•revista mantenimiento 90

ISSN 1409-2980

PRECIO ¢2 000

Uso de sistemas de canalización de tipo bandeja en el manejo del cableado de sistemas de energía, datos y control

Año 16, Nº 90 JULIO-AGOSTO 2013

Análisis de confiabilidad en sistemas eléctricos de potencia (Segunda parte y final)

Impacto de la tecnología en el mantenimiento (Primera parte)

Programa de Maestría Profesional Administración de la Ingeniería Electromecánica Convocatoria San José - Cartago 2014 DirigiDo a:

Profesionales que laboran en ramas de la ingeniería y requieren mejorar su desempeño gerencial.

LugarES:

San José y Cartago.

MoDaLiDaD:

Intensiva, fines de semana, un curso a la vez.

Total 14 cursos y Proyecto de Graduación.

Horario DE LEccionES:

San José, los días viernes de 5:00 p.m. a 9:00 p.m.

Cartago, los días sábados de 8:00 a.m. a 12:00 m.d. rEcEpción DE DocuMEntoS:

San José y Cartago: Desde el 16 de agosto hasta el 5 de noviembre del 2013, sede Cartago y sede CETT en Zapote. aDMiSión y EntrEviStaS:

San José y Cartago: Del 18 al 21 de noviembre del 2013, sede Cartago y sede CETT en Zapote. inicio DE LEccionES:

San José y Cartago: 3 de enero de 2014.

inforMación aDicionaL:

Teléfonos: 6105-9392 / 2550-2250 Direcciones electrónicas: rcalderon@itcr.ac.cr jucarvajal@itcr.ac.cr InfoMIM@itcr.ac.cr

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Publicación bimestral cuyo objetivo es vincular al profesional que se desempeña en el campo de la ingeniería de mantenimiento con los últimos avances tecnológicos y administrativos en su campo de acción, así como informarle de los nuevos productos y servicios que constantemente se mejoran y desarrollan.

Director Julio Carvajal Brenes Consejo Editorial Ignacio Del Valle Granados Marcela Guzmán Ovares Guillermo Marín Rosales Alberto Romero Rivas Mercadeo y Ventas Conexión Mantenimiento Tel. 2292-1179 alejandra@conexionmantenimiento.com Revista.pdf 1 10/04/13 13:53 revistamantenimiento@ice.co.cr

Índice 5

Con los lectores

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Uso de sistemas de canalización de tipo bandeja en el manejo del cableado de sistemas de energía, datos y control

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Análisis de confiabilidad en sistemas eléctricos de potencia (Segunda parte y final)

14

El destino le señaló el camino Ing. César Augusto Bonilla Mora deja huella en el mundo laboral.

16

Impacto de la tecnología en el mantenimiento (Primera parte)

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En otra cosa…

Los diez ladrones de tu energía

Edición gráfica e impresión GRAFOS S.A. Tel.: 2551-8020 / Telefax: 2552-8261 E-mail: info@grafoslitografia.com

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Mantenimiento es el vocero oficial del Comité Panamericano de Ingeniería de Mantenimiento (COPIMAN) y de la Asociación Costarricense de Ingeniería de Mantenimiento (ACIMA).

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Cualquier reproducción debe citar la fuente Los autores de los artículos o los entrevistados son los responsables de sus opiniones.

Teléfono (506) 2292-1179

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Con los lectores

editorial

Quedan sus obras Conocí a Dennis Mora Mora en enero de 1975, cuando iniciamos nuestros estudios en ingeniería de mantenimiento en el Tecnológico de Costa Rica.

Fuimos compañeros de estudio en todas las materias y desde ese entonces me impresionó su capacidad de trabajo. Era el estudiante que llevaba exactamente al día todos los deberes académicos.

Al finalizar nuestros estudios universitarios (grado de bachiller en aquellos tiempos), para el Acto de Graduación los graduandos (en ese momento de ingeniería de mantenimiento, de ingeniería en construcción y de ingeniería en producción) me eligieron para que elaborara y diera el discurso en su nombre.

Lo redacté y se lo entregué a tres compañeros para que hicieran sus aportes, siendo Dennis uno de ellos.

Con el inicio de nuestra incorporación al mercado laboral, Dennis se integró a la empresa en que laboraría toda su vida, la Compañía Nacional de Fuerza y Luz, y yo a la empresa privada, primero en Alajuela y posteriormente en Ing. Dennis Mora Mora Esparza (cantón “muy distante” en aquellas fechas). Esporádicamente recibía noticias de las gestiones que en defensa del ejercicio profesional de los graduados del TEC lideraba Dennis en aquel momento.

Fue así como se logró el reconocimiento de esos egresados ante el Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos (CFIA) y la fundación del Colegio de Ingenieros Tecnólogos (CITEC). Dennis fue el primer presidente del CITEC y su permanencia en diferentes puestos de su Junta Directiva, al igual que en la del CFIA, se prolongaría consecutivamente por más de tres décadas.

En 1986, al regresar a laborar al Valle Central, me acerqué al CITEC para conocer en qué podía colaborar y me reencontré con Dennis, a la sazón dedicado totalmente a la formulación y aplicación de la estrategia para que el CITEC lograra sobrevivir y consolidarse. Era una constante su argumento de que los asuntos debían enfrentarse y resolverse por la vía legal.

A finales de 1990, siendo Dennis presidente en ejercicio del Colegio Federado de Ingenieros y de Arquitectos (primer egresado del TEC en ejercer ese cargo), tuvimos una de las reuniones que con más añoranza recuerdo y cuyos frutos perduran exitosamente hoy. Conversamos sobre una directriz formulada por el CITEC: la necesidad de crear asociaciones por especialidad para atender a la diversidad técnica de profesionales que se afiliaban a este Colegio. Fue esa reunión el campo en que se sembró la semilla para la fundación de una asociación que integrara a los ingenieros de mantenimiento, cuyo compromiso para crearla ahí mismo acepté y cuyos resultados hoy son más que evidentes. El 9 de mayo de 1991 estuvimos ambos en la Asamblea Constitutiva de ACIMA. En 1994 ACIMA propuso mi nombre para integrar la Junta Directiva del CITEC, lo que me llevó a compartir semana a semana y durante seis años consecutivos (tiempo que estuve en esta directiva) con Dennis. De 1994 a 1996, bajo la presidencia de Juan Carlos Coghi Montoya, de 1996 a 1998 bajo la presidencia del mismo Dennis y de 1998 a 2000 bajo la presidencia de Manuel Álvarez Fuentes.

