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Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias
versão On-line ISSN 2071-0054
Rev Cie Téc Agr vol.21 no.3 San José de las Lajas jul.-set. 2012
ARTÍCULO ORIGINAL
Análisis de criticidad de grupos electrógenos de la tecnología fuel oil en Cuba
Criticality analysis of Electrics Groups Generators of the technology fuel oil in Cuba
M. Sc. María Bárbara Hourné-CalzadaI, Dr. C. María Lucía Brito-VallinaI, Dr. C. Alfredo Manuel del Castillo-SerpaI, M. Sc. Elena Fraga-Guerra II, M. Sc. Armando Díaz-ConcepciónI
I Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Facultad de Ingeniería Mecánica, Marianao, La Habana, Cuba.
II Ministerio de Educación Superior (MES), La Habana, Cuba.
RESUMEN
En el 2004, Cuba pone en marcha un nuevo programa que consiste en un esquema de generación eléctrica distribuida que emplea la instalación de emplazamientos compuestos por grupos electrógenos, que operan con diesel o fuel-oil, constituyendo uno de los más profundos cambios conceptuales en esta esfera. El presente trabajo tiene como objetivo la obtención del modelo matemático para el Análisis de Criticidad que permita la clasificación jerarquizada de los sistemas en este proceso de generación de electricidad. Para cumplir este objetivo resultó necesario: el estudio de diferentes modelos de criticidad y la posible factibilidad de su uso en el campo de investigación. La identificación de los sistemas y subsistemas que componen los grupos electrógenos. La realización de un análisis documental de las fallas más frecuentes en que incurren los sistemas y equipos de los grupos electrógenos. La validación del modelo y finalmente la clasificación de los activos de acuerdo al índice de criticidad contra índice de complejidad. Se desarrolla un instrumento a partir del criterio de expertos para determinar las variables a considerar en el modelo de criticidad y complejidad, realizándose para los modelos un estudio de su confiabilidad. El modelo obtenido fue aplicado, proporcionando resultados satisfactorios.
Palabras clave: criterios de importancia, criticidad, confiabilidad, sistemas de potencia.
ABSTRACT
In 2004, Cuba begin a new program, which consists of a pattern of power generation sites by installing batteries composed of Electrics Groups Generators, which operate with diesel or fuel oil, constituting one of the more profound conceptual changes in this area. This work aims to obtain a mathematical model for criticality analysis that make possible the hierarchy classification of systems, subsystems and equipment in the process of generating electricity from generators at the sites of fuel-oil technology. To carry out this objective it was necessary: The study of different models of criticality and the potential feasibility of their use in the field of research. The identification of systems and subsystems that make up the generators. The realization of a documentary analysis of the most common faults incurred by systems and equipment for generators. Model validation and finally was classified the documentation according to asset criticality index against complexity index. We developed an instrument approach from experts to determine the variables to consider in the model of criticality in progress for a study model of reliability. The resulting model was applied to several plants of generators providing satisfactory results.
Key words: index of importance, criticality, reliability, power systems.
INTRODUCCIÓN
Uno de las primeros métodos que se utilizaron para generar energía eléctrica, fue aprovechando la fuerza del agua en los ríos fundamentalmente, lo que hoy se conoce como hidroeléctricas, otra forma de crear energía es a través de la fuerza del viento, conocida como energía eólica; también el hombre ha ido desarrollando con los avances tecnológicos otras formas de crear electricidad como son: las plantas termoeléctricas y las termonucleares, que son grandes plantas con una gran capacidad de generación y complicado diseño de fabricación. Existen otros métodos de generación aprovechando la energía del sol mediante su luz, para este tipo se utilizan celdas fotovoltaicas o paneles solares y otro método también conocido es aprovechando la fuerza de los motores de combustión interna en los llamados grupos electrógenos (GE), que es el que se trata.
