Evaluación de confiabilidad en generación distribuida

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(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electroenergética. TRABAJO DE DIPLOMA Título: Evaluación de Confiabilidad en Generación. Distribuida Autor:. Relvis Navarro Pardo. E-mail: relvis@uclv.edu.cu Tutor: MsC. Alberto Limonte Ruíz Dpto. de Electroenergética Facultad de Ingeniería Eléctrica. UCLV E-mail: limonte@uclv.edu.cu Santa Clara 2008 “Año 50 de la Revolución”.

(3) . Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Eléctrica autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. . Firma del Autor. Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. .. .. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Dpto. Donde se defiende el trabajo. . Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) TAREA TÉCNICA Trabajo de diploma: Evaluación de la Confiabilidad en. Generación Distribuida Plan de Trabajo: Trabajo de diploma: Título a desarrollar por el diplomante ‘‘Evaluación de la Confiabilidad en Generación Distribuida’’ Revisión bibliográfica relacionada confiabilidad, definiciones y conceptos, índices, métodos para su evaluación en general y en particular para los SEP y la generación distribuida. Realizar una estancia en emplazamientos de generación distribuida de la provincia Villa Clara para adquirir conocimientos relativos a la explotación y mantenimiento de los mismos, así como diagnosticar el estado de la recopilación de información sobre eventos de fallo en los mismos. Valorar qué índices de confiabilidad pueden evaluarse a partir de la información disponible hasta la fecha en dichos emplazamientos y calcularlos, analizando los resultados y proponiendo soluciones a problemas encontrados. Realizar el informe escrito del trabajo.. . Diplomante. . Tutor.

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(6) “…emplearse en lo estéril cuando se puede hacer lo útil; ocuparse en lo fácil cuando se tienen bríos para intentar lo difícil, es despojar de su dignidad al talento. Todo el que deja de hacer lo que es capaz de hacer, peca.” José Martí.

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(8) Me gustaría agradecer a todas aquellas personas e instituciones que de una forma u otra contribuyeron a la realización de este Trabajo de Diploma. Quisiera mencionar especialmente a mi tutor Alberto Limonte, a mis compañeros de grupo y a todo el colectivo de profesores de nuestra facultad..

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(10) Dedico este trabajo de forma especial a mi madre, a mi padre, a mis hermanos, mi sobrina, mi novia y a todos aquellos que de una forma u otra me motivaron y ayudaron en la culminación de mis estudios universitarios..

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(12) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD Resumen. Resumen La generación distribuida es una política estatal y de hecho una realidad en el país dentro del marco de la llamada Revolución Energética. Uno de los aspectos beneficiosos que se le señala a esta forma de generación lo constituye el aumento de la confiabilidad. Es por tanto necesario tener criterios reales, evaluados a partir de la experiencia acumulada hasta el momento para evaluar este aspecto. Además también se ha fijado como estrategia de mantenimiento. para. dicha. generación. distribuida. la. conocida. como. Mantenimiento Centrado en Confiabilidad, que es otra razón para justificar la necesidad de profundizar en la temática de la evaluación de la confiabilidad. En el presente trabajo se recogen los aspectos relacionados con el estado del arte de la evaluación de confiabilidad en los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEP) a través de una amplia y actualizada bibliografía. Además se brindan los resultados de un diagnostico critico efectuado en los emplazamientos de grupos electrógenos diesel de la provincia Villa Clara así como los valores de algunos los índices de confiabilidad aplicables a esta parte de los SEP para los años 2006 y 2007.

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(14) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD Índice. Índice Introducción………………………………………………................1. Capítulo I: Marco teórico…………………………………..6 1.1 Introducción……………………………………………………6 1.2 Definición de confiabilidad…………………………………..6 1.3 Conceptos básicos de confiabilidad……………………….8 1.3.1 Función general de confiabilidad…………………………8 1.3.2 Definición de fallo y modos de fallo…………………….10. 1.4. Razón de Fallo y Tiempo Medio Entre Fallos……………13 1.4.1 La Razón de Fallo (λ) Observada………………………...14 1.4.2 El Tiempo Medio entre Fallos Observado (Mean Time Between Failure MTBF) Observado……………………....15 1.4.3 El Tiempo Medio para Fallar (Mean Time To Fail, MTTF) Observado…………………………………………………….16. 1.5 .Vida media……………………………………………………16 1.6 Índices para la evaluación de Confiabilidad en Sistemas Eléctricos………………………………………………………17 1.7 Modelos y técnicas empleados para la evaluación de la confiabilidad…………………………………………………..21 1.8 Problemas reportados con la disponibilidad y obtención de datos necesarios para la Evaluación de Confiabilidad…...22 1.9 Análisis general de la literatura encontrada……………….23 Conclusiones Parciales del Capítulo l……………………..………24.

(15) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD Índice. Capítulo II: Diagnóstico del estado de la evaluación de la confiabilidad en La Generación Distribuida en emplazamientos provincia Villa Clara……………………26 2.1. Introducción…………………………………………………..26 2.2 Datos generales de los Grupos Electrógenos Diesel en la provincia Villa Clara…….…………………………………...26 2.3 Método empleado…………………………………………….27 2.3.1Encuesta………………………………………………………..28. 2.4. Resultados de la encuesta en el emplazamiento Sta Clara 110 kV…………………………………………………………30 2.4.1 Características de los motores diesel……………………31 2.4.2 Generador……………………………………………………..31 2.4.3 Respuestas a otras preguntas sobre el grupo…………32 2.4.4 Modelo del reporte de fallos……………………………….34. Conclusiones Parciales del Capítulo II…..……………………….37. Capítulo III: Determinación de índices de confiabilidad en emplazamientos de Grupos Electrógenos Diesel de Villa Clara…………………………………………………………39 3.1 Introducción…………………………………………………….39 3.2 Razón de fallo promedio (λ)…………………………………..39 3.3 Duración de interrupción o salida promedio (r)……………..43 3.4 Índice Duración anual de salida de servicio (U)………….....47 3.5. Criterios sobre otros índices y su evaluación en la GD…...48 Conclusiones parciales Capítulo lll..……………………………….48. Conclusiones Generales……………………………………50.

(16) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD Índice. Recomendaciones…………………………………………..52 Bibliografía Anexos.

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(18) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. 1. Introducción. Introducción General De los Sistemas Eléctricos de Potencia (SEPs) en la actualidad se espera que sean capaces de suministrar energía eléctrica a sus consumidores con un elevado grado de fiabilidad, al tiempo que sean económicamente viables o efectivos para la empresa suministradora que en el caso de Cuba es la Empresa Estatal “Unión Nacional Eléctrica” (UNE). Un componente importante dentro de los SEPs lo constituye la llamada “Generación”, referencia genérica a las fuentes o plantas en que se produce la energía eléctrica a partir de otros tipos de energía. En su concepción clásica los SEPs unificados (interconectados), emplean una generación compuesta por plantas (térmicas de diferentes combustibles. e. hidroeléctricas, fundamentalmente) de relativamente alta capacidad ubicadas en solo algunos puntos específicos de los mismos e interconectadas a sus consumidores a través de líneas de transmisión, subtransmisión y distribución y que planteaban numerosos retos, como la reducción de las pérdidas de transmisión, del costo de cada MW de capacidad instalado en plantas y al mismo tiempo la fiabilidad del servicio prestado. En forma general en esa concepción de la producción y distribución de la energía eléctrica, las fuentes están alejadas de sus consumidores, lo que implica mayor longitud de las líneas de transmisión y la necesidad del empleo de múltiples subestaciones transformadoras, en las cuales están presentes las llamadas “perdidas” y además y sobre todo la “fragilidad” relativa de sus componentes (estructuras de las líneas aéreas) ante fenómenos naturales (ciclones tropicales) y sociales( guerras, accidentes provocados por el hombre). La Generación Distribuida (GD) es una tendencia mundial a partir de la liberalización de los mercados eléctricos. Esta ha sido justificada por la necesidad en la competencia por dichos mercados, de lograr una alta prestación del servicio al consumidor, con una economía satisfactoria para el productor y el consumidor. En Cuba la GD es una política estatal que en el marco de la Revolución.