Fueron años difíciles, de constantes ataques al ejercicio profesional del graduado en ingeniería del TEC y la indagación por parte del CITEC de alternativas, elaboración y presentación de defensas y de búsqueda de nuevos enfoques e interpretaciones de la ley. Recuerdo a Dennis, encargado de esta línea de trabajo y por consiguiente en primera fila, aportando energía, experiencia, conocimiento y también malicia para revertir aquellas maniobras.

Apaciguados un tanto por la lógica y la legislación los aspectos del ejercicio profesional, llegaron los debates por la acreditación de las carreras de ingeniería ante el Consejo Canadiense de Acreditación (CEAB); tanto Dennis como el CITEC visualizaron la oportunidad de que un tercero, como efectivamente ha venido sucediendo desde esos años, fuera garante de la idónea preparación de los egresados del TEC para la correcta ejecución de su ejercicio profesional.

En abril de 2008, y como reconocimiento a su trabajo para que los egresados de ingeniería del TEC tuvieran su justo reconocimiento, y por los aportes hechos a ACIMA desde las diferentes posiciones que había ocupado, se le dedicó el VIII Congreso Costarricense de Ingeniería de Mantenimiento.

Dennis deja un importante legado que, sin duda, ocupará muchas páginas cuando se escriba la historia del CITEC, para que las recientes y nuevas generaciones conozcan su aporte voluntario a una causa.

Descanse en paz.

Ing. Julio Carvajal Brenes Director

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Uso de sistemas de canalización de tipo bandeja en el manejo del cableado de sistemas de energía, datos y control Ing. Jorge Vargas Sánchez Gerente de Producto Bticino Costa Rica, S.A. jorge.vargas@bticino.com

Los sistemas de canalización determinan de una manera clara y específica la dirección y distribución del cableado de los diferentes sistemas de energía, de transmisión de datos y de señales de control, proporcionando, a la vez, un apoyo importante en el funcionamiento de todos los equipos dentro de una industria, un complejo de oficinas e incluso en sistemas habitacionales.

Las características más importantes de estos sistemas se centran en que son fácilmente ajustables, fáciles de instalar, requieren de poco mantenimiento y en cualquier momento se pueden adaptar a nuevas exigencias.

Figura 1. El problema del cableado en las empresas que crecen.

Existe una buena variedad de sistemas de canalización del tipo bandeja. Esta se concentra principalmente en aquellos que son capaces de soportar grandes cantidades de cables, ya sean de calibres delgados o gruesos, de datos o potencia, e inclusive en algunos casos pueden transportarse por estas canalizaciones algunos sistemas neumáticos ligeros.

Por su construcción y características de soporte, los sistemas de canalización de tipo bandeja se clasifican en los siguientes tipos: 1. Tipo ducto cuadrado cerrado.

2. Tipo escalera.

3. Tipo bandeja de fondo sólido o perforado.

4. Tipo malla o rejilla.

Los materiales con que se fabrican son diversos, ya que van desde aceros galvanizados e inoxidables, pasando por el aluminio, hasta sistemas en PVC y fibra de vidrio. La escogencia del material a utilizar dependerá exclusivamente de factores tales como la carga de cables que se desea canalizar, las condiciones de humedad, de ambientes agresivos de corrosión o ataque químico, e inclusive de condiciones especiales como las que se exigen en la industria alimenticia.

Para hacer la correcta selección de la bandeja para una instalación, se requiere iniciar calculando el número de conductores o cables que se van a guiar a través de dicho sistema. Esta cantidad de conductores nos dará el peso que

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Figura 2. Tipos de sistemas de canalización.

debe soportar nuestra instalación y de esta forma se determinan las cargas presentes o futuras. Bajo estas consideraciones, las cargas se clasifican de la siguiente manera: Cargas estáticas o muertas: son aquellas que no cambian su magnitud y están en lugares fijos; por ejemplo, el peso de la bandeja, los accesorios de montaje, tuberías, etc.

Cargas concentradas: representan un peso estático aplicado entre los largueros de la bandeja, como cajas de registro, balastos y equipos varios.

Cargas vivas: son las que cambian en su magnitud o en su localización, como por ejemplo el peso de los cables cuando se modifica una instalación existente.

Cargas dinámicas: son aquellas cargas de impacto causadas por temblores, viento, esfuerzos mecánicos producidos por cortocircuitos, etc.

El conocimiento de las cargas que se puedan encontrar en las instalaciones de canalización es de gran utilidad para determinar los claros entre los apoyos que se necesitan para el montaje. Los fabricantes de este tipo de productos cuentan con tablas y sistemas de cálculo para determinar las distancias óptimas donde deben ser colocados estos soportes.

Los sistemas de canalización con bandejas de tipo malla o rejilla brindan una excelente alternativa en versatilidad, facilidad de configuración, resistencia de los materiales y relación de precios. Pueden usarse en sistemas de potencia, sistemas de cableado estructurado para transmisión de datos, cableado de los sistemas de control en maquinaria e inclusive para guiar sistemas neumáticos pequeños.

Figura 3. Aplicación de sistemas de canalización tipo rejilla en la industria.

La facilidad de instalación permite la fijación en las paredes, suspendidas en el techo y bajo pisos falsos, permitiendo una muy buena flexibilidad a la hora de hacer cambios o aumentar las capacidades. Otra ventaja importante de estos sistemas, es que al ser abiertos, no permiten la acumulación de polvo haciendo que las pérdidas de energía en el cableado sean menores, combinando limpieza con estética.

Por todas las ventajas con que cuentan los sistemas de canalización para cableado, es que se han convertido en una solución muy usada en las industrias del mundo. Será un gusto poder asesorarle en su proyecto y ayudarle con la mejor alternativa en su empresa.

