspeccionarse durante el siguiente período de inactivi-dad programado para ese verano.

venirse abajo por las actuaciones de su equipo de mantenimiento.

ABB tiene una amplia experiencia con la optimización del mantenimiento y la planificación estratégica en industrias muy diversas. ABB puede prestar servi-cios de inspección, evaluaciones de la seguridad y gestión de la fiabilidad y la integridad1). Este tipo de evaluaciones ayudan a saber lo que le queda de vida a un equipo y sus futuros requisitos de mantenimiento, y pueden predecir el momento en que se hará necesaria su reposición. Además de proporcionar sus propios técnicos para la prestación de estos servicios, ABB puede ayudar tam-bién a los clientes a formular sus pro-pias estrategias para la prolongación controlada del ciclo de vida.

Inspección basada en el riesgo para BPEn los últimos 25 años, ABB ha trabaja-do con un proceso de inspección basa-do en el riesgo que se conoce como RBI+© 2 . El proceso está pensado para identificar equipos de importancia críti-ca y establecer un programa de inspec-ción adecuado. El programa tiene en cuenta los riesgos asociados a averías de los equipos y su repercusión en la salud y la seguridad del personal, el medio ambiente y las actividades de la empresa.

La metodología RBI+© de ABB sigue las recomendaciones de la American

Nota a pie de página1) La gestión de la integridad es el proceso utilizado

para verificar la adecuación del equipo al propósito

del mismo. La fiabilidad asegura que el equipo esté

disponible cuando se le necesite.

2 Proceso de inspección basado en el riesgo (RBI+©)

Programa de integridad mecánica

RBI+©

Nuevos activos

Auditoría

Formación

Evaluación de defectos

Evaluación de la adecuación al propósito

Revisión de diseño

independiente

Planificación de la vida del activo

Evaluación de registro

Materiales/conocimientos NDT*

Conocimientos técnicos de

diseñoConocimientos

operativos

Tecnología de inspección

Activos existentes

Registro SoporteInspección durante el funcionamiento

*NDT = non-destructive testing = técnicos de ensayos no destructivos

Identifi-car mecanis-

mos de deterioro

Medidas de control del

riesgo

Cotejo y análisis de

datos

Repara-ciones y

modificaciónEjecución

de inspección

Análisis del riesgo

Desa-rrollo de los

planes de ins-pección

Conocimientos técnicos de

mantenimiento




gética industrial y la seguridad funcio-nal. ABB presta servicios de consultoría a todo tipo de industrias de transforma-ción y no sólo con respecto a los siste-mas y los equipos suministrados por ABB, sino también con respecto a la optimización del diseño, la configura-ción, el funcionamiento y el manteni-miento de prácticamente todas sus ins-talaciones y sistemas técnicos, con inde-pendencia de su origen.

Bernhard O. Herzog

ABB Global Consulting

Baden, Suiza

[email protected]

Paul Jackson

ABB Process Automation

Warrington, Reino Unido

[email protected]

En algunos casos, una planta solicita a ABB que se encargue de todos sus ser-vicios de mantenimiento, firmando con ella un contrato de “Servicio completo”. De esta forma, los directivos se liberan de responsabilidades críticas y pueden centrarse en las funciones básicas de sus empresas. Los contratos de Servicio completo suelen constituir la mejor alternativa para los clientes, tanto desde el punto de vista del coste, como de la continuidad del servicio. Cuando se recurre a diferentes empresas para con-trolar diferentes partes de una planta de procesamiento, existe el peligro de que algunos equipos caigan en el olvido o sean tratados sin tener en cuenta que forman parte integrante de un proceso de mayor envergadura.

ABB mantiene un diálogo constante con sus clientes, aunque sólo acometan proyectos una vez cada varios años. Esto permite evaluar las necesidades cambiantes y reorganizar los calenda-rios según proceda.

El servicio de consultoría de ABB cuen-ta con más de 600 empleados en el Reino Unido, Estados Unidos, Canadá, México y Alemania, y ejecuta proyectos en muchos de los principales mercados de ABB. Sus principales campos de conocimiento técnico son el manteni-miento y la fiabilidad, la eficiencia ener-

experiencia de los especialistas de BP y ABB, ha generado una serie de benefi-cios. En concreto, ha reducido el coste y la duración de los períodos de inacti-vidad necesarios para asegurar la inte-gridad estructural de los activos del sis-tema de presión en la terminal de gas de Dimlington.

En la actualidad se está utilizando una metodología similar para proponer sis-temas de inspección en instalaciones ya existentes en las terminales de gas terrestres de BP que forman parte del sistema de transmisión de la zona cen-tral (CATS) del Reino Unido, en el nordeste del país, y en la terminal de Sullom Voe, en las Islas Shetland. La metodología RBI+© se utilizará también para definir los programas de inspec-ción de los nuevos equipos de las plan-tas tanto de Sullom Voe como de Dimlington.

Relaciones más estrechas con los clientesAl basar el trabajo con los clientes en contratos de servicio y mantenimiento, ABB puede ayudar a las empresas a capear el temporal de la crisis económi-ca y ofrecer una alternativa a la inver-sión de capital en equipos nuevos. Esa estrecha colaboración permite a ABB proponer la solución más adecuada a las necesidades de cada empresa.

Los conceptos empleados en todo el mundo para describir las mejoras de la capacidad de producción suelen denominarse “fiabilidad”. Pero, ¿qué significa este término? ¿Qué tareas, entre las que realizan los empleados de una planta, se consideran “fiables” y cómo aumentan éstas realmente la rentabilidad de una empresa? ¿Quién debe intervenir en el proyecto de fiabilidad, si es que debe intervenir alguien?

¿Qué es la fiabilidad? El cambio del paradigma de fiabilidad Barry Kleine



Si una planta decide introducir un plan de fiabilidad, las definiciones empleadas influyen en los pasos rea-les que deban acordarse. Una defini-ción puede llevar a una planta en una dirección totalmente distinta que otra. Es importante, por tanto, enfrentarse al desafío y llegar a un acuerdo sobre la definición que vaya a usarse. Si no se produce tal desafío, bien puede suceder que el potencial de las mejo-ras realizadas se reduzca.


¿Qué es la fiabilidad?


Nueva definición 1:Fiabilidad significa menor necesidad de intervención

Paradigma 2:La fiabilidad se utiliza para determinar el grado de rendimiento de un equipo

Los equipos de gestión de la planta saben muy bien que los equipos no son lo único que hay que tener en cuenta para el mantenimiento. Hay otras cues-tiones –como la salud y la seguridad, los problemas medioambientales, la gestión y planificación de la informa-ción, la programación, etc.– que deben considerarse también parte de la activi-dad empresarial normal. Cuando en la planificación del mantenimiento se tienen en cuenta todos los otros aspec-tos que deben gestionarse, se hace evidente que la fiabilidad no es sólo la capacidad para mantener en funciona-miento los equipos, sino la exigencia de que todos los procesos de manteni-miento funcionen correctamente.

Cada vez que un proceso exige la inter-vención de los trabajadores se incurre en costes. La mano de obra cuesta dine-ro, de modo que es conveniente reducir la necesidad de la misma en cualquiera de estos procesos y ello se logra hacien-do el proceso más fiable. La fiabilidad, por tanto, avanza y ya no se refiere sólo a los equipos, sino a toda la actividad empresarial.

Si se tiene en cuenta que una tarea que lleva diez minutos al día representa una semana de trabajo al año, cobra importancia que la intervención se mida, en lugar de medir sólo el impacto en la producción. Diez minutos de atención al día a algo evitable son una semana perdida al año que la persona

mar disminuyen, pero, lamentablemen-te, los costes de mantenimiento y las necesidades de mano de obra varían poco, o nada.

Un análisis más profundo de esta situa-ción indica que el equipo en cuestión sigue teniendo que sustituirse o que repararse con la misma frecuencia; de modo que aunque la fiabilidad de la producción es beneficiosa, no se ha logrado una fiabilidad de equipos prác-tica. A la mano de obra y al material necesarios para reparar el equipo no les afecta en gran medida, y los posibles ahorros en la reducción de daños indi-rectos suelen tener como contrapartida la necesidad de realizar las consiguien-tes inspecciones extraordinarias. Esto demuestra que es necesario definir con más precisión la fiabilidad e incluir en la definición no sólo la fiabilidad de la producción entre paradas, sino la fiabi-lidad de los equipos, es decir, que haya menos “necesidad” de que se produz-can paradas para reparar los equipos. La maximización del ciclo de vida de los equipos significa menos fallos, pero también menos cortes programados, menos costes de mantenimiento, menos necesidades de mano de obra y menos existencias de repuestos.

En una definición así, el concepto de fiabilidad debe comprender las acciones que aumentan la duración actual de la vida de un equipo (como la lubricación, la alineación, el equilibrado, etc.) y que por tanto prolongan el tiempo medio entre fallos (MTBF) La definición deja claro que acciones como el control de estado no están relacionadas con la fiabilidad, sino con la minimización del tiempo medio de reparación (MTTR).

Los fabricantes de todo el mundo clientes de ABB se enfrentan a este

desafío. No obstante, ABB es también un fabricante y se enfrenta muy a menudo con desafíos y decisiones pare-cidos a los de sus clientes. En ABB, el carácter de estos desafíos ha hecho que cambie por completo la dirección que están tomando las plantas de la empre-sa: no sólo por el reestablecimiento de prioridades sobre qué acciones empren-der primero, sino también por la armo-nización de las plantas mediante la adopción de definiciones comunes que les permitan ayudarse entre sí. Los efec-tos combinados de estos dos principios han ayudado a ABB a conseguir un holgado crecimiento de dos dígitos de manera continua en los últimos cinco años. En el presente artículo, la Revista ABB examina algunas de las lecciones aprendidas.

Paradigma 1:Fiabilidad significa menos averías

Una definición habitual de fiabilidad relaciona a ésta con la disminución de las averías en los equipos. Por mejorar la fiabilidad se entiende tener la capaci-dad de identificar los problemas y repa-rar los equipos antes de que el departa-mento de operaciones advierta que hay algo que no funciona. El departamento de operaciones agradece sin duda que se acaben las paradas no programadas y se pase a cortes programados, pero las propias acciones de mantenimiento siguen representando costes destinados a cubrir los componentes y mano de obra necesarios para volver a poner en funcionamiento el equipo en cuestión. Por tanto, las ventajas a escala de planta son escasas. De acuerdo con esta defi-nición, el control de estado adquiere protagonismo, las paradas sin progra-




zar las cuestiones relacionadas con estos objetivos.

Los procesos de ABB para la identifica-ción de pérdidas revelan que en un centro típico hay más de 1.500 cuestio-nes que pueden generar pérdida de beneficios. ¿Qué variables, por tanto, entre todas las pérdidas de un centro, producirán la mayor mejora de la renta-bilidad?

Supongamos que la noche pasada falló una caja de engranajes y causó diez horas de interrupción de las activida-des. Lo más tentador es, desde luego, investigar el asunto, pero, ¿cómo puede compararse este fallo, que se produce cada seis años, con los que se produ-cen en los tipos de equipo más habitua-les del mismo centro, por ejemplo, los motores? La causa más frecuente de que se produzcan fallos en los equipos gira-torios son los cojinetes, de modo que cabe preguntarse, ¿cuántas pérdidas generan estos componentes en compa-ración con un tipo específico de equi-po? Una brecha en el proceso de plani-ficación del centro puede ocasionar que cada trabajo lleve diez minutos más de lo necesario; por consiguiente, ¿cómo puede compararse esta pérdida –que significa trabajo no realizado– con las pérdidas de producción y los costes derivados de los cojinetes? ¿Cómo pue-den compararse las pérdidas en materia de comunicación y de planificación, y si esto es un problema, qué medidas hay en curso para abordarlo?

Cuando no se pueden comparar las pérdidas en los casos anteriores o cuan-do el centro no ha intentado comparar-las, se crea una situación de confusión y desacuerdo. Cada persona tendrá intereses distintos que resultarán en numerosas iniciativas enfrentándose por hacerse con los mismos recursos y pre-supuestos limitados. Cuando se produce esta situación, los avances en cualquier iniciativa se ralentizan.

Una vez que se adopta la fiabilidad como medida de las pérdidas generales de una empresa, es mucho más fácil conseguir el respaldo de la dirección para las iniciativas de fiabilidad. Este respaldo es esencial para que un pro-yecto tenga éxito. Al plantearse la defi-nición de la fiabilidad, es fácil ver cómo afecta la falta de ésta en equipos o pro-

directores de planta no creen que esas tareas afecten a su nivel.

Sin embargo, cuando se estudian las razones de que las iniciativas no se lleven a cabo se hace evidente que lo que causa más problemas es la gestión de la iniciativa. Si no se explica sufi-cientemente lo que hacen los ingenie-ros o por qué lo hacen, se reduce el grado de aceptación en el resto de los trabajadores. No asignar el tiempo sufi-ciente para la realización de las tareas o no comprobar su calidad puede afec-tar a la velocidad con la que éstas se realicen. Tales iniciativas deben estar impulsada por los directivos de la planta para garantizar que la organiza-ción facilita todo el apoyo que preci-san los miembros del equipo para llevar a cabo sus tareas correctamente. Sin el respaldo y la participación de la alta dirección, las iniciativas de fiabi-lidad tendrán dificultades para salir adelante.

Nueva definición 3:Las prácticas de fiabilidad pertenecen al consejo de administración.

La implantación de un programa de fiabilidad en un centro afecta a todo el personal y comienza por las necesida-des de la empresa: volumen de produc-ción, costes, satisfacción de los clientes, etc. Es necesario comprender y priori-

en cuestión podría dedicar a otros asun-tos.

Por ejemplo, una planta de ABB en Kinleith, Nueva Zelanda, advirtió que no era necesario que a la reunión de producción de media hora que se man-tenía todas las mañanas acudieran los dos ingenieros que había en un depar-tamento. La decisión de asistir por tur-nos significó contar con media hora más al día del tiempo de los ingenieros, es decir, tres semanas al año. Una deci-sión que se tomó en cinco minutos abordó un problema no relacionado con los equipos que representó mucho tiempo para que los ingenieros progre-saran en otras actividades.

Nueva definición 2:La fiabilidad puede usarse para determinar el rendimiento de todas las actividades.

Paradigma 3:Las prácticas de fiabilidad correspon-den al personal técnico de la planta.

Tradicionalmente se piensa que las tareas de fiabilidad son responsabilidad de los ingenieros y del personal comer-cial. Y puede ser el caso cuando el tér-mino fiabilidad se refiere sólo a los equipos, incluidas las tareas relaciona-das como la alineación, la lubricación, el mantenimiento de precisión, etc. Los




antes den señales de mejora. Abordar un problema que se produce una vez cada cinco años tardará otros tantos en mostrar resultados.

Mantener el impulso dando a conocer las mejorasSe acepta de forma generalizada que el interés por una iniciativa se reducirá a la mitad si no se observan mejoras en un plazo de tres meses. A medida que se obtienen resultados es necesario darlos a conocer en todo el centro para mantener el compromiso no sólo de los miembros del equipo, sino también de la alta dirección. La falta de pruebas hará que se busquen otras alternativas antes de que las que hay en curso avancen.

Mantener la calidadSi se llega a un acuerdo sobre un pro-ceso, es importante seguir el proceso. Cuando el trabajo se acumula se tiende a intentar buscar atajos en el proceso, lo que origina un descenso en los resul-tados, en las mejoras que pueden darse a conocer y en el interés. Es importante en este sentido que los directivos mues-tren interés en la calidad del trabajo para mantener el nivel. Las personas logran siempre el comportamiento que aceptan.

La implantación de la fiabilidad suele adolecer de falta de determinación debido a la falta de tiempo. No obstan-te, el tiempo se encuentra si se com-prende que muchas de las tareas actua-les no obtienen tantos resultados como pueden lograr las iniciativas de fiabili-dad, y que algunas de éstas se centran en cuestiones que han demostrado sobradamente su amortización. El tiem-po puede encontrarse sólo con reconfi-gurar las prioridades con respecto a las necesidades de la empresa.

Barry Kleine

ABB Process Automation, South Asia Service

Tokoroa, Nueva Zelanda

[email protected]

Lecturas recomendadas

Cinder A. (2008). “Making reliability sustainable”.

ABB Review Special Report Process Automation

Services & Capabilities, pp. 54–57.

veces ese mismo importe, por la reduc-ción de la producción a causa de la dis-minución de la fiabilidad. La estrategia del centro debe poner de relieve las pocas variables en las que es necesario concentrarse.

Propiciar el apoyo de la dirección al concepto antes de ponerlo en marchaMuchos centros programan procesos porque en otros centros ya los han implantado o porque alguien piensa que van a añadir valor. Salvo que a la alta dirección se le convenza de que estos procesos son cruciales para lograr los objetivos establecidos, no se les prestará mucha atención y su implanta-ción llevará mucho más tiempo del necesario.

Un tiempo excesivo para la implanta-ción es una pérdida para un centro, puesto que significa que los trabajado-res no están disponibles para trabajar en otras iniciativas. En consecuencia, no deben implantarse muchas iniciativas simultáneamente, y las que se escojan deben ser aquéllas por las que los directivos hayan mostrado interés per-sonal y respaldo.

Establecer cómo puede la fiabilidad satisfacer las necesidades empresariales Como se ha dicho ya, hay una diferen-cia clara entre fiabilidad (reducir la necesidad de intervención) y minimiza-ción de consecuencias (reparación pos-terior). Muchas personas son fervientes partidarias de las reparaciones, de modo que la atención suelen llevársela los problemas de este tipo y así se des-cuida la fiabilidad. Es esencial compren-der que mejorar la fiabilidad reduce el tiempo y los costes dedicados a las reparaciones. La mayoría de las restan-tes iniciativas abordan sólo uno de estos factores, no los dos a la vez.

Seleccionar mejoras de fiabilidad en función de su capacidad para ofrecer beneficios cuantificables para la empresaHay numerosos temas buenos de fiabili-dad, pero al escoger una determinada tarea, los datos relativos a justificación empresarial o a rentabilidad de la inver-sión prevista son escasos o nulos. Las iniciativas de fiabilidad deben centrarse sobre todo en los problemas más fre-cuentes, ya que éstos serán los que

cesos por lo que respecta a los distintos indicadores clave de rendimiento (KPI), por ejemplo, a la eficacia general de los equipos o al coste.

Una de las cuestiones fundamentales es la dificultad de definir un problema de fiabilidad. La primera pregunta que se plantea suele ser: “¿qué causa la brecha en la eficacia general de los equipos o en los costes? La respuesta de primer nivel suele ser fácil: por ejemplo, puede suceder que la eficacia general de los equipos sea baja a causa de la disponi-bilidad. Ahora bien, cuanto más se pro-fundiza en el nivel de la respuesta, más difícil resulta encontrarla, y ello se debe a la falta de datos. Es muy probable que un centro pueda describir las pérdi-das de disponibilidad más evidentes, pero, ¿se conocen los fallos de los tipos de equipo más habituales? Las personas se centran por lo general en lo que saben, que suelen ser los fallos de los equipos, mientras que pasan por alto los factores que más contribuyen a las pérdidas, como la comunicación que se conoce por su falta de fiabilidad. Por cada diez minutos diarios de comunica-ción innecesaria o ineficiente se pierde una semana al año de trabajo. ¿Cuánto mejora ese coste un centro determina-do?

Antes de abordar algún problema en un centro, suele ser evidente que la documentación de las pérdidas no es fiable. Mejorar los códigos de fallo y averiguar las causas por las que las per-sonas trabajan más despacio facilitará enormemente la labor de saber a qué debe dirigirse la atención.

Centros prósperosLos centros que más éxito alcanzan son los que tienen implantado un enfoque sistemático para mejorar.

Comienzo con una necesidad empresarialDeben identificarse las variables finan-cieras esenciales que afectan a cada centro: éstas son las que más marcarán la diferencia en el margen de benefi-cios. Es importante comprender con claridad, por ejemplo, si es necesario reducir el coste real de mantenimiento o el costes de mantenimiento por uni-dad fabricada. Hay numerosos ejemplos de que una reducción de gastos condu-jo a una pérdida equivalente a varias

El deseo de hacer más con menos es un objetivo muy generalizado, pero a menudo difícil de conseguir. No obstante, la capacidad para lograrlo suele marcar la diferencia entre el éxito y el fracaso. Todas las empresas sueñan con desatar el nudo gordiano metafórico: una medida de racionalización cuyas ventajas superen holgadamente a los costes. En realidad, tales medidas son cada vez más difíciles de identificar y las empresas se conforman con realizar ajustes menores cuyas ventajas suelen ser difíciles de mantener.

En las industrias de transformación, las empresas se enfrentan a una intensa presión, directa o indirectamente, por la competencia global y están adoptando recortes de gastos como estrategia corporativa clave. El recorte de gastos no es intrínsecamente malo. Sin embargo, para que tenga sentido a largo plazo debe combinarse con otras medidas estratégicas y sostenibles que conducen a lo que se denomina “excelencia de fabricación”. El largo historial de iniciativas fallidas a causa exclusivamente del recorte de gastos demuestra que esta opción no mejora mucho la base de conoci-mientos ni fortalece los procesos. Las mejoras en las operaciones, los equipos y la fiabilidad de los procesos de la planta –y, por consiguiente, la excelencia operativa– siguen siendo difíciles de conseguir.

Romper este círculo vicioso puede requerir un gran compromiso. La Revista ABB presenta un ejemplo de mejoras sostenibles instauradas en la planta de un cliente.

Superar la excelenciaUna planta de petróleo y gas en la que está implantado Full Service logra reducir costes y mejorar la satisfacción del cliente Richard M. Rockwood




Superar la excelencia


Solvay participó en el proceso de supervisión de la satisfacción del centro de ABB Cuadro 1 . Los resultados de la encuesta se sometieron al análisis del equipo de ABB en el centro de Solvay y se utilizaron como base para trazar una ruta para futuras iniciativas de mejora.

Aunque las notas fueran en general altas, se observaron tres tendencias cla-ve con necesidades que Solvay pidió

tarse de una larga trayectoria de presta-ción sistemática de unos niveles eleva-dos de servicio al cliente. ABB aceptó el desafío de Solvay Indupa para conse-guir niveles más altos de satisfacción del cliente, intentando mantener o reducir los recursos humanos, los pre-supuestos y otros recursos de apoyo. Una parte importante de este reto fue demostrar que la satisfacción de los clientes no tiene que verse perjudicada por la reducción de los costes de man-tenimiento.

ABB Full Service utiliza un marco desa-rrollado por ABB para facilitar enfoques normalizados y repetibles para mejorar las operaciones en las instalaciones del cliente. Esta práctica, común a todos los centros, está respaldada por procesos comunes, evaluaciones de los centros y puesta en común de conocimientos, a lo que se añaden unos ingredientes esenciales para el éxito: gestión de la satisfacción del cliente y satisfacción de los empleados. 1

Este proceso de evaluación de los cen-tros no sólo es eficaz para determinar el rendimiento actual, sino también para desarrollar estrategias orientadas al futuro.

Convertir los datos en accionesEn las instalaciones de ABB Solvay se realizó el seguimiento y la implantación del proceso de satisfacción del cliente.

Además de las presiones en materia de gestión de costes, las organiza-

ciones se enfrentan también a unas demandas cada vez mayores de aumen-to del rendimiento. Las presiones para aumentar el porcentaje de unidades que finalizan el proceso sin necesidad de intervenciones posteriores para lograr niveles más altos de cumplimiento con las normas de seguridad y medio ambiente plantean unos desafíos sin precedentes a las empresas de todo el mundo.

A éstas y a otras presiones se añaden las demandas de niveles más altos de servicio y satisfacción del cliente. En consecuencia, muchas empresas se enfrentan a un complicado “efecto sandwich” en el que se les piden más resultados con menos recursos. Es éste el mismo reto al que se enfrentó la planta de gas, petróleo y productos petroquímicos con el programa Full Service de ABB en Argentina.

Desde noviembre de 2006, ABB se ha responsabilizado de la instrumenta-ción eléctrica y de la gestión de moto-res para la planta de Solvay Indupa, en las afueras de Bahía Blanca (Argen-tina).

Satisfacción del cliente: un indicador clave del rendimientoA través de su oferta de asociación de servicios Full Service®1), ABB puede jac-

La medición definitiva de la satisfacción de un cliente con el servicio a un centro la ofrece lo que ese cliente opina sobre el valor del servicio que presta el equipo de ABB en ese centro. Para medir esto con objetividad, ABB ha desarrollado una encuesta de evaluación de la satisfacción del cliente que ofrece una valiosa informa-ción de referencia al centro y al equipo de gestión de ABB. La herramienta tiene un valor incalculable para la identificación, la medición y la ejecución de iniciativas de acción subyacentes a las mejoras. Sirve para identificar tendencias, mostrar niveles de rendimiento en comparación con las expectativas del cliente y examinar la fideli-dad de los clientes. Los resultados de la encuesta sirven para que el equipo de ABB en el centro en cuestión establezca objeti-vos, gestione medidas para solventar posi-bles deficiencias y, finalmente, comunique la mejora al cliente.

Cuadro 1 Satisfacción del cliente

Nota a pie de página1) Para más información sobre ABB Full Service, véase también “Outsourced maintenance” en las páginas 79–83 de ABB Review Special Report Process Automation

Services & Capabilities (2008).

1 El proceso de evaluación de la planta es una herramienta eficaz que se utiliza no sólo para determinar el rendimiento actual, sino también para desarrollar estrategias con criterios muy avanzados.

Innovación y aprendizaje

Indicadores del rendimiento

Liderazgo Estrategia

Respeto de la asociación

Mantenimiento de la fiabilidad

Operaciones de mantenimiento

Mejora del rendimiento de la planta

Calidad de la SSM*

Gestión del personal

Financiación y costes

Contratistas de materiales

Información

Factores propiciadores Resultados

Eficacia y eficiencia de

la rentabilidad

Valor y satisfacción del cliente

Seguridad y me-dio ambiente/

Competencia y motivación

* SSM: seguridad, salud y medio ambiente

2 Planta de Solvay Indupa, en las afueras de Bahía Blanca, Argentina, con vista de las diversas áreas

Cloro soda PVC Suministros CVM




La proactividad de ABB con el estable-cimiento de prácticas de asociación tuvo un efecto que nadie pudo prever en un primer momento, pero que fue sumamente positivo en el fortalecimien-to de la relación entre ABB y Solvay.

Mejoras operativasA consecuencia de esta colaboración, los supervisores de ABB empezaron a ser plenamente conscientes de los retos a los que se enfrentaban sus homólogos de Solvay. En las sesiones de información sobre resultados, se comunicó a los supervisores de ABB que Solvay recurrió a la compañía para que le ayudara a reducir costes.

Puesta en marchaNo es raro que algunas empresas, al enfrentarse a un problema, nunca pasen de la fase de análisis y se queden estancadas en ella precisamente por exceso de análisis. Sin embargo, ABB examinó el presupuesto de manteni-miento y no tardó en darse cuenta de que el gasto en repuestos representaba entre el 35% y el 40% del presupuesto general de mantenimiento. Aprovechan-do la amplia red mundial de conoci-mientos de ABB en gestión de plantas, la compañía comparó este centro con otros que resaltaban por sus buenos resultados y comprobó que era eviden-te que había sitio para la mejora.

Los procesos estándar producen resultados rápidosUtilizando un modelo de proceso están-dar Cuadro 2 , el equipo de ABB se organi-zó con eficiencia para actuar y siguió

instancia, no sólo cubrir esas necesida-des sino también superarlas.

Creación de prácticas de asociaciónABB aprovechó los amplios conoci-mientos de algunas personas de la plantilla para averiguar cómo podría abordarse la primera necesidad, la de crear prácticas de asociación con pro-ducción.

Aunque a primera vista la adopción de tal medida puede no parecer demasiado innovador, es algo que resulta más fácil de decir que de hacer. Para acercarse a las áreas de producción y para esta-blecer y reforzar asociaciones, ABB reorganizó su presencia in situ, para lo cual asignó supervisores a cada una de las principales áreas de producción del centro. En el caso de Solvay, eran tres: cloro, PVC (policloruro de vinilo) y CVM (cloruro de vinilo monómero) 2 .

Más allá del organigrama empresarialLas reorganizaciones no son nada nuevo como planteamiento táctico. No obstante, ABB fue un pasó más allá y decidió que sus supervisores estuvie-ran presentes en las reuniones de comienzo y de final del turno en las instalaciones del cliente. Esta asociación pasó a formar parte de las expectativas de puesto del supervisor y dio lugar al desarrollo de prácticas semanales de identificación de trabajo y de acuerdo en el establecimiento de prioridades en el trabajo de mantenimiento siguien-te. Este esquema se reforzó con el uso de programaciones semanales del trabajo.

que resolviera ABB. Las necesidades eran las siguientes:1) Formar prácticas de asociación con

unidades de producto.2) Reducir costes de mantenimiento.3) Continuar prestando un servicio

equivalente o mejor.

El intento de cubrir las tres necesidades anteriores haría tambalearse a muchas empresas. Sin embargo, el equipo de ABB en Solvay se puso a la altura de las circunstancias. ABB evaluó detenida-mente lo que Solvay le comunicó, anali-zó el modo en que podían abordarse todas estas necesidades y después ela-boró un plan de acción para, en última

1. Revisar datos presupuestarios y realizar análisis de evaluación de prestaciones

2. Clasificar los componentes A, B o C “A”, el más caro “B”, el segundo más caro “C”, más común y menos caro

3. Establecer objetivos a corto y largo plazo4. A corto plazo

Limpieza del almacén (5S*)) Auditoría de exactitud del recuento y

la ubicación de repuestos Limpieza de las descripciones de

repuestos en SAP5. A largo plazo

Seleccionar componentes a partir de un equilibrio entre coste y proceso, seguridad y gravedad en el terreno medioambiental

Continuar el impulso de la normaliza-ción de equipos

*) El concepto de las cinco eses, o 5S, se explica

en el Cuadro 3

Cuadro 2 Metodología de mejora

3 El presupuesto de mantenimiento de la planta se redujo en casi un 20%

Gas

to d

e m

ante

nim

ient

o no

fa

ctur

able

dire

ctam

ente

2006 2007

Reducción del coste 19,9%

4 El seguimiento mensual de la satisfacción de los clientes indicó que ésta no sólo cumplía los niveles acordados con ellos, sino que los superaba.

satis

facc

ión

(%)

0 0 0

90

80

70

60

50

40

30

20

10

02002 2003 2004 2005 2006 2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Datos anuales Valor de referencia

Año actual, mensualmente Objectivo mensual

Año anterior, mensualmente Objetivo mensual

71.4 71,6 72,8




tenimiento se redujo en un 19,9% 3 . Además, este ajuste no causó efecto negativo alguno en la prestación de servicios de mantenimiento.

La satisfacción del cliente supera los objetivosDespués de reducir con éxito el presu-puesto de mantenimiento en casi un 20%, el seguimiento mensual de satis-facción del cliente reveló que ésta no sólo se había conseguido, sino que había superado el objetivo acordado mutuamente 4 .

Las tendencias de los costes de mante-nimiento mensuales indican que se logró una gestión continuada de estos costes mensualmente, y que la desvia-ción con respecto al objetivo mensual es pequeña 5 .

El camino hacia el futuroLa planta de Solvay no se ha dormido en los laureles y ahora está lista para llevar el rendimiento a niveles más altos centrándose en la fiabilidad de los equi-pos. Se ha afirmado que “lo que falla no son los equipos, sino los componen-tes”. Con este criterio presente, ABB

vay, los supervisores de ABB mantuvie-ron con ellos reuniones mensuales para comprobar los avances y otras para revisar los datos y obtener aclaraciones, respaldo y acuerdo en relación con los repuestos que debían conservarse y los que debían revisarse. Este paso crucial garantizaba que los supervisores de Sol-vay respaldaban las conclusiones y los resultados, puesto que ellos participa-ban proactivamente en el proceso de clasificación del inventario.