(19) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. 2. Introducción. Energética persigue hacer más flexible y económica la producción, transmisión y distribución de energía eléctrica y es de data relativamente reciente (2005). Por lo tanto es un tema en el cual la experiencia acumulada en los múltiples campos del conocimiento relacionados con la misma es aún insuficiente. La necesidad de encontrar e implementar nuevas fuentes de energía, dados los pronósticos acerca de la duración de los yacimientos de combustibles fósiles al ritmo de explotación de los mismos que la civilización moderna muestra en la actualidad es otra de las aristas en el empleo de la Generación Distribuida Una de las ventajas señaladas a la GD radica en la fiabilidad y su efecto sobre la continuidad del servicio a los consumidores. La fiabilidad está indisolublemente ligada al Mantenimiento, visto este último de forma integral. En trabajos anteriores se ha abordado ya el tema del mantenimiento.. Situación problémica La política del país en medio de la Revolución Energética, referente al empleo de la Generación Distribuida (GD) como solución a los problemas de la generación presentados por la estructura previa del Sistema Electroenergético Nacional (SEN) y la necesidad impostergable del ahorro de recursos energéticos, materiales y financieros conlleva para su éxito una política de mantenimiento adecuada que satisfaga los requerimientos técnicos necesarios para elevar la confiabilidad de operación al mismo tiempo que considere aspectos económicos imprescindibles... En. la. actualidad. está. definida. como. estrategia. de. mantenimiento para la Generación Distribuida (GD) la conocida Metodología RCM (Reliability Centered Maintenance) que como su nombre indica consiste en la implementación del Mantenimiento basado en la Confiabilidad (MCC), de ahí que sea vital evaluar este aspecto. Queda claro entonces la necesidad de estudiar y evaluar la confiabilidad de la Generación Distribuida..

(20) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. 3. Introducción. Pregunta científica ¿Qué índices de confiabilidad se pudieran emplear y como se determinarían para la toma de decisiones en la implementación del Mantenimiento Centrado en Confiabilidad en la Generación Distribuida internacionalmente y en específico en los emplazamientos de grupos electrógenos diesel de la Provincia Villa Clara, en qué estado está esta temática y de qué información se dispone para su evaluación, cuáles y cómo se pueden evaluar y qué aporte pueden brindar a la implementación del MCC?. Hipótesis Si se analiza y organiza adecuadamente la información disponible se podrán establecer qué índices de confiabilidad, cómo deben ser calculados y qué métodos de análisis de fiabilidad resultan más adecuados para la situación de la Generación Distribuida en el país, con un enfoque sistémico que facilite la aplicación de la política establecida de Mantenimiento Centrado en Confiabilidad y la evaluación de las herramientas que actualmente se conoce se emplean para corroborar dicha hipótesis se plantea el siguiente objetivo general.. Objetivo general Lograr la recopilación y análisis de la información necesaria para poder acometer la propuesta de qué índices de fiabilidad deben considerarse en la Generación Distribuida en el país, la metodología para su evaluación y el diagnóstico de la situación actual en la provincia Villa Clara mediante la valoración crítica de las herramientas de software que se emplean para la recopilación estadística de los eventos de fallo..

(21) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. 4. Introducción. Objetivos específicos h Redactar el Marco Teórico histórico-referencial necesario como base para definir los índices de confiabilidad en general y en específico para la Generación Distribuida en el país. h Diagnosticar el estado teórico y práctico de las herramientas para la evaluación de dichos índices en la Generación Distribuida en Villa Clara. h. Evaluar. indicadores. de. confiabilidad. en. la. Generación. Distribuida. fundamentalmente en grupos Diesel de la provincia Villa Clara proponiendo la metodología para su evaluación. Una vez terminado este trabajo se logra: 3 Marco teórico o estado del arte de los índices de confiabilidad en la Generación Distribuida, con énfasis en el país. 3 Un Diagnóstico crítico del estado actual de los índices de Fiabilidad en la generación Distribuida en el país. 3 Valores de algunos índices de confiabilidad en Grupos Electrógenos Diesel de la provincia Villa Clara y propuestas para mejorar la recopilación de información para lograr su evaluación. El trabajo se estructura en tres capítulos: El Capítulo I refleja los resultados de una amplia búsqueda bibliográfica, con una revisión crítica de la misma, relativa al estado del arte de la temática de la confiabilidad y los índices y métodos para su evaluación, con énfasis en los Sistemas Eléctricos de Potencia y en específico en la Generación Distribuida. Dicha búsqueda incluyó el uso de herramientas como el Software “EndNote” y prácticamente toda es de los últimos 10 años. En el Capítulo II se recogen los resultados del diagnóstico efectuado a la evaluación de la confiabilidad en los grupos electrógenos de la provincia Villa.

(22) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. 5. Introducción. Clara (diesel solamente) con un análisis crítico del modelo de reportes de fallos que se emplea actualmente. Por último en el Capítulo III se expone la metodología seguida para la evaluación de algunos índices de confiabilidad y los resultados comparativos de los mismos en los años 2006 y 2007 para tres sistemas de los emplazamientos de la provincia Villa Clara. Además se dejan claras orientaciones sobre cómo evaluar esos índices en otros sistemas o subsistemas y por grupos, baterías y emplazamientos..

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(24) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. -6–. Capítulo I: Marco teórico 1.1 Introducción En este Capítulo se presenta el marco teórico de la evaluación de confiabilidad en Sistemas Eléctricos de Potencia (SEPs) en general y en la Generación en especial, tratando de establecer las bases para su definición y empleo en las nuevas formas o conceptos de generación conocida como “Generación Distribuida”. Para ello se definen los conceptos, índices y métodos empleados para la evaluación de la confiabilidad. Mediante los resultados de la búsqueda bibliográfica efectuada a tal efecto se definen los conceptos fundamentales así como los índices, sus clasificaciones y los métodos empleados para su evaluación. Vale la pena insistir en la importancia vital de la confiabilidad para la adecuada operación, economía y planificación de los SEPs y sus diferentes componentes. Tal es así que en el mundo moderno la estrategia de mantenimiento. con más resultados en industrias tan importantes como la. aeronáutica, la generación de electricidad en plantas nucleares y por ejemplo; en Cuba definida como política para la Generación Distribuida, es la conocida como. Mantenimiento. Centrado. en. Confiabilidad. (MCC),. en. la. cual. evidentemente es necesario primero poder evaluar la confiabilidad.. 1.2 Definición de Confiabilidad Es importante comenzar con la definición del concepto de confiabilidad. De varias definiciones encontradas se considera por el autor del presente trabajo; la brindada por una reconocida autoridad en la materia (Billinton 1970) Confiabilidad:. “Es. la. probabilidad. de. que. un. dispositivo. realice. adecuadamente la función para la cual está destinado durante un periodo de tiempo planificado o esperado bajo las condiciones de operación encontradas” Como se ha señalado en itálicas en la definición el concepto de confiabilidad involucra explícitamente al término probabilidad, y por lo tanto debe quedar claro que en el terreno de la confiabilidad y su evaluación será necesario el.

