LA INGENIERÍA INVERSA
COMO SOLUCIÓN A LOS PROBLEMAS DE OBSOLESCENCIA
Ana Isabel Recio Sacristán Francisco Javier Aldea Arévalo Empresa: Tecnatom, S.A. Empresa: Tecnatom, S.A.Dirección: Avda. Montes de Oca, 1 Dirección: Avda. Montes de Oca, 1 Teléfono: 91 659 86 00 Teléfono: 91 659 86 00
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Resumen – Esta ponencia trata sobre ingeniería inversa de elementos, componentes o equipos,
como metodología alternativa a las tradicionales vías de acopio de repuestos en las centrales nucleares, en aras de solucionar distintas problemáticas, entre otras y muy fundamentalmente, la obsolescencia. En la misma se incluyen conceptos y aspectos de interés relacionados con la aplicación de un proceso de ingeniería inversa desde diferentes perspectivas, así como una presentación, incluyendo un caso práctico ilustrativo, de capacidades Tecnatom.
1. INTRODUCCIÓN
Es un hecho que las plantas nucleares van envejeciendo generándose un problema de obsolescencias, consecuentemente, éstas necesitan adquirir repuestos o alternativas a los elementos o componentes obsoletos. La desaparición de los fabricantes/suministradores nucleares tradicionales, las políticas en relación a la propiedad de la información de diseño, en definitiva, la falta de documentación de diseño y/o de soporte técnico, e incluso la escalada de precios de los repuestos como consecuencia del mantenimiento de los estándares de calidad requeridos por el Apéndice B, “Criterios de Garantía de Calidad para Centrales Nucleares”, del 10 CFR Part. 50, obliga a las plantas a buscar alternativas viables y válidas para disponer de repuestos, siendo la ingeniería inversa una de dichas alternativas.
2. INGENIERIA INVERSA EN EL SECTOR NUCLEAR
La ingeniería inversa, de aplicación en cualquier sector de la industria, tiene en el sector nuclear sus propias peculiaridades relativas al cumplimiento de unos criterios de diseño, específicos para elementos relacionados con la seguridad nuclear, que van más allá de los meramente dimensionales o relativos a los materiales de fabricación, incluyendo además de características funcionales, requisitos ambientales y sísmicos.
Como es lógico también se pueden aplicar técnicas de ingeniería inversa para elementos no relacionados con la seguridad, en cuyo caso el proceso previsiblemente será más sencillo.
2.1 Breve reseña a la Guía EPRI TR-107372
Una vez decidida la aplicación de técnicas de ingeniería inversa en la consecución de un repuesto, y conocidas las peculiaridades propias del ámbito nuclear, resultan necesarias unas directrices para llevar a cabo el proceso. El documento EPRI TR-107372, “Guideline for Reverse Engineering at Nuclear Power Plants”, define y estandariza un proceso de ingeniería inversa en el ámbito de las centrales nucleares, ofreciendo directrices sobre cuándo y cómo utilizar este tipo de procesos.
El alcance de esta guía está acotado a componentes/elementos mecánicos y eléctricos, y hardware electrónico, quedando excluido el software dada su particular naturaleza que requiere de técnicas de ingeniería inversa específicas.
El documento EPRI TR-107372 define la ingeniería inversa como el “proceso de obtención de información técnica suficiente para duplicar un elemento mediante el examen físico, la medición o prueba de los elementos existentes; la revisión de la información técnica; y/o el análisis de ingeniería”.
La ingeniería inversa de un elemento supone el desarrollo de un proceso con varios hitos (recopilación de toda la información disponible, determinar las aplicaciones de uso final de un elemento o componente, su función, identificar las características críticas para el diseño, análisis de fallos, realizar mediciones y pruebas, …) encaminados a la obtención de la información suficiente para duplicar dicho elemento.
El proceso no cuenta con una secuencia única de ejecución, e incluso no todos los hitos han de estar presentes, esto dependerá de cada caso particular, fundamentalmente del tipo de elemento sometido al proceso (complejidad, relacionado o no con la seguridad, ..).
Tras observar los distintos hitos a cubrir, su naturaleza diversa y los posibles grados de profundización requeridos según caso, es de esperar que una de las claves del éxito del proceso sea la correcta elección del equipo humano asignado al proyecto, necesariamente un equipo multidisciplinar de expertos acorde al elemento objeto y sujeto al proceso de ingeniería inversa.