A continuación, el equipo de ABB divi-dió la iniciativa en varias “subtareas” que resultaban más fáciles de manejar y mejoraban la capacidad de seguimien-to del proyecto y de los avances. El resultado fue la salida a la luz de los repuestos que importaban realmente para poder concentrarse en ellos. En particular, el equipo utilizó diagramas de Pareto2) para identificar el 80% de los repuestos problemáticos a los que afectaban el 20% de las causas3). Así pues, un simple gráfico de Pareto sirvió para resaltar la contribución relativa de cada repuesto o componente al proble-ma en su conjunto. Una información que resultó ser una herramienta valiosa para que el equipo se concentrara y partiera de los pocos repuestos que permitían canalizar las energías hacia las áreas en las que se producía el mayor impacto. Éstas se identificaron mediante indicadores clave del rendi-miento relativos a los repuestos.

Resultados positivos conseguidosComo resultado del proyecto de mejora del inventario, el presupuesto de man-

una metodología lógica paso a paso para la mejora del proceso.

Las herramientas mejoran los resultadosPara mejorar la entrega de resultados, el equipo de ABB en el centro aprovechó el Sistema de gestión de mantenimiento informatizado (CMMS)/SAP-PM implan-tado en las instalaciones. Se utilizó SAP para “profundizar” y generar informes que facilitaran datos sobre cuestiones relacionadas con los repuestos, la rota-ción de inventario, el agotamiento de existencias y la frecuencia de uso. Además, resultó de gran valor un infor-me sobre el inventario, con referencias cruzadas, que permitía buscar los repuestos que se usaban en equipos comunes y también repuestos que tal vez no se habían configurado correcta-mente en el sistema SAP al principio.

ABB empleó también técnicas de repre-sentación detallada de procesos para analizar los tiempos de los ciclos de reparación y reconstrucción externas e identificar cuellos de botella. En conse-cuencia, con la aplicación de técnicas sencillas de mantenimiento, el centro de ABB pudo cuantificar los plazos de entrega y los ciclos de reparación. Esto aportó información sobre los procesos externos de reparación y reconstrucción que funcionaban correctamente, pero también reveló los casos en los que había desconexión o disfunción.

Volviendo a la sólida base establecida mediante prácticas de asociación con los supervisores de producción de Sol-

Las cinco eses es una herramienta incluida en la metodología de Mejora continua (Kaizen ). Kaizen es una palabra japonesa que significa literalmente “cambio para mejor”. 5S consta de los elementos siguientes:1. Seiketsu (clasificar): eliminar los elemen-

tos innecesarios.2. Seiri (arreglar): organizar.3. Seiso (fregar): limpiar.4. Seiton (estandarizar): desarrollar rutinas

normalizadas.5. Shitsuke (generalizar): dar continuidad a

la iniciativa 5S y extenderla a otras áreas.

Cuadro 3 El concepto de las cinco eses (5S)

Notas a pie de página2) Los diagramas de Pareto son gráficos de barras en

los que los valores que se tienen en cuenta se colo-

can en orden descendiente, y su valor acumulado

se representa con una curva ascendente. Estos

gráficos se emplean en el ámbito de la garantía de

la calidad y suelen servir para ilustrar la regla del

80–20. 3) La regla del 80–20 establece que en muchas situa-

ciones, cerca del 80% de los efectos tienen su

origen en el 20% de las causas.

5 Los costes de mantenimiento mensuales pudieron reducirse de manera sostenida, y variaron poco con respecto al objetivo mensual.

7.000

6.000

5.000

4.000

3.000

2.000

1.000

0

2002 2003 2004 2005 2006 2007 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Datos anuales Valor de referencia

Año actual, mensualmente Objectivo mensual

Año anterior, mensualmente Objetivo mensual

8.468

0 0 0 0 0

kAR




de acción para abordar estas oportuni-dades que la encuesta ha sacado a la luz.

Estas iniciativas se mantienen después mediante un uso eficaz de indicadores clave de rendimiento que garantizan que los beneficios de rendimiento se controlan. El análisis mostró asimismo que el empeño por ofrecer valor al cliente impulsa otras oportunidades de mejora continua para conseguir la exce-lencia operativa. Éstas ofrecen un valor sostenible al cliente y, por tanto, subra-yan aún más la importancia de estable-cer unas prácticas de asociación dura-dera entre el centro y ABB.

Richard M. Rockwood

ABB Process Automation,

Oil, Gas and Petrochemical

Houston, Texas, EE.UU.

[email protected]

bilidad de ser poco fiables o de tener un elevado índice de fallos. Este proce-so ofrece un excelente punto de acceso a las prácticas de gestión de costes del ciclo de vida de los equipos. Está pre-visto que esto ofrecerá a Solvay otra prestación de servicio de valor añadido.

Reconocimiento de sus prácticas líderesSolvay finalizó recientemente el proceso de evaluación del centro. Cabe destacar, entre sus numerosos logros, el recono-cimiento específico que ha recibido por el modo en que ha realizado las mejo-ras del centro y por haberlas catalogado en una biblioteca. Esto representa un beneficio adicional, puesto que facilita ejemplos objetivos del valor añadido que ha obtenido el cliente gracias a la gestión del centro por parte de ABB.

La planta de Solvay de ABB documenta y guarda todas las iniciativas de mejora en una biblioteca que sirve no sólo como referencia para futuras iniciativas, sino también como recordatorio de las numerosas ventajas que representa ABB para Solvay.

Grandes logrosSe ha afirmado que la mejora continua es una maratón más que un sprint. La planta Solvay de ABB es un ejemplo de las ventajas que pueden obtenerse con el análisis de las encuestas de satisfac-ción del cliente, con las prácticas de estrecha asociación con los clientes y con la posterior elaboración de un plan

configuró SAP para que facilitara infor-mes específicos que permitieran “pro-fundizar” hasta datos concretos que ofrecieran otras oportunidades de mejo-ra continua. El área de atención se identificó de nuevo a través de la encuesta de satisfacción del cliente, que revelaba otras áreas en las que ABB podía emprender acciones para la mejo-ra de ésta.

Se identificaron los equipos “culpables” 6 , es decir, aquéllos cuya reparación y mantenimiento exigen un consumo excesivo tanto de horas de mano de obra como de repuestos. La hipótesis que se aplica es que los equipos que consumen más horas de mano de obra y más repuestos que los que figuran en el presupuesto tienen también la proba-

Duilio Magi, director de la planta de ABB

“Alcanzar resultados año tras año exige un grado excelente de comunicación y cooperación, así como disponer de un equipo de profesionales con talento y destreza. Aquí, en el centro de ABB Solvay contamos con estos elementos esenciales”.

6 Los ingenieros de ABB aplican lo aprendido en la iniciativa de mejora de inventario y marcan los equipos que generan demasia-dos costes tanto de horas de trabajo como de repuestos utilizados.

Los trenes de laminación en frío representan una parte importante de la fabricación de chapa metálica. En estas plantas se va deformando progresivamente el metal mediante rodillos en varias pasadas para conseguir las propiedades y el espe-sor deseados en la superficie y el material.

Para conservar su competitividad, los fabricantes de productos laminados planos buscan continuamente con-servar y mejorar la calidad del pro-ducto y la flexibilidad y la productivi-dad de las laminadoras. Esos pasos exigen un profundo conocimiento y un mayor control de lo que sucede a lo largo del proceso.

ABB ha desarrollado un conjunto de modelos que ayudan a que los clien-tes consigan lo mejor de sus trenes de laminación. En este artículo, la Revista ABB examina las soluciones de la empresa referentes a modelos de configuración adaptativa.

Modelos de laminaciónModelos de configuración adaptativa para trenes de laminación en frío Frank Feldmann, Mark Gerdau, Andreas Vollmer




Modelos de laminación


de diversos submodelos que se relacio-nan estrechamente entre sí y se basan fundamentalmente en principios físicos.Los submodelos principales son: Programación de pasadas (calcula el número de pasadas y la correspon-diente distribución de espesores de la banda)

Preajuste (calcula todos los valores que es necesario prefijar)

Modelo de adaptación (adapta el modelo según las mediciones)

Se generan informes de configuración y adaptación para cada bobina y se guar-dan en la base de datos para un análisis más completo y ajuste posterior del modelo.

Cálculo de la programación de pasadasLa tarea del cálculo de la programación de pasadas trata de identificar una distri-bución adecuada de las reducciones en pasadas sucesivas para unos datos de bobina prefijados (grado del material, ancho de la banda, espesores inicial y final). En primer lugar, se definen los límites dentro de los que debe encon-trarse el recorrido óptimo calculando las reducciones máximas, pasada a pasada, desde el grosor inicial hacia delante, y después de nuevo desde el grosor final hacia atrás 2 . Después, teniendo en cuenta las condiciones de contorno fija-

Modelo de configuración adaptativa para la programación de las pasadas1) y el cálculo de preajuste.

Soluciones de control con tecnología avanzada.

Sistema y concepto intuitivos de visualización, operación y diagnóstico.

El Cuadro 1 relaciona algunas de las apli-caciones a las que están destinados los modelos diseñados por ABB.Para conseguir dichos objetivos se utiliza un modelo matemático que calcula la programación de pasadas y el preajuste de la laminadora 1 . Basándose en los datos de la bobina y los rodillos, la pro-gramación emplea las tablas de reduc-ción y tensión que se obtienen tanto de la experiencia práctica como de submo-delos matemáticos, y predice así el com-portamiento del proceso. El modelo se compone esencialmente de cuatro par-tes: la curva de endurecimiento por deformación del material (el modelo de esfuerzo-deformación), un modelo de la fricción según la separación entre rodi-llos, el modelo de separación entre rodi-llos (que proporciona la carga sobre los rodillos, el par de arrastre, el desliza-miento hacia delante y la temperatura de la banda), y el modelo de la laminadora (que proporciona las referencias de los actuadores de planitud de la banda y las posiciones de separación entre rodillos).Los valores medidos se recogen y filtran en cada paso y se comparan después con los valores previstos correspondien-tes. Se calculan los parámetros adaptati-vos para ajustar las predicciones a los valores medidos.El modelo de laminación se compone

La mejora de la calidad del producto se centra principalmente en la bús-

queda de la forma de disminuir las tole-rancias de grosor y planitud y mejorar la calidad de la superficie. También debe aumentarse la flexibilidad de los trenes de laminación para satisfacer la crecien-te demanda de una variedad de produc-tos, al tiempo que se satisface un requi-sito previo, el de una mayor productivi-dad (tanto en volumen de producción como en rendimiento), a fin de seguir siendo competitivos en la economía global.Desde el punto de vista de la automati-zación, estas exigencias se traducen, entre otros, en los requisitos siguientes: Sistema de control de automatización fiable y moderno.

Sensores y actuadores fiables.

Las aplicaciones de laminación que cubre ABB incluyen:

Laminadoras con uno o varios bancos Laminadoras en grupo y Sendzimir*)

Laminadoras en línea y continuas Reversibles y no reversibles Reducción, skin-pass (tren de temple),

doble reducción en frío (DCR) y lamina-do de hojas

Acero, acero inoxidable, aluminio, cobre y latón para una amplia gama de pro-ductos finales

La tarea del modelo de laminado es sumi-nistrar los adecuados valores de configura-ción al nivel 1 del sistema de control abier-to (OCS). Los objetivos principales del modelo de preajuste son:

Optimización de la calidad de la banda respecto a longitud, superficie y planitud fuera de tolerancias.

Optimización de la producción aumen-tando la rapidez del enfilado, la acelera-ción y la velocidad máxima.

Garantía de que los valores prefijados permanecen dentro de los límites del material y la laminadora.

Se evitan roturas de banda, marcas producidas por los rodillos y paradas de enfilamiento.

Establecimiento de condiciones estables de la laminación.

Se reducen en lo posible las interven-ciones del operario.

Nota a pie de página*) Una laminadora Sendzimir es la que incorpora

rodillos de trabajo de pequeño diámetro, cada uno de los cuales está reforzado con dos rodi-llos de diámetro superior que, a su vez, están reforzados en su conjunto por un grupo de tres rodillos. Esta configuración de laminadora se utiliza frecuentemente para aceros inoxida-bles y de alta resistencia.

Cuadro 1 ABB y los trenes de laminación

Nota a pie de página1) Una pasada es una etapa de la deformación que

incluye las distintas fases de encadenado, laminación

a velocidad constante, deceleración y terminación de

una tira a través del tren. Una programación de pasa-

das implica una serie de valores asociados, tales

como el preajuste de grosores, velocidades y fuerzas.

1 Interacción entre los datos y las funciones en el proceso de laminación

Datos del rodillo

Prácticas de reducción

Adaptación

Modelo de laminadora

Prácticas de tensión

Parámetros del modelo

Valores de configuración

Parámetros de adaptación

Valores medidos

Grosor, tensión, velocidad

Fuerza del rodillo, par, temperatura

CVC, HS (estabiliza-ción horizontal),

flexión de posición

Datos de la bobina

Valores del operador

Programación

400

350

300

250

200

150

100

50

00 0.5 1 1.5 2

Deformación logarítmica

Límite de elasticidad 3542

Modelo de separación entre rodillos




se toman de una tabla de programacio-nes de pasadas o de un sistema exterior (PPS, ERP, Level3).Los datos de entrada de la banda nece-sarios para el cálculo del preajuste son: Espesor, anchura y temperatura de entrada.

Espesor de laminación en caliente o espesor de recocido último.

Grado del material, tipo de recocido. Perfil de la banda, diámetro exterior de la bobina.

Espesor deseado de salida (para lami-nadoras de reducción) o alargamiento deseado de salida (para laminadora de pasada superficial).

Los datos reales de laminación, como diámetro del rodillo, corona, conicidad, longitud y textura, también son impor-tantes para un cálculo de precisión.Los parámetros generales, tales como los límites de la laminadora y su accio-namiento, las prácticas usuales, los coeficientes de adaptación, el límite elástico y los valores de fricción, se

de la laminadora, puede ser necesario un número par o impar de pasadas. También se puede configurar una reduc-ción determinada en la pasada final. Durante la laminación de una pasada puede llevarse a cabo un nuevo cálculo que corrija las pasadas posteriores cuan-do, por ejemplo, no se haya conseguido un espesor intermedio o se determine que el material es más duro de lo que se pensaba.Un elemento fundamental del cálculo de la programación de pasadas es un mode-lo de separación entre rodillos basado en leyes físicas. Además de los espesores y tensiones de entrada y salida, un modelo de ese tipo exige como datos de entrada la resistencia a la deformación del material y las características del roza-miento entre los rodillos y la banda. La resistencia a la deformación se describe en forma de una curva de tensiones-deformación, que a su vez se basa en los resultados de los ensayos de tracción en muestras de bandas en cada etapa de la laminación. Los factores que se consi-dera que más influencia tienen en las condiciones de fricción entre rodillo y pieza son la rugosidad del rodillo y su velocidad. El efecto de las variaciones de fricción en la carga del rodillo se puede apreciar con más claridad con aceros dulces y pequeños espesores 3 .

Modelo de preajusteUna vez que se ha determinado una programación de pasadas, el preajuste calcula los restantes valores de configu-ración. A veces, los datos de programa-ción (por ejemplo, espesores, tensiones)

das por la laminadora y los límites nor-males determinados por la práctica, se busca una pauta de reducción que se aproxime más al cumplimiento de los criterios seleccionados. Por ejemplo, esto se puede hacer mediante una sim-ple minimización del tiempo de lamina-ción, o la obtención de las mismas car-gas de laminación en todas las pasadas.Los límites normales prácticos que se han indicado anteriormente son las con-diciones de contorno del proceso que vienen definidas en tablas según el gru-po de productos y que pueden especifi-car, por ejemplo, las reducciones máxi-mas, las tensiones de enrollamiento en la primera y la última pasada, etc.Se puede optimizar la distribución de reducciones por pasada según diversos criterios. Los criterios relativos a un ele-vado volumen de producción o a la cali-dad de la banda (por ejemplo, planitud y superficie de la banda) pueden ser contradictorios en ocasiones. Se pueden generar programaciones para satisfacer exigencias de limitaciones de reducción y de fuerzas, así como tendencias para estos parámetros (por ejemplo, una reducción constante en cada pasada o una fuerza de laminación decreciente en cada pasada). Se pueden optimizar las programaciones a fin de ganar en la velocidad máxima de laminación igua-lando la potencia necesaria del motor en todas las pasadas o bancos. Esto puede lograrse modificando la distribu-ción de reducciones o tensiones.Para satisfacer requisitos operativos, como, por ejemplo, la carga o descarga de la bobina en un determinado lugar

Espesores de entrada, intermedios y de salida.

Velocidad de laminación. Tensiones de entrada, intermedias

y de salida. Fuerza de laminación. Posición de separación de rodillos. Par de laminación. Actuadores de planitud (flexión y

desplazamiento). Cantidad de enfriamiento.

Cuadro 2 Valores principales transferidos desde el cálculo de preajuste a OCS Level 1

3 Influencia de diferentes coeficientes de fricción (µ = 0,03, 0,05, 0,07) en la carga de laminación

Longitud de contacto (mm) Longitud de contacto (mm)

-6 -4 -2 0 2 -3 -2 -1 0 1 2

Primera pasada por desbaste con acero de alto contenido en carbono

5ª pasada final con acero bajo en carbono

1.200

1.000

800

600

400

200

0

4.000

3.500

3.000

2.500

2.000

1.500

1.000

500

0

Pre

sión

del

rod

illo

(Mpa

)

Pre

sión

del

rod

illo

(Mpa

)

2 Procedimiento utilizado para calcular la programación de las pasadas

Programación con cuatro pasadas desde 3,3 mm hasta 0,35 mm

Número de pasada

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0 1 2 3 4

Cálculo hacia atrás

Gro

sor

(mm

)

Programación óptima

Cálculo hacia delante

Área de optimización




de tensiones. En particular, la primera tensión en el carrete desenrollador y la última de enrollamiento dependen de los tratamientos previo y posterior de la bobina enrollada en frío. Una laminación con tensiones inadecuadas puede producir, por ejemplo, resbalamiento de la bobina, laminación inestable y retenciones durante la hor-nada de recocido.Cuando las tensiones puedan superar los valores máximos

del bobinador o el carrete desenrollador, hay que limitarlas. Cuando se emplean bridas, también se limita la relación entre las tensiones de carrete desenrollador/entrada y salida/bobinador.

Modelo de velocidadLa velocidad máxima de laminación se limita cumpliendo las siguientes restric-ciones: Potencia máxima del accionamiento (accionamiento de la laminadora, accionamiento del carrete desenrolla-dor/ bobinador).

Régimen máximo del accionamiento teniendo en cuenta la desmultiplica-ción.

Temperatura máxima de salida de la banda.

Limitación de velocidad relacionada con la calidad.

El modelo de velocidad reduce ésta hasta que se cumplan todas estas limitaciones.

Modelo de separación entre rodillosEl modelo de separación entre rodillos se divide a su vez en un modelo para laminadoras de reducción y otro para laminadoras de skin pass/laminadoras de temple/laminadoras de hoja.Para reducciones de más de un 5% y

Se ha terminado la adaptación de la bobina anterior.

A petición manual del operario.El operario puede consultar los valores de preajuste calculados. Tras las posi-bles modificaciones por valores de ajus-te proporcionados por el operario y la comprobación final, el operario transfie-re los valores de preajuste al nivel 1 y se puede iniciar el enfilado de la bobina. El estado de la bobina cambia de “siguiente bobina” a “bobina actual”. Solamente pueden cambiarse los valores de preajuste para esa bobina cuando se para el tren de laminación. El operario puede comprobar los puntos de consig-na de la bobina actual y puede preparar los correspondientes para la siguiente bobina.

Componentes fundamentales del modelo de preajusteEl modelo de laminación emplea varios submodelos como componentes:

Modelo de tensionesEl modelo de tensiones se basa en la determinación de las tensiones específi-cas. Se calculan basándose en el espesor de la banda y el límite de elasticidad del material y en la práctica de aplicación

guardan localmente en el siste-ma Level 2 (MES). Los distintos submodelos están íntimamente relacionados entre sí 4 , de modo que las salidas de un modelo pueden usarse como entradas para los otros.La función de cálculo del pre-ajuste proporciona valores de configuración para enfilado, laminación y desenfilado de todas las pasadas necesarias. Los valores calculados son suministrados a las distintas funciones de control en Level 1 (OCS). Los principales valores de preajuste transferidos se relacionan en Cuadro 2 .El cálculo de programación y preajuste se activa automáticamente cuando: Se dispone por primera vez de los datos de la bobina (comprobación de plausibilidad).

La bobina alcanza el estado “siguiente bobina” o cuando se monta la bobina siguiente en el carrete desenrollador.

4 Interacción de los modelos secundarios en el modelo de laminado

Límite de elasticidad Fricción

Perfil de separación entre cilindros/rodillos

Planitud dela banda

Corona térmica

Temperatura del rodillo

Temperatura de la banda

Fuerza del rodilloPar del rodillo

Potencia del motorDeslizamiento hacia delante

Enfriamiento del rodillo

Enfriamiento de la bandaApretar




una relación aún mayor entre la separa-ción media y la longitud de contacto, se utiliza un modelo de separación de rodi-llos basado en la teoría clásica de arcos circulares de Ford, Ellis y Bland. Este método considera las deformaciones plástica y elástica de la banda en la separación entre rodillos. El radio del rodillo deformado se calcula por medio de la fórmula de Hitchcock.Para configuraciones de pasada superfi-cial y laminación de hojas (menor reduc-ción y relación entre la separación media y la longitud de contacto), se utiliza un modelo en línea que se ajusta emplean-do un modelo de arcos no circulares basado en la teoría de Fleck y Johnson.El modelo calcula la fuerza y el par en el rodillo, el resbalamiento hacia delan-te, la deformación y la energía de fric-ción. Emplea el modelo de límite elásti-co y fricción. Las perturbaciones del proceso se compensan con coeficientes de adaptación.El límite elástico del producto considera-do se calcula de acuerdo con la defor-mación, la velocidad de deformación y la temperatura de la banda. Puede defi-nirse el producto empleado mediante una combinación de propiedades tales como el grupo y el grado del material o el tratamiento previo (por ejemplo, el tipo de recocido). Hay que determinar los parámetros concretos del grado del material en estrecha colaboración con el cliente.El coeficiente de fricción se calcula en función de la rugosidad/textura y la velocidad del rodillo de trabajo y del número de pasadas.

Modelo de temperatura de la bandaEl objetivo del modelo de temperatura de la banda es la predicción de la tem-peratura que alcanza la banda en todas

las etapas del proceso de laminación. La temperatura de la banda se utiliza para el modelo de límite elástico y para el cálculo de la programación de pasadas.Los factores que influyen en la tempera-tura de la banda son su temperatura a la entrada, el enfriamiento por aire, la extracción de calor en la reserva de refrigerante, la generación de calor en la separación entre rodillos y el intercam-bio de calor con el rodillo de trabajo.Si existe un enfriamiento independiente de la banda, hay que calcular el flujo de refrigerante para que la temperatura de salida de la banda permanezca por debajo de un valor máximo determina-do a fin de evitar la presentación de defectos de marcas de agua en la super-ficie de la banda (acero inoxidable) o de quemaduras (aluminio) a causa de una temperatura excesiva durante la laminación. Si la temperatura de enfria-miento calculada en una pasada supera el límite de seguridad con el caudal de aceite máximo admisible, se disminuye consecuentemente la distribución de velocidades de laminación a lo largo de todas las pasadas.

Modelo de temperatura de los rodillos y de dilatación térmicaEste modelo bidimensional de transito-rios, que se está ejecutando continua-mente, calcula el estado térmico del tra-bajo durante la laminación y después de ella. Se emplea la técnica de diferencias finitas para calcular la distribución de temperaturas en el rodillo de trabajo, equilibrando los flujos de calor hacia y desde el rodillo. El flujo de calor externo desde la banda al rodillo y desde éste al refrigerante, el rodillo de respaldo y el aire se representan por medio de coefi-cientes adecuados de transferencia de calor. A continuación se calcula la dilata-

ción térmica espacial del rodillo a partir de la distribución de temperaturas resul-tante. A partir de la temperatura de la banda y del modelo de refrigeración del rodillo se deducen el índice de entrada de calor y la distribución del efecto de enfriamiento a través del rodillo.

Modelo de planitudEl modelo de planitud calcula los valo-res de preajuste de los actuadores correspondientes para conseguir los valores deseados del perfil de separa-ción entre rodillos y de la planitud.Un modelo de diferencias finitas tiene en cuenta el perfil de la banda que entra, la fuerza en el rodillo, el ancho de la banda, el diámetro del rodillo, la terminación superficial, el aplanamiento y la dilatación térmica de los rodillos.El aspecto térmico es especialmente importante cuando se utiliza un rodillo de trabajo de gran diámetro y bajo ren-dimiento de enfriamiento con una eleva-da entrada de calor desde el espacio entre rodillos (por ejemplo en la lamina-ción de aluminio). Dependiendo del tipo de laminadora, el modelo de perfi-les calcula el valor de preajuste para la fuerza de flexión de los rodillos de tra-bajo e intermedio y la disposición de desplazamiento axial de los rodillos.

Modelo de disposición de la separación entre rodillosPara permitir que el enfilado de una laminadora se produzca de forma esta-ble, debe conocerse la disposición de la separación entre rodillos de la corres-pondiente del rodillo cargado para un espesor deseado de la banda. Este modelo calcula la disposición de la separación entre rodillos teniendo en cuenta el módulo de banco como una función no lineal de la fuerza en el rodi-




ción del tiempo (“variables de entrada” en 5 ). Tras la comprobación de verosi-militud y el filtrado y la estimación de los valores no medidos, se inicia un nuevo cálculo para la bobina actual (“modelo de laminación” en 5 ) y la adaptación para distintas fases de la laminación de la bobina actual para pro-porcionar los coeficientes de adaptación y los parámetros, de forma que el cálcu-lo de la configuración de la pasada siguiente se pueda calcular a su vez con una mayor precisión.El procedimiento de adaptación aprende a partir de las diferencias existentes entre las variables calculadas y las medi-das. La velocidad de aprendizaje se pue-de configurar de acuerdo con una ganancia de aprendizaje.La adaptación a corto plazo (gran velo-cidad de aprendizaje) se consigue de pasada en pasada y la realizada a largo plazo (pequeña velocidad de aprendiza-je) de bobina a bobina y para una serie de bobinas similares.Se toman en cuenta los cambios de cla-sificación del producto (clase del mate-rial, ancho, espesor, etc.), los cambios de rodillos y los largos periodos de inmovilización 6 .

Un modelo avanzado de rodillos para trenes de laminaciónLas soluciones del modelo Preset (pre-ajuste) de ABB para trenes de lamina-ción en frío desempeñan un importante papel en la mejora de la calidad del producto y de la productividad.Las principales ventajas para el cliente se resumen en Cuadro 3 .

Frank Feldmann

Mark Gerdau

Andreas Vollmer

ABB Automation GmbH

Mannheim, Alemania

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Referencias

[1] Kroll, A.; Vollmer, A. “IndustrialIT para

plantas de laminación en frío”. Revista

ABB 4/2004, pp. 44–49.

[2] Feldmann, F.; Kerkmann, M.

“Process optimising for a CVC-6-HS-

Reversing mill”, MEFORM 2000.

[3] Feldmann, F. “Adaptation of Rolling

Models”, Aluminium, Edición 3/4

1994.

llo, el ancho de la banda y el diámetro del rodillo de respaldo. La dilatación tér-mica de los rodillos de trabajo y de res-paldo y los coeficientes de adaptación influyen asimismo en la disposición de la separación entre rodillos.

Modelo de sensibilidadEl modelo de sensibilidad calcula las diferencias finitas entre las entradas y salidas del proceso. Se pueden utilizar dichos valores para el cálculo de los parámetros del controlador de alimenta-ción hacia delante y realimentación para el control de espesor, tensión y plani-tud. Esto permite obtener una calidad constante para distintos productos en todas las fases de laminación.Por ejemplo, el parámetro de velocidad de alimentación hacia delante describe la interdependencia de velocidad y fuer-za. El parámetro de flexión de la ali-mentación hacia delante describe la dependencia de la fuerza en la flexión. Los dos controles de alimentación hacia delante atenúan las perturbaciones durante la aceleración y la deceleración y constituyen una ayuda importante para el control de la realimentación de espesor y planitud.

Modelo de adaptaciónUn problema que se encuentra en la modelización matemática es que, aun-que se puedan conocer las correlaciones físicas dentro del proceso, frecuentemen-te se desconocen los parámetros, que además pueden verse sometidos a cam-bios. No todos los parámetros del proce-so de laminación en frío, por ejemplo, límite elástico, fricción, coeficientes de transmisión de calor, etc. son conocidos y además varían con el tiempo. Esto suele conducir a predicciones imprecisas.Para poder mejorar la capaci-dad de predicción del modelo de preajuste, se lleva a cabo una adaptación en línea del modelo para la actualización de los coeficientes y parámetros que tiene en cuenta las varia-ciones del comportamiento del material y de la laminadora.Durante la laminación se reci-ben los datos medidos (por ejemplo, si se dispone de los sensores correspondientes: espesor de banda de entrada y salida, tensiones en la banda de entrada y salida, velocidad

Ayuda al operario y al planificador de pro-ducción con unas referencias automáticas del punto de consigna.

Estabiliza las condiciones de laminación a la vista de las limitaciones de la laminado-ra y del proceso.

Minimiza los tiempos de enfilado, termina-ción de banda e inversión.

Reduce la longitud de defecto de espesor en el principio y el final de la banda (en un tren de laminación en frío recientemente reparado se ha conseguido un 60% de media sobre el volumen total de produc-ción).

Minimiza las roturas de la banda, los tiem-pos de inmovilización y los desperfectos de laminación.

Mejora indirecta de la calidad superficial de la banda.

Optimiza los volúmenes de producción (hasta un 4–6%, dependiendo de la laminadora y del nivel de optimización).

Cuadro 3 Ventajas para el cliente

de entrada y salida, velocidad de lami-nación, fuerza de laminación, fuerza de flexión, desvío y disposición de la sepa-ración entre rodillos) en un ciclo en fun-

5 Adaptación en un modelo de laminado (el ejemplo se refiere a un tren tándem de laminación en frío)

Modelo de laminación

Procedimiento de adaptación

Variables de entrada

Variables medidas

Variables calculadas

Parámetros del modelo

6 Adaptación de la fricción con múltiples pasadas

0 200 400 600 800 1.000

Velocidad de laminado (m/min)

0,10

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

0,03

0,02

0,01

0

El petróleo y el gas son recursos valiosos y limitados en un mundo en el que la demanda es cada vez mayor. La disminución de las reservas de petróleo y de gas significa que los días de acceso a los hidrocarburos “fáciles” no han llegado ni mucho menos a su fin. Ante la recesión eco-nómica, muchas empresas tratan de aumentar la productividad mediante la adopción de medidas de reducción de costes, el incremento de la efica-cia y un mayor respeto al medio am-biente. De hecho, los esfuerzos para mejorar la productividad y la eficien-cia ecológica pueden ser la única vía sostenible en mercados de creciente volatilidad. El éxito depende en parte de la redefinición de colaboración y asociación, así como del uso de la tecnología como catalizador.

En unas condiciones de capital, reservas de hidrocarburos, recursos humanos y energía muy limitados, ABB ha trabajado estrechamente con los clientes para desarrollar y proporcionar tecnologías y servicios que apoyen un visión de operaciones integradas. Las operaciones integra-das ponen el problema en manos de expertos que pueden respaldar con eficacia las operaciones de múltiples activos desde un centro de operaciones.

Menos es másHacia una mayor productividad Trond Haugen, Edgar Jellum, Michal Orkisz




Menos es más


El apoyo desde un centro de operacio-nes permite definir nuevos procesos de trabajo que favorecerán la recuperación y la producción diaria, reducirán los costes y mejorarán los resultados relati-vos a la salud, seguridad y medio ambiente. Para conseguirlo, la tecno-logía desempeña un papel de apoyo crucial. Como destacado proveedor de servicios y tecnologías para la implanta-ción de operaciones integradas, ABB ha aprovechado también estas tecnologías para mejorar su propio rendimiento.

En los últimos años, en el sector del petróleo y el gas las tecnologías de información y automatización han avan-zado a gran velocidad. Estos avances, a su vez, han cambiado básicamente la forma en la que ABB interactúa con sus clientes del sector del petróleo y el gas y en la que presta servicios a sus activos. De manera muy parecida a cómo los clientes organizan el trabajo con más eficacia y seguridad, ABB ha desarrollado Service Environment™ para poder aprovechar los conocimien-tos y suministros de distintos grupos de productos y servicios de ABB, así como recursos de los clientes y terceros aso-ciados.