(25) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. -7–. empleo de la teoría de las probabilidades muestra de la necesidad e importancia del uso de la teoría de las probabilidades en la evaluación de la confiabilidad como se puede apreciar en (Billinton and Bertling 2001) . En este marco, un punto importante que debe reconocerse cuando se trata de hacer evaluaciones y predicciones de la confiabilidad es que: •. La aplicación de la teoría de las probabilidades no conduce al pronóstico de tiempos precisos ni eventos discretos; las probabilidades, las esperanzas matemáticas y los promedios son determinados y usados como criterios de adecuación.. Estos parámetros pueden tomar varias formas, como: •. La probabilidad de que una pieza o parte de un equipo estará operando por un período de tiempo dado.. •. La duración de salida o pérdida de carga esperada debida a un fallo.. •. Las pérdidas o ganancias debidas a un fallo.. •. El promedio o número de fallos esperados que ocurrirán en un período de tiempo especificado.. •. El tiempo promedio entre fallos.. Otro elemento a destacar en esta definición es el relativo al criterio de funcionamiento adecuado (realización adecuada de la función para la que está destinado), el cual es materia de valoración o apreciación en ingeniería. Esto comprende la investigación detallada de los modos de fallos de cada componente del sistema. Un fallo del sistema no es solamente una pérdida en continuidad o una catástrofe; la presencia de voltajes o frecuencias no satisfactorios son también violaciones del funcionamiento adecuado del Sistema. La definición mencionada también envuelve el tiempo necesario para la operación, el cual puede ser continuo, como es el caso de medios de las líneas de transmisión, o esporádico en naturaleza, como es el caso de las unidades de reserva en caliente o los grupos electrógenos de la GD en Cuba lo que puede ser medido incluso en ciclos de operación más que en unidades de tiempo..

(26) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. -8–. Las condiciones de operación por último, pueden ser casi constantes o extremadamente variables. Las condiciones de operación de facilidades a la intemperie tales como componentes de subestaciones por ejemplo, son extremadamente variables y las razones de fallo de sus componentes pueden aumentar considerablemente en períodos lluviosos o de tormentas. Las razones de fallo de los componentes están estrechamente relacionadas al nivel de estrés provocado por las condiciones ambientales en las que dichos componentes funcionan.. 1.3 Conceptos básicos de Confiabilidad Aunque no es propósito de este trabajo cubrir toda la materia relacionada con la confiabilidad, sí se considera necesario exponer los elementos esenciales para la comprensión de lo que en posteriores capítulos se tratará, para un mayor grado de profundidad ver (Billinton 1970). 1.3.1 Función general de Confiabilidad La confiabilidad R(t) puede ser expresada según : 1. R (t ) = e. ∫. − λ ( t ) dt 0. (1.1). donde la razón de fallo λ(t) es también una función del tiempo. Ahora bien, si λ es una constante, entonces R ( t ) = e − λt. (1.2). Este es el primer término de la expansión de Poisson. La experiencia ha demostrado que muchos componentes y especialmente los componentes electrónicos siguen un patrón de fallos relativamente normal con el tiempo. Este patrón básico es ampliamente mencionado en la literatura del tema y reconocido como la “curva de la bañadera” y se muestra en la figura 1.1 debajo.

(27) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. -9–. Figura 1.1 Razón de fallo en función del tiempo (λ vs. t) típica de componentes electrónicos. (Tomado de (Smith 2001) Por solo ilustrar otro comportamiento típico de la razón de fallo, en este caso para elementos o componentes mecánicos se muestra el mismo en la figura 1.2 debajo:. Figura 1.2 Razón de fallo en función del tiempo (λ vs t) típica de componentes mecánicos (Tomado de Billinton 1970).

(28) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 10 –. La región I en la figura 1.1 es conocida como fase de “mortalidad infantil” o de “debugging o mejoras” y generalmente puede deberse a errores de fabricación o diseños inapropiados. Como puede apreciarse la razón de fallos decrece con el tiempo. Durante la fase de vida útil o de operación normal (región II en la figura 1.1), la razón de fallo es constante y se asume que los fallos ocurren por pura casualidad. La distribución exponencial negativa o simplemente distribución exponencial es válida solamente en esta región. La región III representa la fase de “desgaste o envejecimiento” y está caracterizada por un rápido incremento de la razón de fallos con el tiempo. La densidad de fallo en esta región es muchas veces representada por la Distribución Normal o de Gauss, aunque en ocasiones también se emplean para su representación otras distribuciones como la Gamma y la de Weibull (Bertling 2002). 1.3.2 Definición de Fallo y Modos de Fallo Antes de introducir varios parámetros de Fiabilidad es esencial que la palabra ″fallo″ sea completamente definida y comprendida. A menos que el estado fallado de un ítem sea definido, es imposible explicar el significado de Calidad o de Fiabilidad. En la literatura consultada existen varias definiciones de fallo y una de ellas es según (Smith 2001): Fallo: No conformidad con algún criterio de actuación o comportamiento definido. Refinamientos que diferencian entre si términos tales como defecto, mal funcionamiento, fracaso, fallo y rechazo son en ocasiones importantes en cláusulas de contratos y en la clasificación y análisis de datos pero no debe permitirse que oscurezcan el asunto. Estos términos simplemente incluyen o excluyen fracasos por tipo, causa, grado, o uso. Para cualquier definición específica de fracaso no hay ambigüedad en la definición de confiabilidad. Dado que el fracaso o fallo es definido como una desviación de una.

(29) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 11 –. especificación entonces; revisando la definición de fracaso, esto implica un cambio en la especificación de actuación o comportamiento. Esto es explicado mejor a través de un ejemplo. Considérese la figura 1.3 que muestra dos válvulas en serie en una línea de proceso. Si la confiabilidad de este "sistema" debe ser evaluada, entonces se pudiera preguntar por las razones de fallo de las válvulas individuales. La respuesta pudiera ser, dígase, 15 fallos por un millón de horas (ligeramente menor que 1 fallo en 7 años). Una inferencia pudiera ser que la confiabilidad del sistema es de 30 fallos por cada millón de horas. Sin embargo, la vida no es tan simple. Si la pérdida de suministro de esta línea de proceso está siendo considerada, entonces la razón de fallo del sistema es mayor que la de una simple válvula, debido a la naturaleza serie de la configuración. De hecho esta es el doble de la razón de fallo de una válvula. Sin embargo, dado que el fallo “pérdida de suministro” está siendo específico acerca del requerimiento (o especificación) una cuestión adicional aparece con respecto a los 15 fallos por cada millón de horas de operación. ¿Se refiere esta razón de fallo a la condición de bloqueado (No paso), siendo el modo de fallo de componente el que contribuye al modo de fallo del sistema que interesa? Sin embargo, muchos modos de fallo están incluídos en los 15 por cada millón de horas y bien pudiera ser que la razón de fallo para modos que provocan "No paso" es, de hecho, 7 por cada millón de horas.. Figura 1.3 Esquema de dos válvulas de control de flujo para definición de razón de fallo Tabla 1.1 Razones de fallo por millón de horas de los diferentes modos de fallos de las válvulas del ejemplo de la figura 1.4.