2.2 Posición de la NRC frente al uso de técnicas de ingeniería inversa
Tal y como se recoge en la guía TR-107372, dos aspectos distintivos y fundamentales a tener en cuenta en todo proceso de ingeniería inversa a desarrollar dentro del ámbito nuclear son, la identificación de las características críticas de diseño de los elementos relacionados con la seguridad, y el desarrollo del proceso conforme a un programa de aseguramiento de la calidad según requisitos establecidos por el Apéndice B del 10 CFR Part. 50.
La importancia de las dos consideraciones apuntadas no es baladí, recientemente la NRC ha publicado una “Information Notice” (IN 2016-09: RECENT ISSUES IDENTIFIED WHEN USING REVERSE ENGINEERING TECHNIQUES IN THE PROCUREMENT OF SAFETY-RELATED COMPONENTS), precisamente alertando sobre el hallazgo de deficiencias en relación al suministro de componentes de sustitución relacionados con la seguridad, donde se utilizaron técnicas de ingeniería inversa para su fabricación.
Las deficiencias, que se traducían en incumplimientos de los programas de calidad según Apéndice B del 10 CFR Part. 50, eran de naturaleza diversa, si bien como resultado tenían el suministro de componentes sin una verificación previa del cumplimiento de los requisitos de diseño relacionados con la seguridad.
El Criterio III “Control del Diseño” del Apéndice B del 10 CFR Part. 50, requiere a centrales, proveedores o contratistas seleccionar los equipos y partes de estructuras, sistemas y componentes, que son esenciales para las funciones relacionadas con la seguridad, y además, verificar la idoneidad de sus diseños, mediante revisión de diseño, cálculos o programas de pruebas.
En tanto en cuanto no exista una regulación en relación a la ingeniería inversa, la NRC contempla el uso de técnicas de ingeniería inversa, según definición del documento EPRI TR-107372, como una herramienta factible a la hora de identificar la información necesaria para fabricar un componente, si bien, una vez fabricado el componente se debe comprobar su idoneidad para la aplicación prevista, en este sentido, es frecuente que las centrales se sirvan de evaluaciones de equivalencia.
La NRC también apunta la necesidad de identificar claramente los requisitos relacionados con la seguridad, en caso de que no lo estén de antemano, antes de proceder a la fabricación, para lo cual se deben adoptar medidas tales como la revisión de la información disponible, el uso de metodologías de cálculo, y exámenes/pruebas del componente original.
3. TECNATOM, SUMINISTRADOR DE REPUESTOS MEDIANTE TÉCNICAS
DE INGENIERÍA INVERSA
En la amplia y varia oferta de servicios de ingeniería ofrecidos por Tecnatom, se halla el suministro de repuestos para centrales nucleares, a nivel nacional e internacional. El suministro a través de técnicas de ingeniería inversa es una línea más, siendo factible brindar el servicio de forma integral (caracterización/ingeniería inversa, fabricación y comprobación de la idoneidad), o bien con un alcance parcial.
De acuerdo con el enfoque de la ponencia, se centrará el desarrollo en la fase de caracterización y aplicación de un proceso ingeniería inversa.
La caracterización de un repuesto mediante ingeniería inversa requiere de la perfecta conjugación de aquellos elementos que se han identificado como piedras angulares en el proceso: agentes participativos, (personal involucrado, incluyendo al destinatario final del servicio, pues si la integración con el cliente, como en cualquier servicio, es fundamental, la colaboración del cliente en estos procesos es imprescindible), recursos materiales (instalaciones, equipos/herramientas, tecnologías), y metodología de trabajo (que confiere al proceso un hilo conductor e integra recursos humanos y materiales).
En relación a las piedras angulares identificadas, Tecnatom:
Trabaja con un equipo humano configurado a medida para cada proyecto concreto, equipo multidisciplinar de técnicos y expertos, propios y externos (“partners” que nos ayudan a cubrir un espectro superior de potenciales necesidades), pertenecientes a diferentes áreas de conocimiento (mecatrónica, materiales, metrología, fabricación, dedicación…), que permiten abordar de forma satisfactoria las diferentes etapas del proceso de ingeniería inversa.
Dispone de recursos materiales y tecnologías para abordar caracterizaciones dimensionales, análisis/ensayos de materiales y otros ensayos/pruebas requeridos por el proceso, disponiendo además de colaboradores, laboratorios de reconocida solvencia, que permiten ampliar dichas capacidades.
