Sistemas eléctricos eficientes y previsibles. Premisas para disminuir costos operativos

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La disponibilidad del suministro eléctrico es de vital importancia para las empresas mineras ya que puede afectar la productividad y la seguridad de los procesos. En una industria con las condiciones de exigencia que posee la minería, poder contar con certeza en el funcionamiento y la distribución de la energía eléctrica resulta fundamental para alcanzar las metas operativas y de seguridad. Cuatro empresas líderes en provisión de equipos, sistemas y servicios eléctricos analizan los aspectos a tener en cuenta a la hora de pensar la confiabilidad del sistema eléctrico en minería.

La confiabilidad es la probabilidad de que un equipo o sistema cumpla con su misión específica bajo condiciones de uso determinadas en un período determinado. En las minas se debe contar con equipamiento y soluciones de sistemas que permitan que las operaciones sean confiables, eficientes y continuas, así como seguras, protegidas y sostenibles. El imperativo de alcanzar la confiabilidad energética resulta fundamental para los ejecutivos de las compañías mineras, y este proceso requiere de una mejora constante que está en el eje del accionar de los proveedores que ofrecen los mejores profesionales y las mejores tecnologías para alcanzar estos objetivos.

Gustavo Martiré, Representante de Ventas de Schmersal en Argentina y Uruguay, explica: “La industria minera requiere fuentes de energía eléctrica muy confiables que aseguren la producción, fundamentalmente en las de explotación subterránea por la seguridad del personal. Los factores a considerar son: la estabilidad del sistema (cortes de energía) -los sistemas más confiables son los de alta tensión (132 KV) y media tensión (13,2 KV y 33 KV)-; factor de potencia (el sistema nacional de energía en A.T. por lo general tiene un Cos φ de 0,95); caída de tensión máxima 5% (para garantizar el buen funcionamiento de los sistemas electrónicos) y, la calidad de energía (onda no deformada, evitar armónicos peligrosos). Estas condiciones las cumplen las líneas de A.T., las líneas de M.T. que se usarían en el caso que la mina esté ubicada muy próxima a una subestación de compañía (hasta 3 km aproximadamente) Si utilizamos una acometida de A.T. se debe construir una subestación de reducción con barra principal, si queremos hacerla más fiable se debería usar doble barra con doble acometida o abrir una línea de A.T. conectada en anillo, cuando falla una entra automáticamente la otra en funcionamiento.”

Así, el representante de Schmersal advierte: “La confiabilidad del sistema está dada desde el diseño, por las variantes de actuación que tenga el sistema. A las rutas redundantes se las diseña con las protecciones eléctricas adecuadas para que solamente salga de servicio el elemento con averías. Además, se tendrá en cuenta la protección de los conductores por causas de humedad, propagación del fuego o pérdidas de aislamientos por acción de roedores. En cuanto a las instalaciones interiores (de la parte de B.T. del transformador reductor hasta los equipos), la condición más importante es garantizar el funcionamiento de los sistemas de elevación y comunicaciones en casos de accidente, y poder retirar al personal de las profundidades de la mina. Para ello es necesario tener alimentadores redundantes con tendidos independientes en tuberías de PVC de alta resistencia, evitar bandejas de acero y conductores de potencia con los siguientes requisitos: bloqueadores de humedad, sistema anti fuego y anti roedores. Para estos casos también se debe considerar una planta de emergencia que mediante un cuadro automático de transferencia suministre la energía ante un fallo simultáneo de la subestación o acometida eléctrica.”

“Una parte importante del diseño de ingeniería de un sistema eléctrico es su vida útil”

La determinación de las áreas críticas y las estrategias para mejorar su eficacia son centrales para el proceso de previsibilidad del sistema energético. Para ello se tiene en cuenta la sensibilidad a la pérdida de continuidad del servicio de las diferentes cargas. Marisa Mlekuz, Gerente de Ventas para el Cono Sur de EATON, manifiesta: “Para tener un sistema confiable se debe partir de un diseño de ingeniería y dimensionamiento adecuados, con selección de equipos de primer nivel como son los de la línea EATON y, prescribiendo las buenas prácticas operativas. Una vez realizada esta etapa, se analizan las cargas eléctricas y su distribución en el sistema. Estableciendo cuales son los sectores que, ya sea por cuestiones de producción, y/o seguridad operativa, no pueden quedar sin alimentación ante una emergencia. También se estudian posibles situaciones de sobrecarga en diversos sectores. Luego se realiza un estudio de simulación y se llega a la conclusión de cuáles serían los sectores perjudicados ante diversos escenarios operativos. Con esta información se diseña entonces un sistema de respaldo para responder a los escenarios complejos y/o emergencias operativas.”

La ejecutiva de EATON analiza: “Para situaciones de producción, se determinan las cargas mínimas que deben continuar siendo alimentadas (usualmente se trata de un conjunto de instrumentos de campo y algunos sistemas de control/seguridad) y dentro de lo posible, se prevé la instalación de un sistema de alimentación interrumpible (UPS), especialmente diseñado para plantas de proceso, y que cumplen con una serie de requisitos como ser diseño industrial + diseño especial para aplicaciones críticas, junto con un banco de baterías con una autonomía suficiente para garantizar la continuidad operativa hasta la entrada a tiempo del generador de emergencia, que finalmente dará continuidad operativa mínima a las facilities. Un criterio similar se lleva adelante para la seguridad operativa.”