Service Environment™ de ABB¿Dónde está la ayuda experta cuando se necesita? Suele encontrarse en la propia organización o en proveedores de siste-mas y terceros. Tradicionalmente el experto ha tenido que desplazarse siempre a las instalacio-nes para resolver el problema. Pero, ¿y si fuera posible acceder a las instalacio-nes a distancia? Este enfoque no sólo reduciría drásticamente el tiempo y los gastos –además de las emisiones– aso-ciados a los desplazamientos, sino que cuando se produjera un problema, “se personarían en las instalaciones” exper-tos de cualquier lugar del mundo en cuestión de minutos, en lugar de días. Sofisticadas herramientas de diagnóstico y de control de estado, en combinación con un acceso a distancia seguro, resol-

nes integradas está constituida por la infraestructura de tecnologías de infor-mación y comunicación (ICT) y aplica-ciones que permiten a los equipos multidisciplinares apoyar a distancia de forma eficaz las operaciones de diver-sos activos desde un centro de opera-ciones.

Aunque el concepto de colaboración y acceso a distancia está más o menos generalizado en los entornos de oficina, gestión de redes eléctricas, informática doméstica y entretenimiento, se ha reci-bido con una saludable dosis de escep-ticismo en relación con el funciona-miento y el servicio de las instalaciones de petróleo y gas. Los fallos pueden causar lesiones graves, o incluso la pér-dida de vidas, vertidos o emisiones al medio ambiente y, por supuesto, impor-tantes pérdidas económicas. Los objeti-vos de mayor productividad y el impac-to en la salud, la seguridad y el medio ambiente se verificaron con un exhaus-tivo trabajo de investigación y desarro-llo, pruebas y una implantación paso a paso para crear confianza y evaluar los beneficios. El continuo esfuerzo de investigación y desarrollo, en su mayor parte en colaboración con StatoilHydro y varias universidades, asegura un flujo de constante de nuevas tecnologías de operaciones integradas.

Ante un panorama de yacimientos petrolíferos maduros, marginales y

remotos y localizaciones marinas árticas a gran profundidad, sin mencionar regiones políticamente inestables, el calentamiento global y la escasez de personal cualificado, la extracción del petróleo necesario para satisfacer a un mundo con una creciente sed de él es cada vez más difícil. Como las empresas tienen que apretarse ahora el cinturón, la adopción de la máxima “menos es más” no es tanto un cliché como algo que debe gestionarse con inteligencia si las empresas desean capear el actual temporal financiero.

En un mundo de recursos limitados –y flujo de efectivo limitado–, ABB ofrece tecnologías y servicios que ayudan real-mente a mejorar la productividad y a lograr una explotación y un manteni-miento eficaces. Estas soluciones apo-yan la visión de operaciones integradas (IO)1), que se define como un conjunto de soluciones concebidas para incre-mentar la eficacia, mejorar la recupera-ción y reducir los costes de explotación en una época caracterizada por una producción de petróleo en descenso y una demanda creciente.

Acceso a distancia y colaboraciónUna parte importante de las operacio-

Nota a pie de página1) Statoil define las operaciones integradas como

“la colaboración entre disciplinas y empresas a

través de fronteras organizativas y geográficas,

posibilitada por los datos en tiempo real y los

nuevos procesos de trabajo, con el fin de tomar

decisiones mejores y más seguras con una mayor

rapidez.” www.isa.org/intech/20080401 (consultada

en diciembre de 2008.

1 Service EnvironmentTM, de ABB, es producto de las demandas del sector del petróleo y el gas, y ofrece una completa gama de servicios acordes asimismo con los requisitos del concepto de Operaciones integradas (Integrated Operations - IO).

Gestión de proyectos

Gestión de alertas en la zona

Gestión de incidentes

Transferencia del

proyecto

Nuevo emplazamiento Servicio Operaciones Modificaciones

---3. Terceros

SimuladorEIT

Información de eventos de seguridadControl de alarmas del sistema remoto Gestión de

usuarioMostrador de servicioPunto único de contacto

Gestión de cambiosAseguramiento de la calidad de los trabajosGestión de la configuración

Actualización de inventario del emplazamiento y definiciones de productos

ABB Remote Monitoring and Operations Room (ARMOR)

(Sala de Control y Operaciones a Distancia de ABB)Acuerdo de nivel de servicios

Reserva de parche

antivirus Equipo de cuentas

Planificación de la evolución

Gestión de recursos

PROCESOS ISOFORMACIÓN H

ERRAMIENTAS


Menos es más


la colaboración, ya sea integrándolas en Service Environment o de forma inde-pendiente, aumenta aún más su valor.

Como líder en energía y automatiza-ción, muchas de las herramientas de gestión de activos de ABB se han desa-rrollado aprovechando la experiencia acumulada en sus principales áreas tec-nológicas. Un ejemplo de este tipo es Drive-Monitor™, un sistema inteligente de control y diagnóstico para acciona-mientos de media tensión, que permite el acceso seguro al accionamiento des-de cualquier lugar del mundo.

VSDS y DriveMonitor™Los sistemas de accionamiento de velo-cidad variable (VSDS) se están convir-tiendo con gran rapidez en la máquina motriz preferida en el sector del petró-leo y el gas. En comparación con las turbinas de gas, entre sus principales ventajas figuran: mayor disponibilidad, mejor eficiencia energética, flexibilidad operativa y mejoras en materia de salud, seguridad y medio ambiente. Estos siste-mas pueden diseñarse para que funcio-nen continuamente durante un plazo de cinco años sin mantenimiento progra-mado. Aunque son cruciales para la operación, los sistemas de accionamien-to de velocidad variable exigen en gene-ral poca atención. Sin embargo, el fallo de la maquinaria rotatoria puede causar importantes pérdidas de producción y afectar negativamente al medio ambien-te debido a las llamaradas. Además, la atención limitada se traduce en expe-riencia limitada y, por lo tanto, en pocos expertos de capacidad reconocida.

El centro de servicio, que forma parte de Service Environment de ABB, ofrece un punto único de contacto para todas las peticiones de servicio. Éste dirige las peticiones al equipo de expertos apro-piado, que se prepara para movilizarse en un intervalo de tiempo concreto. La seguridad y la calidad del trabajo que realiza cada equipo de servicio se ase-gura con un conjunto integral de proce-dimientos de trabajo de Service Environ-ment que cumplen las normas en mate-ria de salud, seguridad y medio ambien-te vigentes en el sector del petróleo y el gas. Todos los cambios efectuados en el sistema objeto del servicio se registran y se conservan en los sistemas de gestión de configuración y gestión de cambios de Service Environment.

Los procedimientos y el código de con-ducta que se observan desempeñan un papel fundamental en el trabajo diario de Service Environment y ARMOR, en especial para asegurar que no se perci-ba la operación a distancia como algo separado de la planta real. ARMOR se parece de algún modo a una embajada en el sentido de que aunque está hos-pedado en ABB, en el momento que alguien entra, se aplican las normas y reglamentos de la empresa o instalacio-nes concretas.

Las aplicaciones de gestión de activos para el control del estado y el rendi-miento, el análisis de problemas y el diagnóstico pueden mejorar considera-blemente la productividad de las opera-ciones locales de una empresa. Al abrir estas aplicaciones al acceso a distancia y

verían los aspectos prácticos de los pro-blemas logísticos con expertos ubicados en lugares remotos. Puede afirmarse que una respuesta oportuna, segura y coherente a peticiones de servicio exige una organización adecuada de personas, procesos de trabajo y procedimientos.Service Environment de ABB ofrece dicha solución. Se ha desarrollado para el sector del petróleo y el gas con el fin de respaldar la visión de operaciones integradas 1 . Desde el punto de vista técnico, se basa en la infraestructura de las tecnologías de información y comu-nicación y en procedimientos que pro-porcionan: Integración y seguridad de datos; Autenticación de usuarios (acceso físico e inicio de sesión);

Acceso a distancia a los sistemas de ABB y de terceros en la planta del cliente;

Herramientas de colaboración para conectar al cliente, ABB y terceros expertos.

Todo el trabajo a distancia en los siste-mas de los clientes se realiza desde un entorno de trabajo especial llamado ARMOR™ (Sala de Control y Operacio-nes a Distancia de ABB), la piedra angular de la infraestructura de las tec-nologías de información y comunica-ción. El trabajo a distancia comienza con una petición de servicio que puede iniciarse: Manualmente por el cliente; Previa programación; Automáticamente por una alarma generada en un sistema de control de estado de ABB o terceros proveedores.

2 Pantalla táctil de DriveMonitorTM. La lista de eventos que aparece incluye alarmas, notificaciones de cambio de parámetros sensibles y mensajes de diagnóstico específicos de la aplicación.

3 Al seleccionar la pestaña “Loggers” (registradores), se mostrarán todas las señales pertinentes muestreadas a frecuencia alta antes y después del evento seleccionado.


Menos es más


alarmas y eventos, datos operativos y cambios en parámetros y configura-ciones.

2. Organización, referencia cruzada y presentación de la información de forma que puedan identificarse y localizarse los cambios y problemas.

3. Orientación y apoyo para distintos niveles de competencia: a) personal de mantenimiento del centro, b) per-sonal de apoyo local de ABB y c) expertos de fábrica de ABB Drives.

Todos los eventos se almacenan con los registros de valores medidos y otros datos de sistemas de accionamiento de velocidad variable relacionados con un evento concreto. Estos datos pueden conservarse durante toda la vida del accionamiento de velocidad variable. El acceso al registro del sistema es una fuente de información valiosa para rea-lizar un análisis y un diagnóstico efica-ces de los fallos.

La interfaz de usuario está organizada para facilitar la navegación entre las dis-tintas vistas, que –a su vez– proporcio-nan un apoyo estructurado para el con-trol de estado, el diagnóstico y la gene-ración de informes. DriveMonitor inclu-ye ajustes predefinidos e información adaptados a distintos modelos de accio-namiento de velocidad variable de ABB. Así se garantiza un asesoramiento experto preciso para los diferentes tipos de eventos, criterios de activación lógi-cos y la selección de datos para su recu-peración, así como agrupación y des-cripciones correctas relacionadas con los parámetros del accionamiento. Además de los ajustes predeterminados, la reco-

obtenerse inmediatamente asistencia experta en línea desde cualquier lugar de la empresa o como parte de un con-trato de servicio con ABB. Al contrario de lo que ocurre con la maquinaria rotatoria pesada, la reparación de estos sistemas suele ser rápida y sencilla una vez identificado el problema.

Como parte de la colaboración de inves-tigación y desarrollo de TAIL IO con Sta-toilHydro Cuadro , se ha instalado Drive-Monitor en un compresor en la planta de procesamiento de gas y compresión para gasoducto de Kollsnes. En concre-to, se ha integrado en la infraestructura de ICT de StatoilHydro y probado para un conjunto de casos de uso con acceso a distancia. DriveMonitor, y los flujos de trabajo que permite, refleja la esencia de la operaciones integradas: permite el uso eficaz de recursos escasos, con independencia de si se encuentran den-tro de la empresa o pertenecen a pro-veedores de tecnología o terceros, sin importar la ubicación. Más concretamen-te, recoge y organiza la información a la que literalmente se puede acceder des-de cualquier lugar de forma controlada y segura. Los expertos pueden apoyar y colaborar con el personal del centro desde localizaciones lejanas.

DriveMonitor cumple los siguientes requisitos clave:1. Seguimiento y almacenamiento del

registro del sistema de accionamiento de velocidad variable como base para una rectificación más rápida de fallos; mejor diagnóstico, colaboración y acceso y apoyo de expertos a distan-cia; y recogida y almacenamiento de

DriveMonitor, la galardonada herra-mienta de ABB, recoge, almacena y visualiza la exhaustiva información dis-ponible en un sistema de accionamien-to de velocidad variable. Proporciona un flujo de trabajo estructurado para el control del estado, el análisis de fallos y la rectificación. La combinación de la completa información disponible en un accionamiento de este tipo de ABB y las capacidades de diagnóstico de Dri-veMonitor significa que el tiempo nece-sario para las reparaciones se reduce drásticamente. En general, hay compe-tencia disponible, aunque no suele estarlo en las instalaciones y menos a media noche. Con DriveMonitor conec-tado a una flota de estos sistemas –de forma independiente o como compo-nente de Service Environment–, puede

El proyecto “TAIL – Integrated Operations” comenzó en enero de 2006. Entre los obje-tivos asignados del proyecto figuraban:

Aumento de la producción diaria en al menos un 5% gracias a la reducción de las pérdidas de producción causadas por fallos de funcionamiento, paradas de mantenimiento y comportamiento inadecuado del equipo.

Disminución de los costes de explota-ción, construcción y mantenimiento en un 30%.

Reducción del número de incidentes no deseados relativos a la salud, seguridad y medio ambiente en un 50%.

Ampliación de la vida de los yacimientos de petróleo y gas de StatoilHydro.

Fuente: www.isa.org/intech/20080401

(consultada en diciembre de 2008).

Cuadro Metodología mejorada

4 La pestaña “Signals” (señales) mostrará una selección de señales relevantes desde el momento en que se reinició un fallo.

5 La pestaña “Parameters” (parámetros) muestra los grupos de parámetros pertinentes relacionados con el evento seleccionado.


Menos es más


equipo que se acciona e, incluso, del proceso sin nece-sidad de emplear instrumentos adicionales. Esto significa que el sistema de control del accionamiento de velocidad variable de ABB tendrá acceso instantáneo a datos muestrea-dos con gran rapidez. Además, el modelo dinámico preciso del accionamiento del motor ofrecerá otros datos calculados como el par del motor.

DriveMonitor tiene flexibilidad para leer datos de fuentes dis-tintas al accionamiento, como un sistema de control de pro-cesos, y permite así un análisis

más completo de las interacciones entre los diferentes subsistemas, es decir, el sistema de accionamiento y el proceso.

Un mejor acceso al servicio aumenta la productividadService Environment y DriveMonitor ABB ayudan a llevar el problema al experto en lugar del experto al proble-ma. De este modo, pueden resolverse los problemas con más rapidez y menos recursos. En algunos casos, incluso pueden evitarse totalmente. Así se redu-ce el coste total al no tener que contra-tar a un experto. Treinta minutos de colaboración de asistencia experta o de garantía de calidad de un trabajo que no suele realizar el personal del centro pueden evitar errores. Gracias a este tipo de enfoque, no sólo participará el personal del centro, sino que aumentará también su competencia bajo la orienta-ción de expertos cualificados. Igual-mente, pueden prestarse otros servicios de manera continua y proactiva, como supervisar el rendimiento del bucle de control y el estado del equipo con regularidad y sin apenas esfuerzo.

Trond Haugen

Edgar Jellum

ABB AS, Strategic R&D for oil,

gas and petrochemicals

Oslo, Noruega

[email protected]

[email protected]

Michal Orkisz

ABB Poland

Cracovia, Polonia

[email protected]

es un componente crítico y debe prote-gerse frente a accesos erróneos y malin-tencionados. DriveMonitor vigila el acceso a la información facilitada por el sistema de control del accionamiento. Aquellos a los que se les ha concedido acceso a distancia sólo pueden ver los datos disponibles. Si el personal que se encuentra en localizaciones lejanas desea cambiar los parámetros del accio-namiento o modificar la configuración de DriveMonitor, debe recibir explícita-mente derechos de acceso para una sola sesión concreta del personal autori-zado dentro de la zona de acceso segu-ro del cliente.

Las empresas de petróleo y gas han implantado distintas arquitecturas y herramientas para la colaboración. Por lo tanto, ABB dota a sus herramientas de más flexibilidad para que puedan utilizarlas con las soluciones más corrientes. DriveMonitor se ha probado sobre el terreno con diferentes clientes que trabajan también con otras herra-mientas de colaboración como Citrix, Microsoft Live-Meeting, VNC e IBM Lotus Same-time.

El accionamiento de velocidad variable como instrumentoAdemás de ofrecer capacidad de control y diagnóstico adaptada al crucial accio-namiento de velocidad variable, Drive-Monitor incluye también un conjunto general de herramientas matemáticas y estadísticas avanzadas 6 . Cuando se usa en combinación con la información valiosa y detallada que facilita el accio-namiento, puede realizarse un control del estado y rendimiento del motor, del

gida y el análisis de datos pue-den personalizarse libremente respecto a los criterios de acti-vación y la selección de datos. DriveMonitor puede recoger y almacenar cualquier tipo de información disponible en el sistema de control del acciona-miento de velocidad variable, eventos discretos y datos ana-lógicos. Todos los parámetros del accionamiento de veloci-dad variable pueden visualizar-se junto con la información que detalla cuándo ha cambia-do un parámetro.

La pestaña resaltada en la cap-tura de pantalla 2 muestra una lista de eventos que incluye fallos y alarmas del accionamiento, notificacio-nes de cambio de parámetros sensibles y mensajes de diagnóstico específicos de la aplicación. Al seleccionar una alarma o fallo en la lista, se presenta al usuario una descripción del problema, una lista de posibles causas y consejos para solucionar el problema.

La información que se ofrece en las tres pestañas consecutivas se filtra con arre-glo al evento seleccionado. La segunda pestaña “Loggers” (registradores) mos-trará las señales relevantes muestreadas a frecuencia alta antes y después del evento seleccionado 3 . La pestaña “Sig-nals” (señales) mostrará una selección de señales relevantes desde el momento en que se reinició un fallo 4 . Esto pue-de utilizarse para verificar que la rectifi-cación del fallo ha producido el efecto deseado.

La cuarta pestaña “Parameters” (paráme-tros) muestra los grupos de parámetros pertinentes que pueden estar relaciona-dos con el evento seleccionado 5 . Cada parámetro se presenta con una etiqueta de tiempo que muestra cuándo recibió su valor actual.

La vista de la pestaña “Monitor” (super-visión) permite la recogida ad hoc y el almacenamiento de datos. El usuario puede seleccionar libremente entre todas las señales disponibles en el siste-ma de control del accionamiento de velocidad variable.

Acceso a DriveMonitorEl accionamiento de velocidad variable

6 DriveMonitorTM incluye también un conjunto general de avanzadas herramientas matemáticas y estadísticas

En abril de 2008, alrededor de 50 expertos destacados del ámbito industrial y académico se reunieron para hablar de las futuras tendencias en la optimización de la gestión de la producción y de los sistemas MES (siglas en inglés de Manu-facturing Execution System). Dieciséis ponentes dieron una charla sobre la opti-mización de los sistemas MES en las industrias de transformación. Algunos de los temas abordados fueron las aplicaciones de la optimización matemática en la industria y la experiencia y evaluación de las herramientas de modelización y el software de optimización.

Sencillamente el mejorNuevas tendencias de optimización para maximizar la productividad Margret Bauer, Guido Sand, Iiro Harjunkoski, Alexander Horch



source: ThyssenKrupp


Sencillamente el mejor


2. Modelizarlo, es decir, expresarlo en términos matemáticos; y

3. Desarrollar los algoritmos necesarios para hallar la solución.

En un contexto industrial, la solución al problema se aplica al entorno de pro-ducción una vez determinada. Las solu-ciones de optimización forman parte del estrato de los sistemas productivos (para más detalles, véase “La pirámide de la automatización”, en la página 16 de este número), que tiene sus cimien-tos en la cúspide del sistema de auto-matización y que, además, se relaciona con los sistemas de planificación de los recursos empresariales. Aplicar estas soluciones con éxito exige capacidades en tiempo real, posibilidad de configu-ración en línea, conectividad y fiabili-dad 3a .

Problemas de optimizaciónLa planificación y gestión de la produc-ción es un área que cuenta con nume-rosas aplicaciones de optimización 3b . Planificar y gestionar consiste en asig-nar a cada tarea la menor cantidad posi-ble de recursos durante un periodo determinado. En un entorno producti-vo, los recursos abarcan la energía, las materias primas, la maquinaria y la

consiste en aplicar un proceso de mejo-ra continua. Para ello se requiere hallar una solución para posteriormente pulir-la hasta dar con una solución mejor. Esta técnica se suele utilizar para per-feccionar los procesos productivos y, de este modo, aumentar la productivi-dad.

La mejora continua es un buen sistema, puesto que ofrece una solución mejor, pero con la optimización se consigue la solución óptima. La optimización encuentra la mejor solución de todas. En matemática, se entiende por “optimi-zación” el proceso para encontrar la mejor de entre todas las soluciones posibles. Así pues, el conjunto de todas las soluciones posibles puede represen-tarse mediante un modelo formal que describa el objetivo del ejercicio, las variables de decisión y las restricciones.

La optimización matemática tiene por objeto hallar el valor mínimo o máximo de la función objetivo escogiendo valo-res para un conjunto de variables de decisión y respetando, a su vez, las res-tricciones. Para cada objetivo concreto pueden haber óptimos locales y globa-les 1 . En la optimización matemática, no basta con aproximarse al punto ópti-mo, como sucede en el proceso de mejora, sino que su objetivo último es hallar la mejor solución global.

El mundo de la optimizaciónLa optimización matemática es una tecnología bien definida basada en la representación formal del problema de optimización. Para solucionar un problema práctico a efectos reales empleando este método, es necesario dar tres pasos clave 2 :1. Identificar el problema;

Cada año, la asociación alemana de investigaciones operativas (GOR,

por sus siglas en inglés) organiza talle-res en conjunción con el sector indus-trial. En abril de 2008, ABB organizó el 80º de estos talleres bajo el título “Optimización de los sistemas MES”1). El mensaje central del taller era que la optimización constituye un ámbito en rápido desarrollo con un creciente número de aplicaciones en las indus-trias de transformación. Tanto las empresas de producción como los pro-veedores de sistemas de automatización se ven cada vez más presionados a aumentar la producción y a lograr la máxima productividad de la planta.

¿Qué se entiende por “optimización”?Un clásico ejemplo de problema de optimización es el del vendedor ambu-lante que debe visitar a 20 clientes situados en 20 ubicaciones distintas. Planificar la ruta resulta bastante fácil, pero planificar la ruta óptima ya es otro cantar. Se podría consultar a un espe-cialista en optimización, pero para ello es necesario disponer de una definición clara de lo que entendemos por ruta “óptima”. ¿Sería la ruta más rápida o la más corta? ¿O quizás la que permita al vendedor alojarse en su hotel favo-rito?

La decisión depende de lo que el ven-dedor considere “óptimo” y de qué aspectos de su ruta querría “optimi-zar”2). La vida cotidiana está plagada de este tipo de problemas: ¿cuál es la manera más rápida de ir de Frankfurt a Berlín? ¿Qué método será más producti-vo durante un periodo determinado? ¿De qué manera el vendedor puede pasar más tiempo con su familia? Una manera de resolver estos problemas

1 Objetivo de optimización como función de dos variables

Notas a pie de página1) El taller fue organizado y llevado a cabo conjunta-

mente por Guido Sand, uno de los científicos de

ABB Corporate Research, y Josef Kallrath, jefe del

grupo de trabajo de la asociación GOR. Si desea

ver las diapositivas de la presentación, escriba a

[email protected]) El problema del vendedor ambulante es un proble-

ma clásico de optimización matemática.3) Los desarrolladores de soluciones, lenguajes de

modelización y solucionadores mencionados se

presentaron en el taller. Además de éstos, existen

otros cuyo nombre no aparece mencionado.

2 Principales elementos de la optimización matemática3)

Taller de GOR

Problemas de optimización

Algoritmos de optimización

Modelos de programa-ción matemática

Mundo de la optimización

Desarrollador de soluciones

ABB, BASF, Honeywell, Infineon, Rockwell

Control

Programación temporal

Logística

Planificación

Toma de decisiones

OptimizadoresCPLEX, XPRESS-MP

Simplex

Ramificación y acotación

Karmarkar

Cortes por planos

Aproximación exterior

Optimizationproblems

Lenguajes de modeladoGAMS, AIMMS

Función objetivo Variables de decisión Limitaciones

Lineales

No lineales

LPMILPNLPMINLP

describir resolver




ducción o reducir el consumo energéti-co? ¿O ambas variables son importantes? Una vez aclarado el objetivo (lo cual no siempre es tarea fácil), el siguiente paso consiste en identificar las variables de decisión, es decir, las elecciones posi-bles. Por ejemplo, ¿es posible progra-mar un proceso productivo que requie-ra un uso intensivo de energía en las horas de tarifas eléctricas reducidas? ¿De qué equipo disponemos y qué maqui-naria sería más conveniente utilizar para la tarea en consideración? ¿Se pueden adquirir materias primas de diferentes proveedores? Una vez respondidas estas preguntas, se puede pasar a definir las restricciones del problema.

Para cada problema que debe resolver-se deben tenerse en cuenta toda una serie de consideraciones. Cada proceso se basa en el uso de unos recursos limi-tados, como las materias primas, la capacidad de transformación o incluso la capacidad de almacenaje del produc-to final. Todo proceso está constreñido por limitaciones, pero no siempre resul-ta fácil identificarlas.

Las funciones objetivo y su relación con las variables de decisión y las restriccio-nes se expresan en forma de igualdades y desigualdades matemáticas4). La for-mulación en su conjunto recibe el nom-bre de “programa matemático”, aunque el término “programa” se emplea aquí con una acepción diferente a la habi-tual5). Existen diferentes tipos de pro-gramas matemáticos en función de la naturaleza de la formulación. Si todas las ecuaciones, es decir, el objetivo y todas las restricciones, se pueden for-mular usando únicamente términos lineales con variables continuas, la opti-mización se denomina programación lineal. La formulación de un programa lineal (LP) se expresa del siguiente modo:

Planificación de la producción (tanto en términos de volumen como de tipología del producto);

Planificación de la maquinaria para cada lote de productos;

Asignación de capacidades (planifica-ción de la mano de obra y de los recursos).

En las últimas décadas ha aumentado el interés por la optimización matemática, ya que los ordenadores han ganado en potencia y se han desarrollado nuevos y sofisticados algoritmos.

Representar el problema de optimizaciónPara expresar un problema de optimiza-ción en términos matemáticos, el primer paso consiste en definir claramente el problema. ¿Queremos aumentar la pro-

mano de obra. La optimización mate-mática puede servir para determinar el uso óptimo de estos recursos dadas una serie de restricciones productivas. Por ejemplo, el consumo y el gasto energé-tico se pueden reducir optimizando la eficiencia energética del equipo y pro-gramando las operaciones que requie-ren un uso intensivo de energía en los periodos de bajo de consumo, cuando las tarifas eléctricas son más bajas.Aunque se han analizado numerosos problemas industriales y se han desa-rrollado soluciones mejoradas, en numerosos ámbitos aún no se ha halla-do la solución óptima, de modo que el potencial de optimización sigue sin haberse explotado por completo. Entre los problemas que suelen abordarse manualmente se pueden citar los siguientes:

Notas a pie de página4) Una igualdad es una proposición en la que se afirma

que dos términos son equivalentes, es decir, una

ecuación. Una desigualdad es una proposición que

expresa el tamaño relativo, el orden o la diferencia en-

tre dos objetos, es decir, mayor que (>), menor que (<)

o diferente que (≠).5) La expresión “programa matemático” no hace referen-

cia a un programa informático, sino que se emplea

simplemente como sinónimo de modelo de optimiza-

ción formal. Del mismo modo, la expresión “programa-

ción matemática” viene a significar resolver el progra-

ma matemático, es decir, la optimización matemática.

3 Cuadro de oradores participantes en la reunión

Tema Orador Procedencia

aRequisitos en materia de soluciones y tecnologías MES sostenibles en las industrias de transformación

Ansgar Münnemann

BASF, Alemania

bVisión general de la planificación y la programación para optimización del conjunto de la empresa

Ignacio Grossmann

Universidad Carne-gie Mellon, EE.UU.

cLa importancia de la optimización para las crecientes de-mandas de eficiencia energética con estudios de casos

Bazmi Husain

ABB, Suecia

dFabricación: ¿cumplen algún papel los sistemas de modelización algebraicos?

Jan-Henrik Jagla

GAMS, Alemania

eOptimización y planificación de los procesos de fabricación con AIMMS

Frans de Rooij

AIMMS, Países Bajos

f

Planificación, organización por lotes y programación temporal de la fabricación integrada con ILOG Plant PowerOps

Julien Briton

ILOG, Francia

gSolución de problemas complejos de planificación y programación mediante Xpress-MP

Oliver Bastert

Fair Isaac, Alemania

hOptimización de la producción: requisitos para el éxito sostenible

Alexander Horch

ABB, Alemania

iOptimización de la cadena de suministro de petróleo y gas

Marco Fahl

Honeywell, Alemania

jControl y optimización avanzados de procesos en la industria moderna

Eduardo Gallestey

ABB, Suiza

k

Funcionamiento sin operarios del suministro de agua y optimización de las programaciones de las bombas

Jan Poland

ABB, Suiza

lControl predictivo del modelo estocástico con restric-ciones para la gestión energética de los edificios

Manfred Morari

ETH Zürich, Suiza

m

Programación no anticipativa en los sistemas de fabricación de semiconductores en los que intervienen configuraciones

Hermann Gold

Infineon Technolo-gies, Alemania

nEl desafío de aumentar la complejidad de la optimización de la producción

Iiro Harjunkoski

ABB, Alemania

oIntegración de la optimización de la fabricación de conformidad con la ISA 95

Thomas Schulz

Rockwell Automa-tion, Alemania

p Programación de la producción con incertidumbreSebastian Engell

TU Dortmund, Alemania




zación, puesto que el número de soluciones posibles aumen-ta exponencialmente con el número de elecciones. La secuencia de producción de tres productos (A, B y C), todos ellos fabricados con la misma maquinaria, puede ser producir 3! (factorial)= 1*2*3 = 6 secuencias diferentes (es decir, ABC, ACB, BAC, BCA, CAB y CBA). Normalmente, para fabricar 100 productos diferentes se necesitarían varias máquinas. Fabricar tan

sólo 20 productos en una única máqui-na equivaldría a tener 20! secuencias distintas –un número de 18 dígitos–, y es obvio que ni siquiera un superorde-nador podría probar todas las combina-ciones en un tiempo razonable. Si un ordenador fuera capaz de probar un millón de combinaciones por segundo, se necesitarían 77.000 años para probar 20! combinaciones y encontrar la mejor solución. Este problema de secuencia-ción es muy similar al problema del vendedor ambulante anterior: el número de rutas de viaje posibles también es 20!

Un método estándar para resolver pro-blemas enteros mixtos (MILP o MINLP) consiste en aplicar algoritmos de rami-ficación y acotación. Estos algoritmos se pueden utilizar para resolver una secuencia de programas lineales o no lineales y permiten encontrar una solu-ción óptima examinando sólo una parte de las posibles soluciones y eliminando ramificaciones enteras del árbol de bús-queda 5 .

Existen múltiples algoritmos, como ILOG CPLEX, que permite resolver grandes problemas de optimización uti-lizando varias CPU en paralelo 3f . El Xpress-MP Optimizer es conocido por su capacidad de resolver problemas numéricamente difíciles o inestables, algo que suele suceder en el caso de las industrias de transformación 3g . Como el coste de estos sofisticados algoritmos sigue siendo bastante eleva-do, de unos miles de dólares cada uno,

de resolvedores estándar adaptados a los diferentes tipos de programas mate-máticos.

Encontrar la solución óptimaDar con la solución óptima a un proble-ma puede ser muy complicado, espe-cialmente cuando se deben tener en cuenta una gran cantidad de variables y el problema es realmente complejo. Por lo general, incluso los grandes progra-mas lineales pueden resolverse en rela-tivamente poco tiempo, ya que la solu-ción óptima reside en las restricciones o en las intersecciones de las restriccio-nes. Por ejemplo, la producción obteni-da mediante un proceso puede estar limitada por el flujo de salida. Esto sig-nifica que la producción máxima equi-valdrá exactamente al flujo de salida que la restringe. Sin embargo, encontrar la solución a un problema no lineal puede ser más complejo, especialmente cuando el problema es no convexo7) 4 . En tales casos, deben aplicarse algorit-mos más complejos o hay que dividir el problema en subproblemas convexos.