(30) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. MODO DE FALLO. - 12 –. RAZÓN DE FALLO (POR MILLÓN DE HORAS). Fallo al cerrar. 7. Fallo al abrir. 3. Pérdidas a la atmósfera (falta de 2 hermeticidad) Lentitud al moverse (para abrir o 2 cerrar) Fallo del Interruptor límite para operar. 1. Total. 15. Por otro lado, supóngase que se está considerando la pérdida de control que conduce a una sobrepresión "aguas abajo" antes que una "pérdida de suministro". Entonces la situación cambia significativamente. Primero, el hecho de que ahora existen dos válvulas mejora en lugar de empeorar la confiabilidad, para este nuevo modo del sistema. Este es otro subconjunto de la razón de fallo de 15 por millón de horas, dígase, 3 por millón de horas. Ahora se necesita un cálculo diferente para la confiabilidad del sistema y esto es explicado en (Smith 2001) (Capítulos 7 al 9). La Tabla 1.1 muestra la descomposición típica de razones de fallo para varios modos de fallo de control de las válvulas en el ejemplo. El punto esencial en todo esto es que la definición de modo de fallo determina totalmente la fiabilidad del sistema y dicta los datos de modo de fallo requeridos al nivel de componente. El ejemplo arriba planteado demuestra lo dicho en una forma sencilla, pero en el análisis de equipos mecánicos y eléctricos complejos el efecto de los requerimientos definidos para la confiabilidad es más sutil.. 1.4. Razón de Fallo y Tiempo Medio Entre Fallos Los requerimientos son raramente expresados mediante la especificación de valores de fiabilidad o de mantenibilidad. Existen parámetros útiles.

(31) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 13 –. relacionados tales como Razón de Fallo, Tiempo Medio entre Fallos y Tiempo Medio para Reparar que son más fácilmente descritos. La figura 1.4 brinda un modelo para el propósito de explicar la Razón de Fallo.. Figura 1.4 El símbolo normalmente utilizado para la Razón de Fallo (Billinton 1970; Smith 2001) es λ (Lambda). Considere un lote de N ítems y que, en cualquier tiempo t, un número k de dichos ítems ha fallado. El tiempo acumulativo, T, será Nt si se asume que cada fallo es repuesto cuando ocurre mientras que en un caso de no reposición T está dado por:. T = ⎡⎣t1 + t2 + t3 K tk + ( N − k ) t ⎤⎦. (1.3). Donde t1 es la ocurrencia del primer fallo, y así sucesivamente.. 1.4.1 La Razón de Fallo (λ) Observada Esta es definida (Smith 2001) como: …”para un período de tiempo establecido en la vida de un ítem, la razón del número total de fallos al tiempo acumulado total observado”… Si λ es la razón de fallo de los N ítems entonces la λ observada está dada por:. λˆ = k T. (1.4).

(32) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 14 –. El signo ^ (sombrero de hat en Inglés) es muy importante dado que este indica que k/T es solo un estimado de λ. El valor verdadero será revelado solo cuando todos los N ítems han fallado. Para profundizar acerca de inferencias sobre λ a partir de los valores de k y T ver Capítulos 5 y 6(Smith 2001). Debe notarse además que el valor de λ es un promedio para el período en cuestión. El mismo valor puede ser observado con razones de fallo crecientes, constantes y decrecientes. Esto es análogo al caso del motor de un auto cuya velocidad entre dos puntos es calculada como la razón de la distancia recorrida al tiempo invertido en recorrer dicha distancia aunque la velocidad puede haber variado dentro de ese intervalo de tiempo. Así la razón de fallo solo tiene sentido para situaciones en la que esta es constante. La razón de fallo, la cual tiene la unidad de t -1(ó 1/t), es expresada a veces como un por ciento por 1000 horas y en ocasiones tiene un número multiplicado por una potencia de diez negativa. Teniendo el mismo valor son ejemplos los siguientes:. ♦ 8500 por 109 horas(8500 FITS) ♦ 8.5 por 106 horas ♦ 0.85 por ciento por 1000 horas ♦ 0,074 por año. Nótese que estos ejemplos tienen cada uno solo dos cifras significativas. Es raras veces justificado exceder este nivel de exactitud, particularmente si las razones de fallo están siendo usadas para llevar a cabo una predicción de confiabilidad (Smith 2001) La base más comúnmente usada es la de por 106 horas (un millón) dado que como puede verse en el apéndice I, esta brinda el rango más conveniente de coeficientes con el rango desde 0.01 hasta 0.1 para microelectrónica, pasando por el rango de 1 a 5 para instrumentación, y de las decenas a los cientos para piezas de equipos más grandes. La base de por 109, llamada como FITS, es en ocasiones usada para microelectrónica donde todas las razones son pequeñas. La base de datos de British Telecom, HRD5, utiliza esta base dado que la misma se concentra en.

(33) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 15 –. microelectrónica y ofrece valores algo más optimistas comparados con otras bases. Algunas tablas de estas bases pueden consultarse en (Smith 2001).. 1.4.2 El Tiempo Medio entre Fallos Observado (Mean Time Between Failure MTBF) Observado. Figura 1.5 Ciclo de tiempo mostrando un determinado periodo con las altas y bajas de un ítem Este es definido por (Billinton 1970; Smith 2001; Bertling 2002; Tsao and Chang MAY 2003) . Se escoge la del segundo y es como sigue: “Para un período establecido de vida de un ítem el valor medio de la longitud de tiempo entre fallos consecutivos, calculado como la relación del tiempo total acumulado al número total de fallos” Si (θ) es el MTBF de N ítems, entonces el MTBF observado está dado por fórmula. De nuevo el símbolo hat (^) indica un estimado puntual y todos los otros señalamientos son también aplicables. El uso de T/k o k/T para definir θˆ y λ̂ conducen a la inferencia de que. θ =1 λ. (1.5). Esta igualdad debe ser tratada con precaución dado que esta es inapropiada para calcular razón de fallo a menos que esta última sea constante. Esto es demostrado por (Smith 2001).

(34) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 16 –. 1.4.3 El Tiempo Medio para Fallar (Mean Time To Fail, MTTF) observado Este es definido como sigue (Billinton 1970; Smith 2001; Bertling 2002): …” Para un período establecido en la vida de un ítem, es la razón del tiempo acumulado al número total de fallos”... De nuevo esto es T / k. La única diferencia entre MTBF y MTTF es en su empleo. MTTF es aplicado a ítems que no son reparados, tales como rodamientos o transistores, y MTBF a ítems que son reparados. Debe recordarse que el tiempo entre fallos excluye el tiempo de parada. Por lo tanto MTBF es el tiempo medio de Alta o Funcionando entre Fallos. En la Figura 1.5 este es el promedio de los valores de (t).. 1.5 .Vida media Esta es definida como la media de los tiempos para fallar donde a cada ítem le es permitido fallar. Esto siempre es confundido con MTBF y MTTF. Es importante comprender la diferencia. Los índices MTBF y MTTF pueden ser calculados sobre cualquier período, tal y como por ejemplo, el confinado a la porción de razón de fallo constante de la Curva de la Bañadera (Figura 1.1). Por otro lado, la vida media debe incluir el fallo de todos y cada uno de los ítems y por lo tanto toma en cuenta el. desgaste final de la curva. Estos. términos son iguales solo para situaciones con razones de fallo constantes. Para ilustrar la diferencia entre MTBF y el tiempo de vida se puede establecer los criterios siguientes: *Un Fósforo, el cual tiene una vida muy corta pero un alto MTBF (pocos fallos, por lo tanto un gran ahorro de tiempo es previsto para un número de golpes dado para encenderlo).