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Análisis de confiabilidad en sistemas eléctricos de potencia (Segunda parte y final) Juan Fco. Piedra Segura Estudiante del Posgrado Universidad de Costa Rica jpiedraseg@gmail.com

IV. Métodos analíticos La mayoría de los métodos analíticos están basados en los procesos continuos de Markov. Con esto se puede determinar la probabilidad de estado y la disponibilidad; empero, existen otros parámetros en un SEP que entregan mucha más información que una probabilidad, por ejemplo la frecuencia de encontrarse en un estado determinado.

Este método es práctico solamente cuando el número de los componentes de un sistema es pequeño, pues se debe considerar que se requiere la solución de 2η+1 ecuaciones lineales, donde n es el número de componentes del sistema [13]. Anteriormente se han propuesto diversos métodos que buscan aliviar la dimensión de este problema; algunas técnicas proponen la reducción de los estados, o sea, sistemáticamente eliminar estados con bajas probabilidades.

En el modelo de Markov se define un componente estocástico por dos o más estados en los cuales el componente puede establecerse durante su tiempo de vida y existen tasas de transición λij para cada posible transición entre esos estados i, j. La tasa de transición define la distribución de probabilidad condicional [19] fTi j(τ) = λij exp(−λij τ)

(1)

Para un componente con más de dos estados puede existir más de un estado condicional con su respectiva distribución por estado. La totalidad de la duración del estado D, es el mínimo de esas duraciones condicionales y lo que pueden proveer es nuevamente homogéneo, con un exponente igual a la suma de los valores de transición [19] fDi(τ) = (∑Mj=1λij) exp(-(∑Mj=1λij)τ)= λiexp(−λiτ)

(2)

donde M es el número de posibles estados siguientes para el estado i.

Debido a que la transición independiente del tiempo es usado en los modelos de Markov, la probabilidad de una transición al estado j, desde el estado i, es también independiente del tiempo y es igual a: Prij= λij/λi

(3)

Por otra parte, actualmente se buscan realizar nuevos métodos que utilizan diversas funciones probabilísticas; en este sentido existen sendas publicaciones, por ejemplo el modelo Weibull-Markov [19]. En este modelo se reemplaza, del método de Markov, la distribución de duración por la distribución de Weibull.

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V. Método de falla y análisis de efectos Esta técnica busca reflejar con mayor certeza el comportamiento de un sistema eléctrico. Para que se implemente se requiere la determinación de conjuntos de corte mínimos. Es especialmente usada para modelar fallas que involucran dispositivos de protección de un SEP, donde solo se modelan contingencias simples y dobles, en vista de la poca probabilidad para la ocurrencia de fallas en tres o más elementos. [1].

Además, es posible considerar sobrecargas y sobretensiones cuando estas no producen desconexión de uno o varios elementos del sistema eléctrico, pero sí crean condiciones de sobrecarga en otras zonas o elementos.

VI. Nuevos métodos Debido a la complejidad en el procesamiento de datos de los métodos analíticos es que en la actualidad se desarrollan nuevos métodos, que combinan diversas técnicas de estudios, para el análisis de confiabilidad en la generación y transmisión [12], así como en la distribución en un SEP. El uso del método de Monte Carlo, en combinación con las redes neuronales artificiales, clasifica los estados de operación dentro de falla o suceso.

Otra de las áreas recientes de investigación en confiabilidad de un SEP son las redes de Petri. Estos modelos han sido extendidos en los últimos años para su uso en los modelos estocásticos [19].

Por esta razón, existen trabajos que realizan la combinación de los métodos analíticos de Markov con las redes de Petri, con la finalidad de realizar una solución más rápida y eficiente de los modelos matemáticos [19] que se utilizan en los análisis de confiabilidad.

VII. Índices de confiabilidad en un SEP En general, la confiabilidad de un SEP se puede expresar mediante índices que cuantifican la calidad del servicio que presenta. Estos deben ser parte del análisis de

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Clasificación de los índices de confiabilidad

Según estructura

Básicos

Según lugar de aplicación

Compuestos

Barra o subestación

Área

Totalidad del sistema

Falla específica

Según pérdida de carga

Probabilidad Frecuencia Duración Severidad de falla de falla de falla de falla

Fig. 4. Clasificación de los índices de confiabilidad en un SEP. Elaboración propia.

confiabilidad, por medio de la cual se logran tomar mejores decisiones en las diferentes etapas, o sea, en la planeación, diseño, construcción y operación de un SEP, así como en la previsión de su expansión.

Existen diversas clasificaciones de índices, según se muestra en la siguiente figura: Respecto a la clasificación según su estructura, se inicia con los índices de confiabilidad básicos o mono paramétricos, los cuales solo consideran un parámetro de evaluación; entre estos se puede mencionar: a. Tasa de falla (λ): que se define como la cantidad de fallas de un componente del SEP en un período de observación (que generalmente son años) en que estuvo operando. Se puede definir como tiempo medio entre fallas (MTTF) o tiempo medio de disponibilidad 1⁄λ. En forma matemática se expresa como [5]: λ= λ= Número de fallas ∑(i=1# fallas t

(4)

b. Tasa de reparación (µ): corresponde a la cantidad de reparaciones de un componente del sistema en el período en el que estuvo siendo reparado. Se puede definir como tiempo promedio de reparación (MTTR) o tiempo promedio de indisponibilidad 1⁄µ. [5] µ= Número de reparaciones µ= ∑i=1# reparaciones t

(5)

c. Frecuencia de falla (f): es la cantidad de fallas de un componente del sistema en un período de observación (años) f= Número de fallas f= Tiempo

(6)

Respecto de los índices compuestos, se debe definir que en estos se utiliza más de un parámetro de análisis. Algunos de estos índices son: a. Probabilidad de perder carga en el sistema.

LOLP (Loss of Load Probability): refleja la probabilidad asociada al evento de desabastecimiento de energía en el sistema. b. Esperanza de perder carga en el sistema.

LOLE (Loss of Load Expectation): refleja la probabilidad de pérdida de carga en el sistema. c. Frecuencia de pérdida de carga en el sistema.

LOLF (Loss of Load Frequency): estima la probabilidad de la pérdida de frecuencia en el sistema ante diversas contingencias. d. Duración de pérdida de carga en el sistema: LOLD (Loss of Load Duration): tal como lo indica su nombre, este índice determina la duración de pérdida de carga en un SEP, como resultado de diversas contingencias. e. Esperanza de la energía no suministrada.