Y, actúa de acuerdo con directrices de la Guía EPRI TR-107372, contando con un procedimiento de “Caracterización de Repuestos” auditado y aprobado por el Grupo de Propietarios de Centrales Nucleares Españolas.
A continuación se detallan las capacidades en materia de caracterizaciones dimensionales, análisis/ensayos de materiales y otros ensayos/pruebas.
3.1 Análisis Dimensional
Las distintas unidades técnicas disponen de medios propios para sencillas comprobaciones a partir de instrumentación más elemental (calibres), si bien cuando se precisan mediciones más complejas, más rigurosas o con medios más sofisticados, Tecnatom cuenta con un laboratorio de calibración. Dentro del área de metrología dimensional se verifican mediciones a partir de equipos de medida convencionales (proyector de perfiles, calibres, medidora vertical de una coordenada, comparadores, micrómetros de interiores, micrómetros de espesores, medidores de ovalidad, etc.) En suma, el departamento de nuevas tecnologías
especializado en el uso de herramientas de digitalización 3D (luz blanca estructurada, barrido láser, y fotogrametría), brinda soporte en diferentes aplicaciones ingenieriles, entre ellas y para el caso, caracterizaciones dimensionales de elementos con geometrías complejas con un alto grado de precisión.
Figura 1. Ejemplo del resultado de una Digitalización 3D por Láser. (Manguito Térmico de la Tapa de la Vasija).
Figura 2. Algunos equipos de medida disponibles en Tecnatom para el análisis dimensional.
3.2 Pruebas y Análisis de Materiales
Tecnatom cuenta con un laboratorio de metalografía, en el mismo se verifican Análisis de composición química, Ensayos de estructura metalográfica (Destructivos o no destructivos), Pruebas de dureza y Medida de espesores de recubrimiento.
3.3 Otros Ensayos/Pruebas
El laboratorio de ingeniería de equipos de Tecnatom realiza Ensayos de calificación ambiental y Ensayos funcionales eléctricos y mecánicos. Laboratorios asociados permiten abordar otros tipos de ensayos tales como los de Calificación Sísmica.
Proyector Perfiles Sistema de Digitalización 3D (Luz Blanca Escaneada) Sistema de Digitalización 3D (por Barrido Láser)
5. APLICACIÓN PRÁCTICA DE UN PROCESO DE INGENIERIA INVERSA
El siguiente ejemplo corresponde a un caso de suministro de repuestos para una central nuclear, donde se emplean técnicas de ingeniería inversa. El ejemplo queda acotado a la caracterización de los repuestos, caracterización realizada de acuerdo con un proceso de ingeniería inversa (Según procedimiento RP-03,”Caracterización de Repuestos”, de Tecnatom), no incluyéndose ni la posterior fabricación, ni la verificación de la idoneidad del repuesto fabricado, actuaciones que cerrarían el ciclo de acopio.El objeto de suministro son varios componentes de repuesto pertenecientes a un Enclavamiento tipo TMI, donde dada la desaparición del suministrador nuclear original, el cliente identifica la necesidad de adquirir dichos repuestos mediante la fabricación de los mismos tras un proceso de ingeniería inversa.
Como “imputs” a tener en cuenta, indicar que:
No todos los componentes que conforman el enclavamiento son objeto de suministro.
El cliente aporta una muestra de cada uno de los elementos a suministrar, señalar que no son repuestos originales, ya han estado en servicio.
El cliente entrega planos donde se identifican dimensiones y materiales constructivos, si bien en algún caso no se cuenta con plano acotado, o con la identificación precisa del material. A continuación se describen brevemente los aspectos más destacables en las distintas etapas identificadas en el proceso en relación al ejemplo.
1. Como paso previo y dado que hay una entrega de muestras, se procede a realizar la recepción de las mismas conforme a la sistemática recogida por el programa de calidad. Se realiza un análisis preliminar a partir de la documentación y las muestras entregadas por la planta.
2. Se identifica la aplicación de uso final y la función. El enclavamiento está ubicado en una válvula de compuerta perteneciente a un tren de filtrado de un sistema de ventilación del anillo de la contención. La función del conjunto, del enclavamiento, consiste en impedir la apertura o el cierre de la válvula cuando no procede. También se identifican las funciones de cada uno de los componentes a suministrar dentro del conjunto (alojamiento para cerradura, cerradura, soporte de la cerradura, pin de centraje para impedir el movimiento del eje de la válvula, …).