Las decisiones discretas también pue-den complicar un problema de optimi-

maximizar cTxsujeto a Ax ≤ b,

donde x es un vector de varia-bles, c y b son vectores de parámetros conocidos y A es una matriz de parámetros conocido. cTx es la función objetivo y Ax ≤ b representa las restricciones6).

Cuando una ecuación incluye un término no lineal como, por ejemplo, el producto de dos variables de decisión (x

1·x

2), el problema se denomina enton-

ces programa no lineal (NLP).

En muchos casos, las decisiones que cabe adoptar son binarias y responden a preguntas del tipo sí/no: “¿tengo que visitar al cliente x hoy: sí/no?”. Además, muchas variables son números enteros: un carpintero sólo puede fabricar un número entero de mesas, jamás una fracción de una mesa. En este caso, el problema sería un programa lineal ente-ro mixto (MILP) o uno no lineal entero mixto (MINLP).

Muchos lenguajes de formulación de programas matemáticos se desarrollaron con fines de investigación, pero su uso en aplicaciones técnicas es cada vez mayor. Dos lenguajes exclusivamente de modelización de problemas de opti-mización son el GAMS y el AIMMS. Estas herramientas de modelización tie-nen su origen en la optimización eco-nómica 3d , pero su uso en aplicaciones técnicas despierta cada vez mayor inte-rés. El software actual incluye funciones de depuración, perfilado y análisis de datos 3e . Los sistemas de modelización ofrecen interfaces para toda una serie

Notas a pie de página6) Como cada restricción de igualdad puede represen-

tarse de manera equivalente mediante dos restriccio-

nes de desigualdad, la formulación abarca las restric-

ciones tanto de igualdad como de desigualdad.7) Cuando el problema se describe mediante una fun-

ción que forma una curva no convexa en un gráfico.

5 Árbol de búsqueda binaria para la solución de programaciones lineales enteras con variables mixtas

Variable binaria x1

Variable binaria x2

Variable binaria x3x3=1 x3=1x3=1x3=1x3=0

x2=0 x2=1 x2=1

x1=1x1=0

x2=0

x3=0 x3=0 x3=0

S0

S

S00

S000 S001 S010 S011 S100 S101 S110 S111

S10S01 S11

S1

4 Tipos de problemas de optimización: problemas de programación no lineal convexay no convexa

Problema no lineal con variables mixtas (MINLP)

convexo

Problema no lineal entero con variables mixtas (MINLP)

no convexo

ObjetivoObjetivo

Variable 2 de decisión







ción para calcular la planificación ópti-ma para este proceso [1] 6 . Se trataba de planificar la producción de tal modo que se consiguiera aumentar al máximo la productividad de la planta calculando la cantidad óptima de material y el tiempo exacto para cada lote de la pro-ducción de cobre. La planificación glo-bal estaba limitada por la maquinaria disponible para cada etapa de purifica-ción, así como por los tiempos de trans-formación y transporte. El problema se formuló como un MILP, y se empleó ILOG CPLEX para hallar la planificación y la fórmula óptima para cada lote. El objetivo consistía en minimizar el “makespan”9) (tm) de todos los produc-tos (p) en todas las máquinas (m):

min tmsujeto atm ≥ tf

pm �p,m,

donde tf es el tiempo para finalizar un producto p en una máquina m. La solu-ción de optimización demostró que la planta podía aumentar su producción anual de concentrado de cobre en hasta 20.000 toneladas.

Laminado en caliente energéticamente eficienteEn una planta de laminado en caliente,

punto de vista. Algunas de las aplicacio-nes presentadas fueron la gestión de la cadena de suministro en plantas de gas natural licuado 3i , la optimización y planificación de los procesos económi-cos en la industria mineral 3j , la optimi-zación aplicada a la programación de las bombas en estaciones de bombeo 3k , la optimización en línea para la ges-tión energética de los edificios 3l y la planificación de lotes en las plantas de semiconductores 3m.

A continuación se muestran, en el con-texto de la optimización matemática, tres soluciones de optimización de gran éxito de ABB, que ya se publicaron y debatieron en el taller GOR.

Planificación y optimización en una planta de producción de cobreEn la producción de cobre, el mineral se va depurando a través de varias eta-pas consecutivas. Durante este proceso, el mineral circula por la diversas etapas gracias a unas cucharas movidas por grúas. Las grandes plantas de produc-ción de cobre disponen de varias líneas de transformación en paralelo para cada etapa para que no se produzcan cuellos de botella y, por tanto, deben sincroni-zarse para evitar sobrecargas. El proble-ma es bastante complejo, ya que la duración de las etapas de purificación variará en función de la calidad del mineral.

La productividad de una planta de cobre depende básicamente de la planifica-ción del recorrido de los lotes. ABB ha desarrollado una solución de optimiza-

una opción accesible podría ser la de contratar servicios de optimización adaptados a las necesidades 3h . El Gobierno estadounidense ya ofrece un sitio Web (NEOS) que permite introdu-cir problemas de optimización en GAMS o AMPL y obtener una respuesta en tiempo real. Aunque esto no sea una solución viable para todas las aplicacio-nes, es una buena forma de probar y verificar problemas antes de invertir en resolvedores caros8).

AplicacionesLos problemas de optimización prácti-cos a efectos reales suelen ser compli-cados de resolver, ya que a menudo son no lineales y/o contienen variables binarias. La potencia de las herramien-tas estándar suele ser insuficiente y, por tanto, es necesario desarrollar solucio-nes técnicas. La programación matemá-tica técnica se sirve de modelos de opti-mización diseñados con gran deteni-miento y de estrategias inteligentes para hallar soluciones que a menudo se basan en la descomposición del proble-ma. Cuando se diseña una solución semejante, el proceso principal de opti-mización, es decir, la formulación y aplicación del problema, no suele representar más del 10–15% del esfuer-zo técnico. Lo que exige un mayor esfuerzo es comprender el problema, desarrollar la idea, hablar con los clien-tes, hacer las pruebas oportunas, docu-mentarse, realizar las actividades de marketing, etc. En el taller de la GOR, todos los ponentes que presentaron soluciones de optimización –tanto de ABB como externos– compartieron este

6 La producción de cobre y el diagrama de Gantt para la programación óptima

7 Panel frontal de la solución para la optimización del laminado en caliente [2]

Estructura de una configuración de optimización del laminado en fríoObjetivoMinimización del total de la POTENCIA/ENERGÍA de laminación, o bienMaximización de la VELOCIDAD DE PRODUCCIÓN, o bienMinimización de las desviaciones con respecto a los objetivos para potencias (REPARTO DE CARGAS), o bienMinimización de las desviaciones con respecto a los objetivos para anchuras (UTILIZACIÓN DEL CANAL), o bienMinimización de las desviaciones con respecto a los objetivos para áreas (UTILIZACIÓN DEL CANAL), o bien

Límites paramétricos… < Separación entre rodillos < …,… < Velocidad del motor < …,… < Tensión entre un paso y otro < …,… < Anchura < …,… < Área < …,… < Velocidad de producción < …,… < Temperatura del lingote < …,

VariablesSeparación entre cilindros, velocidades del motor

Notas a pie de página8) Para más información, visite el sitio Web NEOS:

http:// www-neos.mcs.anl.gov/ (diciembre de 2008).9) El “makespan” es el tiempo total de producción, es

decir, el tiempo transcurrido hasta que la última má-

quina finaliza el último producto.




ción del control y empresarial. Existen varias normas indus-triales de utilidad para la inte-gración. La norma ISA-95, por ejemplo, describe las normas necesarias para interconectar estos sistemas.

Por último, la mayoría de solu-ciones de optimización presu-ponen que los parámetros de

entrada son correctos. Las decisiones deben tomarse sobre la base de la información disponible previamente a la ejecución del algoritmo de optimiza-ción. En un entorno de producción real, a menudo se desconocen los valores paramétricos correctos. Producir un lote puede llevar, por término medio, diez minutos, pero en algunos casos esta operación puede tardar ocho minutos, y en otros, doce. Lidiar con estas incerti-dumbres constituye un desafío clave para las aplicaciones prácticas reales de estas soluciones 3p . Los algoritmos evo-lutivos, junto con los algoritmos de solución tradicionales, demuestran las posibilidades para abordar este tipo de problemas.

Margret Bauer

Guido Sand

Iiro Harjunkoski

Alexander Horch

ABB Corporate Research

Ladenburg, Alemania

[email protected]

[email protected]

[email protected]

[email protected]

Notas a pie de página10) http://www.abb.com/metals → Profile mills → Pro-

file mill products → ADM.11) http://www.abb.com/cpm → CPM for the Pulp

and Paper Industry → Quality Based Re-Trim Opti-

mization.

Referencias

[1] Harjunkoski, I.; Beykirch, G.; Zuber, M.; Weide-

mann, H. J. “Fabricación del cobre. Programación

y optimización de plantas de cobre”. Revista ABB

4/2005, pp. 51–54.

[2] Daneryd, A.; Olsson, M. G.; Lindkvist, R.

“Laminación con ahorro de energía. Minimización

on-line del consumo de energía en la laminación

en caliente de productos de gran longitud”.

Revista ABB 2/2007, pp. 49–52.

[3] Harjunkoski, I.; Säynevirta, S. “El corte más

avanzado. Eficiencia para el recorte de papel”.

Revista ABB 4/2006, pp. 53–58.

bobina gigante. El coeficiente de coste c

rj es el valor de una bobina r en una

posición j determinada. La variable binaria xd

rj indica si la bobina r se va a

cortar en la posición j (xdrj=1) o no

(xdrj=0).

El resultado de la optimización es un plan de corte que reduce al mínimo las pérdidas de calidad. Cuando en el pro-ceso de corte también se tiene en cuen-ta lograr una calidad óptima, se pueden aumentar los márgenes de beneficio hasta en un 15% 8 .

Complejidad e incertidumbreLas industrias de transformación ya cuentan con numerosas soluciones de optimización para mejorar la productivi-dad. No obstante, siguen quedando cuestiones pendientes de resolver, que se comentaron en el taller. Una de ellas es que la complejidad de los problemas aumenta incesantemente 3n . Las razones son diversas, pero muchos de los pro-blemas que en el pasado se resolvían manualmente deberían, hoy por hoy, poderse optimizar matemáticamente. Además, se pueden combinar diferentes problemas que afectan a un mismo pro-ceso productivo. Por ejemplo, se puede optimizar simultáneamente la produc-ción y el consumo energético de un proceso. Cada vez se hacen más medi-ciones y son más los datos almacenados y utilizados para la optimización, lo que hace aumentar el número de variables de decisión y restricciones. Y con el aumento de la complejidad surge el problema de la potencia. Los problemas deberían poder solucionarse en cues-tión de segundos o minutos.

Otra de las cuestiones pendientes con-siste en que el software de optimización debe integrarse en el entorno existente de sistemas de TI y no puede funcionar de manera autónoma 3o , ya que necesi-ta información de otros sistemas, como de los sistemas logísticos y de planifica-

las planchas de acero se calien-tan a cientos de grados Celsius para transformarlas en plan-chas muy finas. Una variable de decisión importante es la velocidad a la que se lamina cada plancha.

Reducir al máximo el consumo de energía es uno de los obje-tivos de optimización que el operario debe perseguir, respetando simultáneamente unos valores umbral máximos y mínimos en relación con la anchura de las barras, la superficie, la velocidad, la tensión entre un paso y otro, la separación entre los rodillos y la velocidad del motor. En resumidas cuentas, la cuestión es: ¿cuál es la velo-cidad de producción óptima para una planta de laminado en caliente cuando el sistema está limitado por una poten-cia y por un par motor determinados?

El ADMTM (Adaptive Dimension Models) es un software de ABB que formula soluciones a problemas de optimización del tipo programa no lineal10) [2]. Ade-más de reducir al mínimo el consumo de energía, la interfaz de usuario permi-te al operario elegir entre diversos obje-tivos de optimización, como maximizar la producción, minimizar las desviacio-nes de la potencia, la anchura o la superficie deseadas 7 .

Minimizar las pérdidas por corte en la producción de papelLas plantas de papel producen bobinas de papel gigante de 10 metros de ancho, que posteriormente se cortan en función de las necesidades del cliente. El Qtrim11), una solución de planifica-ción del corte desarrollada en ABB, par-te de un determinado plan de corte de una bobina gigante para adaptarlo según las necesidades [3]. El problema de las pérdidas por corte teniendo en cuenta la calidad es el siguiente: ¿cuál es la manera óptima de cortar las bobi-nas de acuerdo con las dimensiones especificadas por el cliente atendiendo, a su vez, a sus exigencias de calidad? El objetivo se puede expresar en términos matemáticos del siguiente modo:

max r,j c

rj·xd

rj ,

donde el índice r es la bobina, y el índice j son los cortes discretos, es decir, una posición determinada en la

8 Optimización del equilibrado de una bobina gigante(Calidad A = blanco, B = amarillo, C = rojo) [3]

770 385 1790 580 580 650 485 825 1100 750

∑

La industria del papel lleva mucho tiempo anhelando un sensor de calibrado preciso, fiable y que no deje marcas ni rasgue las hojas. Ahora, ABB acaba de lanzar un sensor que permite a los fabricantes de papel medir de manera continuada uno de los parámetros de mayor importancia para ellos, incluso en el caso de las calidades de papel más elevadas, y que supera a todos los sensores de calibrado ópticos en términos de precisión, resolución y fiabilidad.

El toque finalEl nuevo método óptico de medición de papel sin láser de ABB promete un mayor rendimiento que otros sensores de calibración en línea Anthony Byatt


Soluciones de productividad


El toque final


El término “espesor” del papel puede llevar a confusión, ya que varias

calidades de papel se asemejan, al observarlas a escala microscópica, a los Alpes suizos 1 . Cuando se mide el espesor del papel en laboratorio, una carga normalizada comprime ligeramen-te los picos y el espesor de la hoja resultante es, lo que se llama por defi-nición, el “calibre”. La medición del calibre es un proceso fundamental para prácticamente todos los fabricantes de papel.

En la mayoría de los sensores de cali-bración en línea, el papel pasa a través de dos palpadores. Un sensor magnéti-co de detección de distancias situado en uno de ellos mide la distancia entre ambos palpadores para calcular el cali-bre de la hoja.

El término “espesor” del papel puede llevar a confusión, ya que varias calidades de papel se asemejan, al observarlas a escala microscópica, a los Alpes suizos.

El sensor de calibrado de gama más alta de ABB, el “GT”, se basa en este senci-llo principio, aunque han sido precisos años de pericia ingeniera para perfec-cionar los materiales y reducir el con-tacto del papel con el palpador. Con éste se ha conseguido una precisión de calibración superior a 1 µm en una hoja de 10 metros de ancho que pasa a una velocidad de 120 km/h. Este sensor de ABB que entra en contacto con ambas caras de la hoja se ha convertido en un estándar industrial que se emplea actualmente en más de 1.000 máquinas de fabricación de papel.

Palpar sin entrar en contactoSin embargo, los palpadores que entran en contacto con el papel pueden dete-riorar su calidad: el papel estucado se puede rasgar, el papel reciclado se pue-de ensuciar o los estucados aún sin secar se pueden acumular y crear una superficie irregular en los palpadores, provocando, así, imprecisiones en la medición. Además, cualquier protube-rancia en el papel puede pasar a gran velocidad y dañar –o incluso romper–

1 A escala microscópica, la superficie del papel se parece a los Alpes suizos.

�m 3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0

2 Ilustración del efecto de “bola de luz” que se produce cuando un rayo láser penetra en la superficie del papel.

3 Rendimiento de un calibrador óptico de ABB ante diversas calidades de papel

1.800

1.600

1.400

1.200

1.000

800

600

400

200

0

Calibrador de laboratorio (µm)

0 200 400 600 800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800

Cal

ibra

dor

óptic

o (µ

m)

y = 0,987x - 2,345R2 = 1,000

Calibrador (media) 758 µm Mylar doble 1.120 µm Mylar triple muestras de papel

Lineal (calibrador (media))

Grado del papel fino


El toque final


El producto se lanzó en marzo en la conferencia patrocinada por ABB “El mundo de la automatización y la poten-cia en 2009” celebrada en Orlando, Florida. Próximamente aparecerá en la Revista ABB un artículo en el que se describe este sensor con mayor detalle.

Anthony Byatt

ABB Pulp and Paper QCS CoE

Dundalk, Irlanda

[email protected]

funcionaba realmente. Y lo que era mejor, se podían encontrar en el merca-do dispositivos ópticos que pudieran conformar el núcleo del sensor. Las pruebas de laboratorio del método de inspección óptica fueron todo un éxito 3 , pero la cuestión seguía siendo: ¿cómo funcionaría en una fábrica de papel –en condiciones más exigentes– con vibraciones de alta frecuencia para seguir realizando mediciones de preci-sión micrométrica?

La medición óptica permitía observar con mayor detalle la variabilidad de la máquina 4 . Pero, mientras que el palpador de sensores que entra en contacto con la hoja tiene una super-ficie de 1–2 cm, la del sensor óptico es de tan sólo 12 micrones.

El sensor de calibrado óptico supera a todos los de su categoría en términos de precisión, resolución y fiabilidad.

Del prototipo al productoFue preciso un trabajo exhaustivo para producir y optimizar el sensor. El viejo dicho de “5% de inspiración, 95% de transpiración” arremetió con toda su fuerza. Uno de los mayores retos con-sistía en mantener la precisión micro-métrica en una gran estructura de acero que elevaba la temperatura de la sala hasta los 80 ºC, con todas las dilatacio-nes térmicas que eso conlleva.

el palpador o rasgar el papel. Obvia-mente, éste es un problema del que carecen muchas calidades de papel, lo que garantiza el funcionamiento preciso del sensor durante años. Pero en el caso de las calidades que sí presentan estos problemas, los fabricantes de papel se ven del todo incapaces de observar y controlar el proceso.

El nuevo sensor de calibrado óptico de ABB supone un cambio drástico.

Mira, pero no tocaLa idea de medir el espesor sin pinzar el papel no es nueva. De hecho, ya en 1970 ABB fue la precursora con sus técnicas suspendidas. Los métodos de triangulación láser también demostraron ser prometedores, pero presentaban numerosos errores importantes debido a la inestabilidad provocada por el rápi-do movimiento de la hoja, los efectos de su inclinación cuando no es total-mente plana, la alineación del sensor y los efectos topográficos de la superficie, sin olvidar la penetración de la luz láser en el cuerpo semitranslúcido de la hoja de papel (el llamado efecto “bola de luz”) 2 . Estos problemas minaron el éxito en el mercado de los sensores basados en la triangulación láser.

Así pues, ABB decidió evaluar el poten-cial de las tecnologías de otras indus-trias. Y fue una técnica en concreto la que atrajo su atención: la inspección óptica confocal.

Las necesidades de los clientesUna prueba demostró que esta técnica

4 Perfiles de superficie de alta resolución de papel de copiadora de 80 gramos vista con la tecnología de inspección del calibrador óptico.

0,0 2,5 5,0mm

mm

5,0

2,5

0,0

50

45

40

35

30

25

20

55 �m

20 �m

Distancia (mm)0,0 0,2 0,4 0,6 0,8

Altu

ra (µ

m)

Pensar “en verde” es pensar con inteligencia. Al menos en eso es en lo que parecen estar de acuerdo todos los gobiernos, empresas y consumidores. La preocupación por el medio ambiente ha dejado de ser un tema marginal que interesa sólo a un pequeño segmento de la población, y la industria, incluido el sector del plástico, ha tomado buena nota de ello. La reducción del impacto ambiental suele traducirse en un ahorro de costes, especialmente en relación con el ahorro de energía, un elemento clave en la ecuación de mejora ambiental. El hecho es que el aumento de la eficiencia energética es actualmente una de las principales tendencias del sector. En el sector del plástico, los robots ayudan a mejorar la eficiencia energética al conseguir que los procesos sean más precisos y eficaces, y al aumentar ellos mismos también su precisión y eficacia.

Robots ecológicosLa automatización basada en robots permite la eficiencia energética en el sector del plástico Anna Liberg, Malin Rosqvist, Alexander Farnsworth



por máquinas eléctricas. Un estudio rea-lizado por Materialdepån, un proveedor sueco de materiales plásticos y equipos, ha comparado máquinas de moldeado por inyección con accionamiento eléc-trico e hidráulico de 160 toneladas métricas en funcionamiento el mismo número de horas al año. Se consiguió un ahorro de unos 7.000 dólares de EE.UU. en costes de explotación con una máquina accionada eléctricamente. Con el mismo número total de horas de funcionamiento, la máquina hidráulica consumió 16 kWh de electricidad, y la máquina eléctrica tan sólo 7 kWh.

Otra gran tendencia en los procesos de producción es la reducción de residuos, que también es una de las principales ventajas del tra-bajo con células de robots.

TOYO, un productor japonés de máqui-nas de moldeado por inyección, afirma que los usuarios pueden contar con un ahorro de energía de entre el 30% y el 70% con las máquinas eléctricas. Esto puede significar hasta 4.600 dólares al año cuando se comparan una máquina de moldeado por inyección hidráulica de 80 toneladas métricas y una máquina

Canadá. El grupo está especializado en la eficiencia de la fábrica y estudia tam-bién cómo aumentar la eficacia de los equipos, un área con un gran potencial de ahorro. Con una planificación inteli-gente es posible reducir el número de máquinas y ahorrar más energía.

Asimismo, los fabricantes de máquinas de moldeado por inyección analizan todo el proceso de moldeado para mejorar la eficiencia energética. La elec-ción de la máquina, el molde y los peri-féricos es muy importante porque todos ellos trabajan juntos, y un correcto pro-ceso de selección e instalación reducirá el consumo de energía y el material, por ejemplo, el número de piezas recha-zadas. Al optimizar los procesos y redu-cir los tiempos de inmovilización, así como reducir las fases de configuración, calentamiento y arranque, se acortan las fases improductivas de elevado consu-mo de energía. En este punto, no sólo el moldeado y el mantenimiento de las máquinas desempeñan un papel impor-tante, sino que el buen funcionamiento de las soluciones de automatización es también fundamental.

Menos energía por pieza producidaUna importante tendencia dentro del sector del plástico es el cambio progre-sivo de las máquinas de moldeado por inyección con accionamiento hidráulico

La eficiencia energética es un elemen-to esencial para aumentar la eficien-

cia global de una fábrica. La gestión efi-caz de la energía exige la participación de todo el personal y departamentos, y que todos ellos asuman su parte de res-ponsabilidad en el tema. También signi-fica que deben establecerse objetivos y metas y medir el consumo de energía para conseguir una mejora continua. Para mejorar la eficiencia energética, las fábricas deben centrarse en el coste del ciclo de vida, en lugar de los costes iniciales.

Cantex Inc. aumentó la producción en un 30% al colocar nuevos acciona-mientos de ABB de 75 kW, 90 kW y 110 kW para los motores que impulsan los tornillos de mezclado de tres líneas de extrusión.“La mayoría de las plantas de tratamien-to de plásticos pueden reducir sus cos-tes energéticos entre un 10% y un 30% mediante la combinación de acciones sin coste, de bajo coste o de inversión”, ha afirmado Santiago Archila, director del grupo de planificación de la fábrica de Husky Injection Molding Systems en


Robots ecológicos


1 El IRB 4400 extrae piezas de la máquina de moldeado por inyección y colocan rollos de plástico en Axjo, Suecia. [Fotografía: Alexander Farnsworth]


Robots ecológicos


ducción, ésta ha aumentado en un 75%, aproximadamente de 170.000 a 300.000 piezas al mes. La calidad de las piezas ha mejorado, los costes de la mano de obra han disminuido y la empresa utili-za la energía con más eficacia.

El empleo de la herra-mienta de software RobotStudio de ABB para simular las acciones de un robot antes de ponerlo en marcha es un ejemplo de “lean manufacturing” (reducción de despilfarros).

Optimización de los tiempos de los ciclosHay otras formas de ahorrar energía durante el proceso de producción. Por ejemplo, Machine Sync de ABB es un sistema de ahorro de tiempo y energía que aumenta la producción de los robots al superponer los flujos de traba-jo del robot y de la máquina. Esto se consigue coordinando la apertura y el cierre de la máquina al extraer el plásti-co del molde, lo que permite reducir la duración de los ciclos y producir más piezas. Esta sincronización reduce tam-

Components (IAC), proveedor de pri-mer nivel (Tier-11)) al sector de automo-ción, ha reducido con éxito los residuos mediante el uso de robots. Antes de instalar la última célula automatizada en la fábrica de Skara (Suecia), presen-taba una tasa de piezas defectuosas (de entre las enviadas a los clientes) de 150 piezas por millón. Tras la instala-ción de los robots, esta cifra bajó a 50 piezas por millón, una ventaja clara en el competitivo sector de la automoción. Una mejora de la calidad significa menos desechos y residuos.

“Para competir en el mercado mundial desde un país de alto coste como Sue-cia, tenemos que ser lo más eficientes posible. Y estos robots nos proporcio-nan eficiencia, calidad y confianza en nuestros productos. Los robots son imprescindibles en nuestro sector”, afirmó Steve Hammond, director de la fábrica de IAC en Skara.

Puede encontrarse otro ejemplo de cómo mejoran los robots la productivi-dad en First Engineering, en Singapur. La empresa fabrica moldes de ultrapre-cisión y piezas de plástico para su uso en productos de alta tecnología, como unidades de disco duro y periféricos de PC. Desde que First Engineering intro-dujo un robot ABB de 6 ejes en su pro-

accionada eléctricamente, que están en funcionamiento el mismo número de horas al año (incluido el coste de la grasa y el aceite hidráulico). La máqui-na hidráulica emplea 5,65 kWh, mien-tras que la eléctrica usa sólo 1,85 kWh. Si se extrapolan estas cifras a varias máquinas de moldeado por inyección, el ahorro pasa a ser muy significativo.

Junto a estas conclusiones existe una mayor conciencia del papel que desem-peñan los motores eléctricos en el sec-tor. Cantex Inc., por ejemplo, es un destacado productor de tubos de clo-ruro de polivinilo (PVC) de Estados Unidos. Cantex ha mejorado 3 de sus 18 líneas de extrusión de la planta con accionamientos industriales de ABB. Las líneas de extrusión empleaban antes accionamientos de corriente continua que no eran de ABB. La empresa aumentó la producción en un 30% al colocar nuevos accionamientos de ABB de 75 kW, 90 kW y 110 kW para los motores que impulsan los tornillos de mezclado de tres líneas de extrusión.

Reducción de residuosOtra tendencia acusada en los procesos de producción es la reducción de resi-duos, que también es una de las princi-pales ventajas del trabajo con células de robots. La empresa International Auto

3 La herramienta de software RobotStudio de ABB permite al ingeniero de la aplicación progra-mar los movimientos del robot primero en un mundo virtual tridimensional en el ordenador.

2 En IAC, Tidaholm (Suecia), se utilizan dos robots IRB 2400 para realizar el corte por chorro de agua de piezas interiores de automóvil. [Fotografía: Pontus Johansson]

Nota a pie de página1) Los proveedores de primer nivel (Tier-1) son empresas que venden productos directamente a fabricantes de

equipos originales, en este caso fabricantes de coches.


Robots ecológicos


bién el desgaste del robot y ayuda a evitar colisiones. En un caso típico en el que se usan un robot de estantería IRB 6650 y una máquina de moldeado por inyección de 3.000 toneladas métri-cas que moldea una pieza de automóvil común, el ahorro de tiempo de extrac-ción con una entrada y un cierre antici-pados y sincronizados es del 10%. Si se extrapola esta cifra a una máquina que funciona permanentemente durante todo el año, con un tiempo de extrac-ción de 10 segundos y una duración del ciclo completo de 30 segundos, es posi-ble hablar de la producción de 35.000 piezas más.

Más ligerezaOtra tendencia importante que afecta al sector del plástico es el esfuerzo de los fabricantes de automóviles por producir vehículos más ligeros que consuman menos energía. Esto representa un gran reto para el sector de automoción, así como sus subcontratistas, y conlleva pasar de los actuales materiales basados principalmente en acero y aluminio a materiales compuestos más ligeros de magnesio y aluminio.

Se exploran nuevas técnicas para com-binar materiales compuestos con fibra de vidrio, tejidos y metales para obtener propiedades parecidas a las del metal en cuanto a rigidez, resistencia al impacto y envejecimiento. La produc-ción de dichas piezas exige trabajar con inserciones de fibra, metal y tejido, y demanda también un medio controlado de mover piezas de plástico entre diver-sos procesos distintos, que incluyen las prensas de estampación, las máquinas de moldeado y el moldeado secundario.

Esto sólo puede conseguirse con robots de 6 ejes, ya que las piezas deben colo-carse con precisión durante todo el pro-ceso. Así, los robots de 6 ejes desempe-ñan un papel crucial en el desarrollo de productos diseñados con inteligencia y respetuosos con el medio ambiente.

“Lean manufacturing”El corte con equipos de láser, chorro de agua o mecánicos se utiliza para lim-piar, desbarbar2) y taladrar piezas mol-deadas, termoformadas o espumadas. Estas técnicas de corte se suelen emplear para el acabado del interior de los automóviles y piezas exteriores, como moquetas y parachoques, así

En el sector del plástico, el término “eficien-cia energética” se utiliza para hacer referen-cia a diversas cuestiones, como la reducción de desechos (menos residuos y, por lo tanto, más ahorro de energía), ahorro de material en pintura, recubrimientos y componentes de sellado y mayor productividad al minimi-zar la duración del ciclo. Incluye un enfoque de análisis del ciclo de vida que tiene en cuenta todos los pasos, desde la obtención de materias primas hasta el reciclado de piezas de plástico.

Pintar con inteligenciaEn Australia, los expertos en pintura de D&M están especializados en pintar piezas peque-ñas de automóviles. Tres robots IRB 5400, que trabajan en turnos de 12 horas, no sólo han aumentado la productividad en un 80%, sino que han reducido el consumo de pintura en aproximadamente un 35% utilizando la campana de control de patrones (Robobel 951) especial de ABB, desarrollada específi-camente para reducir los residuos.Fiskars, en Finlandia, es otra empresa que ha obtenido grandes ventajas con la pintura con pulverizador automatizada. Fiskars fabri-ca, entre otras cosas, hachas de vanguardia. La hoja tiene un recubrimiento de teflón para aligerarla y facilitar su uso. El robot IRB 540 empleado para pintar con pulverizador la hoja es tan preciso que utiliza un 30% menos de teflón que la anterior solución. Así, el proceso no sólo es más seguro para los empleados, sino también más respetuoso con el medio ambiente.

Cuadro Enfoque de análisis del ciclo de vida

Soluciones de envasado eficientesABB ofrece varios robots especialmente concebidos para recoger, envasar y paleti-zar: operaciones básicas en el sector de alimentación y bebidas. El robot FlexPicker tiene un interés especial. El FlexPicker puede ayudar a los fabricantes del sector alimenta-rio a reducir drásticamente los residuos de los productos –importantes devoradores de recursos y energía– y a aumentar la produc-tividad.Roland Murten AG, fabricante de galletas saladas, ha conseguido una importante reducción de desechos al reducir la rotura de sus delicados productos del 15% al 2,3%, lo que ha permitido a la empresa dis-minuir el consumo eléctrico de su línea prin-cipal de producción en aproximadamente un 12% (un ahorro de 17.000 dólares al año). Walter Fuchs, director de producción de Roland Murten, ha declarado: “Hay que te-ner en cuenta otros factores aparte de los costes de adquisición. También debe consi-derarse el ahorro en costes de explotación y, en nuestro caso, hemos conseguido una re-ducción significativa de los costes del perso-nal, energía y despilfarro.”El robot es una herramienta que permite mejorar la eficiencia total, que es la clave de la producción respetuosa con el medio am-biente y la sostenibilidad. Ben Miyares, vice-presidente de relaciones con la industria del Instituto de Fabricantes de Maquinaria de Envasado (PMMI) y principal orador en el Foro mundial de envasado de ABB 2007, ha afirmado: “Es preciso dejar de pensar en los precios en términos de lo que cuesta un ro-bot, y considerar el coste total de las opera-ciones”.