(35) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 17 –. *Un cuchillo plástico, el cual tiene una relativamente larga vida (en términos de desgaste) pero un pobre MTBF (fallan frecuentemente). 1.6 Índices para la evaluación de Confiabilidad en Sistemas Eléctricos En la búsqueda bibliográfica efectuada, en función del parámetro que se quiere valorar (confiabilidad) aparecen diferentes índices para la medición de la misma; así. (Billinton 2006) plantea que los índices de confiabilidad de un. Sistema Eléctrico de Potencia (SEPs) como un todo pueden ser clasificados (tomando como base el tiempo) en dos tipos básicos designados como:. •. Índices predictivos. •. Índices de comportamiento pasado.. Los indicadores predictivos brindan información relevante asociada con la confiabilidad futura del SEP y están normalmente asociados con la planificación del SEP. Los Indicadores de comportamiento pasado reflejan la confiabilidad real del SEP pues están relacionados con la operación real del mismo Por ejemplo, este mismo autor reconoce que la totalidad de las empresas eléctricas canadienses están involucradas en el reporte de sus indicadores de comportamiento pasado, empleando los protocolos de Análisis de la Confiabilidad de Sistemas de Potencia de la Asociación de Electricidad Canadiense (CEA) También algunos autores (Wang, Shokooh et al. August 2002; Silva, Manso et al. FEBRUARY 2000) hacen referencia a índices de confiabilidad en términos de costos o económicos como EENS (Expected Energy No Supply)), ECOST (Expected Interrupction Cost), LOLC (Lost of Load Cost) e IEAR (Interrupted energy Assestment Rate) Por otro lado, tomando como base el espacio se habla de índices de confiabilidad del punto de carga (Load Point reliability indexes) e índices de.

(36) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 18 –. confiabilidad del sistema (System reliability indexes) (esto para sistemas de distribución según (Bertling 2002; Wang, Shokooh et al. August 2002) Así se tienen como índices básicos de confiabilidad del punto de carga según (Wang, Shokooh et al. August 2002) los siguientes:. •. La razón de fallo promedio (λ) (Fallo / año). •. La duración de interrupción o salida promedio (r ) (horas / fallo). •. La duración anual de salida de servicio (U) (h / año). Según (Bertling 2002) los índices de confiabilidad del punto de carga son esos mismos más:. •. Pérdidas de energía promedio (LOE) (en Kwh./año). Dentro de los indicadores más comúnmente empleados para la evaluación de la confiabilidad de los sistemas eléctricos (Bertling 2002; Billinton 2006; Fangxing Li, Freeman et al. AUGUST 2003; Billinton and Pan October 2004) se encuentran: SAIFI (System Average Interruption Frequency Index) Índice de la frecuencia de interrupciones promedio del sistema.. SAIFI =. Total _ de _ Interrupciones _ al _ Cliente = Numero _ Total _ de _ Clientes. ∑ λiNi ∑ Ni. (1.6). Con: λi = Cantidad de fallos en el punto de carga i Ni = Número de clientes conectados al punto de carga i SAIDI (System Average Interruption Duration Index) Índice de la duración de las interrupciones promedio del sistema..

(37) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. - 19 –. Capítulo I: Marco teórico. SAIDI =. Suma _ de _ las _ duraciones _ de _ las _ Interrupciones _ al _ Cliente = Numero _ Total _ de _ Clientes. ∑UiNi ∑ Ni. (1.7) donde: Ui = Tiempo de rotura esperado anualmente del punto de carga i Este Índice de confiabilidad es usado como medida de comportamiento para comparar las estrategias de interrupción. Usado como medida de comportamiento desde que las estrategias de restablecimiento primeramente tuvieron un impacto en el tiempo de interrupción anual experimentado por los clientes. Además es uno de los índices de confiabilidad más comúnmente usados por los servicios eléctricos. CAIFI (Costumer Average Interruption Frequency Index) Índice de la frecuencia de interrupción promedio al cliente.. CAIFI =. Numero _ Total _ de _ Interrupciones _ Al _ Cliente ∑ λiNi = Numero _ Total _ de _ Clientes _ Interrumpidos ∑ Nai. (1.8). Nai = Número de clientes afectados en el punto de carga i. CAIDI (del Inglés Costumer Average Interruption Duration Index) Índice de la duración de las interrupciones promedio al cliente.. CAIDI =. Suma _ de _ la _ duracion _ de _ las _in terrupciones _ al _ Cliente = CAIDI = Numero _ Total _ de _ Interrupciones _ al _ Cliente. (1.9) CTAIDI (del Inglés Customer Total Average Interruption Duration Index). ∑UiNi ∑ λiNi.

(38) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. - 20 –. Capítulo I: Marco teórico. Índice de duración de las interrupciones al cliente =. ∑UiNi ∑ Nai. (1.10). Número total de clientes interrumpidos AENS (del Inglés Average Energy Non Supplied) Energía promedio no suministrada por cliente servido.. AENS =. Total _ de _ Energía _ dejada _ de _ Servir = Total _ de _ Clientes _ a _ Servir. ∑ LOEi ∑ Ni. (1.11). LOEi = Energía no servida en el punto de carga i. (del Inglés Lack Of Energy) ASAI (del Inglés Average Service Availability Index). Horas _ de _ Servicio _ Disponible _ al _ Cliente = Horas _ de _ demanda _ de _ Servicio _ del _ Cliente (1.12). ASAI =. ∑ Ni *8760 − UiNi ∑ Ni *8760. Otros índices referidos a la evaluación de la confiabilidad de los SEPs vistos como un todo (Bulk Electric System (BES)), teniendo en cuenta la variabilidad de los mismos reportados en (Billinton 2006) son: SARI: Medida de la duración promedio de la interrupción en el punto de entrega, o de salida (envío). En esencia, representa el tiempo promedio de restablecimiento para cada interrupción en el punto de entrega.. SARI =. Duración _ Total _ de _ Todas _ las _ Interrupciones Número _ total _ de _ Interrupciones. (1.13). DPUI: índice de no disponibilidad en el punto de entrega (del Inglés Delivery Point Unavailability Index) (en minutos de sistema).

(39) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. DPUI =. Total _ de _ energia _ no _ su min istrada C arg a _ pico _ del _ Sistema. - 21 –. (1.14). Algunos de los índices mencionados se relacionan entre sí; así por ejemplo note que CAIDI y CAIFI incluyen el total de clientes que sufren interrupciones, por lo que cada cliente individual se cuenta solamente una vez a pesar del número de veces en que el suministro se le interrumpe. No obstante, esto no se aplica al CAIDI donde todas las interrupciones por cada cliente se cuentan. Además los índices se relacionan de acuerdo a lo siguiente.. CAIDI=. SAIDI SAIFI. Y. CAIDI=. CTAIDI CAIFI. (1.15). Además de los índices ya tratados aparecen en la literatura (Borges May 2001) con bastante frecuencia los siguientes: •. LOLE (loss of load expectation). •. LOLP (loss of Load Probabilility). •. LOLD. •. EPNS. •. EENS. 1.7 Modelos y técnicas empleados para la evaluación de la Confiabilidad Para realizar análisis de confiabilidad o de los eventos de fallos en sistemas eléctricos se han creado modelos abstractos (Bertling 2002) que empleen más un lenguaje matemático (ecuaciones) que modelos físicos del mundo analógico (como la representación mediante planos de una red). Un modelo abstracto puede ser de uno de los dos tipos siguientes: •. Determinístico: la. realidad es aproximada o descrita. mediante. ecuaciones matemáticas (ejemplos hay muchos en la literatura clásica de la ingeniería eléctrica, como por ejemplo los modelos que describen.

