Un sistema eléctrico de potencia (SEP) se podría definir como el conjunto de equipos, dispositivos y elementos que, interconectados adecuadamente, conforman la infraestructura que da soporte a los procesos de generación, transmisión y distribución de la energía eléctrica, con la finalidad de alimentar los centros de carga. Dentro de la variedad de consumidores de energía eléctrica se tienen las plantas industriales, las cuales pueden conectarse al SEP según su requerimiento (tal como se muestra en la Figura 1).

La planta surge, inicialmente, como una idea que se transforma en proyecto para cubrir una necesidad específica de la sociedad; pasa por un proceso de planificación, estudio, diseño, construcción, arranque, operación, mantenimiento, mejoras y desincorporación parcial o total. Dentro del ciclo de vida del activo, se persigue un balance entre costo, riesgo y desempeño. El proceso desde la concepción hasta la desincorporación del activo se muestra en la Figura 2.

En la Figura 1 se observa que la conexión entre el SEP y la planta se realiza a través del sistema eléctrico interno, el cual está sujeto a experimentar fallas aleatorias (averías o fallas operacionales), así como también paradas por mantenimiento preventivo, el que tiene por objetivo minimizar el efecto del envejecimiento (desgaste) de partes y componentes. Si un componente de un equipo es reemplazado al mostrar síntomas de envejecimiento, se infiere que el sistema al que pertenece el componente substituido, solo fallará por azar.

Figura 1. Diagrama de bloque conexión planta industrial al SEP.

Figura 2. Ciclo de vida de un activo.

Los operadores y mantenedores de planta enfocan su atención en las áreas críticas de su propio sistema para mejorar la confiabilidad. En muchos casos, las mejoras de la confiabilidad del sistema se obtienen, sin costo de inversión, mediante la realización de las indagaciones apropiadas.

Una investigación exhaustiva, apropiada, integrada y detallada del sistema eléctrico completo, determinará con precisión los componentes o subsistemas que pudieran estar teniendo una confiabilidad inaceptable. Algunas preguntas generales e importantes se indican a continuación; muchas se aplican tanto a la planta como a la empresa de suministro de energía:

a) ¿Cómo se supone que el sistema funcione?

b) ¿Cuáles son las condiciones físicas del sistema eléctrico?

c) ¿Qué pasaría si ocurrieran fallas en diferentes puntos?

d) ¿Cuál es la probabilidad de un fallo y su duración esperada?

e) ¿Cuál es la duración crítica de una interrupción de energía que causaría pérdidas financieras significativas?

f) ¿Están las cargas críticas separadas de las cargas no críticas?

g) ¿Existe algún riesgo de incendio o de salud a causa de alguna falla eléctrica o pérdida de energía?

h) ¿Algún equipo es vulnerable a peaks o caídas de tensión?

Las respuestas a estas preguntas y otras similares, si son respondidas apropiadamente, se traducirán en ahorros. En una planta industrial, una falla eléctrica podría consumir valioso tiempo de producción ocasionando pérdida de dinero, y pudiera comprometer la seguridad de las personas, afectar el ambiente, así como también la integridad de los equipos.

La ingeniería de confiabilidad es un pilar fundamental del mantenimiento y, por ende, una arista de la gestión de activos; no considerarla ya representa un alto riesgo. En esta disciplina de la ingeniería, existe un marco teórico-conceptual en el que conviven varias metodologías y técnicas para lograr:

1. Caracterizar el estado actual de los equipos y sistemas.

2. Estimar el comportamiento futuro de los equipos, subsistemas y/o sistemas mediante el análisis del historial de fallas, datos de condición y datos técnicos.

3. Identificar acciones de mantenimiento (correctivas, preventivas, predictivas, proactivas o detectivescas) que puedan efectivamente optimizar costos a través de la sistemática reducción de la ocurrencia de fallas.

4. Minimizar las consecuencias de fallas y su impacto en el negocio medular.

5. Entregar insumo probabilístico para realizar los análisis de riesgo y apoyar la toma de decisiones en la gerencia de activo.

Para iniciar el camino sustentable hacia la gestión de activos, las estrategias de mantenimiento y confiabilidad deben estar alineadas con las estrategias del negocio corporativo. La Figura 3 muestra cómo han ido evolucionando los conceptos desde el mero mantenimiento hasta la gestión de activos, destacándose el alcance del concepto con relación a su objetivo de mejora.

Figura 3. Evolución de los conceptos.

Figura 4. Niveles recomendados por la norma IEEE Std 493-2007.

La evaluación de la confiabilidad de un sistema eléctrico existente debería incluir una revisión del sistema en diferentes niveles. La Figura 4 muestra los cinco niveles que la norma IEEE 493-2007 recomienda abordar para realizar el análisis de un sistema en operación.

Fuente de alimentación

La pérdida de alimentación provocará una interrupción en la planta a menos que cuenten para sus áreas críticas con fuentes de alimentación alternas. Los analistas deben evaluar la vulnerabilidad operacional mediante datos históricos de frecuencia, tipo y duración de las interrupciones, así como también con preguntas del tipo “Qué pasa si” (“What if?”) y sopesar sus respuestas. Por ejemplo, una pregunta para indagar acerca del servicio sería:

¿Cuánto tiempo puede estar la planta sin energía si…

1) el transformador principal falla?

2) la alimentación del transformador falla?

4) el fusible o el interruptor de la línea principal se dispara?

5) se abre el interruptor de la alimentación principal ante una falla?

6) el transformador de la instalación principal falla?

7) se interrumpen los alimentadores principales de la instalación?

Figura 5. Beneficios esperados de un estudio de confiabilidad cuando es incluido en el modelo de riesgo y considerado para la toma de decisiones.

La configuración o topología del sistema eléctrico

La configuración o topología del sistema eléctrico, tal como se determina a partir del diagrama unifilar, determina la confiabilidad inherente que se puede obtener del sistema sin añadir o reorganizar componentes.

Sistema de control y protección

Un nivel por debajo de la configuración es el sistema de control y protección. Los controles como esquemas de transferencia de barras y arranque de generadores de reserva de accionamiento automático deben funcionar adecuadamente. Los dispositivos de protección deben estar coordinados de forma selectiva para aislar la carga de partes falladas del sistema.

La instalación física

La configuración física y la ubicación de los equipos eléctricos deben ser revisadas. ¿Está el equipo debidamente protegido ante daños físicos y riesgos ambientales? ¿Las rutas redundantes están dotadas de medios físicos de modo que un fallo importante de una pieza del equipo no pueda propagarse fácilmente a los circuitos o equipos redundantes?

Operación y mantenimiento

Por último, las operaciones y prácticas de mantenimiento (O&M) son fundamentales para lograr o estar cerca de la confiabilidad de diseño del sistema. El mantenimiento preventivo ayuda a reducir la tasa de falla. Políticas efectivas, procedimientos, documentación y el entrenamiento del personal de O&M reduce las fallas o salidas por causas humanas y mejora el tiempo de respuesta.

El beneficio esperado para una planta al realizar un estudio de confiabilidad al sistema eléctrico interno se resume en los siguientes aspectos:

1. Conocer la condición de los equipos o su “estado de salud” considerando vida nominal del equipo, procesos de degradación, condición actual y edad.

2. Estimar la probabilidad de falla de los activos bajo estudio y del sistema a través de un modelo de confiabilidad del sistema.

3. Tener insumos probabilísticos para estimar las consecuencias de las fallas y valorar el riesgo.

4. Modelar escenarios futuros a partir del riesgo estimado y facilitar la toma de decisiones para el plan de inversiones.