3. En este punto ya se pueden identificar las características críticas para el diseño. Se lleva a cabo un análisis de fallo desde el punto de vista funcional a fin de determinar características críticas del diseño. Por ejemplo y entre otras, es “crítica” la interfase entre enclavamiento y válvula, o sea, es crítico el ajuste entre una chaveta objeto de suministro que forma parte del enclavamiento y el vástago de la válvula, y se da la circunstancia de que el vástago ni es objeto de suministro, ni se dispone de información (medida precisa). Luego, este aspecto es un punto destacable, a documentar, para ser tenido en cuenta durante el proceso.
4. Se recopila y revisa toda la información disponible, identificándose las deficiencias documentales (falta de información). En el ejemplo hay elementos que carecen de plano, no están dimensionados por tanto, y en un caso no se identifica el material constructivo.
5. Se efectúan mediciones y pruebas.
En todos los casos se llevó a cabo una caracterización dimensional de los elementos entregados, comprobando las dimensiones obtenidas experimentalmente con las identificadas en los planos, a fin de solventar discrepancias, bien por errores o bien fruto del desgaste. Cuando no se disponía de plano, las medidas experimentales fueron tomadas como valores válidos, dado que para esos elementos habida cuenta de su función, no era factible el desgaste de los mismos.
Los medios empleados para efectuar la caracterización dimensional fueron de tipo convencional (proyector de perfiles y calibre), dadas las geometrías simples de los elementos. Los equipos estaban calibrados, sus certificaciones estaban dentro de sus periodos de calibración y eran trazables a laboratorios acreditados por ENAC (Entidad Nacional de Acreditación en España).
Todos los materiales estaban identificados en la documentación aportada por la planta, excepto en el caso de un elemento, siendo necesaria su identificación mediante una prueba PMI (Identificación Positiva de Material) por fluorescencia de rayos X.
6. A continuación se realiza una evaluación de interfases a nivel elemento y de conjunto (enclavamiento), desde el punto de vista del establecimiento de ajustes y tolerancias. El experto técnico en diseño mecánico juega un papel destacado en este hito, el establecimiento de los ajustes y tolerancias es una de las tareas más complejas y críticas en el proceso, y el técnico, en base a su experiencia y a los “inputs” disponibles (mediciones adquiridas, normativa de aplicación según elemento, función de los elementos, interfases de los mismos, materiales, mecanizado y acabado de las muestras, …), establece ajustes y tolerancias, que luego se plasman en los planos levantados.
7. Se realiza un análisis general mediante la evaluación de las interfases del elemento en relación a su ajuste, forma, y función dentro del montaje de orden superior inmediato, y del sistema general. Con este propósito, se realizó una comprobación del ensamblado resultante de los distintos elementos, simulando el montaje de los mismos mediante una herramienta de software (CAD).
8. En el presente ejemplo, dada la naturaleza sencilla de los elementos, no se considera necesaria la fabricación de un prototipo.
Toda la información relativa al proceso, identificación del componente, “inputs” de entrada, requisitos del repuesto (técnicos, calidad, otros), documentos de referencia, caracterización dimensional, caracterización de materiales (materiales, tratamientos, acabados, otros), identificación de certificados e información relativa a los mismos, evaluación funcional del repuesto, análisis de fallo, requisitos del proceso de fabricación, medios y personal involucrado, …., todo, queda registrado y documentado en los denominados “registros de caracterización”, formato previsto para tal fin según procedimiento de caracterización. Este es un registro que se abre con el proyecto y se va actualizando conforme avanza.
Llegados a este punto, con la información disponible fruto del proceso de ingeniería inversa, quedarían caracterizados los repuestos objeto de suministro y se puede proceder a su fabricación, y posterior comprobación de su idoneidad.
REFERENCIAS
Guideline for Reverse Engineering at Nuclear Power Plants, EPRI, Palo Alto, CA: 1998.
Report TR-107372.
Procedimiento Tecnatom RP-03, “Caracterización de Repuestos”, 2013.
NRC IN 2016-09: RECENT ISSUES IDENTIFIED WHEN USING REVERSE ENGINEERING TECHNIQUES IN THE PROCUREMENT OF SAFETY-RELATED COMPONENTS.
