Interrupciones y variaciones de voltaje
2. Variaciones de estado estacionario: Sobrevoltajes, bajos voltajes, fluctuaciones del
2.3 Disturbios a frecuencia de potencia
2.3.5 Fuentes generadoras de interrupciones
2.3.5.2 Costo de las interrupciones
Una revisión de algunos de los trabajos enfocados a cuantificar las pérdidas financieras y los riesgos de los problemas de calidad de la energía indican que una cantidad significativa de dinero se gasta anualmente. Los datos investigados por diversos autores confirman que los costos de la calidad de la energía eléctrica varían ampliamente entre diversos tipos de usuarios, no es lo mismo un usuario agrícola pequeño que uno grande, o un usuario industrial pequeño, mediano o grande.
En el sector industrial, los costos de interrupción de procesos productivos pueden variar ampliamente, debido al número potencialmente grande de categorías de productos involucrados y a la complejidad relativa de los procesos de producción para cada tipo de categoría. Capturar los costos anuales de calidad de la energía es un proceso complicado y en realidad sólo pueden ser estimados. Los costos de los problemas y soluciones de la calidad de la energía pueden variar dramáticamente dependiendo de la naturaleza del problema, del
sistema eléctrico existente (robusto o débil) y del tipo, valores nominales y características de funcionamiento electromecánico del equipo comercial o industrial.
La mayoría de los estudios de evaluación económica en ingeniería deben tomar en cuenta las condiciones actuales y las pérdidas asociadas con el no cambio (dejar las cosas como están), el beneficio derivado de las modificaciones en el sistema y el costo de implementar las modificaciones con criterios financieros tales como tasa interna de retorno, costos de ciclo de vida, depreciación, impuestos, etc. En muchos casos, los negocios no llevan a cabo análisis económicos detallados y enfrentarán un problema de calidad de la energía sólo cuando es obvio o crítico. Como resultado, frecuentemente se escoge la solución más rápida sin considerar la tasa de retorno.
Una parte importante al evaluar los costos relacionados con la calidad de la energía es determinar qué, específicamente, está siendo afectado, y dónde, o en qué aspectos de las operaciones del negocio, aparecerán estos costos. Se han realizado algunos esfuerzos para identificar y clasificar los disturbios y otros costos de la calidad de la energía. En el libro naranja de la IEEE (IEEE Std 446 - 1995) se comenta que cualquier pérdida en la producción debida a interrupciones de la energía eléctrica en plantas industriales operando al 100% de su capacidad, resultará en la pérdida directa de la utilidad del producto o servicio que se esté produciendo o proporcionando (Pág. 42). Los tipos más obscuros de disturbios, transitorios no detectados, depresiones y/o elevaciones del voltaje, y distorsión armónica, están frecuentemente asociados con costos ocultos.
Los costos ocultos usualmente resultan de daños o de pérdidas que no son inmediata o fácilmente observados. Los costos de la calidad de la energía pueden mostrarse en muchos aspectos de las operaciones comerciales e industriales. Los costos incluyen trabajos de campo de servicios relacionados con garantías, interrupciones en la fabricación, pérdida de productividad, pérdida de ingresos, decremento en la competitividad, pérdida de oportunidades, daño en el producto, energía gastada y decremento en la vida del equipo (BC Hydro, 2005, Pág. 3).
En un estudio de caso de edificios comerciales, se notó que la mayoría de los costos de la calidad de la energía eran ocultos y podían ser trazados a problemas de alambrado, puesta a
tierra y generación de armónicas por las fuentes de alimentación de las máquinas de oficina dentro de sus instalaciones. Un estudio similar en industrias de procesos mostró que los costos significativos eran tanto identificables como ocultos, y que los costos identificables eran usualmente el resultado de depresiones de voltaje y de transitorios impulsivos, mientras que los costos ocultos tenían su origen frecuentemente en la distorsión armónica producida por impulsores electrónicos de velocidad ajustable (ASD) y a un efecto de amplificación causada por la resonancia con bancos de capacitores (obra citada, Pág. 3).
Ni la calidad de la energía ni la falta de ésta es libre de costo. Como se mencionó antes, una parte importante de la evaluación de los costos relacionados con la calidad de la energía es determinar qué específicamente está siendo afectado y dónde, o en qué aspectos de las operaciones del negocio estos costos afloran. La mayoría de la literatura trata con el costo de interrupciones, disturbios identificables y, por lo tanto, con costos identificables.