Piezas de automóvil pintadas por robots de ABB en D&M, Melbourne (Australia)


Robots ecológicos


ceso de aplicación de pintura, recortar-se a la mitad, lo que permite ahorrar en términos de energía, consumo de pintu-ra y emisiones de CO

2. Estos nuevos

productos y métodos ayudan a los clientes a superar los objetivos empre-sariales y a reducir el impacto ambiental.

Todos los pasos del procesoDesde el punto de vista de práctica-mente cualquier aspecto del proceso de producción, ya se trate del moldeado por inyección, moldeado por soplado, extrusión o aplicaciones para procesos posteriores, como el corte y la aplica-ción de pintura, la automatización con robots desempeña un importante papel en la mejora de la eficiencia energética. Así, es posible ahorrar energía en todos los pasos de la producción de piezas de plástico, y cualquier ahorro es impor-tante, tanto para optimizar los ciclos, ahorrar materias primas y reducir los desechos como para hacer posible la fabricación de productos ligeros; es decir, el lema “pensar en verde” hecho realidad.

Anna Liberg

Malin Rosqvist

ABB Robotics

Västerås, Suecia

[email protected]

[email protected]

Alexander Farnsworth

Escritor freelance

Estocolmo, Suecia

Nota a pie de página2) El desbarbado es la eliminación de rebabas (es

decir, de los bordes que sobresalen) de las piezas

fundidas o mecanizadas.

Referencia

[1] Mills, P. (julio 1996). “Applying robotics to your

paint line”. Product Finishing Magazine.

Lecturas recomendadas:

Bredin, C. (2005). “Plastics made perfect”. Número

especial de la Revista ABB “Robotics”, pp. 46–49.

Qi, L.; Yin, X.; Wang, H.; Tao, L. (2008). “Virtual

engineering I”. Número especial de la Revista ABB

“Dancing with the Dragon”, pp. 86–89.

Zhang, D.; Qi, L. (2008). “Virtual engineering II”.

Número especial de la Revista ABB “Dancing with the

Dragon”, pp. 90–92.

El IRB 6650 sacando cucharas de una máquina de moldeado por inyección en deSter, Bélgica

como en el proceso de marcado de air-bags, en electrodomésticos y en piezas de gran tamaño, como sillas, cubos, etc. Hacerlo bien exige la realización de muchas pruebas, el desgaste de mucha energía y la utilización de numerosas piezas de plástico que después se des-echan, todo lo cual podría evitarse mediante una simulación del proceso.

Simular las acciones de un robot antes de ponerlo en marcha es un ejemplo de “lean manufacturing”. La herramienta de software RobotStudio de ABB permite al ingeniero de aplicaciones programar primero el movimiento del robot en un mundo virtual tridimensional en un ordenador, ajustar todos los pasos y, luego, transferir la información directa-mente al robot. La ventaja: no se pierde el tiempo con el método de prueba y error, lo que se traduce en ahorro de materiales y, por lo tanto, en ahorro de energía.

La empresa sueca ABB Kabeldon ha instalado un línea de montaje para fabricar distintas versiones de interrup-tores-seccionadores con fusible. El inte-grador de sistemas AVT-Specma ha utili-zado RobotStudio para simular el com-plejo proceso que permite ahorrar no sólo una cantidad considerable de ener-gía y materiales, sino también mucho tiempo tanto al integrador como al cliente. Todas las pruebas se realizaron en un entorno virtual antes de cargar el programa en los controladores los robots.

Ahorro de materias primasLos plásticos de cualquier tamaño y forma reciben el acabado final en el taller de pintura, donde existe sin duda potencial de ahorro de energía y de reducción de residuos. La aplicación de la pintura es un proceso industrial difí-cil, pero es un área en el que ABB tiene gran experiencia. Con un robot es posi-ble optimizar todo el proceso de aplica-ción de pintura y minimizar el uso de ésta. ABB ha desarrollado un sistema de recirculación de aire combinado con un innovador proceso de ahorro de ener-gía en la cabina de pintura, que cumple totalmente la normativa medioambien-tal. Esta solución combina la recircula-ción de aire, la eliminación de disolven-tes y el ahorro de energía. Reduce la cantidad de aire fresco utilizada, y con ello la energía consumida, en un factor de 10. Los sistemas automatizados pue-den conseguir hasta un 30% de ahorro de pintura en comparación con los ope-rarios humanos [1].

El nuevo atomizador no electrostático Robobel021-MINI reduce el consumo de pintura hasta en un 30%. Es reduci-do y ligero, adecuado para la industria en general, donde se empleen robots especializados para pintar pequeñas piezas de plástico. Los nuevos métodos de aplicación de pintura duplican el caudal por atomizador, y permiten reducir el número de atomizadores y robots para pintar a la mitad. La cabina de pintura puede reducirse así en un 50%, y el tiempo necesario para el pro-

La robotización de los operarios de los yacimientosEl diseño hace posible una mayor seguridad y productividad Charlotte Skourup, John Pretlove

El objetivo de prácticamente todas las industrias consiste en lograr una mayor automatización para incremen-tar la productividad y la eficiencia. Los robots industriales, un elemento tecnológico que ha contribuido en gran medida a alcanzar este objetivo, están diseñados para realizar tareas repetitivas, duras, sucias y peligro-sas. En el sector del gas y el petróleo, los robots se utilizaban para aplicaciones de nichos muy específicos por razones principalmente de seguridad, pero ahora esta tendencia está cambiando. Las empresas de este sector han empezado a investigar aplicaciones más amplias en las que los robots también podrían mejorar la productividad y la eficiencia. Una de estas aplicaciones es la operación a distancia de las explotaciones de gas y petróleo, especialmente en condiciones de peligrosidad. ABB, como fabricante líder de robots, se ha propuesto desarrollar “operarios robotizados de yacimientos” para el sector del petróleo y el gas.




La robotización de los operarios de los yacimientos


principal al que se enfrenta el sector. El concepto de IO trata de alcanzar objeti-vos mediante una combinación de nue-vos métodos centrados en los últimos desarrollos tecnológicos y procesos de trabajo.

El negocio y los mercados de la robóticaEl empleo de la robótica ha supuesto un gran cambio para numerosas indus-trias, especialmente del ámbito de la fabricación. La eficiencia y la producti-vidad constituyen los principales incen-tivos de la industria para utilizar los robots y automatizar, así, los procesos de fabricación. Muy frecuentemente, los robots se emplean para llevar a cabo tareas rutinarias y repetitivas, que pue-den ser duras, sucias, peligrosas, estar situadas en lugares apartados o resultar más apropiadas para un robot que para un ser humano. Además, estos trabajos suelen exigir la elevada fiabilidad y pre-cisión para la que están diseñados los robots industriales.

La industria automovilística ha tenido un gran peso a la hora de desarrollar los robots industriales. El principal obje-tivo de esta industria consiste en incre-mentar la productividad, la flexibilidad,

zar la edad de jubilación, lo que implica que cada vez serán menos los traba-jadores con experiencia capaces de explotar estas reservas. Teniendo en cuenta que se espera un continuo creci-miento del mercado, se tenderá a redu-cir en mayor medida los costes y a incrementar la eficiencia energética. Estas tendencias apuntan a que se pro-ducirá una mayor inversión en nuevas soluciones y modelos empresariales en los que basar la infraestructura existen-te, y también a que se explotarán nue-vos yacimientos de petróleo y gas. Para alcanzar estos objetivos, el sector del petróleo y el gas está dispuesto a cam-biar las prácticas laborales y adaptarlas a su infraestructura.

El propio sector reconoce que la cola-boración es un elemento clave para conseguir que los procesos industriales se ejecuten con eficiencia y seguridad. En muchos casos, la colaboración se establece a distancia, por ejemplo, entre una sala de control y un experto u ope-rario que se encuentra en el yacimiento 1 . Operaciones Integradas1) (en inglés Integrated Operations – IO, también conocido como eField, iField, Smart-Field, etc.) es una amplia filosofía que tiene por objetivo abordar el desafío

Un robot naranja se mueve por la planta, realiza una serie de inspec-

ciones rutinarias y sustituye una válvula de seguridad. Este robot trabaja junto con otros dos. Los tres se encuentran bajo la supervisión de un operario humano situado a cientos de kilómetros de distancia, en el centro de control de procesos. El supervisor humano ha defi-nido e iniciado las tareas de manteni-miento atendiendo a un informe de seguimiento basado en el estado (CBM) generado por el sistema automático. El operario, que es el responsable general de la seguridad, ordena al sistema de automatización que reprograme las sub-tareas. Utilizando la cámara 3D monta-da en uno de los robots, el operario inspecciona la maquinaria y detecta aquellos componentes que deben elimi-narse y sustituirse.

Aunque se trata de una visión de futu-ro, esto no dista mucho de la realidad. Algunas de estas cosas ya están suce-diendo en el espacio y en las profundi-dades del océano, donde a los huma-nos les resulta difícil trabajar. Esta esce-na muestra cómo la robótica puede ir un paso más allá y llegar a las explota-ciones de gas y petróleo para mejorar la salud, la seguridad y el medio ambiente e incrementar la productividad.

Tendencias en el sector del gas y el petróleoLas empresas de este sector se enfren-tan a numerosos desafíos, que requie-ren nuevas soluciones técnicas y mode-los empresariales. El consumo energéti-co mundial está creciendo y, aunque cada vez son más las fuentes de energía alternativas, la demanda de gas y petró-leo sigue siendo elevada. Sin embargo, explotar las reservas actuales de gas y petróleo y los yacimientos nuevos resul-ta cada vez más complicado debido a la reducción de los márgenes de benefi-cio. Muchos de los yacimientos más accesibles ya se han explotado, por lo que ahora quedan las reservas más ale-jadas y difíciles de explotar a efectos técnicos. Además, los trabajadores más experimentados están a punto de alcan-

1 Sala de colaboración entre ABB y Shell – Ejemplo de centro de operaciones integradas

Nota a pie de página1) Operaciones Integradas (IO): StatoilHydro define las IO como “la colaboración entre disciplinas y empresas a través de fronteras organizativas y geográficas, posibilitada

por los datos en tiempo real y los nuevos procesos de trabajo, con el fin de tomar decisiones mejores y más seguras con una mayor rapidez”. Para ayudarle a identificar

los métodos, tecnologías y procesos de trabajo que cabía integrar en sus actividades, StatoilHydro confió en un consorcio de I+D formado por ABB, IBM, SKF y Aker

Solutions. Uno de los siete subproyectos se centraba en la robótica para apoyar y ampliar las capacidades humanas de inspección e intervención en las superestructu-

ras y explotaciones en tierra. El objetivo consiste en desarrollar soluciones que combinen la telerobótica con técnicas avanzadas de visualización de tal modo que pue-

dan realizarse a distancia operaciones de inspección y mantenimiento, así como detectar y subsanar carencias tecnológicas.




como una manera de incrementar la efi-ciencia y la productividad y de mejorar las cuestiones de salud, seguridad y medio ambiente. Los procesos de extracción de gas y petróleo suelen pre-sentar un elevado nivel de riesgo y peli-grosidad. Las explotaciones en alta mar trabajan sometidas a las inclemencias del mar y a todo tipo de condiciones meteorológicas adversas. Por otra parte, los entornos de trabajo suelen presentar cierto riesgo, como cuando existen ele-vadas concentraciones de gases peligro-sos como el ácido sulfhídrico (H

2S). El

empleo de robots en este tipo de entor-nos puede reducir la exposición huma-na a estos riesgos. Además, los robots están diseñados y construidos para fun-cionar de manera fiable las 24 horas del día, 7 días a la semana, y pueden con-cebirse para realizar una amplia gama de tareas. Con el aumento de la deman-da energética y la creciente dificultad de la industria para extraer petróleo y gas de manera rentable, resulta obvio que el sector se verá obligado a cam-biar de estrategia y a replantearse las cosas, especialmente si pretende desti-lar las últimas gotas de los yacimientos de gas y petróleo actuales y explotar en un futuro los más pequeños y alejados.

En el sector del gas y el petróleo, el empleo de robots responde a dos casos: las aplicaciones que exigen robots con un diseño totalmente nuevo y las que

aumento del grado de automatización conlleva cambios en la descripción de los puestos de trabajo. Y es que para mantener la productividad se necesita personal con diferentes competencias, como la planificación, la gestión y el mantenimiento. La clave del éxito a la hora de automatizar los procesos en una planta de fabricación reside en la preparación y planificación de cara a este tipo de cambios estructurales actualizando las descripciones de los puestos de trabajo, las funciones y las responsabilidades de manera que se adecúen a la nueva estructuración.

La robótica en el sector del gas y el petróleoEl empleo de robots en este sector ha sido hasta el momento limitado. La industria ha tendido a automatizar úni-camente aquellos procesos difíciles o imposibles de realizar para una persona o que supondrían una mejora drástica de las cuestiones de salud, seguridad y medio ambiente. Un ejemplo de tales aplicaciones se puede encontrar en las explotaciones subacuáticas e inspeccio-nes de conductos, en la automatización de las operaciones de perforación, en los tractores de pozo y en las aplicacio-nes especiales de inspección. Muy a menudo, la industria ha visto su pro-ductividad negativamente afectada por la automatización, lo cual ha jugado claramente en su contra. Sin embargo, está tendencia está ahora cambiando. Actualmente, las empresas del sector del gas y el petróleo ven la robótica

la fiabilidad y la calidad del producto al menor coste. Estos objetivos empre-sariales han desbancado la mano de obra de las líneas de producción en favor de los robots. Las plantas de pro-ducción robotizadas están casi total-mente automatizadas y funcionan las 24 horas del día, 7 días a la semana. Los robots se ocupan de todo: desde cortar las planchas metálicas, montarlas y soldarlas, hasta pintarlas, revestirlas y encargarse del manejo en general de los materiales 2 . Los manipuladores robóti-cos suelen desarrollarse para llevar a cabo una tarea específica y, en algunos casos, incluso se desarrollan especial-mente para una aplicación concreta, como abrir y cerrar las puertas de los vehículos.

Automatizar una planta de fabricación con robots puede suponer un cambio mayor si se rediseña por completo el proceso en su conjunto, en lugar de limitarse a automatizar procesos con-cretos.

Un mayor grado de automatización implica, como es lógico, cambios tecno-lógicos, laborales y estructurales. Aun-que los sistemas de robots pueden des-empeñar tareas repetitivas, duras y sucias, rara vez pueden funcionar con autonomía del ser humano. Es necesa-rio que un operario vigile y controle su funcionamiento y, de ahí, que éstos se hayan convertido en parte integral del ciclo de control y en los receptores del trabajo de los robots. Obviamente, un

3 Robot de ABB realizando un inspección rutinaria del equipo de proceso

2 Robots de ABB pintando con pulverizadores en unas instalaciones de producción automóviles




dependerá, como todos los sistemas hombre-máquina, de la total integración de la persona, la tecnología y la organi-zación.

Las explotaciones de gas y petróleo tie-nen otro tipo de exigencias por lo que respecta al diseño y los requisitos de los robots. El robot debe poder resistir explosiones y condiciones meteorológi-cas adversas. Además, los situados en alta mar deben ser resistentes a las tem-peraturas extremas, los vientos fuertes, la salinidad del mar, e incluso a la nieve y el hielo. Por su parte, los robots en tierra deben poder soportar tormentas de arena, la exposición directa al sol, la lluvia y la humedad, temperaturas extremas y la exposición a diferentes gases tóxicos como el H

2S. Éstas son

exigencias que no suelen tener que reunir los robots de las plantas de fabri-cación convencionales para trabajar con fiabilidad.

El éxito de un proyecto de automatiza-ción reside, en gran medida, en el dise-ño de la instalación en la que se desa-rrollará el trabajo. Automatizar los tra-

nos difíciles y bastante apartados, que exigen un control a distancia 4 . Tam-bién existen problemas de integración de sistemas, puesto que se requiere una total accesibilidad y disponibilidad de los datos.

Así pues, los robots pasarán de desem-peñar continuamente una única tarea repetitiva, como suele suceder en las líneas de producción, a ejecutar toda una serie de diferentes tareas con un elevado rendimiento a petición del ope-rario. El robot deberá contar con varios grados de automatización, de modo que pueda trabajar tanto de manera total-mente automática, sin intervención del ser humano, como de modo totalmente manual. Entremedias habrá una serie de tareas semiautomáticas, que requerirán un determinado grado de intervención humana. Esto representa partir de las aplicaciones más convencionales de la robótica industrial, en las que las perso-nas responsables de la toma de decisio-nes deben integrarse en el ciclo y el sis-tema de control para trabajar junto con los robots. El éxito de la automatización de la industria gasífera y petrolera

permiten utilizar los robots industriales ya existentes. La explotación de los yacimientos subacuáticos depende fun-damentalmente de los vehículos opera-dos por control remoto (ROV), que se utilizan para explotar, inspeccionar y trabajar junto con las estructuras de procesos. Tales aplicaciones son exclu-sivas de la industria del gas y el petró-leo y exigen robots con un diseño total-mente nuevo.

Otras aplicaciones presentan claras similitudes con los procesos de fabrica-ción, en los que ya se emplean robots para llevar a cabo tareas repetitivas y donde la mayor automatización ya ha dado su fruto. No obstante, las caracte-rísticas de los trabajos en el sector del gas y el petróleo difieren de los proce-sos de fabricación convencionales. Se espera que los robots de este sector puedan realizar tareas de inspección y operativas enfocadas al mantenimiento de la infraestructura de procesos 3 . Esto significa que tendrán que realizar más de una tarea, algunas de las cuales serán del todo impredecibles. Además, será necesario rediseñar las superestruc-turas2) situadas en alta mar dadas sus limitaciones de espacio, de manera que los robots puedan moverse y acceder a la maquinaria. El diseño de estas super-estructuras automatizadas se centra actualmente en los robots industriales existentes con algunas modificaciones menores para que resistan las duras condiciones de trabajo de esta industria. Esta aplicación en el segmento del petróleo y el gas es algo que, a todas luces, constituye un cambio de las reglas del juego.

Desafíos de la robótica en el sector del gas y el petróleoRobotizar las explotaciones de gas y petróleo conlleva numerosos desafíos, no sólo desde un punto de vista técni-co, sino también en términos estructura-les globales, también por lo que respec-ta a la mano de obra. Aunque la robóti-ca ya se ha probado en otras industrias, debe aplicarse y adaptarse a los trabajos específicos de esta industria. Estos tra-bajos a menudo se desarrollan en entor-

4 StatoilHydro Troll A, plataforma marina de gas en el Mar del Norte

Nota a pie de página2) Las superestructuras son las explotaciones de petró-

leo y gas en alta mar (o el armazón de un buque o

transbordador) que se encuentran por encima del

nivel del mar.




cene para su posterior uso en otras aplicaciones, o se los muestra al opera-rio directamente o en forma de informe. El equipo de operaciones basa sus deci-siones en esta información, y también puede realizar búsquedas y solicitar información motu proprio. El fin último es aprovechar toda la información para realizar un seguimiento de los procesos en curso y para tomar decisiones que optimicen el funcionamiento de la planta.

Uno de los principales desafíos de la teleoperación en este sector reside, en particular, en lo lejanas que suelen encontrarse las explotaciones en alta mar, que pueden hallarse a cientos de millas de tierra firme, donde se llevan a cabo trabajos complejos y dinámicos en condiciones bastante duras. Los fallos de funcionamiento en este tipo de ins-talaciones pueden acarrear consecuen-cias importantes para el medio ambien-te y la maquinaria de procesos. Así pues, la seguridad y eficacia de la teleoperación es básica en estas instala-ciones carentes de mano de obra, ya que sólo así se puede garantizar un valor añadido y una productividad ópti-ma en las ubicaciones más remotas.

Las empresas de explotación de gas y petróleo tienen un claro interés en automatizar sus plataformas, empezan-do por operaciones aisladas, como la manipulación de conducciones y el ensamblaje para las perforaciones y las tareas que realizan los “chanchos”3). Este tipo de operaciones presentan un elevado riesgo para el hombre y, por tanto, ofrecen la oportunidad de mejo-rar las cuestiones de salud, seguridad y medio ambiente. Un avance importante en el futuro será la total automatización de buena parte de la plataforma, o incluso de la totalidad de ella. Un enfo-que semejante podría suponer un gran cambio en la flexibilidad y productivi-dad de la plataforma.

Las instalaciones de ABB para pruebas de robots para el sector del gas y el petróleoActualmente, tres robots de ABB trans-miten a diario datos para realizar traba-jos de inspección en un módulo de procesos “de trabajo” en una instalación de Oslo 5 . Tanto el sistema de control como el operario pueden poner en funcionamiento los robots. El experto

los robots ni por la manera en que des-empeñan un trabajo. Su papel debe limitarse a controlar el trabajo del robot a través del sistema de automatización en función de las necesidades de segui-miento, inspección y mantenimiento de la maquinaria de extracción de gas y petróleo, lo que exige recabar datos, tanto de forma automática como manual, sobre el estado de la maquina-ria. Estos datos no son comparables a lo que puede percibir el hombre, y de ahí que no ofrezcan una representación del proceso similar a la actual. No obstante, los robots disponen de otro tipo de sensores de los que carecen los opera-rios humanos, como los rayos X y las cromatografías por ordenador. Gracias a la denominada telepresencia, se puede lograr una representación avanzada de la infraestructura de procesos actual sin desbancar al operario humano del ciclo de control, lo que le permite desplegar sus elevadas competencias para com-plementar las grandes prestaciones de los manipuladores a distancia. Esta visión del robot como una herramienta más del operario constituye la propia base del concepto de IO. Los robots representan recursos plenamente inte-grados en el sistema de automatización. De este modo, los diversos equipos de IO pueden disponer de representacio-nes que les permiten observar el proce-so y adoptar decisiones.

El sistema de automatización recibe y procesa los datos recabados por el robot antes de que el sistema los alma-

bajos resulta mucho más complejo en una instalación ya construida que en una nueva diseñada expresamente para ello. El diseño de las instalaciones actuales no está pensado para los robots industriales estándar, especial-mente en el caso de las superestructu-ras situadas en alta mar, que suelen ser de tamaño reducido, lo que dificulta incluso a los trabajadores humanos la ejecución de determinadas tareas. Modi-ficar las instalaciones existentes presen-ta bastantes limitaciones y grandes cos-tes. Así pues, generalmente suele ser más efectivo diseñar una nueva instala-ción o hacer una reforma importante en las existentes de cara a la automatiza-ción de procesos para que puedan rea-lizarse múltiples trabajos en una única instalación y su diseño permita amplia-ciones en caso de que el proceso lo requiera. Este diseño flexible de la ins-talación permitirá dotar al proceso de una mayor flexibilidad, aumentar la productividad y reducir costes.

Si bien la robotización de una tarea, aplicación o planta ofrece muchas ven-tajas en términos de seguridad y pro-ductividad, también presenta nuevos desafíos por lo que respecta a su man-tenimiento y funcionamiento. Los robots industriales están en general diseñados para reemplazar al operario humano en el yacimiento. Sin embargo, no dejan de ser herramientas que requieren de control y supervisión. Las personas responsables de la toma de decisiones no deben preocuparse ni por

5 Laboratorio de pruebas de robots de ABB en Oslo




cuyo objetivo es proporcionarles datos en tiempo real que les permitan tomar unas mejores decisiones con mayor rapidez. La robotización de los opera-rios de los yacimientos es una de las muchas maneras de recabar y verificar datos para lograr un entorno integral de IO. Una de las principales ventajas de los robots es que permiten recabar datos en entornos de imposible acceso para los operarios humanos, como aquellos con elevadas concentraciones de H

2S, o utilizando métodos peligrosos

para la salud como los rayos X.

Los beneficios que obtenga de la robó-tica este sector dependerán del grado en que esté dispuesto a modificar su estructura y procesos de trabajo para integrar por completo la tecnología y superar los desafíos técnicos que plan-tean las IO.

ABB, junto con StatoilHydro, está abor-dando las dificultades tanto técnicas como humanas en un ambicioso pro-yecto de investigación conjunta para automatizar el sector del gas y el petró-leo. El acceso a las instalaciones opera-tivas, junto con sus competencias úni-cas en el ámbito de la robótica, el petróleo y el gas y los sistemas de inte-gración, sitúan a ABB en una posición única para desarrollar sistemas de auto-matización y robots integrados específi-camente adaptados a las duras y exi-gentes aplicaciones de la industria del gas y el petróleo.

Charlotte Skourup

John Pretlove


Oslo, Noruega

[email protected]

[email protected]

Nota a pie de página3) Las operaciones que se llevan a cabo en las pro-

pias conducciones sin detener el flujo, lo que inclu-

ye su inspección y limpieza. Los “chanchos” reci-

ben su nombre del sonido que emiten al desplazar-

se por la conducción.

módulo de procesos “de trabajo”. Nor-malmente, un robot se encarga de la inspección y otros dos del manteni-miento. El robot encargado de la ins-pección está montado en una grúa pór-tico, mientras que los dos de manteni-miento están dispuestos sobre raíles 6 . Además, se ha instalado un robot de ABB resistente al agua en el exterior de las instalaciones del centro de Statoil-Hydro en Kårstø (en la costa oeste de Noruega). El robot se someterá a un periodo de prueba de seis meses en los que deberá soportar las inclemencias meteorológicas antes de pasar a fabricar un robot capaz de soportar condiciones verdaderamente duras.

Estos dos laboratorios de prueba de robots de ABB ofrecen un entorno excelente donde probar y llevar a cabo toda una serie de trabajos automatiza-dos enfocados a las empresas del sector del gas y el petróleo.

Los operarios robotizados del futuroLas explotaciones gasíferas y petroleras presentan un enorme potencial de incrementar su productividad, y buena parte de este potencial podría explotar-se mediante la automatización basada en robots. Además del aumento de pro-ductividad y eficiencia, los robots que realizan trabajos de alto riesgo también pueden mejorar las cuestiones de salud, seguridad y medio ambiente. Este tipo de tareas no siempre son predecibles y no suelen encajar con el tipo de traba-jos que suelen realizar los robots. Así pues, los robots deberán diseñarse de modo que permitan prolongar los “ojos, oídos y manos” de la persona responsa-ble de la toma de decisiones para reali-zar las inspecciones y las tareas de mantenimiento en la explotación. En consecuencia, el nuevo cometido del operario de una explotación de gas y petróleo consistirá en supervisar y dar órdenes a los robots y en tomar decisio-nes. La robotización de las explotacio-nes permitirá rentabilizar la extracción de gas y de petróleo de los yacimientos más remotos y alejados.

El aumento más drástico de los benefi-cios se producirá cuando los sistemas de robots se integren por completo en el sistema de automatización y constitu-yan una herramienta para las personas responsables de la toma de decisiones en consonancia con el concepto de IO,

(situado a distancia) utiliza una modeli-zación del proceso en 3D para comuni-carse con ellos, definir e iniciar las tareas, y recibir la correspondiente res-puesta. Los robots se convierten en los otros “ojos, oídos y manos” del operario con los que éste puede observar y conocer el estado de la infraestructura. El objetivo consistía en construir y con-figurar una instalación de trabajo alta-mente avanzada para la inspección a distancia. El sistema de robots se ha ido configurando para encargarse de las tareas de mantenimiento, como abrir y cerrar válvulas, sustituir sensores ina-lámbricos, o sustituir componentes y manejar material.

Este laboratorio ofrece un entorno úni-co de prueba de robots donde explorar, verificar y probar ideas de robotización con vistas a su futura aplicación en el sector del gas y el petróleo. El laborato-rio forma parte de un proyecto de investigación más amplio desarrollado en colaboración con StatoilHydro para integrar operaciones automáticas con-troladas a distancia. El laboratorio prin-cipal cuenta con tres robots y con un

6 Robot de ABB equipado para inspecciones visuales montado en una grúa pórtico

Al aumentar la demanda mundial de energía, también lo ha hecho la de las terminales de gas natural licuado (GNL) y la de instalaciones flotantes de producción de GNL. Por tanto, el transporte de GNL es probable que aumente rápidamente en los próxi-mos años, lo cual exigirá un aumento del número y el tamaño de los buques de transporte de GNL.

Buques a toda pastillaMejora del rendimiento del combustible y de la capacidad de carga de los buques de transporte de GNL mediante el empleo de propulsión eléctrica Jan Fredrik Hansen, Alf Kåre Ådnanes



Los sistemas de propulsión clásicos para los buques de transporte de GNL (turbinas de vapor) proporcionan un rendimiento del combustible infe-rior al 30%, mientras que en la actua-lidad los sistemas de propulsión eléc-trica pueden obtenerlo con más del 40%. En los buques de transporte de GNL, esto se traduce en una reduc-ción de más del 30% del consumo de

combustible. Además, puesto que el sistema de propulsión eléctrica es más flexible, el espacio de carga puede ampliarse a la cámara de máquinas, aumentando de forma típica la capacidad en un buque de 145.000 m3 en 10.000 m3 adicionales.ABB ha sido el principal proveedor mundial de sistemas de propulsión eléctrica para las flotas de buques de transporte de GNL desde que se con-trataron los primeros de ellos en 2003.


Buques a toda pastilla


por aire para su empleo en 40 buques de transporte de GNL entre 2000 y 2006.

No obstante, los buques de transporte de GNL se han seguido construyendo con propulsión por turbina de vapor, pero ha ido aumentando el interés por otras alternativas. En 2000, el fabricante de motores Wartsila presentó en el mer-cado motores de combustión de dos combustibles que podían trabajar tanto con gas como con diésel. Estos motores de 4 tiempos estaban diseñados básica-mente para producir energía eléctrica y funcionaban a régimen constante y pre-cisaban de distribución eléctrica y siste-ma de propulsión para accionar la héli-ce. Incluso si se consideran las pérdidas de conducción eléctrica, el rendimiento total de la propulsión con el sistema de dos combustibles, conocido como DFEP (siglas en inglés de Dual-Fuel Electric Propulsión) era de alrededor del 42%, mucho mejor que el 30% proporciona-do por las turbinas de vapor 1 . En la actualidad hay dos proveedores de motores de dos combustibles en el mer-cado, Wartsila y MAN.

En 2003, Gaz de France (actualmente GDF Suez) encargó los primeros tres buques de transporte de GNL a Chan-tiers de l’Atlantique (actualmente STX Europe) que irían equipados con el nuevo sistema DFEP. Tan pronto como se dio este primer paso, otros astilleros y propietarios lo siguieron, y a finales de 2005, casi todos los nuevos pedidos de buques de GNL con capacidades

se restó importancia al rendimiento y al consumo de combustible. Se solían emplear sistemas de propulsión por turbina de vapor porque ofrecían una fiabilidad excelente y podían emplear como combustible el gas de a bordo. Aunque el gas se transporta a – 162 °C, según la eficiencia del aislamiento y de las condiciones físicas del viaje, en el tránsito se pierde una pequeña cantidad de gas. Este gas “evaporado”, al que se añade fuel oil pesado, se empleaba para calentar las calderas, lo que produ-cía el vapor que impulsaba las turbinas del buque.

De la turbina de vapor a la electricidad por gasAunque la turbina de vapor es muy fiable y casi no precisa mantenimiento, las calderas de que depende exigen un mantenimiento regular. Por lo general se instalan calderas dobles para mejorar la fiabilidad; sin embargo, el rendimien-to térmico de este tipo de sistema es inferior al 30%. Otras alternativas, como los motores de combustión, se sabe que tienen rendimientos del 45% al 50%; por lo tanto, son enormes las posibili-dades de ahorrar combustible cambian-do el sistema de propulsión. Pese a esta diferencia, el sistema de propulsión con turbina de vapor siguió siendo la solu-ción preferida por su fiabilidad, y los buques de transporte de GNL se encuen-tran entre los de mayor tamaño que siguen empleando esta forma de pro-pulsión.