(40) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 22 –. el comportamiento de redes eléctricas como circuitos RLC mediante las respectivas ecuaciones diferenciales) •. Estocásticos o aleatorios: el comportamiento desconocido esta incluido en el modelo, por ejemplo, la no coincidencia de un forma de onda. •. voltaje con una forma puramente sinusoidal para el análisis de estos comportamientos aleatorios es usada la teoría de las probabilidades. Como todo análisis matemático, el análisis de confiabilidad se centra primero en la modelación matemática del problema y luego en encontrar soluciones para el problema empleando el modelo antes hallado. Más aún, el modelo puede ser usado para resolver el problema matemáticamente y directamente (modelo analítico) o indirectamente mediante experimentos numéricos (método de simulación). En el caso del modelo analítico hay dos técnicas fundamentales para la evaluación de confiabilidad, estas son(Bertling 2002): 1. Modelación de redes ( mas comúnmente usada) 2. Modelación Markoviana. 1.8 Problemas reportados con la disponibilidad y obtención de datos necesarios para la Evaluación de Confiabilidad Según (Li, Chiang et al. AUGUST 2002) los reportes de confiabilidad del servicio juegan un importante rol en la administración de los SEPs. Esto tradicionalmente es confeccionado a mano y compuestos de información de diferentes fuentes objetivas y subjetivas, lo cual da lugar a la presencia de errores, con un fuerte componente humano. Por otro lado (Billinton and Pan October 2004) también reconoce la importancia de la estadística histórica para la evaluación del comportamiento de la confiabilidad de los sistemas de distribución en este caso. Por su parte (Kim and Chanan Singh February 2002) plantean que debido a la insuficiencia o las imprecisiones, los datos de entrada para los índices de fiabilidad contienen incertidumbres por su naturaleza. Los valores de la razón.

(41) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 23 –. de salida forzada (FOR del Inglés Forced Outage Rate) de unidades de generación para calcular uno de los índices de confiabilidad (LOLE) no son valores puntuales sino los mejores estimados puntuales cuando se considera la incertidumbre de determinados datos basados en disponibilidad y pronósticos. Esto da pie a que apliquen técnicas de inteligencia artificial como la Lógica Fuzzy para la determinación de LOLE Como se verá en próximos capítulos esto también es una problemática actual en asunto que aborda el presente trabajo.. 1.9 Análisis general de la literatura encontrada Como puede apreciarse el tema de la confiabilidad y su evaluación es un tema ampliamente abordado en la literatura especializada, desde la década de los 70 del siglo pasado, pero para los SEPs como un todo, en los últimos años se nota un marcado interés por el tema en la parte de los sistemas de distribución nótese por ejemplo que una buena parte de la bibliografía citada corresponde a los años entre el 2000 y el 2006. Dentro de los autores que más han trabajado este tema está sin dudas Roy Billinton, del cual aparecen alrededor de 10 publicaciones en la muestra analizada y recogida en el trabajo, por lo que se tienen siempre muy en cuenta sus criterios. Uno de los trabajos más completos de los que se pudieron consultar es realizado por Lina Bertling (Bertling 2002) Dentro de las publicaciones se destacan la IEEE Transactions on Power Systems y otra; que se encuentra citada en múltiples ocasiones en la bibliografía que se pudo consultar, es la IEEE Transactions on Reliability, pero a esta no se pudo acceder por no estar disponible en ninguna fuente al alcance del autor del presente trabajo..

(42) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. - 24 –. Como el tema que interesa al trabajo en cuestión es el de la evaluación de la confiabilidad en la generación distribuida es importante resaltar que de todas las publicaciones consultadas solo dos abordan de alguna manera el tema, una es (Bae May 2007) de la cual solo se pudo acceder al resumen, sin embargo se incluye aquí para hacer notar la fecha de la misma, lo que a juicio del diplomante es un indicio de que el tema de la evaluación de la confiabilidad en la generación distribuida es un tema que está empezando a atraer la atención de los especialistas en estos temas, dada lo reciente de la temática en cuestión. La otra es (Billinton and Karki NOVEMBER 2001) aunque hace referencia a sistemas aislados y que emplean fundamentalmente fuentes no convencionales como la generación eólica y la fotovoltaica.. Conclusiones Parciales del Capítulo l A modo de conclusiones del presente Capítulo se pueden plantear las siguientes: •. El tema de la evaluación de la confiabilidad es de gran importancia para la correcta explotación y planificación de los SEP, tanto desde el punto de vista técnico como del económico.. •. La evaluación de la confiabilidad es un tema complejo, que requiere en muchos casos un arduo trabajo de acopio y registro de datos para poder evaluar los diferentes índices involucrados.. •. La cantidad de índices de confiabilidad reportados en la literatura es significativa, así como las técnicas para su evaluación, sin embargo hay que decir que no se han podido encontrar criterios específicos para su aplicación en la generación distribuida.. •. La evaluación de la confiabilidad en su devenir histórico ha contado con mayor fuerza en las partes de generación (grandes plantas) y transmisión de los SEP..

(43) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo I: Marco teórico. •. - 25 –. En los últimos 8 años aparecen numerosas publicaciones en revistas indexadas que indican un mayor interés por la evaluación de la Confiabilidad en la Distribución, este interés se reconoce en la mayoría.. •. De los casos que se debe a la liberalización de los mercados eléctricos en los países capitalistas y fundamentalmente en los de mayor desarrollo tecnológico.. •. Por último, puede decirse que hay serios indicios que en atención a la conclusión anterior y al auge de la llamada generación distribuida el tema de la evaluación de la confiabilidad en esta relativamente nueva parte de los SEP comienza a ser motivo de preocupación y ocupación de los especialistas. Esto de hecho justifica ya de por sí la necesidad del presente trabajo, más si se tiene en cuanta que en Cuba esta concepción de la generación es una política estatal..

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(45) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 26 -. Capítulo II: Diagnóstico del estado de la evaluación de la confiabilidad en la Generación distribuida en emplazamientos provincia Villa Clara 2.1. Introducción Como se ha señalado en la introducción de este informe el segundo objetivo específico es el de diagnosticar el estado teórico y práctico de la evaluación de la confiabilidad en la generación distribuida, y para ser más específico en los emplazamientos de grupos electrógenos diesel de la provincia Villa Clara. Para poder cumplir este objetivo es necesario en primer lugar diagnosticar en qué estado se encuentra esta problemática. En el presente capítulo se expone el procedimiento seguido para poder efectuar tal valoración, los resultados obtenidos y los criterios del autor acerca del estado actual de la evaluación de la confiabilidad en los grupos electrógenos (Diesel) en la provincia. 2.2 Datos generales de los Grupos Electrógenos Diesel en la provincia Villa Clara En este epígrafe se pretende dar una visión general acerca de la situación de los Grupos Electrógenos Diesel en la provincia Villa Clara, los datos más importantes se recogen en la Tabla 2.1 Tabla 2.1 Datos generales de grupos electrógenos provincia Villa Clara EMPLAZAMIENTOS. GRUPOS. CARACTERISTICAS. 9. 58. MTU 4000 (56) MTU 2000 (2). Los emplazamientos están distribuidos en la provincia de la forma siguiente: 1. Remedios I (8 grupos MTU 4000) 2. Remedios 2 (8 grupos MTU 4000) 3. Santa Clara 110 kV (8 grupos MTU 4000).