Los primeros emplazamientos instalados en el país trabajan con combustible diesel, a principio del año 2007 se anunció la conclusión oficial del programa de los grupos diesel, los cuales aportaban en conjunto más de mil 300 MW de potencia, actualmente el programa que se está llevando a cabo desde el 2007 es el de los grupos fuel-oil, con motores Hyundai de procedencia Coreana y MAN de procedencia Alemana.
El análisis histórico de la información relacionada con la temática sobre los grupos electrógenos muestra que se ha trabajado en:
· Generación Distribuida. Análisis para la evaluación del comportamiento mecánico-funcional de los grupos electrógenos Hyundai Himsen 9H21/32.
· Identificación y caracterización de los fallos en los motores serie 4000 para grupos electrógenos MTU de los emplazamientos de La Habana.
· Generación Distribuida. Introducción al Monitoreado de la Condición de los Grupos Electrógenos Hyundai Himsen 9H21/32.
Materiales: La documentación especializada de los grupos electrógenos de la ciudad de La Habana.
Métodos empíricos:
· Criterio de especialistas: fueron consultados especialistas y personal técnico experimentados en la materia, mediante la aplicación de encuestas y entrevistas.
· Desde el punto de vista matemático la criticidad se puede expresar como: Criticidad es el producto de la frecuencia por consecuencia, donde la frecuencia está asociada al número de eventos o fallas que presenta el sistema o proceso evaluado en un período de tiempo y la consecuencia está referida con: el impacto y flexibilidad operacional, los costos de reparación y los impactos en seguridad y ambiente (Del Castillo, 2009, Enrico, 2009).
·Característica (cálculo numérico determinista) de un sistema, que representa el impacto de la falla en cuanto a seguridad, ambiente o producción del proceso al cual pertenece; evalúa la flexibilidad operacional, costos de reparación-mantenimiento y confiabilidad. Esta característica puede ubicarse en bandas alta, media y baja (CNE, 2012; Andevs & Vaccaro, 2011).
La criticidad tiene una relación directa con los parámetros económicos de cualquier empresa y está basada en riesgo. La escasez actual de los recursos hace necesario lograr la mayor efectividad que permita dirigir los esfuerzos hacia aquellos puntos donde se logre una relación máxima entre los resultados obtenidos y los recursos utilizados.
Estudio sobre los diferentes modelos de criticidad
Para el desarrollo de esta investigación fueron consultados un grupo de trabajos sobre la temática de análisis de criticidad desarrollados por personas o empresas de Cuba y otros países de los cuales se hace referencia a los principales a continuación:
Internacionales:
· Modelo de Análisis de Criticidad de los Subsistemas objetos de Mantenimiento en una Instalación Hotelera ¨NH Parque Central¨ (Del Castillo, 2009).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Obtención del Modelo de Análisis de Criticidad en los grupos electrógenos de la tecnología de fuel oil en Cuba
Criticidad= Frecuencia de Falla ∙Consecuencia ∙Detectabilidad (1)
Modelo Matemático de criticidad:
Criticidad =FF ∙ {[(C.P∙TPPR∙I.P)+I.O.S] ∙R+ (C.R+I.A+I.S.S.P)} ∙ D.t.t (2)
El análisis de ponderaciones se realiza tomando como base los dados por Del Castillo (2009). Fuente: PDVSA E & P Occidente 2002 y teniendo en cuenta para cada categoría las siguientes consideraciones:
Impacto ambiental: La evaluación del riesgo de afectación al medio ambiente que se propone, está basada en la norma militar MIL-STD-882D. La norma considera el grado de severidad que produce o puede Impacto a la salud y seguridad personal: En nuestra sociedad el activo más importante en una empresa lo constituye el hombre, por tanto es necesaria e imprescindible proteger la vida de los trabajadores. De igual manera que en el caso del medio ambiente, la evaluación del riesgo de afectación a la salud y la seguridad personal que se propone, está basada en la norma militar MIL-STD-882D, debemos señalar que se tuvo en consideración los criterios de la técnica de seguridad y salud de uno de los emplazamientos.