Al aumentar el tamaño de los buques, también lo hizo la necesidad de instalar energía eléctrica a bordo, cuyo princi-pal destino es hacer funcionar las bom-bas de mayor tamaño para la carga. Se trata de bombas accionadas eléctrica-mente y sumergidas en los tanques de GNL, que se emplean para bombear el gas hacia el exterior del buque en los terminales de carga. La potencia eléc-trica instalada se aumentó a más de 10 MW para los buques de transporte de 140.000 m3 de capacidad, lo que exi-gió equipos de a bordo de alta tensión. Los primeros buques de transporte de GNL equipados con centrales eléctricas de alta tensión, de 3,3 kV y 6,6 kV, se encargaron en 2000. Como principal proveedor de sistemas de energía eléc-trica en el mercado marino, ABB tomó parte en el diseño y el suministro de subestaciones de alta tensión aisladas

El crecimiento continuo de la deman-da mundial de energía sigue impul-

sando la búsqueda de nuevas fuentes de energía. El gas natural ha satisfecho parte de esta demanda durante más de 30 años. La mayor parte del gas mun-dial se transporta por gaseoductos tubu-lares desde los yacimientos hasta el cliente (por tierra y, para distancias cor-tas, por el lecho marino, por ejemplo, desde el Mar del Norte hasta Europa). Desde el final de la década de 1960 y durante toda la de 1970, el desarrollo de yacimientos de gas mar adentro, en aguas más profundas y en lugares más alejados de los consumidores, ha lleva-do a un aumento de la producción de gas natural licuado (GNL) y de su trans-porte en buques. Los buques emplea-dos se han construido con tanques de carga de aislamiento especial, de forma que se pueda transportar el GNL a una temperatura de – 162 °C.

Con una creciente demanda de energía en Asia y especialmente en Japón, las importaciones de GNL aumentaron con rapidez, lo que exigió más buques de mayor capacidad. En las décadas de 1970 y 1980 se construyeron buques, principalmente en Japón, pero en la década de 1990 Corea del Sur se convir-tió en uno de los principales países constructores de buques y a finales de esa misma década y principios de la de 2000 la mayoría de los buques transpor-tadores de GNL se fabricaban allí. Asi-mismo, el tamaño de los buques ha aumentado hasta una capacidad norma-lizada de entre 138.000 y 145.000 m3 de GNL. Todos estos buques de transporte de GNL se construyeron para un “lea-sing” a largo plazo, de hasta 30 años. Se fletaron para el transporte de GNL desde los yacimientos de gas hasta los consumidores, cuando el empleo de gaseoductos tubulares no era factible por razones económicas o técnicas. Los terminales de producción y recepción de GNL, incluidas las infraestructuras anexas, están construidas para un sumi-nistro continuo de gas. Esto supone que si un buque de transporte de GNL pier-de su turno en el terminal de carga, se produciría una grave alteración en el suministro de energía.

Así pues, al haber tanta presión para suministrar buques extremadamente fiables, que tuvieran una maquinaria y unos sistemas de propulsión robustos,

1 Curvas de rendimiento del combustible como función de la carga de la hélice para propulsión eléctrica con dos combustibles y para propulsión por turbina de vapor

Potencia de propulsión (MW)

Propulsión eléctrica con dos combustibles Propulsión por turbina de vapor

0 5 10 15 20 25 30 35

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Ren

dim

ient

o (e

n po

rcen

taje

)




sistema DFEP significa que se puede seguir acomodando mayor carga. Se pueden montar los motores en una cubierta de nivel superior, reduciendo el volumen de conducciones de gases de escape que suele necesitarse cuando los motores se colocan en cubiertas inferiores. No existe conexión mecánica entre los equipos (es decir, generado-res, convertidores, transformadores y motores de propulsión) sino única-mente cables, de forma que se pueden disponer los equipos de forma que se optimicen las ganancias de espacio. Esto ha supuesto que se haya podido ampliar la capacidad de los buques de transporte de GNL normalizados de unos 150.000 m3 en más de un 6%, sin variar las dimensiones exteriores de los buques.

bas para la carga y para la planta de relicuación que puede consumir hasta 6 MW de potencia eléctrica. Este consu-mo adicional de energía eléctrica es mucho mayor que las pérdidas eléctri-cas que se producen con una planta de propulsión eléctrica. Por ejemplo, con una potencia de propulsión de 30 MW, las pérdidas eléctricas en la planta de propulsión de este tipo serían de un máximo de 2,5 MW 3 .

El sistema DFEP no sólo suministra efi-ciencia energética, sino que también permite una mayor capacidad de carga. La configuración con planta de propul-sión y energía eléctrica es más flexible que los sistemas de propulsión mecáni-cos. Incluso si se instalan otros com-ponentes eléctricos, la flexibilidad del

entre 145.000 y 170.000 m3 se hicieron con DFEP 2 . El mensaje fundamental de Gaz de France era que podían entre-gar más gas, con mejor rendimiento, empleando como combustible gas lim-pio.

No todos los buques de transporte de GNL han optado por la solución de propulsión eléctrica. El Qatar Gas Pro-ject ha preferido buques de transporte de GNL con capacidades de hasta 260.000 m3 y emplea un sistema de pro-pulsión clásico con motor de dos tiem-pos junto con una central auxiliar de a bordo para volver a licuar el gas evapo-rado y devolverlo a los tanques. Sin embargo, este sistema sigue precisando una central eléctrica de alta tensión lo bastante grande para alimentar las bom-

2 Pasos básicos en el desarrollo de una nueva generación de buques de GNL

1960 – 2001

2000 –>

2003 –>

2008 –> Requisitos futuros para navegar y maniobrar por el hielo

Buques de GNL con aparamenta de baja tensión: 440 V y propulsión por vapor

Buques de GNL con aparamenta de alta ten-sión: 3,3 kV y 6,6 kV y propulsión por vapor

Buques de GNL con aparamenta de alta tensión y propulsión eléctrica: 6,6 kV o 11 kV potencia y propulsión

Buques de GNL con propulsión Azipod: 6,6 kV o 11 kV potencia y propulsión Azipod

3 Cálculo anual de consumo de combustible para las diversas alternativas basadas en criterios de rendimiento y un perfil operativo de 7.500 h por año

Consumo de combustible

GNL (gas natural licuado) MDO (gasoil para motores marinos) HFO (fuel oil pesado)

Vapor De dos tiempos Eléctrico

tone

lada

s/añ

o

70.000

60.000

50.000

40.000

30.000

20.000

10.000

0

4 Configuración típica de propulsión eléctrica común en todos los buques en fase de construcción, en comparación con la configuración convencional de turbina de vapor a y configuración de central eléctrica para buques de GNL convencionales b

6,6 Kv, 60 Hz

440 V

FPP

R E V

440 V 440 V

Bomba de carga

1-4

Bomba de carga

5-8

440 VBomba de lastre

BD comp

BD comp

AD comp

AD comp

Bomba de lastre

Bomba de lastre

Propul-sor de proa

6,6 Kv, 60 Hz

3.500 kW 3.500 kW

3.500 kW

G

M M M

G

G

M

M M M M M M M M MM

M M

Cal

dera

de

65 t

on/h

Cal

dera

de

65 t

on/h

BP

AP

Turb

ina

de v

apor

6,6 Kv, 60 Hz

440 V

440 V 440 V

Bomba de carga

1-4

Bomba de carga

5-8

440 VBomba de lastre

BD comp

BD comp

AD comp

AD comp

Bomba de lastre

Bomba de lastre

Propul-sor de proa

6,6 Kv, 60 Hz

11.000 kW 11.000 kW 11.000 kW 5.500 kW

G G G G

M M M M

M M M M M M M M M M MM

M

~ ~M

~ ~

a b




de crucero y en productos suyos bien demostrados. Los generadores AMG y los motores AMZ síncronos 5 de ABB presentan niveles de rendimiento entre los más altos del mercado. Para ciertos proyectos, estos motores y generadores han conseguido en las instalaciones de prueba en fábrica rendimientos del 97,9% y 98,4%, respectivamente1).

En las redes de distribución de alta ten-sión se utilizan la robusta subestación de media tensión de ABB (UniGear) y la de control del motor aislada por aire (UniMotor), incluidos los interruptores HD4 (del tipo de SF

6) y VD4 (del tipo

de vacío). La carcasa de la subestación, de chapa metálica, proporciona un ele-vado nivel de protección al personal, incluso trabajando en la misma depen-dencia. Los armarios disponen asimismo de un sistema de interbloqueo de puer-tas y separación de compartimentos para impedir el acceso a las partes que

sistemas separados de accionamiento, cada uno con un transformador, un convertidor de frecuencia y un motor de propulsión. Por último, los dos motores están enlazados mecánicamen-te por medio de una caja de engranajes común, con un eje secundario hacia la hélice. Este sistema combina sencillez y fiabilidad. Existe una redundancia sufi-ciente para mantener el funcionamiento de la hélice incluso si los trabajos de mantenimiento o reparación obligan a parar alguno de los motores o alguna de las redes eléctricas. El sistema de la hélice es casi idéntico mecánicamente al del sistema clásico de turbina de vapor, con una caja de engranajes y un árbol secundario único hacia la hélice. Ciertos esquemas disponen de hélices dobles que proporcionan una redun-dancia del 50% en todo el árbol de la hélice. El sistema doble es idéntico eléctricamente al de una sola hélice, salvo que el sistema de control (situado en el puente del buque) permite con-trolar aparte la velocidad de cada hélice.

Los requisitos de potencia de propul-sión para buques de transporte de GNL se encuentran en la gama de 25 a 30 MW, lo que representa que cada motor de propulsión debe tener entre 12,5 y 15 MW. Las características de potencia varían en función de los requi-sitos de potencia y velocidad del buque y del diseño del casco.

ABB suministra normalmente todos los equipos eléctricos de alta tensión de un buque, desde los generadores a los motores de propulsión, y los correspon-dientes sistemas de control de propul-sión. ABB tiene un prolongado y demostrado historial en propulsión eléctrica, en especial en buques de cru-cero con requisitos de propulsión y centrales eléctricas de tamaño similar a los de los buques de transporte de GNL. De hecho, como se ha indicado en noviembre de 2008, ABB ha suminis-trado o tiene pedidos de sistemas de energía eléctrica y propulsión para 33 buques de transporte de GNL.

Los productos de propulsión eléctrica se fabrican en las factorías de ABB dedica-das a aplicaciones marinas. Para cumplir las exigentes demandas de fiabilidad de los buques de transporte de GNL, ABB puede recurrir a su gran experiencia conseguida en el campo de los buques

Configuraciones y ámbito de acción de ABBEl sistema DFEP incluye dos tecnologías principales: motores de dos combusti-bles y cuatro tiempos, que son bastante nuevos en el mercado general, especial-mente para buques, y propulsión eléc-trica, nueva para el mercado del trans-porte de GNL, pero que se ha emplea-do desde mediados de la década de 1980, en particular en buques de cru-cero. Sin embargo, los mercados del transporte en general y del GNL son bastante conservadores. El cambio de un sistema de propulsión bien consoli-dado y fiable a un sistema novedoso ha exigido un tiempo. Antes de que los primeros propietarios de buques adop-taran la iniciativa, ha sido preciso un periodo de madurez del producto y una capacidad probada. Una vez demostra-do que las ventajas de ahorro de com-bustible y ganancia de espacio son importantes, otros propietarios de buques y astilleros lo adoptaron con mayor confianza. Simplemente, los posibles ahorros en los costes de opera-ción eran demasiado elevados como para ignorarlos. No obstante, esa tecno-logía se podía adoptar sólo si su fiabili-dad era igual a la de los sistemas de propulsión clásicos de turbina de vapor.

En las etapas iniciales del desarrollo se contemplaron configuraciones muy dife-rentes respecto al número de motores, número de hélices, redundancia, etc. De este conjunto de alternativas, destacaron en especial dos o tres, una de las cuales ha sido la más favorecida y ha sido la que se ha adoptado ampliamente 4 .

En la configuración más usual, la cen-tral eléctrica se compone de cuatro motores de dos combustibles y veloci-dad media, cada uno de ellos con un generador. Las características de los generadores varían ligeramente de un proyecto a otro, pero suelen optimizar-se para las operaciones más habituales, como la carga y descarga de GNL y la navegación en tránsito, cada una de las cuales tiene distintas necesidades de potencia. La central eléctrica de alta tensión se divide en cuatro secciones distintas, dos subestaciones principales y dos para carga. La razón para separar los dos tipos de subestación es simple-mente la de optimizar la disposición espacial de la instalación. El sistema de propulsión también se divide en dos

6 Transformador RESIBLOC de ABB

5 Motor de propulsión AMZ

Nota a pie de página1) El rendimiento se mide en el Ensayo de Aceptación

en Fábrica [FAT] con alimentación sinusoidal y con

la adición de armónicos y pérdidas auxiliares.




potencia, de forma que las RPM y el par sobre la hélice pueden variar con las condiciones de la mar, mientras que el consumo de energía eléctrica permane-ce casi constante 8 . Durante una prue-ba de duración de seis horas, cuando el buque estaba navegando continuamen-te a toda potencia de propulsión (es decir, en modo de potencia), los datos recogidos demuestran que la potencia consumida por el sistema de propulsión permaneció constante. Una de las razo-nes para este perfil de prestaciones exclusivo era que el algoritmo DTC, empleado en el convertidor de frecuen-cia ACS6000, podía ajustar el par motor en un intervalo de milisegundos y com-pensar inmediatamente el par variable inducido por la ola en la hélice.

También se han efectuado pruebas de parada de emergencia y han demostra-do que la maquinaria es capaz de inver-tir el empuje de la hélice para detener rápidamente el buque 9 . En esas situa-ciones, el motor eléctrico es superior a la propulsión mecánica, puesto que proporciona un par inverso estable sobre el eje, cualesquiera que sean las RPM. En dichas condiciones, el motor trabaja en realidad como un generador, suministrando energía de retorno desde la hélice al sistema de accionamiento mientras se reduce a cero la velocidad de la hélice. Esta energía de retorno se disipa empleando resistencias de freno separadas para evitar cualquier perturbación de potencia de los moto-res principales. La prueba demostró que se podía detener el buque en unos 7 minutos, lo que es mucho más rápido que lo que se puede conseguir empleando las turbinas de vapor clási-cas. En este caso, los tiempos de parada

(control directo de par) y se puede combinar con los motores AMZ síncro-nos, bien demostrados, que satisfacen los requisitos de los buques de trans-porte de GNL.

Experiencia de las pruebas de marDesde 2003, cuando se hicieron los pri-meros pedidos de buques de transporte de GNL con propulsión eléctrica, se han suministrado más de seis buques con sistemas de propulsión de ABB. Las prestaciones de estos buques, todos los cuales siguen en funcionamiento, han cumplido o superado lo que se espera-ba en términos de control y rendimien-to energético. Cuando se selecciona el sistema DFEP, una de las principales preocupaciones es que, al funcionar en modo de gas, los motores son más sen-sibles a las variaciones de carga que cuando trabajan en el modo normal diésel. Por lo tanto, es esencial que los sistemas de motores de propulsión (el mayor consumidor a bordo de energía eléctrica) mantengan tan constante como sea posible la carga sobre la sub-estación, incluso en mar movida. Por esta razón, el sistema de control está equipado para que actúe en los dos modos de operación: Modo RPM, en el que el controlador mantiene unas RPM casi constantes.

Modo de potencia, en el que el con-trolador mantiene un nivel de poten-cia casi constante.

Cuando el buque está maniobrando, se selecciona automáticamente el modo RPM para poder ofrecer una respuesta rápida a las acciones del capitán en el puente. En aguas abiertas, por encima de un determinado nivel de potencia (> 50%), se selecciona el modo de

estén bajo tensión cuando el equipo está funcionando.

Los accionamientos del sistema de pro-pulsión emplean el transformador exclusivo de ABB encapsulado con resi-na, RESIBLOC® 6 , y el convertidor de frecuencia de media tensión ACS6000, Los transformadores RESIBLOC tienen una elevada resistencia mecánica, muy adecuada para ambientes marinos, don-de se ven sometidos a fuertes vibracio-nes y bruscos movimientos producidos por la mar. Otra característica del dise-ño RESIBLOC es la distribución lineal de la tensión de impulso entre devana-dos. Esta característica es especialmente importante para aplicaciones marinas donde los transitorios de tensión por conmutación son mucho más pronun-ciados que la tensión de impulso nor-malizada empleada usualmente en el diseño de transformadores.

El ACS6000 es un convertidor de fre-cuencia de tipo de inversor de fuente de tensión (VSI), presentado por ABB en 2000 7 . Se controla por medio de un algoritmo patentado por ABB conocido como Direct Torque Control (DTC®)

7 Unidad inversora del convertidor de frecuencia ACS6000

8 Registros de potencia, par y RPM en pruebas realizadas en la mar; prueba de resistencia – modo de potencia constante

Potencia

RPM

La velocidad no es constante en el modo de potencia En este punto, el buque está girando y la velocidad disminuye El par va en aumento para mantener la potencia constante.

Par

Modo de potencia constante

9 Registros de prueba de parada de emergencia (crash stop) para potencia, par y RPM del motor de propulsión

Potencia negativa de frenado durante la parada de emergencia

¡La velocidad desciende de avante toda a cero nada menos que en veinte segundos!

La velocidad alcanza las rpm negativas máximas (60%) y el par negativo se reduce para mantener este límite.

El sistema cambia auto-máticamente al modo de velocidad durante la para-da de emergencia para una respuesta óptima Potencia

Par

Se alcanza rápidamente el par máximo a popa (60%) RPM




Cuando se aplicó una carga máxima (100%) a los motores de propulsión, la lectura mostró un rendimiento del 94,3% 11 . El rendimiento calculado esperado de los equipos relacionados fue del 93,6% aproximadamente (inclu-yendo 1,5% de pérdidas estimadas en la caja de engranajes). Estas medidas demostraron que el rendimiento del sis-tema era mejor que lo previsto por los cálculos teóricos.

El mercado de GNL sigue cambiando y se espera que aumente de volumen más rápidamente en los próximos años de lo que lo hizo nunca. Para los buques de transporte de GNL, se están conside-rando otros métodos alternativos de propulsión, tales como turbinas de vapor con mayores rendimientos, moto-res de dos tiempos con inyección de gas, etc. En la actualidad, con contratos de “leasing” que ya no están ligados a periodos de 30 años, los transportes de GNL deben ser más flexibles. Los trans-portes construidos para mercados al contado precisan flexibilidad en la velo-cidad de operación, la distancia navega-da, el tipo de combustible, etc. Todos estos requisitos hacen aún más atractivo el sistema de propulsión eléctrica. Los futuros requisitos para los transportes de GNL en los mares árticos aumenta-rán la demanda de propulsión eléctrica con diseño de rompehielos, donde la propulsión Azipod® de ABB ha demos-trado ya su funcionalidad y prestacio-nes. La unidad Azipod ha probado ya

su éxito en rompehielos y buques de crucero, y también, más recientemente, en otro tipo de buques, tales como petroleros y portacontenedo-res.

Jan Fredrik Hansen

Alf Kåre Ådnanes


Oslo, Noruega

[email protected]

[email protected]

Nota a pie de página2) Una empresa que suministra diversos

dispositivos de control de las prestacio-

nes, en este caso la medida de la poten-

cia en el eje. Esto no fue pedido por ABB

ni por el astillero, sino directamente por

el propietario del buque para verificar las

prestaciones.

Véase: http://www.kyma.no/

Para medir el rendimiento, el propieta-rio del buque instaló un sistema de KYMA2) que podía medir, empleando extensímetros, la potencia mecánica que acciona el eje de la hélice. El rendi-miento del sistema de propulsión, inclu-yendo la caja de engranajes, se obtuvo comparando el valor obtenido en el árbol de la hélice con la carga eléctrica suministrada a los motores de propul-sión desde la subestación.

que se informan se encuentran en el margen de 20 a 30 minutos.

Otra característica importante de la pro-pulsión eléctrica es la capacidad de pre-vención de apagones, lo que permite un funcionamiento continuado durante los modos de fallo. La situación más desfavorable es que se desconecte un generador-motor y la perturbación pro-ducida por ello conduzca a la desco-nexión del otro generador-motor, pro-duciendo un apagón total. La rápida reducción de carga en la potencia de propulsión pro-tege a los demás generadores. Tan pronto como se detecta el corte de un generador, el sis-tema de control de propulsión reduce instantáneamente la potencia de propulsión para evitar la sobrecarga de los demás generadores. Se probó esta característica en la mar con una configuración de generadores de 3 x 11 MW y 1 x 5,5 MW. Durante la prue-ba, se pararon los tres genera-dores de forma intencionada, uno a uno, hasta que solamen-te quedó el generador peque-ño de 5,5 MW. A lo largo de la misma, se protegieron los generadores y el equipo pasó la prueba sin un apagón 10 .

10 Prueba de protección contra apagones desconectando intencionadamente los generadores en condiciones de 100% de carga

Velocidad máxima

Desconexión de DG1Desconexión de DG2

Desconexión de DG3

Frecuencia de red Potencia motor 1 Potencia motor 2 Potencia real gen. 1 Potencia real gen. 2 Potencia real gen. 3 Potencia real gen. 4

DG1: 11 MWDG2: 11 MWDG3: 11 MWDG4: 5,5 MW

11 Medición del rendimiento desde el árbol de la hélice a la aparamenta 11.000 kW

6,6 kV, 60 Hz

11.000 kW

Informe de prueba de prestaciones del buque Kyma: una media de 2 horasProducción eléctrica total G/E 28.321 kWPotencia total motor eléctrico 27.391 kWRendimiento mecánico de equipos eléctricos 94,3 %

11.000 kW 11.000 kW 5.500 kW

G G G G

M M

~~

~~ 94,3%

Seguir en funcionamientoEl diagnóstico mediante dispositivos de campo garantiza un funcionamiento fiable Andrea Andenna, Daniel Schrag, Armin Gasch, Paul Szász



Los avances tecnológicos de la última década han traído con ellos mayores expectativas para los clientes indus-triales de dispositivos de campo. Por ejemplo, el procesamiento de señales digitales (DSP) y las tecnologías avan-zadas de comunicación han poten-ciado el intercambio de información entre dispositivos de campo y el sis-tema de control distribuido (DCS), de modo que ahora se espera que los dispositivos proporcionen informa-ción pormenorizada para el diagnós-tico además de valores de medición de alta precisión.En los últimos años, ABB Corporate Research ha trabajado incansable-mente para satisfacer las demandas de los clientes creando una instru-mentación de campo multifuncional; los resultados de su trabajo se refle-jan ahora en una serie de desarrollos. Una mejor información para diagnós-tico, como conmutación automática con redundancia y control de desvia-ciones de los sensores son los princi-pales elementos que establecen dife-rencias en el mercado para el nuevo transmisor de temperatura para mon-taje en el cabezal TTH300. En la próxima versión de caudalímetros magnéticos se integrarán la detección de burbujas y de recubrimiento del electrodo y funciones de medición de la conductividad; las futuras versio-nes de caudalímetros de vórtice/de remolino (Vortex/Swirl) incluirán un algoritmo automático de supresión de vibraciones.


Seguir en funcionamiento


de microprocesadores y DSP proporcio-na una mejor calidad de la señal de los sensores, un ruido menor y una mayor precisión de las medidas. Además, se pueden llevar a cabo funciones de diag-nóstico, como el autocontrol de disposi-tivos (por ejemplo, con la comproba-ción de defectos electrónicos) y el con-trol de los datos de proceso (por ejem-plo, con la comprobación de si están abiertas las líneas de impulsos de un transmisor de presión al proceso), y otras funciones avanzadas. También pueden incorporarse en este nivel fun-ciones de seguridad.

Hasta hace poco se incluía una función adicional en el nivel de control de plan-ta, donde se dispone de mucha más potencia de cálculo. Pero las mejoras en el hardware y las plataformas de software incorporadas han permitido ahora integrar esas funciones en el nivel del dispositivo de campo. De cualquier forma, ciertas funciones avanzadas se pueden integrar sólo en un dispositivo de campo porque requieren mayores tasas de muestreo de lo que es posible con las tasas normales de datos en comunicaciones fieldbus.

Hay dos maneras con las que se pue-den ejecutar funciones avanzadas en un dispositivo. Emplear un enfoque exclusivo de pro-cesamiento de señal. Los sensores se van haciendo esencialmente “soft” porque las funciones adicionales se desarrollan aplicando rutinas matemá-ticas y algoritmos incorporados en el procesador del transmisor. La parte detectora del sensor, o mecánica, per-manece sin cambios. Integrar en el transductor un sensor adicional (disponible en el mercado). Por ejemplo, el transmisor multivaria-

ble 267/269 de ABB puede medir presiones absolutas y diferenciales así como tempe-raturas del proceso. Después se utilizan estas magnitudes para calcular el gasto másico.

En general, se utiliza la tecno-logía de procesamiento de señal para extraer información importante de la señal sin tra-tar. Esto puede llevarse a cabo, bien mediante un senci-llo análisis matemático de los datos, bien mediante una

sensor primario se utilizaba como entra-da para un dispositivo de lectura. Sin embargo, el rápido desarrollo en los últimos años de la electrónica digital permite extraer una información signifi-cativa e importante, directamente de la señal sin tratar de un sensor. El empleo

Los sensores industriales, como los de presión y caudal, suelen estar expuestos a condiciones extremas ambientales y de proceso. Los medios agresivos producen corrosión y abrasión, en tanto que otras sustancias tienden a formar depósitos ilustración . Un dispositivo llega antes o des-pués a un punto en el que ya no puede seguir funcionando correctamente y debe ser reparado.Los dispositivos que reconocen los fallos e informan de ellos o de la degradación empleando lo que se denomina “autodiag-nóstico” constituyen elementos fundamen-tales de las estrategias de un manteni-miento eficaz. Muy frecuentemente, los instrumentos de nueva generación no sólo descubren fallos internos, como desviacio-nes o envejecimiento, sino que también pueden reconocer condiciones de varia-ción del proceso, como las correspondien-tes a un caudal con pulsaciones y burbujas en el flujo, así como el estado de otros componentes conectados a ellos. La de-tección, e incluso la compensación, de la mayoría de estos efectos es posible gra-cias a unos algoritmos adecuados de pro-cesamiento de señal.

Cuadro Sensores industriales en ambientes agresivos

Ha pasado mucho tiempo ya desde que un dispositivo de medida se

utilizaba únicamente para medir. La presión de los costes y la necesidad de mejorar el rendimiento, reduciendo los tiempos de inmovilización, hace que ahora los clientes de la industria de pro-cesos busquen dispositivos de campo “inteligentes”. De hecho, muchos clien-tes desean sustituir el mantenimiento preventivo corriente por uno predictivo, más eficiente y centrado, y una estrate-gia de gestión de los recursos de la planta [1] Cuadro .

ABB y sus competidores son muy cons-cientes de esta tendencia y la palabra mágica “diagnóstico” es ahora más o menos corriente en las especificaciones de requisitos en el mercado de nuevas generaciones de instrumentos.

Con el procesamiento de señales digitales (DSP) y las tecnologías avanzadas de comunicación, se espe-ra ahora que los dispositi-vos de medida proporcio-nen información completa para el diagnóstico.

Las tendencias que afloran en los requi-sitos de sensores de procesamiento se han puesto de relieve recientemente en una iniciativa de NAMUR y VDI/VDE en Alemania denominada “Hoja de ruta tecnológica para sensores de procesa-miento” [2]. Una de las tendencias des-de el punto de vista del cliente final es la medición de parámetros con una mayor precisión que la alcanzada en la actualidad. Los requisitos para los sen-sores de proceso abarcan desde la medición de meros parámetros del proceso hasta la informa-ción intermedia y de tenden-cias sobre las propiedades del producto con fines de control (por ejemplo, rendimiento y tendencia del rendimiento, subproductos, contenido del tipo de contaminación de sóli-dos en gases, calidad).

Procesamiento de la señal en dispositivos de campo multifuncionalesAntes, la señal eléctrica de un

1 Sensores de temperatura y transmisor TTH300




una mejora de la fiabilidad del funcio-namiento de la planta. Los clientes que utilizan sólo la funcionalidad básica no aceptarán costes mayores. Por ello, durante la fase de desarrollo de funcio-nalidades, hay que encontrar una solu-ción de compromiso entre el coste y la viabilidad de la incorporación de técnicas.

ABB Corporate Research ha hecho una gran inversión en el campo de diagnós-ticos avanzados y procesamiento de señal; en las secciones siguientes se describen algunos de los resultados de esta labor.

Medición fiable de la temperaturaLos sensores de temperatura basados en detectores de temperatura por resisten-cia (RTD) o termopares son muy preci-sos con fáciles principios de medición y

una tecnología sencilla. Se puede suponer por tanto que el procesamiento de señal tie-ne poco que hacer para mejo-rar las prestaciones de estos sensores de temperatura. Sin embargo, la experiencia diaria en aplicaciones de procesos revela la forma en que senso-res clásicos de temperatura pueden tener desviaciones o incluso fallar a causa del enve-jecimiento producido por el medio ambiente. Mientras que los fallos se detectan con faci-lidad, las desviaciones del sen-sor pueden acarrear condicio-nes erróneas del proceso y pérdidas de calidad no detec-tadas. El mantenimiento pre-ventivo clásico comprende en muchas aplicaciones una cos-tosa recalibración anual de los sensores de temperatura.

Al aumentar la demanda de un mantenimiento predictivo, los clientes buscan nuevas solu-ciones. La productividad en procesos donde el control de la temperatura es crítico, aumenta considerablemente con una medida más fiable de ese valor. A su vez, esto pro-

modelización física más compleja. Si se emplea el primer método, la serie tem-poral de la señal sin tratar se puede analizar ejecutando un análisis de corre-lación, de espectro o de ruido para des-cubrir aspectos característicos e indica-ciones de disfunciones. Otro factor que amplía el espectro de posibles aplica-ciones y funciones es la aparición de algoritmos y técnicas de procesamiento de señal, nuevos y más eficientes, tales como el análisis estadístico de señal, el análisis no lineal de datos, los filtros adaptativos, las redes neuronales y los wavelets. En el método citado en último lugar, se desarrolla un modelo físico del sistema de sensores, bien mediante un conjunto de ecuaciones que describen los principios científicos que rigen los correspondientes sensores, bien me -diante simulación. La decisión respecto a la aplicabilidad de análisis avanzado de datos o la más elaborada modelización física depende en gran manera de la aplica-ción, de la integridad de los datos medidos y de la poten-cia de cálculo disponible 3 .

Los dispositivos que reconocen los fallos e informan de ellos o de la degra-dación empleando lo que se denomina “autodiagnóstico” constituyen elemen-tos fundamentales de las estrategias de un mantenimien-to eficaz.

Restricciones de mayor funcionalidadEn el mercado de la instru-mentación industrial, los pre-cios desempeñan un papel muy importante en la conser-vación o el aumento de la cuota de mercado. La impor-tancia que se dé al papel que desempeñe una mayor funcio-nalidad depende de distintos puntos de vista. Los usuarios de grandes plantas de proce-sos de transformación con

muchos recursos de alto coste (como válvulas) desean pagar más por una funcionalidad avanzada. En particular, las funciones de diagnóstico de disposi-tivos y procesos son muy estimadas porque ofrecen una reducción de los costes de mantenimiento y, en general,

Nota a pie de página1) El transmisor de temperatura

TTH300 HART se presentó en abril de

2006.

2 Información de salida del sensor con fun-ción de reserva del sensor activo: transición “suave” al resto de la señal del sensor.

tiempo

T

T1, sensor 1

media

T

T2, sensor 2

fallo sensor 2

información de salida del sensor

T1

3 Información de salida del DTM (“device type manager”, gestor del tipo de dispositivo) para la función de reserva del sensor activo

medida continua correcta de la temperatura

notificación del estado y el servicio ne-cesarios (redundancia activa, sensor 1 no disponible debido a la rotura de un cable, sustituya el sensor averiado)

4 Configuraciones del sensor adecuadas para el uso de la función de detección de desviación

Dos elementos del sensor idénticos (sensor doble)

Detección de la desviación a partir de la diferencia entre sensores

Dos sensores idénticos o distintos en sitios diferentes

ΔT ΔT




ción periódica suele ser innecesaria, puesto que los sensores permanecen estables si no se producen importantes cargas medioambientales.

Desde el principio de 2007, el nuevo TTH300 ofrece una solución a este pro-blema llevando a cabo un manteni-miento predictivo, es decir, vigilando las desviaciones del sensor y calibrán-dolo sólo cuando es necesario. En esta solución, el TTH300 vigila de forma continua ambos sensores y compara los datos recogidos. Si los sensores trabajan dentro de su tolerancia definida (es decir, sin desviación), la diferencia es muy pequeña. Sin embargo, una desvia-ción en uno de los sensores hace que la diferencia supere un umbral que se puede fijar, haciendo que el transmisor informe al operario que hay que planifi-car la recalibración o la sustitución durante el siguiente control de rutina. Puesto que sólo se requieren acciones cuando se produce una desviación, se reduce considerablemente el coste del mantenimiento de los sensores.