(46) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 27 -. 4. Santa Clara Industrial I (8 grupos MTU 4000) 5. Santa Clara Industrial I (8 grupos MTU 4000) 6. Santo Domingo (2 grupos MTU 2000 y 2 MTU 4000) 7. Cifuentes (2 grupos MTU 4000). 8. Ranchuelo (4 grupos MTU 4000). 9. Placetas (8 grupos MTU 4000). 2.3 Método empleado Aunque es ampliamente conocido vale recordar que estos emplazamientos están formados por baterías de grupos electrógenos, cada uno de los cuales está compuesto por dos partes o subsistemas generales que son: 1. Motor de Combustión Interna (MCI). 2. Generador o Alternador Eléctrico (Máquina sincrónica) Es necesario también aclarar que los grupos electrógenos no son tan simples como un sencillo MCI Diesel acoplado por el eje a un generador eléctrico, sino que incluyen otros varios subsistemas como los correspondientes a: alimentación de combustible, sistemas de enfriamiento y lubricación, sistemas de alarma y control y otros tal y como se muestra en el esquema simplificado de la figura 2.1.

(47) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 28 -. Figura 2.1 Diagrama general con los elementos de un Grupo Electrógeno Diesel Luego de un análisis de la información recopilada en el marco teórico (Capítulo I), y a partir de la experiencia del tutor se decidió realizar una estancia corta del autor en varios emplazamientos de grupos electrógenos de Villa Clara durante los cuales se ganaría en elementos sobre configuraciones, esquemas de trabajo y características de dichos grupos además de otras informaciones para lo cual se preparó una especie de encuesta que, a la luz de lo tratado en el Capítulo I del presente trabajo, tratará de recoger la información más significativa referente al tema de la evaluación de la confiabilidad en los grupos electrógenos en algunos emplazamientos de la provincia Villa Clara.. Encuesta Los motivos para seleccionar cada ítem a incluir en la encuesta se explican como sigue: 1. Un grupo electrógeno, como ya se ha señalado (ver figura 2.1) está formado por dos elementos o subconjuntos básicos, una fuente de energía mecánica que se encarga de convertir la energía latente de un combustible fósil (Diesel en este caso) en energía mecánica, esto es básicamente un Motor Diesel de combustión interna y por lo tanto hay que conocer sus características, a eso va encaminada la primera parte de la encuesta, además se conocía de (Díaz Rivero 2007) que al país han entrado y hay instalados grupos electrógenos de diferentes fabricantes. 2. De la misma fuente citada en el punto anterior también se conocía que los principales problemas. o. causas. de. fallo. estaban. asociadas. con. componentes de los subsistemas de combustible y lubricantes (Ver anexo I) pero además no se conocía si se realizaba algún tipo de comprobación de la calidad de las sustancias empleadas por esos sistemas..

(48) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 29 -. 3. También se consideraba necesario averiguar si habían existido problemas de montaje, alineación u otros durante la instalación, que pudieran haber dado origen a fallos posteriores. 4. Prácticamente. lo. mismo. debía. averiguarse. del. otro. componente. fundamental, esto es, el generador o alternador. 5. Por último, y tan importante como todo lo anterior estaba lo relacionado con el mantenimiento, por su relación reconocida con indicadores de confiabilidad (aspecto que se ha abordado en el Capítulo I) y sobre todo la concepción del modelo de reporte de fallos por cuanto esta sería la fuente básica de datos para la evaluación de razones de fallo, y otros que constituyen la base de la evaluación de la confiabilidad de cualquier sistema. El modelo de encuesta elaborado se muestra a continuación: Encuesta Emplazamiento Batería Identificador del Grupo Electrógeno Datos del Motor de Combustión Interna Fabricante. Potencia. Velocidad. Tipo. Tipo(s) de. Combustible. lubricantes. Problemas presentados durante el montaje (alineación, ajustes, etc):. Tipos de prueba a los combustibles Tipos de prueba a los lubricantes y refrigerantes Datos del generador Fabricante. Potencia. Velocidad. Aislamiento. Tipo(s) de.

(49) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 30 aparente. Excitación. lubricantes. Factor de potencia. Problemas presentados durante el montaje (alineación, ajustes, etc):. Tipos de prueba al Aislamiento Tipos de prueba a los lubricantes y refrigerantes Regímenes de operación Otras preguntas generales sobre el grupo 1. ¿Se conoce qué cantidad de consumidores son alimentados por cada. grupo? 2. Sobre el Mtto: •. ¿Cómo y quién los efectúa?. 3. ¿Cómo se evalúa la disponibilidad? Sobre el Modelo de Reportes de fallos. •. ¿Se identifican claramente los fallos y sus causas?. •. ¿Pueden existir fallos por causas aisladas?. •. ¿Se han podido identificar estas últimas?. 2.4. Resultados de la encuesta en el emplazamiento Sta Clara 110 kV A continuación se expondrán los resultados de la aplicación de la encuesta en el emplazamiento Sta Clara 110 kV, para ello se estuvo asistiendo al mismo por espacio de una semana..

(50) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 31 -. 2.4.1 Características de los motores diesel Fabricante: Mercedes Benz 16 cilindros en v serie 4000 fabricación alemana 1. Potencia nominal: 1889 Kw. (puede soportar una sobre carga del 10 % es decir puede llegar a entregar hasta 1990 kW por cortos períodos de tiempo.) Es importante señalar que por las características de los grupos que no están diseñados para régimen continuo y en Cuba por problemas de emergencia en un principio se utilizaron de forma excesiva el fabricante redujo su potencia a 1827 kW. 2. Velocidad 1800 rpm 3. El combustible que se utiliza es el diesel regular con aditivos (a este no se le realizan pruebas, pero en este emplazamiento se dispone una centrífuga por la cual se pasa el combustible antes de utilizarlo para la generación lo cual elimina hasta cierto punto cualquier impureza que pueda presentar este. 4. El aceite que se comenzó a utilizar a la llegada de los grupos fue el Castrol 15w40. En la actualidad se está empleando el Repsol Extravida 15w40. 2.4.2 Generador Fabricante (MJB-500) Fabricación italiana. Voltaje Nominal 480V Potencia aparente nominal 2360 kVA Frecuencia 60 Hz Velocidad 1800 rpm Factor de potencia nominal 0.8.

(51) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 32 -. En el emplazamiento no pudieron aportar nada sobre la excitación, el aislamiento, pruebas a este, tipos de lubricantes, refrigerantes, ni pruebas a estos últimos.. 2.3.3 Respuestas a otras preguntas sobre el grupo Mantenimiento: En los comienzos todos los mantenimientos los realizaba el grupo empresarial GEYSEL pero desde el mes de abril de 2008 los de poca envergadura lo empezarían a realizar los mismos operarios de los grupos. Estos mantenimientos podían ser: 1. El cambio de aceite, 2. El cambio de filtros tanto de combustibles como de aceite En casos de MTTO de mayor envergadura lo seguirían realizando GEYSEL. Para tener una idea: el cambio de aceite y filtro de aceite se realiza a las 350 horas aunque este no haya presentado ningún problema. El cambio de filtro de combustible se realiza cuando el grupo presente baja presión de combustible, pero también existe un número de horas mínimas para que si en las cuales el filtro no presenta ningún problema también proceder a su cambio estas son 1000 horas. Disponibilidad: En cuanto a la forma de evaluar la disponibilidad se da por sentado que si un grupo ha sido sometido a mantenimiento, o no ha presentado ninguna falla visible desde su ultima operación está ¨disponible¨ aún cuando si se presentan problemas al arrancarlo pudiera estar ¨ no disponible, por esta razón es que además de las.