· Sistema de tratamiento de aceite-HTU.
· Sistema contra incendio.
Complejidad ubicacional (C.U)
Complejidad = C.P + C.M + C.U (3)
En la Tabla 1 se brindan los rangos de ponderaciones para las categorías, al igual que en el cálculo de criticidad se tomaron rangos fijos con un mínimo de 0 ó 1 hasta un máximo de 5 puntos para todas las categorías. (Salima, 2009).
Posteriormente en cada sistema se determina la criticidad media aritmética Y media, la desviación típica S y el Error Típico de la medición (E.T.M), obteniéndose el intervalo de confianza de todos los sistemas.
Análisis de los resultados de la evaluación el Modelo de Complejidad
(no existe la suficiente incidencia para diferenciar en la clasificación un sistema de otro, dichos sistemas serían iguales).
(existe diferencia, permitiendo un orden en la clasificación entre los sistemas).
De acuerdo a los valores de complejidad se solapan algunos sistemas, se aplica el criterio antes expuesto y se determina el orden de complejidad de los sistemas. En la Figura 2, se observa el comportamiento de la clasificación de la complejidad, diferenciándose las zonas de alta, media y baja complejidad.
Del análisis del resultado obtenido de la aplicación del modelo de complejidad los sistemas se clasifican en:
Alta complejidad:
· Sistema electro automático del motor.
· Sistema de aire comprimido-compresor.
Baja complejidad:
CONCLUSIONES
Se ha desarrollado un instrumento a partir del criterio de expertos para determinar las variables a considerar en el modelo de criticidad y de complejidad, resultando como variables a analizar:
Variables seleccionadas para el análisis de la Criticidad. Frecuencia de Fallo. Tiempo promedio para reparar. Impacto sobre la producción. Incumplimiento con el objeto social. Redundancia.
Costos de reparación. Impacto al medio ambiente. Impacto a la salud y seguridad personal. Detectabilidad.
Variables seleccionadas para el análisis de la complejidad. Complejidad productiva. Complejidad mecánica. Complejidad Ubicacional.
El nivel de concordancia de los expertos en el instrumento es adecuado: obteniéndose como resultados tanto en el caso del análisis de criticidad como de complejidad que se cumplía la región crítica, aspecto que determina la existencia de concordancia entre los especialistas.
Se realizó la evaluación del instrumento de medición por medio del coeficiente de correlación resultando de 0.899 para el análisis de criticidad y de 0.856 en el caso de la complejidad, estos valores son adecuados y deseados dando muestra de un índice de la fiabilidad del instrumento aplicado.
El modelo obtenido se aplica a varias plantas de grupos electrógenos con resultados satisfactorios, mostrando evidencia de su validez, y permitiendo jerarquizar los subsistemas de acuerdo con la criticidad y complejidad de los mismos.
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2. ANDEVS, G. &A. VACCARO: Innovations in Power Systems Reliability, 377pp., Springer Series in Reliability Engineering, 1st Edition 2011. ISBN-10 0857290878. ISBN-13 978-0857290878, Springer, USA, 2011.
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10. SALIMA, F. J.: Análisis de criticidad para determinar subsistema crítico del proyecto planta de desalinización del centro de Refinación Paraguaná (CRP), Tesis (en opción al título de Master en Ciencias), 1230. Biblioteca CUJAE, La Habana, Cuba, 2009.
Recibido: 07 de abril de 2011.
Aprobado: 19 de mayo de 2012.
María Bárbara Hourné-Calzada, Instituto Superior Politécnico José Antonio Echeverría, Facultad de Ingeniería Mecánica, 114 No. 11901 entre Ciclo vía y Rotonda, Marianao, La Habana, Cuba. Correo electrónico: mbhourne@mecanica.cujae.edu.cu,lucy@mecanica.cujae.edu.cu