EENS (Expected Energy Not Supplied): Que representa el valor medio, a largo plazo, de la energía no suministrada por el sistema de generación/transmisión.

De acuerdo con la Figura 4, se pueden establecer los índices de confiabilidad según el modelo de pérdida de carga. Estos miden el riesgo de esta contingencia, bajo ciertas condiciones de carga y tiempo.

Dentro de este grupo podemos mencionar el LOLP ya mencionado, la probabilidad de sobrecarga de un componente, etc.

Respecto de los índices de frecuencia de falla se puede decir que estos miden la tasa esperada de recurrencia de eventos específicos CONTINÚA PÁG 12

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por unidad de tiempo; para esto se hace uso de índices como LOLF, frecuencia de colapso de voltaje, etc.

Además, los índices de duración se emplean para indicar el tiempo esperado de residencia en un estado específico. Dentro de estos se consideran los índices LOLD y la duración de colapso de voltaje y sobrecarga en componentes, entre otros.

Por otra parte, para el tercer nivel de análisis (ver la figura 2), o sea la distribución, los índices que rigen son los establecidos por la IEEE en su estándar 1366-2003, Guide for Electric Power Distribution Reliability Indices [10]. A continuación, se mencionan algunos de los índices establecidos por el estándar y que son más ampliamente usados; no obstante, para obtener su referencia completa se debe consultar el estándar mencionado previamente: a. SAIFI En inglés System Average Interruption Frequency Index, da información acerca del promedio de la frecuencia de interrupciones por usuario en un área determinada, o sea: SAIFI SAIFI== Número total de interrupciones Número total de usuarios servidos

(7)

En forma matemática se expresa como: SAIFI== ∑▒Ni SAIFI Nt

(8)

b. SAIDI El System Average Interruption Duration Index, se refiere comúnmente a los minutos de interrupción a los usuarios; este se utiliza para proveer información acerca del promedio de tiempo que los usuarios son interrumpidos; en resumen, se define como: SAIDI = ∑▒〖Duración de la interrupción a los usuarios SAIFI = Número total de usuarios servidos

(9)

Para su cálculo se utiliza la siguiente relación matemática:

SAIDI = ∑ri Ni SAIDI = Nt

(10)

c. CAIDI Customer Average Interruption Duration Index, representa el promedio de tiempo que se requiere para restablecer el servicio para los usuarios afectados por la interrupción del servicio; en resumen, se define como: CAIDI = ∑ Duración de la interrupción a los usuarios〗 CAIDI = Número total de interrupciones a los usuarios

(11)

Mediante la siguiente ecuación se puede cuantificar el índice anterior.

CAIDI = ∑ri Ni = SAIDI CAIDI = Ni SAIFI

(12)

Se menciona nuevamente que existen más índices de confiabilidad, mismos que deben ser consultados en el estándar mencionado, [10].

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VIII. Conclusiones El estudio de confiabilidad es un tema que se comenzó a investigar en la década de los setentas del siglo anterior [16]. A partir de este momento se ha dado la investigación del tema en busca de lograr metodologías que permitan garantizar la planeación, el diseño, construcción y operación de los SEP bajo el concepto de confiabilidad. El desarrollo de esta área y ha su aplicación en los SEP ha sido paulatino y evolucionado desde su uso en los sistemas de generación y transmisión, hasta los sistemas de distribución [1] y la diversidad de medios de generación como las fuentes eólicas.

Como medio de análisis, se han desarrollado metodologías de análisis; entre las más conocidas están: Métodos analíticos (basados en procesos de Markov).

Métodos de simulación (basado en el método de Montecarlo).

Cada uno de estos métodos presentan características particulares; sin embargo, ambas presentan gran consumo de tiempo para el procesamiento de datos. De la investigación bibliográfica realizada se concluye que la técnica más utilizada es la de simulación, usando como referencia el método de Monte Carlo.

No obstante, en la actualidad se realizan investigaciones en busca de reducir el tiempo de procesamiento de datos mediante la implementación de nuevos métodos y algoritmos.

Los nuevos métodos propuestos contemplan la combinación de diversos modelos probabilísticos, por ejemplo la combinación de los modelos de Markov con la distribución de Weibull [18].

Los últimos métodos desarrollados contemplan el uso de de los métodos tradicionales ya mencionados, en combinación con algoritmos que emplean las redes neuronales, redes de Petris, por ejemplo.

Estas herramientas en combinación con los diferentes índices de confiabilidad existentes permiten determinar de forma cualitativa y cuantitativa el estado de confiabilidad de un SEP. IX. Referencias [1] Arriagada, Aldo Gary. “Evaluación de Confiabilidad en Sistemas Eléctricos de Distribución”. Tesis para Optar por el Grado de Magister en Ciencias de la Ingeniería-Pontificia Universidad Católica de Chile. Chile. 1994.

[2] Billinton, R y Sankarakrishnan A. “A comparison of Monte Carlo Simulation Techniques for Composite Power System Reliability Assessment”. WESCANEX Comunications, Power and Computing Conference Procedings, IEEE. Vol 1, pages 145-150. EUA. 1995.

[3] Bak-Jensen, B; Bech, Jonh; Bjerregaard C.G y Jensen P.R. “Models for probabilistic power transmission system reliability calculation” IEEE transactions on Power Systems, Vol 14, No 3.

Dinamarca. 1999.

[4] Entriken, Robert; Tuohy, Aidan y Brooks, Daniel. “Stochastic Optional Power Flow in Systems with Wind Power”. IEEE (978-1-4577-1002-5-1. EUA. 2011.

[5] García, R.J. et al. “Análisis de Montecarlo para el Estudio de Confiabilidad de la Generación del Sistema de Potencia de El Salvador.”. IEEE-CONCAPAN XXXI. El Salvador. 2011.

[6] Hu, P; Karki, R y Billinton, R. “Development of an Interactive Reliability Model for Wind and Hydro Power Systems”. Electrical Power and Energy Conference-IEEE. Pages 1-6. EUA. 2006.

[7] Huang, Garng y Yishan , Li. “Power System Reliability Indices to Measure Impacts Caused by Trasient Stability Crises”. IEEE. Vol 2, pages 766-771. EUA. 2002.