Los costos identificables están asociados generalmente con depresiones de voltaje y con anomalías del servicio eléctrico momentáneas o más largas. Los costos identificables son algunas veces referidos como costos directos, e incluyen horas de labor, costos de desperdicios, productos o servicios dañados, costos de retrabajo, costos para reprogramar o reemplazar datos perdidos, costos para volver a correr una prueba en proceso que fue interrumpida y costos de equipo dañado.
Los costos ocultos son algunas veces llamados costos indirectos o costos suaves. Estos reflejan costos de ventas perdidas, costos de falla prematura de equipo, costos de productos o servicios fuera de especificación, costos de impactos en sistemas justo a tiempo (just in time) y costos asociados con mala reputación por falla en la entrega del producto o servicio.
Se han desarrollado algunas ecuaciones para identificar estimaciones aproximadas de costos debidos a disturbios de la energía en los procesos desde un punto de vista de flujo de efectivo, los principales costos identificables y ocultos que necesitan ser cuantificados deberían incluir lo siguiente (BC Hydro, 2005, Pág. 6):
Donde:
TCPD = Costo total de un disturbio de potencia (pesos)
A = Costo de mano de obra de los empleados afectados (pesos)
B = Pérdida del Servicio o producto debido al disturbio de potencia (pesos) C = Costo del rearranque (pesos).
D = Costos ocultos (pesos)
Los valores de A, B, C y D se calculan como sigue:
A = E F (G + H) B = I J
C = K L (G + H) + M J D = N O
Donde:
E = Número de empleados productivos afectados
F = Duración del disturbio o de la interrupción de potencia en horas G = Salario base por hora de los empleados afectados (pesos)
H = Costo de los gastos generales (overhead) por hora por empleado afectado (pesos) I = Unidades de servicios o productos perdidos debido al disturbio de potencia
J = Costo por unidad del servicio o producto perdido o reparado debido al disturbio de potencia (pesos)
K = Tiempo de rearranque, en horas
L = Número de empleados involucrados en el rearranque M = Unidades de equipo dañados debido al rearranque N = Elementos de costos ocultos
O = Pesos / (elemento de costo oculto)
Ejemplo (obra citada, Pág. 6).
Un centro de procesamiento de datos proporciona soporte computacional a 10 localidades remotas para todo el cómputo de negocios. Las aplicaciones incluyen la nómina y el control de tiempos, control de la producción y de los costos, el inventario y la contabilidad general.
Durante el último año ocurrieron 20 episodios de inactividad debido a depresiones del voltaje o de interrupciones momentáneas que duraron desde 30 ciclos hasta unos pocos segundos, los que perturbaron los trabajos productivos por un promedio de 0.6 horas (36 minutos). Típicamente, las transacciones en progreso se perdieron así como las transacciones remotas recientes. La recuperación incluyó la reconstrucción de los archivos de nómina y el encontrar qué se necesitaba para ser reprocesados, después retransmitir los datos correctos desde todos los sitios remotos. Normalmente se registran 10 nuevas ventas cada hora comercial y están valuadas en aproximadamente $2500.00. A = E F (G + H) E = 100 empleados F = 0.6 horas G = $ 150.00/hora H = $ 75.00/hora
A = (100 empleados) (0.6 horas) {($ 150.00/hora) + ($ 75.00/hora)} = $ 13,500.00/episodio
B = I J
I = 200 transacciones perdidas J = $225.00/transacción
B = (200 transacciones perdidas) ($225.00/transacción) = $ 45,000.00/episodio
C = K L (G + H) + M J K = 0.5 horas/rearranque L = 100 empleados G = $ 225.00/hora H = $ 0.00/hora
M = 2 discos malos/fuente de alimentación J = $ 15,000.00/reparación
C = (0.5 horas/rearranque) (100 empleados) ($ 225.00/hora) + (2 discos malos/fuente de alimentación) ($ 15,000.00/reparación) = $ 41,250.00/episodio
N = 6 ventas perdidas O = $ 2500.00/venta perdida
D = (6 ventas perdidas) ($ 2500.00/venta perdida) = $ 15,000.00/episodio
TCPD = $ 13,500.00 + $ 45,000.00 + $ 41,250.00 + $ 15,000.00 = $ 114,750.00/episodio TCPD = ($ 114,750.00/episodio) (20 episodios/año) = $ 2,295,000.00/año
Los métodos comunes para reducir el impacto de interrupciones costosas incluyen fuentes alternativas en el sitio y fuera del sitio. Un usuario final puede instalar fuentes en el sitio tales como fuentes de potencia ininterrumpible (UPS) operadas por baterías o grupos motor- generador, mientras que una compañía suministradora puede suministrar una fuente fuera del sitio que incluya dos alimentadores con un interruptor de alta velocidad que transfiera la carga al alimentador alterno cuando un alimentador falle.