El transmisor de tempera-tura TTH300 HART de ABB, fiable y preciso, incluye una gran variedad de funciones de autodiag-nóstico en una carcasa compacta de 44 mm de diámetro.

El caso de utilización estándar es la detección de desviaciones en un sensor doble 4 . Si bien la desviación es un fenómeno estocástico, no predecible, las investigaciones experimentales han confirmado que dos sensores no se des-viarán de forma idéntica aunque se les someta a las mismas condiciones de envejecimiento medioambiental. Por otro lado, la función de detección de desviaciones se puede aplicar también a sensores en distintos lugares de un proceso, por ejemplo, para detectar variaciones en el flujo total del proceso. Esto permite a su vez que se produzcan problemas locales, como el reconoci-miento de una deficiente transmisión de calor a causa de depósitos que se hayan producido.

mueve el desarrollo de funciones sofis-ticadas de diagnóstico para los transmi-sores de temperatura.

En el transmisor de temperatura TTH300 HART de ABB se han incorpo-rado una gran variedad de funciones de autodiagnóstico dentro de una carcasa compacta de 44 cm de diámetro a fin de conseguir una alta precisión (se pue-de llegar a 0,1 °C), fiabilidad y disponi-bilidad 1 . Para aprovechar todas las ventajas que representa una alta preci-sión, el transmisor incorpora dos nue-vas funciones de diagnóstico: redun-dancia del sensor y detección de las desviaciones. La mayor capacidad de cálculo del transmisor ha permitido incorporar algoritmos en el dispositivo sin aumentar la carga de datos en el sistema de comunicaciones.

El transmisor de temperatura TTH300 puede manejar dos RTD o termopares, o una combinación en paralelo de ambos elementos y con la función de redundancia del sensor incorporada se aumenta considerablemente la disponi-bilidad del sensor. Antes, si fallaba un sensor de temperatura había que conec-tar manualmente al transmisor un nue-vo sensor ocasionando un importante tiempo de inmovilización y unos costes. Ahora, cuando las funciones de diag-nóstico han reconocido un fallo, el transmisor conmuta automáticamente al segundo sensor para garantizar una corriente continua de medidas correctas de temperatura 2 . Al mismo tiempo, se genera un mensaje para el gestor de tipo de dispositivo (DTM) 3 . Puede planificarse la sustitución del sensor para la ocasión del siguiente servicio de rutina sin incurrir en tiempos de inmo-vilización adicionales y con un coste mínimo.

En todos los sensores se pueden produ-cir a largo plazo desviaciones a causa de efectos mecánicos o térmicos, tales como vibraciones o sobrecalentamien-tos. Aunque las desviaciones que no sean bruscas permanezcan en general inadvertidas en los procesos corrientes, pueden ser fatales no sólo para el pro-ceso, sino también para la calidad del producto. Hasta ahora, este problema se trataba mediante una calibración periódica de los sensores, costosa des-de el punto de vista de tiempo de inmovilización. Sin embargo, la calibra-

6 Caudalímetro magnético recubierto en una instalación papelera

El usuario puede definir el nivel de umbral, de acuerdo con la sensibilidad del proceso a las desviaciones. La preci-sión del ajuste entre los dos sensores considerados determina el umbral de alarma mínimo aplicable. Con un ajuste de uno o dos puntos, el umbral de detección es de 0,5 a 1 ºC, porque las características de cualquier pareja de sensores diferirán en esa cantidad. Aún se puede reducir más el umbral de detección con una información más precisa de las características del sensor. Sin embargo, el umbral de alarma de desviación de 0,5 – 1 ºC satisface las necesidades de más del 90% de todas las aplicaciones.

MAGICEl mercado mundial de caudalímetros magnéticos está valorado en unos 700 millones de dólares. Inventado en 1941 por Bonaventura Thürlemann,

5 Principio del caudalímetro magnético

y

a Bobina de electroimánb Tubo de medida en el plano del electrodoc Electrodo de la señald Tensión de la señal

v

x

BD

E

UE

z

UE = Tensión de la señalB = Inducción magnéticaD = Separación de electrodosv = Velocidad media del flujotv = Caudal volumétrico

UE ~ B · D · v

qv = D2 π · v

UE ~ qv

4

a

b

c

d




en el diseño de caudalímetros de mayor diámetro.

El efecto que el recubrimiento tiene sobre una caudalímetro magnético se modeliza con impedancias dependien-tes de la frecuencia colocadas entre los electrodos y la masa del caudalí-metro 7 . Mediante elementos de fase constante se consigue una aproxima-ción precisa de las características de la interfaz electrodo-electrolito, lo que a su vez proporciona una información importante acerca de la condición real del recubrimiento del caudalímetro magnético (es decir, limpio, conductor o aislante) y, por lo tanto, del sistema del proceso. El valor recíproco de la resistencia entre los electrodos a fre-cuencias más altas presenta una eleva-da proporcionalidad con la conductivi-dad del líquido en el caudalímetro.

Se llevaron a cabo medidas de labora-torio utilizando diversos líquidos. La conductividad del medio (agua) entre 200 y 2000 µS/cm no influye casi nada sobre la interfaz electrodo-electrolito 8 . Un recubrimiento conductor con crema conductora o aislante con aceite o MoS2 modifica el elemento de fase constante. Este efecto permite medir el recubrimiento de forma independiente de la conductividad del medio.

Además de la detección del recubri-miento, la plataforma del caudalímetro de ABB se mejoró con éxito, en cola-boración con clientes de Alemania y Suecia, para medir la conductividad y detectar burbujas de gas.

recubrimiento de un sistema de fabrica-ción, y para comprobar la conductivi-dad del líquido.

Si se acumula recubrimiento en el siste-ma de fabricación, no sólo afecta a las bombas y las conducciones sino tam-bién al caudalímetro magnético 6 . Exis-ten dos tipos de recubrimiento, aislante y conductor, que afectan ambos a los electrodos del caudalímetro. El recubri-miento aislante reduce continuamente el área de los electrodos, pudiendo lle-gar a producir el fallo total del caudalí-metro, mientras que el conductor aumenta de modo gradual el área de los electrodos hasta que se produce un cortocircuito. Por lo tanto, es vital vigi-lar el recubrimiento del sistema, de for-ma que se puedan adoptar medidas de prevención.

Diseño de algoritmosEl desarrollo de diagnósticos del recu-brimiento de un caudalímetro magnéti-co es un problema multidisciplinar que se basa en una total comprensión del proceso. Por lo tanto, la primera escala eran los aspectos teóricos de la interfaz entre electrodos y electrolitos. Medidas de los dispositivos en el laboratorio en condiciones distintas, seguidas por otras realizadas en campo con los clientes de ABB en distintos procesos, permitieron un análisis de recubrimientos en proce-sos concretos.

Se utilizaron medidas y simulaciones para analizar los efectos de las diferen-tes condiciones del líquido y materiales de recubrimiento. Las medidas y las simulaciones se emplearon después para desarrollar modelos físicos del dis-positivo, y se extrapolaron para ayudar

este dispositivo fiable y muy utilizado se aplica sobre todo para agua y resi-duos, comida y bebida, pasta de papel y papel, así como en la industria quí-mica.

El funcionamiento de los caudalímetros magnéticos se basa en el principio de la ley de Faraday de la inducción electro-magnética 5 . Cuando un conductor pasa a través de un campo electromag-nético, se induce una tensión entre los dos electrodos U

E, que es directamente

proporcional al volumen de flujo que pasa en la unidad de tiempo q

v. La vis-

cosidad, la densidad, la temperatura y la presión no influyen en la lectura de la velocidad de flujo de un caudalíme-tro magnético.

El proyecto MAGIC se centró en conse-guir un caudalímetro magnético con medición multivariable, dispositivo y diagnósticos del proceso para detectar las burbujas de gas en el medio y el

7 Simulación de campo y modelo de caudalímetro con impedancias eléctricas

Electrodo 2

Electrodo 1

Masa

a b

8 Detección de recubrimiento a partir de la modelización de dispositivo físico

x 10-5

8

7

6

5

4

3

2

1

Q1

(Soα )

Recubrimiento conductor

Recubrimiento aislante

Electrodos limpios

Cre

ma

Agu

a 20

0

Agu

a 60

0

Agu

a 10

00

Agu

a 20

00 Ace

ite d

e gi

raso

l

MoS

2




Caudalímetros de vórtice resistentes a las vibracionesSe han empleado con éxito los caudalí-metros de vórtice como sensores indus-triales de caudal durante unos treinta años y después de todo este tiempo siguen representando un negocio en alza.

El principio de funcionamiento de este tipo de caudalímetro se presenta en 9 . Cuando el fluido circula a través del tubo y pasa un cuerpo creador de tur-bulencia, se generan vórtices que des-pués inciden en una paleta montada directamente después del mismo. Un sensor en el interior de la paleta detecta los movimientos producidos por los vórtices que pasan. La frecuencia de las oscilaciones de la paleta es proporcio-nal al caudal.

Debido a que el sensor se basa en una medición de la frecuencia, las perturba-ciones tales como un flujo pulsante y

vibraciones (procedentes de máquinas rotatorias que funcionen cerca del cau-dalímetro de vórtice) pueden tener una influencia importante sobre el compor-tamiento del instrumento. Para resolver este problema, ABB ha revisado los algoritmos y los conceptos del proceso de la señal de los caudalímetros Vortex y Swirl.

En condiciones normales y sin ruido importante, el espectro de frecuencias de la salida del sensor piezoeléctrico incluye un pico principal que corres-ponde a la frecuencia de los vórtices. Bajo la acción de vibraciones, el espec-tro de frecuencias puede mostrar picos adicionales de gran amplitud 10 . En el gráfico de la izquierda, el espectro de la señal piezoeléctrica muestra un pico a 11 Hz producido por el flujo. Un pico de perturbación a 30 Hz, casi tres veces el pico correspondiente al flujo, está producido por vibraciones. Estos tipos de efectos son especialmente importan-

tes para pequeños caudales donde es pequeña la amplitud de las oscilaciones de la paleta producidas por los vórtices. Este problema no se puede resolver sólo con un filtrado “ciego”.

Para asegurar una mayor inmunidad contra el ruido, los caudalímetros de vórtice de ABB están equipados con un segundo sensor piezoeléctrico montado en el exterior del tubo de paso y que es sensible sólo a las perturbaciones. El algoritmo de compensación de vibracio-nes incorporado es capaz de eliminar los picos de vibración sin suprimir el pico de flujo cuando las vibraciones se producen con la misma frecuencia. De acuerdo con 10 , sin una estrategia de compensación de vibraciones, el algo-ritmo daría una salida errónea de 30 Hz. El gráfico de la derecha muestra la señal después de la compensación de vibraciones: se ha eliminado por com-pleto el pico de vibración y el pico principal permanece intacto.

Andrea Andenna

Daniel Schrag



[email protected]

[email protected]

Armin Gasch

Paul Szász


Ladenburg, Alemania

[email protected]

[email protected]

Referencias

[1] Gebhardt, J., Müller, P. O. “Ojo avizor: Diagnósti-

co y uso eficiente de instrumentos de campo en

plantas de procesos de transformación”. Revista

de ABB 1/2006, pp. 68–73.

[2] NAMUR, VDI/VDE (GMA) (2006). “Final Report

Technology-Roadmap Process-Sensors” (Informe

final sobre hoja de ruta de tecnología) 2005 –

2015.

[3] Riegler, P. (2002). “Pitfalls of Advanced Data

Analysis for Soft Sensors” (Riesgos en el análisis

avanzado de datos para sensores virtuales).

11. ITG/GMA-Fachtagung Sensoren und Mess-

Systeme, Ludwigsburg, pp. 63–66.

Lectura recomendada:

Keeping, S.; Volonterio, E.; Keech, R.; Johnston,

G.; Andenna, A. “Mejoras en el procesamiento de

señales.” Revista de ABB 4/2007, pp. 12–17

9 Principio de medición del vórtice

Elemento de flujo turbulento

Sensor piezoeléctrico

ƒ

10 Efectos del algoritmo de compensación de la vibración

Espectro antes de la compensación Espectro después de la compensación

0 10 20 30 40 0 10 20 30 40

frecuencia (Hz) frecuencia (Hz)

2,5

2

1,5

1

0,5

2,5

2

1,5

1

0,5



Pura mejoraReducción de residuos mediante tratamiento y reciclado de subproductos y efluentes Jean-Marie Hermant

Los propietarios de instalaciones industriales buscan siempre la forma de optimizar la producción, de garantizar un comportamiento del proceso que sea fiable y, por supuesto, de reducir costes. Desde el punto de vista del proveedor, una buena ingeniería significa anticiparse a las necesidades del cliente para su planta en el futuro y ofrecer soluciones que puedan amol-darse a la evolución de los requisitos económicos y legales. Cellier Activity suministra instalaciones automatizadas para las industrias del papel, los lubricantes, las pinturas y los productos químicos especiales. Sin embargo, la contaminación que producen esas industrias ha supuesto durante muchos años una preocupación de primer orden. Las cuestiones medioambientales exigen en la actualidad la aplicación de nuevas tecnolo-gías que reduzcan considerablemente la concentración de sustancias tóxicas en los efluentes. En este artículo se presentan los procesos que Cellier ofrece como solución a este problema.


Pura mejora


Optimizar procesos y capacidad de producción trabajando en circuito cerrado, aumentando la disponibili-dad, reduciendo el mantenimiento (haciendo mínima la intervención del operario) y reduciendo la dura-ción de los ciclos3).

responsabilidad y conservar, reciclar y proteger el agua con mayor eficacia. Como primera medida, las empresas pueden reducir su “impacto hidráuli-co” (es decir, reducir su consumo de agua potable) con la reutilización de agua filtrada en aplicaciones en las que suele usarse agua potable, como el aclarado. Además, pueden reciclar sus efluentes mediante la recupera-ción de subproductos o materias pri-mas concentradas.

Las disposiciones legales, como el reglamento europeo denominado REACH (registro, evaluación, autoriza-ción y restricción de las sustancias y preparados químicos) y la Directiva IPPC (prevención y control integrados de la contaminación) incluyen medi-das para proteger el medio ambiente y la salud humana. Los factores eco-nómicos también son importantes para conseguir que las fábricas depen-dan menos del suministro de agua y de productos químicos, y más de las unidades de tratamiento.

Los crecientes problemas medioam-bientales y las futuras disposiciones legales2) están aumentando la sensibi-lización de los clientes desde el punto de vista ecológico. Las empresas que prevén los cambios que se van a pro-ducir, a largo plazo ahorran tiempo y dinero y aumentan la rentabilidad general. Un mejor rendimiento opera-tivo va prácticamente unido a un mejor rendimiento medioambiental, lo que a su vez proporciona una mejor imagen, una clara ventaja frente a la competencia y una mejor gestión de riesgos.

Para ayudar a las empresas a conse-guir mejoras en el rendimiento opera-tivo y medioambiental, Cellier propor-ciona soluciones innovadoras y de valor añadido para los procesos, dise-ñadas para lo siguiente: Optimizar el consumo y los recur-sos.

Cellier Activity, que forma parte de ABB France desde 2000, se

encuentra en Aix-Les-Bains, un paraje idílico de los Alpes franceses. Tiene más de 50 años de experiencia en la preparación de revestimientos para la industria papelera mundial Cuadro 1 . También es proveedora de otras industrias, como las de los lubrican-tes, las pinturas, las resinas y los pro-ductos químicos especiales. Además de proporcionar unidades de produc-ción llave en mano, Cellier ofrece asi-mismo soluciones para la gestión de productos químicos, el almacenamien-to de materias primas, la transferencia, dispersión, cocción, mezclado y filtra-do de materiales en polvo, los siste-mas de limpieza de conducciones y los sistemas completos de supervisión del control del proceso de plantas, bien como equipos independientes, bien como unidades de proceso inte-gradas. Además, la empresa también diseña, organiza, gestiona y pone en funcionamiento servicios para líneas de fabricación y destintado de papel, cartón y tela, plantas de mezcla de aceite lubricante, unidades de fabrica-ción de grasas, unidades de produc-ción de pinturas decorativas e indus-triales, y especialidades químicas diversas como resinas, adhesivos, etc.

Cellier ofrece asimismo soluciones innovadoras, como la tecnología Clean-in-place (CIP), los sistemas de filtrado y de inspección y raspado interior de conducciones (pigging), para ayudar a sus clientes a reducir la generación de residuos minimizando y reciclando subproductos y efluentes.

Trabajamos para conseguir un entorno más limpioHay muchas razones por las que las empresas deben reducir los efluentes producidos como consecuencia de sus procesos, pero posiblemente las dos más importantes son la escasez de un recurso valioso y unas disposiciones legales de obligado cumplimiento.

Se estima que la escasez de agua afecta ya a 4 de cada 10 personas en todo el mundo1), y la situación empeora debido al aumento de la población, la urbanización y el mayor consumo doméstico e industrial de agua. Por ello, todo el mundo, y en especial las empresas, debe aceptar su

1 Delicel CIP (Clean-in-place)

La empresa Cellier, fundada en 1950, se dedicó inicialmente a la construcción de va-sijas de acero inoxidable. Progresivamente fue aplicando su conocimiento tecnológico a la industria papelera, suministrando mez-cladoras, cubas y conducciones a las fábri-cas de papel de la zona de Grenoble. En los años setenta, la empresa abrió filiales subsi-diarias en Gran Bretaña, Alemania, Estados Unidos y Brasil, y a finales de la década de 1980 se consideraba a Cellier como el líder mundial de la industria papelera, que sumi-nistraba unidades para preparaciones quí-micas y las denominadas “cocinas para los colores de los revestimientos”, con una cuota de mercado del 65%. Su dominio tecnológico se extiende ahora a otras in-dustrias, como las de preparación de mez-clas de lubricantes y aditivos, la fabricación de pinturas, barnices, resinas y otros pro-ductos químicos especiales.Cellier propone soluciones óptimas cuando una empresa precisa aumentar su capaci-dad de producción, modificar un proceso productivo, mejorar la calidad del producto o reducir las pérdidas y los efluentes de producción. Y no sólo eso, sino que sumi-nistra a las empresas que desean remodelar sus plantas instalaciones adaptadas a sus necesidades y con los más recientes avan-ces tecnológicos.

Cuadro 1 Actividades de Cellier

Notas a pie de página1) www.who.int (en diciembre de 2008).2) Mejores condiciones de seguridad y trabajo, así como

una obligación de proteger el medio ambiente.3) La reducción de la duración de los ciclos se puede

lograr con el empleo de reactores de alto rendimiento

para acortar el tiempo de los lotes, o de conduccio-

nes con raspadores (pigs) para transferir productos

en tiempos muertos.


Pura mejora


Soluciones de mezcla: el Delicel CIPEl Delicel CIP 1 combina un elevado nivel de dispersión y un sistema integrado de limpieza automática. Permite la dispersión y circulación rápida en toda la altura de la cuba y es adecuado para lotes de tamaño variable. La calidad de la limpieza se ase-gura por medio de toberas de alta presión dispuestas en el brazo de mezcla periféri-co. Al proceso se adaptan secuencias automáticas de limpieza, que emplean cau-dales controlados de agua de limpieza.

Un proceso típico de limpie-za en la fabricación de pintu-ras implica lo siguiente:

Dispersión del material en polvo en líquidos en el Delicel CIP antes de trans-ferirlo a una cuba de decantación. Durante esta

fase, se suministra agua a través de las toberas de limpieza para elimi-nar cualquier resto de polvo que pudiera quedar en la pared de la cuba.

Se limpia el Delicel CIP (por medio de un proceso de autolimpieza) y se transfiere después a la cuba de decantación.

Dilución (o acabado4)) antes de guardarlo en una cuba de decanta-ción.

Las ventajas de emplear el Delicel CIP son numerosas. En primer lugar, se reduce la cantidad de efluentes pro-ducidos hasta en un 90% y se puede volver a utilizar parte o la totalidad del agua de limpieza. La limpieza es una operación automática e inmediata que utiliza cantidades controladas de líquido de limpieza, sin necesidad de intervención del operario. Además, se ha reducido el tiempo de limpieza hasta en un 50%. El Delicel CIP se vacía rápidamente y se limpia para que quede listo para la siguiente ope-ración de dispersión. La dilución se

sin necesidad de tener que desmon-tarlos. La operación de limpieza se efectúa rápidamente, se puede repetir y exige menos personal. Estas tecno-logías se pueden aplicar a unidades con un programa de producción amplio (incluidos tamaños variables de lotes de producción) que requieran una limpieza frecuente, o a ciclos de producción de productos incompati-bles. Puesto que se trata de una ope-ración automática, la tecnología CIP puede optimizar la cantidad empleada de productos de limpieza. Y, lo que es más importante, los equipos están mucho más limpios. Entre las diversas soluciones CIP disponibles, Cellier propone sus sistemas innovadores de mezcla y transferencia.

Mejorar la limpieza general de la planta mediante la optimización de las fases de limpieza (mediante la programación de una serie de lotes compatibles, ope-raciones de limpieza a alta presión, recirculación de aguas residuales) y su ejecución automática empleando tecnología CIP.

Controlar con facilidad el proceso de fabricación mediante el registro, la medición y la gestión de los componentes, las nece-sidades y las cantidades empleadas y producidas. Además, las soluciones proporcionadas por Cellier garantizan precisión en las dosificaciones y capacidad de repetición de los proce-sos, garantizando un fun-cionamiento seguro (es decir, con una menor inter-vención manual) y la conectividad de sistemas (es decir, la trazabilidad).

Reducir y recuperar los efluentes mediante la concentración o separa-ción de sólidos a fin de poder vol-ver a utilizar efluentes limpios como medios para el proceso y el aclara-do, o como componentes de “rece-tas” o de uso general.

Tecnologías CIP (en inglés, Clean-in-place o “limpieza in situ”)Algunas de las mejores técnicas dispo-nibles empleadas para reducir los efluentes y controlar su producción emplean tecnologías CIP.

Las tecnologías CIP se emplean para limpiar las superficies internas de las cubas, las conducciones y los equipos asociados empleados en el proceso,

3 Válvula en H que permite la inspección (piggable)

Nota a pie de página4) Se precisa una fase de acabado para conseguir un

producto con un nivel de concentración final inferior

al inicial.

2 Ciclo de producción Delicel CIP (Clean-in-place)

¿Lote compatible? SÍ / NO

Ciclo de producción

Adición de líquidos

Adición de polvos

Dispersión

Limpieza corta

Limpieza completa

Tratamiento del agua residual

Descarga

Dilución

Llenado

Integración de una cantidad de agua

para limpieza en la receta

Integración de una cantidad de agua

para limpieza en el tanque


Pura mejora


ción de equipos tales como cubas, máquinas de llenado, etc.

Cellier ha desarrollado una gama de componentes para este tipo de opera-ciones de limpieza, incluidas las esta-ciones para lanzamiento y recogida de los tacos, las válvulas de distribución, las válvulas de cruce y las llamadas válvulas en H 3 . Estos componentes se suelen instalar en aquellos puntos en que se cruzan tres conducciones (que pueden ser de diámetros distintos), formando una interconexión 4 . Reuni-dos así según una estructura de matriz, se pueden interconectar varios puntos de entrada y de salida. Al estar auto-matizados, estos sistemas de limpieza son más seguros y se mejora conside-rablemente su rendimiento en términos de reactividad y fiabilidad 5 6 .

Unidades de decantación en tambor (DDI)Las operaciones de decantación en tambor que se realizan manualmente suponen un mayor riesgo de vertidos y/o accidentes. Además, la falta de precisión y de trazabilidad en la dosi-ficación del producto supone un inconveniente importante.

La unidad de decantación en tambor (DDU) de Cellier se utiliza principal-mente para transferir los aditivos líquidos (sin producir ningún vertido) que se almacenan en tambores o con-tenedores 7 . También mide el pro-ducto decantado desde el tambor,

ging” en todas aquellas industrias en que hay que transferir una gran varie-dad de productos, tanto si son compa-tibles entre sí como si no lo son. Esta tecnología consiste en el desplaza-miento de un taco o bala llamado “pig” por el interior de un tubo. El efecto mecánico del barrido del taco limpia y vacía el tubo. Lo normal (y no la excepción) es conseguir un índice de recuperación del 100% del material transferido. Aún más, se reduce al mínimo la cantidad de líqui-do de limpieza empleado, al desplazar una pequeña cantidad encerrada entre dos de esos tacos dentro del tubo.

Esta tecnología cumple las normas de seguridad y protección medioambien-tal. Por ejemplo, los circuitos de trans-ferencia empleados en la reducción y recuperación de efluentes son de tipo cerrado. Otra ventaja de esta tec-nología es que se pueden transferir secuencialmente productos distintos por la misma conducción. La limpieza interior de conducciones con esta téc-nica se ha convertido en una verdade-ra herramienta de proceso que permi-te la posibilidad de cambiar y medir productos sin contaminaciones cruza-das y realizar operaciones de dosifica-ción o transferencia durante tiempos muertos. A su vez, ello representa una mayor flexibilidad en los talleres con una mayor modularidad debido a que la red de conducciones, o bien es más simple, o bien se puede ampliar fácil-mente, y que se optimiza la asigna-

produce durante los tiempos muertos, es decir, en paralelo con cualquier otro evento, en una cuba de decanta-ción.

La producción se organiza asimismo de acuerdo con la compatibilidad entre lotes a fin de optimizar el rendi-miento de la operación de limpieza por lo que se refiere a consumos de productos de limpieza, tiempos de ciclo y calidad de la limpieza 2 .

Soluciones para inspección y raspado interior de conducciones (pigging)Las operaciones de transferencia constituyen una fuente de efluentes. A causa de ello y para conseguir que una conducción se vacíe o limpie por completo, se aplica la tecnología “pig-

4 Módulo que consta de 15 válvulas en H

5 Distribuidor que permite la inspección, en una planta de Sinopec (China)

6 Tuberías que permiten la inspección, en la planta de fabricación de pinturas Pintuco, Colombia


Pura mejora


aclara el tambor y las conducciones de transferencia, una vez que se han vaciado, y recupera el producto de aclarado o lo integra en la fórmula en forma de componente. Además de dichas funciones, la DDU se interrela-ciona con el sistema de control de la factoría y contribuye a la gestión de las fórmulas y a la planificación de las operaciones de producción.

8 Filtercel

7 Unidad de decantación con tambor (DDU Unidad de producción Dyrup en Albi (Francia), donde se fabrican productos de tratamiento de la madera y en la que se ha reducido el consumo de disolventes en un 60% desde 1990

La DDU ofrece: Alta precisión y fiabilidad en la dosificación ya que el control pro-cede del gestor de fórmulas.

Trazabilidad de la operación. El operario recibe instrucciones con-cretas que le ayudan en el registro del producto que hay que decantar en un terminal local que se interco-necta con el sistema de control de la factoría. En consecuencia, se faci-lita la gestión de los volúmenes res-tantes y el control de inventario.

Seguridad, limpieza y comodidad en la operación.

Recuperación de productos caros y reciclado de los tambores limpios.

Reintroducción en la fórmula de los productos de limpieza.

Mantenimiento fácil.

Filtercel: la solución para el filtradoFiltercel es un filtro de presión en línea con tamaños de retícula de filtra-ción que van de 50 a 500 µm 8 . Sepa-ra, concentra y elimina automática-mente los contaminantes, garantizan-do de esa forma una elevada calidad final del producto. Como solución CIP, Filtercel es un aparato autolim-piable que combina el desembozado (mediante el empleo de rasquetas) y la limpieza a alta presión por medio de una rampa giratoria empleada en el cestillo de filtrado. Se puede insta-lar en un punto único de filtrado o en un circuito de recirculación. El Filter-cel se aplica a productos con altos valores de viscosidad o de contenido de sólidos. También se emplea para

Vista tridimensional de una unidad típica de fórmulas químicas, cuyo proveedor es Cellier, para la industria papelera

Unidades dispersas en la planta de Blanchon Syntilor (Francia)


Pura mejora


Instalaciones completamente automáticasDentro del contexto de la reducción de efluentes, es necesario tener en cuenta los defectos que se puedan presentar en una instalación automáti-ca que puedan acarrear un incidente medioambiental, tal como el desbor-damiento de cubas, la conexión defec-tuosa de una conducción flexible, la pérdida en una bomba, etc. La auto-matización se considera como la for-ma más eficiente de eliminar el riesgo de errores humanos o de proceso. Permite una gestión y una supervisión

El control de los flujos de materiales, ya que los productos y sus contenedores es-tán identificados, registrados y localizados.

El control de lotes, cantidades y estados (es decir, qué componentes se encuentran en qué lote, el estado de aprobación del lote).

La integración de la limpieza como fase de la producción.

La supresión o limitación de operaciones de limpieza (inspección y raspado del inte-rior de las conducciones mediante “pig-ging”).

La concentración de los efluentes (preacla-rado, limpieza a alta presión, filtrado).

Programación correcta de la producción para reducir el número de operaciones de limpieza.

Cuadro 2 Las ventajas de establecer procesos y medidas sencillos, que puedan repetirse, con indicadores clave del rendimiento definidos para reducir los efluentes.

La clasificación de los productos en fami-lias de acuerdo con su compatibilidad.

El seguimiento de los estados de los equi-pos (en términos de facilidad de limpieza y nombre del último producto fabricado).

La normalización de procedimientos proba-dos y repetibles para minimizar el riesgo de accidentes y errores del operario.

El registro de transacciones manuales y semimanuales.

La medida y la gestión de efluentes. El sis-tema evalúa todas las posibilidades de me-joras de prestaciones, minimiza los volúme-nes de efluentes y permite su reutilización.

El análisis de efluentes empleando solucio-nes de análisis de ABB.

Elevada trazabilidad, incluida toda la infor-mación correspondiente, la medición de volúmenes y contenidos e historias.

continuas del proceso, modos para situaciones de emergencia, decisiones orga-nizativas e intervenciones activas de aprobación por parte del operario, dispositi-vos de seguridad y elementos de bloqueo.

Conseguir una reducción acertada de efluentes depen-de principalmente de que se disponga de procesos senci-llos, que puedan repetirse, y de medidas rigurosas. En el Cuadro 2 se presentan las ven-tajas de un sistema automáti-co que aplique estos concep-tos con indicadores clave del rendimiento definidos en relación con el medio ambiente.

Cellier Activity ofrece soluciones inno-vadoras para procesos, basadas en un desarrollo continuo. Recientemente se han instalado once Delicels CIP en Tailandia en una planta de fabricación de pinturas, una vez que el propieta-rio decidió mejorar los resultados operativos y medioambientales. Otra fábrica de pinturas en Francia ha incluido el proceso de limpieza del Delicel CIP en sus pautas de calidad. Estos éxitos demuestran el creciente interés de los propietarios de factorías en la búsqueda de técnicas más respe-tuosas con el medio ambiente y en la incorporación de un programa de ges-tión del agua para reducir los consu-mos y el desperdicio de agua y disol-ventes, al tiempo que consiguen mejorar su rendimiento económico disminuyendo los costes de produc-ción.

Jean-Marie Hermant


Aix-les-Bains, Savoya, Francia

[email protected]

filtrar lechadas de pigmentos en la industria papelera y en la fabricación de pinturas, resinas y colas 9 .

Las ventajas del Filtercel son: El consumo de líquido de limpieza se reduce al 50% merced principalmente a dos factores: se mejora el rendimiento de la opera-ción de limpieza gracias a la acción continua de la rasqueta y la limpieza a alta presión del cestillo.

Se minimizan los volúmenes de efluentes y las pérdidas de productos debido a que los contaminantes se con-centran y se descargan auto-máticamente durante una corta secuencia de drenaje.

Se llevan a cabo automáticamente todas las funciones, tales como las de limpieza y drenaje, según las necesidades del proceso, en un fun-cionamiento continuo.

Mantenimiento reducido. Puesto que la limpieza se efectúa de forma automática, no es preciso desmontar el cestillo metálico.

Filtercel reduce la frecuencia con que se taponan los filtros situados aguas abajo como los daños producidos por los contaminantes a otros equipos allí situados.