[8] Grigg, C; Wong, P et al. “The IEEE Reliability Test System- 1996 A report prepared by the Reliability Test System Task Force of the application of probability methods subcommittee” IEEE Transactions on Power Systems. Vol 14, No 3. pages 1010-1020. August 1999.

[9] Gubbala, N and Singh, C. “Models and Considerations for parallel implementation of Monte Carlo Simulation Methods for Power System Reliability Evaluation”. IEEE-Transactions on Power Systems. Vol 10, pages 779-787. EUA. 1995.

[10] IEEE. “Guide for Electric Power Distribution Reliability Indices” Std 1366-2003. IEEE. EUA. 2003.

[11] Kim, Hagkwen y Singh, Chanan. “Composite Power System Reliability Modeling and Evaluation Considering Aging Components”. IEEE. EUA. 2009.

[12] Leite da Silva, Armando et al. “Composite Reliability Assesment Base Monte Carlo Simulation and Artificial Neural Networks” IEEE Transactions on Power Systems. Vol 22, No 3. pages 1202-1209.

EUA. August 2007.

[13] Liu, Yong and Singh, Chanan. “Reliability Evaluating of Composite Power Systems Using Markov Cut-Set Method.” IEEE Transactions on Power Systems. Vol 25, No 2. Mayo 2010.

[14] Magro Caserza, Micaela y Savio, Stefano. “Reliability and Abiability Perfomances of a Universal and Flexible Power Management System”. IEEE pages 2461-2468. Italia. 2010.

[15] Qin, Wenping et al. “Reactive Power Aspects in Reliability Assesment of Power Systems”. IEEE Transactions on Power Systems, Vol 26, No 1. EUA. 2011.

[16] Sagarelli, Sergio. “Traction Power Systems Reliability Concepts”. ASME-IEEE Joint Rail Conference (RTD2004-66012). ASME. EUA. 2004 [17] Schilling, M Th; Billinton, R; Leite da Silva, A M y El-Kady, M A. “Bibliography on Composite System Reliability” IEEE Transactions on Power Systems. Vol 4, No 3.1989.

[18] Sikes, David L. “Comparison between Power Quality Monitoring Results and Stochastic Assessment of Voltages Sags-“Real” Reliability for the Customer”. IEEE. EEUU. 1999 [19] Sugasawa Y, Vidale R.F. y Jin Q. “Analyzing System Reliability Using Non-Regenerative Stocasthic Petri Nets”. IEEE (0-7803-2535-4/95) EUA. 1995.

[20] Van Casteren, Jasper; Bollen, Math y Schmieg, Martin. “Reliability Assessment in Electrical Power Systems: The Weibull-Markov Stochastic Model” IEEE Transactions on Industry Aplications. Vol 36. No 3. mayo/junio 2000. EUA.

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Entrevista

El destino le señaló el camino Ing. César Augusto Bonilla Mora deja huella en el mundo laboral Luis Castrillo Marín Para Revista Mantenimiento

Luego de un poco más de 10 años de trajinar profesional en el capítulo de las “sumas y las restas de la vida”, un joven puriscaleño, quien llegó a la ingeniería empujado por el destino, sacó cuentas positivas de aquella decisión que tomó cuando apenas era un muchacho.

Sin mayor empacho César Augusto Bonilla Mora confesó que nunca tuvo expectativa alguna –negativa, mucho menos positiva- de la carrera de ingeniería en mantenimiento industrial a la que llegó empujado por el destino.

“No puedo decir como otras personas que estudié esa disciplina por tradición familiar; de hecho soy el primer ingeniero de mi familia, que es muy humilde como muchas otras de Costa Rica. Tampoco en la secundaria nadie me informó sobre el tema; por eso, digo que ingresé un poco por instinto, pero la verdad no me arrepiento de aquella decisión: si volviera a nacer haría lo mismo”, recalcó sin visos de inseguridad. Únicamente bastó el empujoncito del profesor de la Escuela de Matemática del Instituto Tecnológico de Costa Rica (TEC), Alberto Marín, quien impartió una charla en el Liceo de Puriscal donde estudiaba Bonilla Mora, para que el futuro ingeniero terminara de convencerse de cuál era su camino en el Alma Máter.

“El conferencista nos llevó unos folletos y otra información que me terminó de convencer, al punto que ni siquiera hice el examen de la Universidad de Costa Rica; de una sola vez me enfilé hacia el Tecnológico, incluso fui el único de mi generación en el Liceo de Puriscal que decidí estudiar esta ingeniería en el Tecnológico; por eso, cuando me dijeron que estaba admitido, fui el joven más feliz del mundo”.

La trayectoria educativa de este especialista en soluciones integrales de alta tecnología para sistemas de vapor se inició en la Escuela Darío Flores de Santiago de Puriscal; luego siguió en el liceo académico de ese cantón y posteriormente, en 1996, llegó al TEC. Pero en el camino del mundo rural a la Vieja Metrópoli se interpusieron obstáculos que parecían insalvables.

“Para ser honesto, el paso del colegio a la universidad fue muy duro, durísimo; no estaba acostumbrado a vivir solo y a asumir todas las responsabilidades que eso implica; viví medio año en Hatillo 6 con un familiar y de ahí viajaba a Cartago pero no logré adaptarme, esa fue una experiencia que me marcó mucho y dejé de estudiar. Regresé en el segundo semestre de 1997, pero viajaba desde Puriscal. En el año 98 me fui a vivir a Cartago hasta terminar la carrera en el año 2002”.

El futuro ingeniero se autoproclama como “hijo” de una época de transición en la historia de la Escuela de Ingeniería de Mantenimiento del TEC porque disfrutó de recibir formación con algunos de los más renombrados profesores de la escuela del siglo pasado, de los cuales muchos ya no imparten lecciones. Además vio morir las viejas estructuras donde

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apenas despuntaba la informática, fue testigo del surgimiento de la web como herramienta de trabajo académico y, finalmente, se egresó en pleno boom de la Internet metida en todos los rincones de la academia.

Capacidad para adaptarse En el 2002 salió de las aulas del TEC para empezar a sortear los desafíos del mundo laboral en la empresa Pipasa, en el cantón de San Rafael de Alajuela, específicamente en la plantas de proceso de carnes (donde se manufactura pollo y su derivados de la marca Kimby). La planta de proceso posterior fue consumida por un incendio en febrero del 2003.