(52) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 33 -. preguntas de la encuesta se indagó sobre las secuencias de arranque y parada, de lo cual se puede decir lo siguiente: Secuencia para el arranque: El arranque se realiza bajo la supervisión del despacho pues estos grupos son de emergencias, si se orienta el arranque de toda la batería se realiza de forma automática y comienzan a arrancar en un orden que ellos ya tienen predeterminado. Si de lo contrario especifican alguna unidad en particular que quieren que comience a generar, este arranque se realiza de forma manual por el operador. Secuencia de parada: Al igual que con el arranque si se realiza la parada de toda la batería esta se efectúa desde dentro del contenedor de forma automática y con una secuencia de parada, ellos de forma automática también liberan la carga y un tiempo después impuesto por el operador paran las máquinas, si lo que se quiere es detener una máquina específica esto se realiza de forma manual colocando un interruptor que presenta cada grupo en off para que libere la carga y luego se procede a su parada. A la pregunta de si se conoce la cantidad de consumidores que alimenta cada generador o grupos la respuesta fue que por su condición de grupos de emergencias estos están subordinados al despacho provincial que a su vez recibe las indicaciones del despacho nacional, por ejemplo: si el despacho nacional le pide a la provincia 5 MW el despacho provincial. distribuye la misma entre. máquinas de distintos emplazamientos ubicados en lugares diferentes de la provincia hasta completar la potencia pedida, por esta razón es imposible conocer la cantidad de consumidores; esto va a estar relacionado con alguno de los indicadores de confiabilidad que se han descrito previamente en el Capítulo I..

(53) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 34 -. 2.4.4 Modelo del reporte de fallos. En el emplazamiento existe un modelo en el cual se plasman las fallas producidas con los códigos y la posible causa y a partir del cual se informa al nivel correspondiente para su reparación, en las figuras 2.1, 2.2 y 2.3 se muestran aspectos de dicho modelo. Además existe un instrumento denominado AGC (Automated Generation Control por sus siglas en inglés) que en el emplazamiento existe uno de forma general en el cual también aparece reflejado el código de la falla. Con ese código de falla se busca en los manuales brindados por el fabricante y disponibles en cada emplazamiento y se identifica la falla, por ejemplo: •. Alarma 3180 Disparo Interruptor BT ( Baterías en mal estado). •. Alarma 1130 min voltaje en el generador.. •. Alarma 4260 alta temperatura en el devanado L3. Los operarios plantean que se le han dado casos en los que se han producido alarmas con códigos y al buscar en los manuales estos no brindan la información necesaria como para determinar qué originó la falla y por lo tanto no se puede dar ninguna solución hasta ahora ninguna de estas fallas ha provocado la salida del grupo en esos momentos pero no se conoce si esto pueda influir en un futuro en un evento de mayor envergadura. Es necesario aclarar que a la hora de abordar lo correspondiente al modelo del reporte de fallos, que aparecerá en las figuras 2.2 a la 2.4 debajo se podrá apreciar que el mismo modelo se lleva en todos los emplazamientos y que se totaliza de forma similar a nivel de provincia..

(54) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 35 Tipo de. Fabricante. Bermejal Remedios Santa Clara Industrial Placetas Placetas Placetas Santa Clara Industrial Placetas Santa Clara Industrial Remedios Santa Clara Industrial Remedios. Empl Aislado Batería Batería Batería Batería Batería Batería Batería Batería Batería Batería Batería. Ranchuelo Placetas. Emplazamientos. Combustible. # De. Tipo MTU-2000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000 MTU-4000. GE #: G-2 G7 Bat 1 G6 Bat. 2 G-3 G-5 G-7 G4 G6 G4 Bat 1 G7 Bat 2 G7 Bat I G3 Bat 2. Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel Diesel. Contenedor 593705 650905 640605 655205 655605 655305 635605 65555 635605 653605 638505 653405. Batería. MTU-4000. G2. Diesel. 601405. 3904. Batería. MTU-4000. G2. Diesel. 654005. 3065. H de trab 4209 3938 5748 3550 3636 3864 5752 3643 5743 2505 2919 3184. Figura 2.1 Parte inicial del Modelo de reporte de Fallos usado actualmente en los emplazamientos y la provincia En la figura 2.1 se muestra la primera parte del modelo de fallo (primeras columnas), obsérvese que se recogen una serie de datos generales que como puede apreciarse aportan muy poco, exceptuando las horas de trabajo, a la estadística necesaria para la evaluación de confiabilidad. En la figura 2.2 se muestra la continuación (por columnas) del modelo de reporte de fallo, aquí cabe señalar que se han separado los fallos por sistemas. y. subsistemas, lo cual es de utilidad si se considera lo explicado en el Capítulo I sobre los modos de fallo que pueden tener diferentes razones de fallo, en dependencia de que condición se defina como tal..

(55) TRABAJO DE DIPLOMA: Evaluación de Confiabilidad en GD. Capítulo II Diagnóstico del estado de la evaluación de…- 36 -. Sistema. Subsistema. Averiado. Averiado. Descripción de Avería. Alarma Roja 47, Bajo nivel de L/R Sist. L/R Alta temperatura del aceite y L/R Motor Alarma 1110 Protección Sobrevoltaje 2 generador Generador Manguera Manguera de la admisión ponchada Turbocompresor TurbocompresorTurbocompresor Turbocompresor al rojo vivo Electrico Generador Alarma 1130 min voltage en el generador Generador Excitatriz Alarma 1130 min voltage en el generador y estator de la excitatriz abierto. Máx Volt Gen 1 y Gen 2 Generador Sist. L/R Bomba Salidero L/R por las bombas de alta y baja Motor Cilindro Cilindro A3 averiado totalmente con mezcla de L/R en el carter. Generador Fuego en generador y filtros de aire Generador Motor. Exitatriz Biela. Puente de diodos abierto, caja de bolas, exitatriz y escudo Biela B1yB2 fundida. Figura 2.3 Modelo de reporte de fallos (continuación) Un aspecto que llama la atención en estos modelos de reporte de fallo es que no hay una uniformidad en la forma de reportar fallos que en principio parecen idénticos o similares, aún cuando como ya se ha dicho cada emplazamiento tiene los medios necesarios AGC y manuales para identificar las averías con una descripción que supuestamente debía ser uniforme, esto demuestra que el factor subjetivo (preparación y profesionalidad del personal que elabora o llena dichos modelos) es una fuente de incertidumbre. Por otra parte la figura 2.4 muestra la continuación del modelo de reportes, en esta sección de tabla aparecen plasmadas las fechas en las cuales se reportaron las averías así como también la fecha en la cual se le dió solución aportando esto y quedando expuesto en otras columnas de dicha tabla los días y las horas fuera de servicio, siendo estas últimas a razón de cinco horas diarias..