9 Curvas de rendimiento de Filtercel: lote tras lote, la eficiencia de la filtración se mantiene invariable.

Versión sencilla de FILTERCEL (con raspadores)

ΔP(bar)

ΔP(bar)

T0 T1 T2

T0 T1 T2 T3

T

T

FILTERCEL equipado con un sistema de limpieza a alta presión + 2 rascadores

Limpieza a contracorriente del cesto de cribado

Retirada y limpieza manual del cesto de cribado

Limpieza automática a alta presión

0.7

0.2

0.7

0.2


El desarrollo de tecnologías avanzadas requiere décadas de experiencia. A lo largo de muchos años, ABB ha desarrollado una cartera de aparamenta con aislamiento gaseoso en la gama de 52 a 1.100 kV. Unos desarrollos siempre orientados hacia el mercado, la creatividad y la competencia han hecho de ABB un líder mundial en este tipo de tecnología. Mediante la constante intro-ducción de avances tecnológicos innovadores, ABB ha podido ofrecer una gama de instalaciones de aparatos de conmutación con aislamiento gaseoso de altas prestaciones, compactas, versátiles y fiables, que continúan cubriendo las necesidades del mercado y satisfaciendo a sus clientes.

Compactas y fiablesDécadas de ventajas: aparamenta con aislamiento gaseoso de 52 a 1.100 kV Lothar Heinemann, Franz Besold

ETERNOS PIONEROS


Compactas y fiables

ETERNOS PIONEROS

La tecnología GIS tiene su origen en 1936, año en que se probó un conjunto GIS de freón, con una tensión nominal de 33 kV, en los EE.UU. Con posteriori-dad, a mediados de la década de 1950, se descubrió el gas hexafluoruro de azufre (SF

6), con excelentes propieda-

des aislantes y de extinción de arco. A mediados de la década de 1960, las GIS estaban lo bastante evolucionadas para ser viables comercialmente e inte-resar a un mercado de mayor tamaño.

A lo largo del tiempo, los sucesivos pasos innovadores han permitido a ABB desarrollar una gama de GIS entre 52 y 1.100 kV. Durante este periodo de desa-rrollo se han alcanzado muchos hitos tecnológicos, patentados para proteger la propiedad intelectual de ABB [7,8,9].

ABB puede proporcionar una gama de GIS de altas prestaciones, compacta, versátil y fiable que continúa cubriendo las necesidades del mercado y satisfa-ciendo los requisitos de sus clientes.

Los productos GIS que ABB ofrece en la actualidad entran dentro de dos cate-gorías principales: hasta 170 kV 1 , que son casi exclusivamente de diseño trifá-sico, y superiores a ese valor 2 , que son en su mayoría de diseño monofá-sico.

La consecución y la conservación de un elevado nivel de competencia en apara-menta requieren un personal muy moti-vado, capaz de evolucionar de manera continua ante los retos tecnológicos y de ingeniería de procesos. Un desarro-llo de productos orientados al mercado, unido a la creatividad y la competencia, han conseguido el reconocimiento mundial de la completa cartera de pro-ductos y servicios GIS de ABB.

La aparamenta con aisla-miento gaseoso que ofre-ce ABB se han beneficia-do de muchos años de innovación, modificación y desarrollo de productos.

Para que una empresa pueda enfrentar-se a los retos tecnológicos inherentes al desarrollo de GIS, se deben realizar importantes inversiones en investiga-ción y desarrollo. Esto garantiza que en los nuevos productos se incorporan nuevos materiales y tecnologías de ingeniería relacionada con los sistemas. Esta innovación se traduce en el desa-rrollo de tecnología fiable y asegura que se pueden alcanzar hitos que representan un reto tecnológico [4,5,6].

Un suministro de electricidad seguro y fiable depende de los interrupto-

res automáticos que protegen nuestras redes en caso de que se produzcan cor-tocircuitos. Estos interruptores, instala-dos en centrales y subestaciones, esta-ban tradicionalmente aislados en aire. La aparamenta con aislamiento en aire (AIS) requiere, según sus valores nomi-nales, unas separaciones mínimas entre diversas partes activas y tierra, del orden de decenas de metros, lo que representa que se precisa una gran zona para albergar la instalación. Como alternativa, la aparamenta con aisla-miento gaseoso (GIS) permite que los interruptores automáticos funcionen de forma segura dentro de un espacio reducido. Una subestación que emplee GIS puede ocupar la décima parte de espacio que una subestación conven-cional AIS [1].

Un desarrollo de produc-tos orientados al merca-do, unido a la creatividad y la competencia, han conseguido el reconoci-miento mundial de la completa cartera de productos y servicios GIS de ABB.

Este tipo de GIS lo producen numero-sos fabricantes famosos de todo el mun-do. Muchas de estas empresas tienen décadas de experiencia en la fabrica-ción de tecnología de instalaciones de aparatos de conmutación. A ellos se han unido otros fabricantes que sólo recientemente han añadido GIS a su cartera de productos. Estos recién llega-dos compiten ahora en el mercado de las instalaciones de aparamenta, en particular en los niveles de tensiones más bajas.

A primera vista, la apariencia externa de los productos GIS de la competencia no revela más que ligeras diferencias en su aspecto. Sin embargo, tras un exa-men más detallado, queda claro que los productos que ofrecen los fabricantes clásicos de GIS se benefician de sus muchos años de experiencia de innova-ción, modificación y desarrollo de pro-ductos Cuadro .

La disponibilidad de un diseño de compo-nentes modulares que se puedan montar de múltiples maneras distintas para satisfa-cer totalmente los requisitos del cliente en aspectos de restricciones de espacio y costes.

El suministro de un sistema seguro y flexi-ble. Las partes activas del equipo, a alta tensión, deben interactuar de forma eficaz con el mecanismo de accionamiento (es decir, el interruptor, el seccionador, los con-mutadores de tierra y los de acción rápida).

Los componentes deben ser localizables con facilidad, ser coherentes y disponer de una completa homologación de prueba de tipo, preferentemente emitida por laborato-rios independientes de acuerdo con nor-mas internacionales [2,3].

Los equipos deben cumplir los requisitos de automatización de subestaciones, como el cableado específico del cliente y la tecnología de control digital. En este últi-mo caso, cada bahía GIS se debe poder

Cuadro Elementos de primera importancia para GIS

conectar a distancia con una subestación y un centro de control del cliente.

El fabricante debe demostrar competencia en el manejo de los pedidos del cliente, gestión de proyectos, ingeniería, control de calidad, adquisición de materiales, fabrica-ción, montaje en fábrica y a pie de obra, incluido el suministro de documentación completa y exhaustiva.

El fabricante debe prestar servicio a escala mundial con equipos de profesionales bien preparados y de respuesta rápida. Dichos equipos deben poder prestar mantenimien-to a los equipos, sustituir componentes o módulos en cada subestación, así como poder sustituir la tecnología antigua de las subestaciones por la nueva.

El fabricante debe mantener un equipo de desarrollo muy cualificado, compuesto por una combinación de ingenieros jóvenes e innovadores y de otros capacitados con muchos años de experiencia.


Compactas y fiables

de tierra, y un mecanismo hidromecáni-co de muelle para hacer funcionar el interruptor. Dos años después, esta apa-ramenta de tipo ELK-03 se modificó a fin de incluir tecnología de interrupto-res de autosoplado, reduciendo de esa forma la energía necesaria para la con-mutación. A partir de este desarrollo innovador, las GIS de hasta 170 kV se han equipado con interruptores de autosoplado.

En 1992 se presentó la aparamenta de tipo ELK-04 (con 170 kV, 40 kA y 3.150 A). Este nuevo producto se caracterizaba por una nueva reducción del volumen y un diseño totalmente nuevo de la conexión entre los módu-los de la barra de bus y las líneas de alimentación. La nueva conexión per-mitía reducciones de tamaño sin prece-dente, con lo que se podía colocar un conjunto de aparamenta completo den-tro de un simple contenedor industrial estándar. Hoy mismo, 15 años después de su lanzamiento al mercado, la apa-ramenta de tipo ELK-04 sigue siendo uno de los tipos más compactos exis-tentes en la categoría de 170 kV.

Además, aunque se han realizado avan-ces en relación con la potencia nominal

vertical, de fácil mantenimiento, de sim-ple presión, con tecnología de soplado. Su sucesora, la ELK-02 fue lanzada en 1980. Este modelo incorporaba un dise-ño modular mejorado que lo distinguía claramente del anterior.

La GIS de tipo ELK-03 de ABB proporcionaba ten-siones asignadas superio-res, una sola carcasa para los conmutadores de des-conexión y de tierra, y un mecanismo hidromecáni-co de muelle para hacer funcionar el interruptor.

Hasta ese momento, los conmutadores de desconexión y puesta a tierra de todos los modelos de subestación se alojaban por separado y los interrupto-res de circuito estaban equipados con mecanismos hidráulicos. La aparamenta de tipo ELK-03 (170 kV, 40 kA, 3.150 A) fue presentada en 1986 y, no sólo pro-porcionaba tensiones asignadas supe-riores, sino también una carcasa única para los interruptores de desconexión y

Subtransporte GIS (< 170 kV)A finales de la década de 1960, los con-juntos de aparamenta encapsulada, equipados en un inicio con interrupto-res automáticos con un nivel de aceite bajo, se sustituyeron por aparamenta que empleaba gas SF

6. La primera de

estas GIS era del tipo EBK-01, con un valor nominal de 123 kV, una corriente de cortocircuito de 31,5 kA y una corriente de trabajo de 2.000 A. Este tipo de aparamenta estaba equipada con interruptor automático de doble presión, instalado horizontalmente y de fácil manejo. Cuando se presentó en el mercado en 1969, incluía ya módulos de barras de bus trifásicas. Casi todas las unidades originales de la primera serie (bahías) entregadas por ABB siguen en funcionamiento. En 1973, el interruptor automático de tipo EBK-01 fue sustituido por el tipo EBK-02, capaz de funcionar con unos valores nomina-les mayores, de 145 kV, 31,5 kA y 2.500 A.

El siguiente hito destacado se consiguió en 1978 con la introducción de la apara-menta de tipo ELK-01, que con 145 kV, 31,5 kA y 2.500 A, fue el primer diseño totalmente trifásico del mundo. Estaba equipada con un interruptor automático

PERPETUAL PIONEERINGETERNOS PIONEROS

1 Evolución histórica (visión general) del subtransporte con GIS (aparamenta aislada por gas) en la gama de tensiones inferiores a 170 kV

ELK-01/02

EBK-0 ELK-03 ELK-04 (producto en la cartera actual)

EXK-0 (producto en la cartera actual)

1978 - ELK-01, totalmente trifásica1980 - ELK-02, con diseño modular

1996 - con tensión nominal de 123 kV, 2.500 A, 40 kA2003 - aumento a 145 kV, 2.500 A2005 - aumento a 145 kV, 3.150 A

1992 - con tensión nominal de 170 kV, 3.150 A, 40 kA1997 - aumento a 50 kA, 3.150 A2002 - aumento a 63 kA, 4.000 A

1969 - barra de bus, trifásica1973 - aumento a 145 kV, 2.500 A

1986 - con tensión nominal de 170 kV, 40 kA1988 - con interruptor de autosoplado


Compactas y fiables

ETERNOS PIONEROS

cortocircuito de 80 kA y una corriente de trabajo de 6.300 A 2c . Estos interrup-tores se instalaron verticalmente y se equiparon con mecanismos de acciona-miento hidráulicos y resistencias de cierre.

La GIS ELK-3 se empleó por primera vez en una subestación en Canadá en 1979. Fue la primera GIS sometida a condiciones climáticas rigurosas. Puesto que se ideó para satisfacer requisitos específicos de clientes, en la fase de

Este tipo de aparamenta se desarrolló en paralelo con el tipo EBK para traba-jar con niveles de tensión más elevados. Los interruptores de circuito individua-les incluían interruptores de tipo sopla-do que se accionaban con mecanismos hidráulicos independientes.

La primera GIS ELK-3 de 550 kV salió al mercado en 1976. Los interruptores automáticos individuales, cada uno de ellos con tres unidades de corte, fueron los primeros aptos para intensidades de

de este tipo de aparamenta, se ha man-tenido su diseño compacto. La primera de estas mejoras fue aumentar los valo-res nominales a 170 kV, 50 kA y 3.150 A, en 1997, y posteriormente, en 2002, a 145 kV, 63 kA y 4.000 A. Se equiparon asimismo estas versiones con unidades de conmutación con tecnología de autosoplado y mecanismos hidromecá-nicos accionados por muelle 3 .

En 1996 se desarrolló otro modelo, el EXK-0, para adaptarse a unos requisitos nominales inferiores: 123 kV, 40 kA y 2.500 A. Sin embargo, en 2003 los valo-res nominales se aumentaron a 145 kV, 40 kA y 2.500 A, que de nuevo se vol-vieron a aumentar en 2005 a 145 kV, 40 kA y 3.150 A.

Como consecuencia de continuos desa-rrollos posteriores de ambos tipos de aparamenta, los productos que se habían iniciado de forma independiente para satisfacer demandas distintas, han evolucionado y han convergido ahora para conseguir un sistema modular muy normalizado. Esto no sólo incluye los componentes primarios, como los inte-rruptores automáticos, seccionadores y conmutadores de tierra, sino también sus mecanismos de accionamiento. La evolución convergente de estos dos productos, casi idénticos, animó al lan-zamiento de un solo producto con el nombre comercial, que ahora resulta familiar, de ELK-04.

Transporte GIS (> 170 kV)En 1967 se diseñó la GIS de tipo ELK-1 para aplicaciones monofásicas y de barra de bus única, con unas tensiones asignadas de 245 kV, 40 kA y 1.600A 2a .

3 Subestación típica con GIS de tipo ELK-04 en Mallorca (España) a Sustitución de una AIS por una GIS de tipo ELK-04 en California (EE.UU.) b

a b

2 Evolución histórica (visión general) del transporte con GIS (aparamenta aislada por gas) en la gama de tensiones superiores a 170 kV

1967 - ELK-1: 245 kV, 40 kA, 1.600 A1996 - ELK-14: 245 kV, 50 kA, 4.000 A

2003 - ELK-14: 300 kV, 50 kA, 4.000 A

1986 - ELK-4: 800 kV, 50 kA, 5.000 A1976 - ELK-3: 550 kV, 63 kA, 6.300 A1979 - ELK-3: 550 kV, 80 kA, 6.300 A

a

c

b

d


Compactas y fiables

El reto más reciente abordado por ABB ha sido el desarrollo de la GIS de tipo ELK-5 para tensiones ultra altas asigna-das de 1.100 kV, 63 kA y 6.000 A. Se trata de la GIS más compacta jamás fabricada para esos valores de tensión extremadamente altos [8]. El diseño se caracteriza por cuatro unidades de cor-te, conectadas en serie y colocadas en posición horizontal, y equipadas con resistencias de cierre en paralelo 7 .

Modularidad y alcance del suministroEn la actualidad todos los tipos de apa-ramenta presentan un diseño modular muy normalizado, con independencia de los niveles de tensión. Pueden adap-tarse a una gran variedad de requisitos técnicos con un pequeño número de módulos. Esto no sólo se aplica a los componentes primarios, como los inte-rruptores automáticos, seccionadores y conmutadores de tierra, sino también a sus mecanismos de accionamiento.

Todos los tipos de GIS disponibles en la actualidad están equipados con un mecanismo hidromecánico de acciona-miento del interruptor, también con un diseño modular. Esto permite adaptar con suma facilidad el perfil de velocida-des de los distintos interruptores, redu-ciendo la velocidad de conmutación, en especial al final del movimiento. Por lo tanto, el impacto mecánico sobre el interruptor de la operación de conmuta-ción es muy pequeño. El almacena-miento de energía en los muelles de disco no está limitado a la secuencia de conmutación Abierto-0,3 segundos Cerrado (O-0,3-CO) que se requiere para cumplir las normas correspondien-

1986 y se instaló por primera vez en Sudáfrica a una altitud de más de 1.000 m.

En 1996 se desarrolló la GIS de tipo ELK-14, empleando la GIS de tipo ELK-1 como modelo 2a . Aquí los valo-res nominales eran de 245 kV, 50 kA y 4.000 A. El interruptor era del tipo autosoplado y estaba accionado con un mecanismo hidromecánico. Esto representaba un hito importante, pues-to que se trataba de la primera vez que se empleaba el principio de auto-soplado en tensiones superiores a 170 kV. Algunos años después, el éxito de la ELK-14 animó a nuevas mejoras para aumentar sus valores a 300 kV, 50 kA y 4.000 A 2b . Se prestó especial atención para garantizar que una sola carcasa incluyera los módulos de desconexión y conmutación a tierra.

A principios de 2003 se instaló una subestación de 550 kV (con valores nominales de 550 kV, 63 kA y 4.000 A) en la presa de la central hidroeléctrica de Las Tres Gargantas, en China 4 . En la actualidad, es la mayor subestación GIS de transporte del mundo. Hubo que resolver muchos problemas técni-cos y logísticos antes de que la última de las 73 bahías pudiera ponerse en servicio en otoño de 2008 5 . En esta instalación, los interruptores automáti-cos se colocaron horizontalmente y se equiparon con el mecanismo de accionamiento hidromecánico de tipo HMB 6 . Tiene una disposición com-pacta que hace posible colocar toda la subestación en la parte superior de la presa de hormigón.

desarrollo se prestó especial atención no sólo a garantizar que trabajaría con valores nominales superiores, sino que también cumpliría estos requisitos de funcionamiento a temperaturas bajo cero.

En 1981, ABB instaló 51 bahías de GIS de tipo ELK-3 con valores nominales de 550 kV, 63 kA y 4.000 A en una de las mayores subestaciones de transporte GIS del mundo, en la central eléctrica de Itaipu en Brasil. Los interruptores automáticos se colocaron en posición vertical y se equiparon con dos unida-des de corte, cada una de ellas con un mecanismo de accionamiento hidráulico individual. Pasados más de 20 años de servicio, esta GIS sigue protegiendo el suministro de energía eléctrica a las redes de Brasil y Paraguay. Aquí, el reto consistía en diseñar e instalar una sub-estación compleja y fiable, compatible con frecuencias de 50 y 60 Hz. Hubo que diseñar cada componente de forma que pudieran intercambiarse con facili-dad en caso necesario.

La demanda de tensiones de transporte aún mayores condujeron a posteriores innovaciones y al desarrollo de la GIS de tipo ELK-4, con valores nominales de 800 kV, 50 kA y 5.000 A 2d . Este modelo conservó su diseño compacto, permitiendo disponer de una subesta-ción capaz de trabajar con tensiones muy altas a pesar de ocupar un espa-cio limitado. Los interruptores automá-ticos se instalaron en posición vertical, con cuatro unidades de corte y las resistencias de cierre asociadas. Se pre-sentó al mercado el nuevo producto en


4 Central hidroeléctrica de Las Tres Gargantas, en China 5 Una subestación de 550 kV con GIS (tensión nominal de 550 kV, 63 kA, 4.000 A) instalada en la presa de la central hidroeléctrica de Las Tres Gargantas, en China


Compactas y fiables

ETERNOS PIONEROS

Desde el principio del desarrollo de GIS, la reducción del SF

6 ha constituido

una prioridad para cada nuevo tipo de aparamenta 8 . En la actualidad se ha conseguido una reducción del 40% de SF

6 para los modelos más recientes de

GIS en comparación con sus anteceso-res. Debe observarse que esta importan-te reducción se ha conseguido a pesar de los mayores valores de las tensiones nominales de los tipos más recientes. Si los valores de las tensiones hubieran permanecido invariables, la reducción en el SF

6 habría sido aún mayor.

Tendencias actuales del mercadoEn relación tanto con la tecnología pri-maria como con la secundaria, todos los tipos de GIS se caracterizan por un alto grado de normalización y de integración de funciones. Una cartera orientada hacia la configuración modular, con una gama de valores nominales centrada en lo que precisa el mercado, garantiza una variedad adecuada de productos que cumplan los requisitos de los clientes.

En el mercado mundial actual de GIS, hay tres gamas principales de aplicacio-nes y preferencias de los clientes.

Ampliación o sustitución de aparamenta en las subestacionesPor lo común, en los centros densa-mente poblados de las regiones indus-

aparamenta. Se puede aplicar el sistema a diversos tipos de aparamenta, siendo diseñado como una función comple-mentaria de las instalaciones convencio-nales de aparatos de conmutación. Se caracteriza por una arquitectura abierta y también es adecuada para remodela-ción de instalaciones existentes.

Aspectos medioambientalesLos cambios de diseño y las innovacio-nes de la tecnología GIS se llevan a cabo para satisfacer los requisitos del mercado con sus normas, siempre cam-biantes, y para reducir el impacto medioambiental de la tecnología. Esto implica la minimización del empleo durante la fabricación de componentes potencialmente peligrosos y la reduc-ción del uso de componentes que exi-jan procedimientos complejos para su eliminación al final de ciclo de vida. Ello implica también el diseño de pro-ductos que requieran en su fabricación menor cantidad de materia prima y el empleo de menos fuentes de energía primaria. En línea con los objetivos del Protocolo de Kyoto (1997) de reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, se han concentrado las acciones en la reducción del volumen de gas SF

6 por cada módulo GIS y, en

consecuencia, de la instalación de apa-ramenta como conjunto.

tes, sino que también pueden propor-cionar la energía necesaria para secuen-cias más complejas de conmutación, por ejemplo O-0,3s-CO-0,3s-CO, sin precisar recarga. Esta función se suele exigir en los mercados árabe y america-no. Además, empleando los diversos tipos de mecanismos de accionamiento, es posible conseguir un funcionamiento monopolar, mecánicamente indepen-diente, ajustable con criterios de opor-tunidad y precisión, con la ventaja adi-cional de un funcionamiento controlado de la conmutación.

A lo largo de los años, ABB ha reducido consi-derablemente la cantidad de gas SF6 empleado en sus GIS, a pesar de las mayores tensiones de los modelos más recientes.

Además de la tecnología primaria, con su diseño modular y el inventario armo-nizado de mecanismos de accionamien-to, se dispone de la más reciente gene-ración de dispositivos de control digital con el protocolo de comunicaciones IEC-61850 [10]. Se ofrece a los clientes un sistema completo de diagnóstico y vigilancia para todo el conjunto de la

7 Subestación GIS de 1.100 kV en Jingmen, China6 Mecanismo de funcionamiento hidromecá-nico de tipo HMB


Compactas y fiables


Continuación del desarrollo de la gama de tecnologías de conmutación, tales como los interruptores de conmu-tación a alta tensión con demandas de energía aún menores. Mayor combinación de diversas funciones primarias en un módulo para reducir el número de conexiones con brida.

No debe olvidarse que déca-das de experiencia en cada etapa del desarrollo de un producto han mejorado la fiabilidad, y por tanto la dis-ponibilidad, de las instala-

ciones de aparamenta, con indepen-dencia del lugar o el método de ope-ración. La experiencia de ABB se refleja para el cliente en menores cos-tes de funcionamiento y en una mayor fiabilidad a lo largo de la vida de ser-vicio de sus productos.

Lothar Heinemann

ABB Power Products

Mannheim, Alemania

[email protected]

Franz Besold

ABB Power Products

Zurich, Suiza

[email protected]

to de forma que se puedan explotar tecnologías de fabricación de vanguar-dia (procesamiento en máquinas de componentes individuales), procesos de montaje simplificados (tanto en fábrica como a pie de obra), junto con el transporte en contenedores normali-zados.

Para satisfacer los requisitos del merca-do exigente y cambiante del futuro, son importantes los temas siguientes: Sistema normalizado de componentes modulares que permita una amplia-ción conveniente y rentable de las instalaciones GIS existentes y la fácil sustitución con módulos GIS de las instalaciones convencionales de aisla-miento por aire.

triales tradicionales y en las grandes ciudades de todo el mundo se requieren subesta-ciones locales que satisfagan las elevadas demandas de energía. En dichas áreas, los precios de la propiedad inmo-biliaria son elevados, lo que hace que el diseño compacto de GIS constituya una caracte-rística atractiva cuando se compara con las alternativas AIS que exigen una superficie de terreno (es decir, un coste) considerablemente mayor para garantizar un funcionamiento seguro.

Demanda creciente de energía en los núcleos densamente pobladosLos núcleos densamente poblados de todo el mundo exigen ahora tensiones mayores e intensidades de cortocircui-to y de trabajo más elevadas [11,12]. En los núcleos urbanos viven cada vez más personas, que consumen cantida-des de electricidad sin precedentes. Esta demanda requiere métodos efi-cientes para transportar la energía eléc-trica con menores pérdidas, menor visibilidad y mayores grados de seguri-dad. Se puede conseguir un transporte eficiente de energía a niveles de alta tensión mediante cables. Pero esta electricidad a alta tensión (HV) debe reducirse a niveles de baja tensión empleando transformadores cerca de los usuarios finales. En los núcleos densamente poblados, esto lleva a un aumento permanente de las capacida-des de transporte de las redes, lo que exige intensidades nominales mayores y mayor capacidad de cortocircuitos en las redes.

Mejor infraestructura con tecnología para la energíaEn los países en vías de industrializa-ción se requieren nuevas subestaciones para crear infraestructuras nuevas o mejoradas con tecnología para la ener-gía, así como en aquéllos con grandes recursos energéticos primarios, como Oriente Próximo y Rusia.

Los nuevos desarrollos se centran en reducir aún más el empleo del gas SF

6 y

mejorar el rendimiento energético de todo el proceso de fabricación. Toda la cartera de productos GIS se ha dispues-

Referencias

[1] Zimmermann W.; Osterholt A.; Backes J. “Comparison of GIS and AIS Systems for Urban Supply

Networks”, ABB Brochure 2003.

[2] IEC 62271-203, “Aparamenta con aislamiento gaseoso para tensiones asignadas superiores a 52 kV”.

[3] IEEE Std. C37 122-1993, “Norma para subestaciones aisladas en gas”.

[4] Rees V.; Zahn B. (1994). “Characteristics and advantages of gas insulated high-voltage switchgear”.

ETZ, Volumen 115, pp. 22–23.

[5] Betz T.; Braun T.; Peters H.; Heinemann L.; Rees V. (2003). “Highly integrated and compact Gas-Insula-

ted Switchgear (GIS) for 4,000A and 63kA”. IEEE T&D Exposición y conferencia, Dallas, Estados Unidos.

[6] Holaus W.; Stucki F. (2008) “Breaking news: high-voltage switchgear to power China”, Revista de ABB,

Informe especial “Dancing with the Dragon”, pp. 33–37.

[7] Neumaier H.; Peitz T.; Probst H. EP 0 563 803. “High voltage switch-board”.

[8] Neumaier H.; Thomas V. EP 0 824 264. Isolating earthing switch with metal encapsulated gas isolated high

voltage contacts - has movable contact that is shifted linearly between isolating and earthing contacts.

[9] Holaus W.; Sologuren-Sanchez D.; Müller L.; Bruckert M. EP 1 719 225. “Encapsulated, gas insulated

switching installation”.

[10] Heinemann L.; Glock, J. (2007). “Online condition monitoring system for three phase encapsulated gas-

insulated switchgears”. Power Grid, Madrid.

[11] IEEE Spectrum, “Special Report Magacities”, junio 2008.

[12] Nayak R.N.; Sehgal Y. K.; Sen S. (2007). “Development of transmission system in India, impact on short

circuit level. Conferencia Internacional sobre Tendencias Emergentes en Aparamenta de EHV”, Nueva Delhi,

India.

8 Reducción continua del gas SF6 observado en los interruptores de la aparamenta en 1 con parámetros de 145 kV, 2.500 A (las figuras están normalizadas a 100 kPa y a 20 °C)

año

110

100

90

80

70

60

50

40

EBK0

EBK03

EXK0

ELK04ELK01/02

1967 1972 1977 1982 1987 1992 1997 2002 2007

porc

enta

je v

olum

en S

F 6


Avance 2/2009

ABB y la sostenibilidad

La sostenibilidad es una cuestión muy candente en la actualidad. El aumento de la población mundial con unos nive-les de vida con demandas crecientes choca cada vez más con los limitados recursos de la Tierra. Al igual que las tecnologías y los procesos se han opti-mizado a lo largo de los años para aumentar la productividad, en el pre-sente, los procesos de optimización tie-nen en cuenta cada vez más el impacto medioambiental y los recursos limita-dos. La sostenibilidad puede alcanzarse con un cambio a la utilización de recur-sos renovables, y ABB respalda esta tendencia con muchas de sus tecnolo-gías, por ejemplo, en los ámbitos de la energía solar o la eólica. En cualquier caso, la dependencia de las fuentes de energía tradicionales puede reducirse también con una utilización más efi-ciente de la energía que ya se ha apro-vechado. Este planteamiento puede adoptar la forma de un despliegue más inteligente de energía mediante mejores estrategias de control. Como ejemplo

puede citarse la optimización de la transmisión de electricidad y la adapta-ción de la red de modo que se adapten mejor a los variables patrones de gene-ración y consumo que está causando el cambio a energías más “verdes”. Se puede alcanzar también a escala local con un mejor uso de la tecnología, por ejemplo, accionamientos y turbocom-presores, o con la adopción de medidas para reducir los residuos en la fabrica-ción.

Aparte de los aspectos exclusivamente medioambientales, la sostenibilidad comprende también cuestiones como la seguridad humana y las prácticas de trabajo. Entre otras, evitar las situacio-nes de trabajo peligrosas o la aplicación de criterios ergonómicos en el lugar de trabajo.

El siguiente número de la Revista ABB se centrará en los aspectos relacionados con la sostenibilidad de las actividades y los productos de la empresa.

Consejo de redacciónPeter TerwieschDirector general de tecnologíaI+D y tecnología del Grupo

Clarissa HallerResponsable de comunicaciones corporativas

Ron PopperDirector de asuntos de sostenibilidad

Axel KuhrJefe de gestión de cuentas del Grupo

Friedrich PinnekampVicepresidente de estrategia corporativa

Andreas MoglestueJefe de redacción de la Revista ABB,[email protected]

EditorialLa Revista ABB es una publicación de I+D y tecnología del Grupo ABB.

ABB Asea Brown Boveri Ltd.ABB Review/REVCH-8050 ZürichSuiza

La Revista ABB se publica cuatro veces al año en inglés, francés, alemán, español, chino y ruso. La Revista ABB es una publi-cación gratuita para todos los interesados en la tecnología y los objetivos de ABB. Si desea subscribirse, póngase en contacto con el representante de ABB más cercano o haga una suscripción en línea en www.abb.com/abbreview.

La reproducción o reimpresión parcial está permitida a condición de citar la fuente. La reimpresión completa precisa del acuerdo por escrito del editor.

Editor © 2009ABB Asea Brown Boveri Ltd.Zürich, Suiza

ImpresiónVorarlberger Verlagsanstalt GmbHAT-6850 Dornbirn, Austria

DiseñoDAVILLA Werbeagentur GmbHAT-6900 Bregenz, Austria

TraducciónCeler Soluciones, S.L.Plaza de España, 12, 1ºE-20008 Madrid – Españawww.celersol.com

Cláusula de exención de responsabilidadLas informaciones contenidas en esta revis-ta reflejan el punto de vista de sus autores y tienen una finalidad puramente informativa. El lector no deberá actuar sobre la base de las afirmaciones contenidas en esta revista sin contar con asesoramiento profesional. Nuestras publicaciones están a disposición de los lectores sobre la base de que no im-plican asesoramiento técnico o profesional de ningún tipo por parte de los autores, ni opiniones sobre materias o hechos específi-cos, y no asumimos responsabilidad alguna en relación con el uso de las mismas. Las empresas del Grupo ABB no garantizan ni aseguran, ni expresa ni implícitamente, el contenido o la exactitud de los puntos de vista expresados en esta revista.

ISSN: 1013-3119


Increasing energy effi ciency by 25%?

Certainly.

A complete power and automation solution from ABB has helped the largest aluminum refi nery in Europe to increase its energy effi ciency by 25 percent, boosting productivity at the same time. With research and development geared toward improving performance and resource conservation, we’re constantly working to save energy and money. And the environment. www.abb.com/energyeffi ciency

a

elementos de productividad - library.e.abb.com · pdf filelos robots de abb se encuentran en...

Documents