La fatalidad lo puso al frente de un enorme reto que consistió en recomponer la obra mecánica de la planta mediante el diseño e implementación de las facilidades de aire, vapor, agua caliente y potable para que la planta pudiera volver a operar nuevamente.

“Fue un trabajo muy intenso, pero que me permitió valorar muchísimo uno de los grandes pluses de los ingenieros tecnólogos y que consiste en que poseemos una gran versatilidad, junto con una enorme capacidad para adaptarnos a muy diversos escenarios. No vivimos de dogmas, tampoco de conceptos en el aire sin aplicación a la realidad, porque nos formaron siempre pensando en buscar respuestas”.

En las gestiones para volver a poner en operación la planta de Pipasa conoció a los representantes de la firma Morano, una empresa asentada en el Barreal de Heredia que posee la representación de marcas líderes de mercado como Armstrong International que tiene su cuartel general en Michigan (Estados Unidos) con una historia de 102 años proveyendo alta tecnología para sistemas de vapor.

La llegada a esa firma se produjo en el 2003, cuando asumió el desarrollo de las marcas asociadas y brindó decenas de capacitaciones en Costa Rica y Nicaragua gracias a entrenamientos recibidos en Estados Unidos, México y Colombia.

“Pienso que Dios me puso en el camino de esta profesión; además, he tenido la dicha de haber estado en una Escuela que me permitió asumir con éxito muchos proyectos, en vista de que por mi trabajo debemos atender muchos clientes de muy diversas áreas, desde la industria de las bebidas, hasta el sector lácteo y muchos más que componen nuestra industria nacional”.

En la actualidad tiene bajo su mando la Oficina de Ingeniería de Monaro, que se divide en dos áreas: la división de proyectos y la de servicios. La primera de ellas ejecuta proyectos bajo la modalidad “llave en mano” y la segunda se enfoca en la solución de problemas muy puntuales, como la gestión personalizada del mantenimiento para cada cliente.

“La profesión tiene un gran futuro, máxime ahora con las aperturas comerciales, por ejemplo con China; sin embargo, debemos ir un paso adelante y reforzar algunas áreas en la Escuela de Ingeniería de Mantenimiento, como la preparación en aspecto básicos de programación y de gestión de proyectos. El uso de las herramientas informáticas se volverá cada vez más intenso y debemos estar preparados para que el ingeniero del futuro pueda participar más en diseño; si a eso le agregamos que se ofrecerá un profesional que integre variables financieras a las soluciones en las plantas, seguramente nos podremos “vender aun mejor”.

Para Bonilla Mora los nuevos escenarios de la economía mundial y la llegada de grandes flujos de inversión al país abren grandes oportunidades para la ingeniería de mantenimiento, cuyo profesional hace mucho tiempo se quitó de encima el estigma de ser “el hombre que arregla los chunches” para convertirse en pieza fundamental de la estrategia de negocios de una compañía moderna y globalizada.

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Impacto de la tecnología en el mantenimiento (Primera parte)

Juan C. Hidalgo B., BSEE, MBA juan.carlos@termogram.com

La importancia del monitoreo de la condición a. El mantenimiento predictivo o basado en la condición Es conocido también como mantenimiento según el estado, o basado en la condición (MBC). Se caracteriza principalmente porque para su ejecución se utilizan diferentes tipos de instrumentos y equipos de registro y diagnóstico, mediante los que se capturan los parámetros de operación y con los cuales se predice la condición en la que se encuentra operando la maquinaria; sus resultados permiten ajustar el programa de intervenciones.

• Ventajas o Disminuye la tasa de salida forzada o Alta confiabilidad o Alta disponibilidad o Prolonga la vida útil de los equipos o Disminuye el inventario de repuestos • o o o

Desventajas: El costo de la inversión en los equipos de diagnóstico es alto El costo de inversión en el servicio contratado es alto Requiere de personal especializado y experimentado

El mantenimiento predictivo detecta la degradación en componentes críticos en tiempo real y permite a los encargados planear acciones correctivas antes de un paro no programado.

Los beneficios de un mantenimiento predictivo incluyen: • Ahorros acumulados al poder utilizarse óptimamente el recurso • Reducción del paro no programado del recurso • Reducción del almacenamiento innecesario de partes de repuesto y su costo por obsolescencia La figura 1 muestra cómo el mantenimiento basado en la condición llega a generar beneficios netos después de dos años de aplicarse en forma periódica. EL estudio lo llevó a cabo el Energy Power Research Institute (EPRI) en Estados Unidos.

En otro estudio del EPRI en Estados Unidos, se estimaron los costos por HP instalados, en los tres tipos de esquema de mantenimiento que existen (en $): • Mantenimiento reactivo (correctivo):

$17 - $18 • Mantenimiento preventivo:

$11 - $13 • MBC:

$7 - $9

Figura 1: Retorno de la Inversión - Programa MBC (Estudio EPRI)

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Entre las tecnologías más modernas para MBC, tenemos: la termografía infrarroja, análisis por vibraciones mecánicas, análisis de aceite, análisis de características eléctricas de motores y alineación de ejes.

Cualquier compañía, por pequeña que sea, debería usar alguna de estas tecnologías con el fin de bajar sus costos por el mantenimiento de los equipos.

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5/3/2011 3:18:00 PM

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De las tecnologías anteriormente mencionadas, la termografía infrarroja es la que sobresale debido a su gran campo de aplicación; se puede aplicar a equipos rotatorios, hidráulicos, eléctricos, hornos, fluidos, etc. Para equipo rotatorio sobresale el análisis por vibraciones y últimamente se está considerando al alineamiento de ejes como una técnica predictiva debido a la necesidad del personal de planta de estar realizando verificaciones de alineación rutinariamente.

Avances tecnológicos en termografía infrarroja Las primeras cámaras para uso comercial fueron fabricadas por AGA alrededor de 1964, eran tipo escáner y se enfriaban con nitrógeno líquido.

La radiación infrarroja ingresa a través de un lente y es enfocada hacia un detector de InSb (indio antimonio) enfriado por nitrógeno líquido por medio de una serie de espejos y prismas. La electrónica asociada al detector amplifica y acondiciona la señal e introduce factores de corrección como temperatura reflejada, emisividad y alguna desviación por temperatura ambiental.

La figura 3 muestra el diagrama interno de esta cámara (tipo escáner), la cual contenía otros accesorios no mostrados como: la fuente de poder (sin baterías) y tanques para el nitrógeno líquido. Por su peso y tamaño, la cámara tenía que ser llevada en un automóvil para realizar la inspección.

La figura 2 muestra una termografía infrarroja de 1964 así como el tamaño de la Thermovision 660 fabricada por AGA, Suecia.

Figura 2: Thermovision 660 en una Subestación - Puntos calientes

b. Detector infrarrojo El detector es el corazón de un instrumento infrarrojo. Los detectores sensan la energía infrarroja y producen señales eléctricas proporcionales a la temperatura del objeto en estudio.

Arreglo de plano focal (Focal Plane Array-FPA) Ventajas Menos peso comparado con el escáner mecánico Más portátiles con mejoría en la vida de la batería Resolución excelente

Desventajas Complejos Requieren de enfriamiento Tiempos de encendido largos

Micro bolómetros (detector FPA sin enfriamiento) Ventajas Mecánica simplificada, mejoría en la confiabilidad

Desventajas Estabilidad interna en la temperatura, factores de llenado bajos

Tabla 1: Tipos de detectores.

Figura 3 . AGA - Cámara Thermovision 660

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Las cámaras más compactas tienen detector Focal Plane Array (FPA), en tanto que las fabricadas con FPA enfriado fueron introducidas al mercado comercial en 1987. Hasta 1997, después de varios años de uso militar, se tuvo acceso comercialmente a los FPA no enfriados o micro bolómetros.

Los parámetros más importantes son la resolución y la sensitividad térmica y constante de tiempo del detector.

1) Resolución y sensitividad térmica En términos de espacio o geometría, la sensivitidad térmica es una medida del detalle apreciable por el detector, y se mide por la cantidad de pixeles en dirección horizontal por la cantidad de estos en dirección vertical. Se entiende que una mayor resolución implica mayor cantidad de pixeles

Figura 4. Cámara de alta definición de 640x480 pixeles. Modelo P660 cortesía de FLIR.

Con la fabricación de detectores con tecnología de 17 micrones se han logrado alcanzar a nivel comercial resoluciones de 1024 x768 pixeles, por ejemplo FLIR X8000sc; sin embargo, a nivel militar se tiene una resolución superior. Las ventajas de una mejor resolución permiten al termógrafo: • Encontrar problemas pequeños a mayores distancias • Encontrar problemas no encontrados con cámaras de menor resolución • Las inspecciones infrarrojas son realizadas con mejor eficiencia, se puede cubrir la misma área con menos imágenes.

• Las inspecciones y generación de reportes son más rápidas La figura 5 muestra la diferencia entre distintos detectores con resoluciones distintas. Esto impacta notablemente la medición de temperatura; en la imagen de 120x160 la temperatura medida fue de 52 Celsius; en la imagen de 240×480 la temperatura medida fue 68 Celsius; y en la de 640×480 la temperatura medida fue 78 Celsius.

Claramente se aprecia un mejoramiento en la medición de temperatura con la cámara de mayor resolución.

Por otro lado, la sensitividad térmica, o el cambio mínimo detectable por el detector, es considerado uno de los parámetros más importantes en termografía y se expresa en términos de temperatura: un valor bajo implica que la sensitividad del detector es alto. La forma más común se expresa como NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) y se mide en Kelvin o en Celsius. Una alta sensitividad mostrará imágenes más nítidas.

La figura 6 muestra una comparación entre distintos detectores con la misma resolución, siendo la imagen de 50 mK la que tiene menor ruido térmico. Aunque las cámaras tienen igual resolución, la diferencia importante es el factor de llenado en el detector de 50 mK. Este es construido con espacio entre pixeles más pequeño, lo cual se traduce en menos fotones perdidos o ruido térmico; la calidad de la imagen es clara con respecto a la de 100 mK. Las ventajas para el termógrafo: • Observará problemas donde antes no los había • Acceso a aplicaciones científicas • Imágenes más claras 2) Constante de tiempo del detector Con los nuevos tipos de detectores, la constante de tiempo del detector es hoy en día uno de los parámetros más importantes en el

Figura 5. Imágenes a diferentes resoluciones de un seccionador a 11 m. Cortesía de FLIR.

Figura 6. Diferencias en la sensitividad térmica para distintos detectores con la misma resolución. Cortesía de FLIR.

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Figura 7. Imágenes con detectores con tiempos de respuesta distintos. Cortesía de FLIR.

diseño de un detector infrarrojo y superior a la importancia de otros.

Con los nuevos detectores y sus estructuras tan delgadas se tienen cámaras con constantes de tiempo muy cortos y tiempos de respuesta muy rápidos. Usualmente, los tiempos de respuesta de miden en milisegundos. A manera de ejemplo, para una FPA que opera a 30 Hz su tiempo de respuesta no debería de exceder de 10 ms (es aceptado como normal 1/3 de la tasa de actualización de cuadros o “Frame Rate”).

Estas constantes cortas permiten que las cámaras infrarrojas produzcan imágenes de calidad superior y puedan capturar objetos en movimiento con mayor definición y claridad.

En la figura 7 se observan dos imágenes de dos cámaras con actualización de cuadros de 60Hz, pero con tiempos de respuesta diferentes.

La imagen de la derecha es de 7 ms (1000/7=142Hz) y la izquierda es de 12ms (1000ms/12ms=83Hz).

Figura 8. Ubicación de filtro de 10 micrones para "ver" gas SF6. Cortesía de FLIR.

c. Nuevas tecnologías Para beneficio del especialista en termografía se han desarrollado nuevas tecnologías y aplicaciones que nunca se imaginó poder tener.

3) Cámaras infrarrojas que “ven” nubes de gas Se han desarrollado cámaras que visualizan nubes de gas, no solo potencialmente peligrosas para el ser humano sino para la atmósfera.

Entre los gases de efecto invernadero más peligrosos tenemos al SF6, usado hoy en día como aislante eléctrico en más del 80% de subestaciones en el mundo.

También se han desarrollado cámaras que “ven” nubes de hidrocarburos, para ambientes peligrosos como refinerías, centros de distri-

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Figura 9. Fuga gas butano de 3 gramos/hora.

bución de combustibles (gas, gasolinas, etc.) y plantas de generación geotérmica con turbinas encapsuladas en pentano.

Los métodos de detección de gas involucran usualmente el uso de un “sniffer” o detector infrarrojo de gas.

Las cámaras GF tienen detectores cuánticos enfriados a -100 Celsius con enfriadores Stirling, siempre muy portátiles; a estas cámaras se les colocan filtros dependiendo del gas a observar, con el fin de “empatar” la respuesta espectral de la cámara con el “pico” espectral de absorción del gas a “ver”. La figura 9 muestra la ubicación espectral del gas SF6 alrededor de 10 micrómetros.

La mayoría de hidrocarburos absorben la energía infrarroja alrede13:53 dor de 3,4Revista.pdf micrones; 1a la10/04/13 cámara se le instala un filtro en esa banda.

C

M

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CY

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Figura 10. MSX-Imagen izquierda visual filtrada en altas frecuencias; a la derecha, la fusión resultante con la infrarroja

4) Cámaras con mejoramiento térmico de imagen MSXtm Las cámaras con tecnología MSX logran mejorar los detalles con bajo contraste, aumentan la profundidad y textura y permiten leer rótulos o etiquetas en una imagen infrarroja.

La técnica toma la imagen visual normal, la pasa por un filtro para altas frecuencias y suprime los gradientes de mayor escala o detalle; luego la fusiona con la imagen infrarroja normal y al final se obtiene una imagen infrarroja con mayor definición. Los especialistas en termografía serán capaces de determinar mejor la fuente del problema con esta tecnología.

5) Wi-Fi y software para dispositivos móviles IDC predice que para el 2013, las tabletas y los teléfonos inteligentes tendrán una participación de cerca del 60% del mercado de tecnología. Y las minitabletas como la iPad mini o la Nexus, entre otras, tendrán un crecimiento del 42% en el 2013.

Lo anterior demuestra que la movilidad es cada día más importante en nuestras labores cotidianas. IDC confirma que en los próximos cuatro años los usuarios visitarán más el Internet con equipos móviles que con computadoras.

Hoy en día se han desarrollado sistemas para tabletas y smartphones que se comunican vía Wi-Fi con capacidad de crear reportes de termografía completos, con comentarios y análisis que pueden ser enviados al instante.

En muchos casos se está ante una anomalía severa y el enviar un informe a los tomadores de decisión, para intervenir el sistema en falla a tiempo, se evita no solo daños catastróficos sino que también permite salvar vidas humanas.

Los diez ladrones de tu energía

(*)

Tenemos una carga de energía asignada, Armstrong le llamaba los latidos contados de cada cual; es nuestra responsabilidad utilizarla con medida y no desperdiciarla.

Somos conductores de la fuerza divina, tendremos acceso a ella siempre y cuando estemos conectados conscientemente, eliminando algunas interferencias: 1- Deja ir a personas que solo llegan para compartir quejas, problemas, historias desastrosas, miedo y juicio de los demás. Si alguien busca un cubo para echar su basura, procura que no sea en tu mente.

2- Paga tus cuentas a tiempo. Al mismo tiempo cobra a quien te debe o elige dejarlo ir, si ya es imposible cobrarle. Las deudas no caducan con el tiempo, aunque la ley te proteja; sé responsable, es mejor hacer un plazo de céntimo a céntimo, que perder tu preciada energía y tu palabra.

3- Cumple tus promesas. Si no has cumplido, pregúntate por qué tienes resistencia.

Siempre tienes derecho a cambiar de opinión, a disculparte, a compensar, a renegociar y a ofrecer otra alternativa hacia una promesa no cumplida; aunque no como costumbre. La forma más fácil de evitar el no cumplir con algo que no quieres hacer, es decir no desde el principio.

4- Elimina en lo posible y delega aquellas tareas que no prefieres hacer y dedica tu tiempo a hacer las que sí disfrutas. Aunque no debes de huir de responsabilidades y no todo el tiempo es factible, muchas veces por puro control o por no darnos el permiso, seguimos perdiendo tiempo en nimiedades y abandonando lo verdaderamente significante en nuestras vidas.

5- Date permiso para descansar si estás en un momento que lo necesitas y date permiso para actuar si estás en un momento de oportunidad. La naturaleza, tiene ritmos y tu vida también. No actuar en el momento erróneo te quita energía y no parar cuando lo necesitas, también.

6- Tira, recoge y organiza, nada te toma más energía que un espacio desordenado y lleno de cosas del pasado que ya no necesitas. Uno por uno, toma cada papel, cada recuerdo y hasta cada sueño y elige.

7- Da prioridad a tu salud, sin la maquinaria de tu cuerpo trabajando al máximo, no puedes hacer mucho. Toma sol por las tardes, medita, respira, báñate en el mar, haz ejercicio en la naturaleza, escucha tu cuerpo y elimina las toxinas.

8- Enfrenta las situaciones tóxicas que estás tolerando, desde rescatar a un amigo o a un familiar, hasta tolerar acciones negativas de una pareja; y toma la acción necesaria. Resignarte a una situación y sentirte que no tienes control, sólo conseguirá drenarte.

9- Acepta. No es resignación, pero nada te hace perder más energía que el resistir y pelear contra una situación que no puedes cambiar. Entregar a Dios, siempre puedes elegir tu camino y fluir sin apegos hasta llegar a tu orilla a salvo.

10-Perdona, deja ir una situación que te esté causando dolor, siempre puedes elegir dejar el dolor de recuerdo.

Estar conectados a Dios y su amor es la fuente más grande de energía, mientras que los miedos, el rencor y la ira son los bloqueadores más frecuentes. Enfócate en el presente, vivir en el pasado o vivir en el futuro, solo te drena del presente.

Recuerda que tienes una fortuna, se te ha dado una cuenta con latidos de vida, úsalos con conciencia, no los desperdicies y serás feliz, latido por latido.

Figura 11. Aplicación para tabletas y smartphones iOS y Android-FLIR Tools Mobile. Cortesía de FLIR.

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* Enviado por Internet por Xinia Cerdas Segura.