En el caso de las sobrecargas, la referente de EATON detalla: “podrían ocasionarse, por ejemplo, por la salida de servicio inesperada de uno de los generadores principales. Para cubrir estos casos se realiza un estudio adicional, llamado Load Shedding que permite detectar cuáles serían los sectores de la planta y/o instalación que podrían estar comprometidos por sobrecargas, y se determina un orden de prioridades en las cuales se irán desconectando cargas, es decir primero se desconectarán las cargas menos prioritarias y se continuará desconectando otras hasta que la sobrecarga desaparezca. Convenientemente, existen sistemas automáticos que pueden programarse para atender dinámicamente estas situaciones y hacer más eficiente la operación, evitando salidas de servicio inesperadas de partes de las instalaciones por sobrecargas.”

En este punto resulta central la oportunidad que brinda la tecnología en la actualidad, de establecer reportes acerca de los parámetros de vida útil y de tiempo requerido para realizar mantenimiento predictivo. Marisa Mlekuz especifica: “Otra parte importante del diseño de ingeniería de un sistema eléctrico es su vida útil. La vida útil necesaria surge como un dato de entrada relacionado con el horizonte de producción esperado para la planta, en años. Con esta información se realiza un plan de gestión. En él se tienen en cuenta factores tales como la vida útil y el tiempo medio entre fallas propios de cada equipo o dispositivo eléctrico, tomando en cuenta la severidad particular dentro de la cual funcionará, en el caso de una instalación minera. Luego se estudia minuciosamente el tiempo medio de reparación que típicamente debe tenerse en cuenta ante cada equipo o dispositivo eléctrico que sea crítico en la cadena productiva, determinándose varios niveles de criticidad (alta/media/baja). Se dimensiona para cada uno de estos niveles la política de repuestos, servicios de mantenimiento predictivo, y mantenimientos programados para cada uno de los equipos, dispositivos y/o subsistemas. Cuando los criterios determinados muestren que estas herramientas no serían suficientes para garantizar una adecuada continuidad operativa, alineada con los objetivos de producción establecidos, se procede a dimensionar y establecer soluciones de contingencia. Alguno de ellos pueden ser equipos transportables de respaldo, o directamente instalaciones permanentes en stand by, esperando entrar en servicio cuando se materialice tal necesidad.”

“Entonces la confiabilidad ligada a la aptitud para mantener la continuidad del servicio en caso de falla de alguno de sus componentes está determinada por la fiabilidad de los equipos y el tiempo de reparación que ellos requieren. Esto supone una relación intrínseca entre el sistema eléctrico y la gestión de activos en un proceso de mejora continua que involucra activamente a los mantenedores mineros. Saber fehacientemente el tiempo medio antes de que la primera falla ocurra, el tiempo medio para reparar una falla y el tiempo medio entre fallas, así como la disponibilidad que representa el porcentaje de tiempo en el que sistema funciona correctamente. Otros conceptos importantes son la fiabilidad que está determinada por la robustez del equipo y la mantenibilidad: La aptitud del sistema para ser reparado rápidamente.”

Énfasis en el mantenimiento para lograr una mayor eficiencia

Algunas de las estrategias para mejorar la confiabilidad según publicó Juan Orjuela, de Schneider Electric, en el Fórum Construcción, deben tener en cuenta mejoras en la infraestructura para disminuir el número y duración de las fallas, establecer de mejor forma los requisitos de mantenimiento, aumentar la eficiencia total del sistema y definir los repuestos que se deben tener para reparar una falla en el menor tiempo posible1.

Las principales estrategias para mejorar la confiabilidad del sistema eléctrico son: la selección de equipos robustos, aptos para quedar en servicio después de operar bajo falla; seguir las recomendaciones de instalaciones del fabricante; utilizar fuentes de respaldo con suficiente autonomía de operación; garantizar ambientes de trabajo adecuados para los equipos; capacitar adecuadamente al personal en la operación y el mantenimiento de los equipos; establecer protocolos de seguridad adecuados para la operación de los sistemas eléctricos.

“Todos los riesgos deben ser ponderados en el análisis”

Atento a la necesidad de establecer los riesgos y de identificar las acciones de mantenimiento, desde ABB, Rubén D. Fagundes, Electrical Advanced Services
Manager, explica que el análisis de riesgo se realiza “a través de metodologías como el Mantenimiento basado en Confiabilidad analizando la probabilidad y el impacto de la falla en la cadena productiva. Los riesgos pueden ser de tipo económico, de seguridad o medioambientales, todos deben ser ponderados en el análisis. Definiendo el riesgo como la probabilidad de ocurrencia de un evento, por el impacto que produce se clasifican todos los equipos de acuerdo a su riesgo asociado. A mayor riesgo, mayor será la asignación de tareas correctivas, preventivas y predictivas. El tipo de tareas a realizar en cada equipo dependerá del riesgo asociado y de sus características intrínsecas. Cabe destacar que ABB ha desarrollado un servicio que aprovecha la alta integración de sistemas de producción a redes de comunicación, generando indicadores, avisos y registros que permiten anticiparse a una rotura o pérdida de eficiencia de un equipo o proceso convirtiéndolo en un servicio predictivo de última generación. El sistema recopila información como temperaturas, respuesta de lazos, niveles de producto, velocidades, etc. y cuenta con acceso remoto.”

Según lo que se expresó, entre las preocupaciones de las empresas mineras, la meta de que sus operaciones sean confiables, eficientes, seguras y sustentables busca implicar directamente a la confiabilidad con el ahorro y la seguridad de las personas y el ambiente. El ejecutivo de ABB lo reafirma al decir que “sin lugar a dudas la seguridad de las personas y el medio ambiente son una prioridad entre los valores que rigen cualquier compañía de estándar global, sin embargo nada de esto es sustentable sin un control de los costos y capacidad de generar ahorros que permitan hacer viable un negocio. La forma óptima de alcanzar este objetivo es teniendo una operatoria predecible a partir de una gestión de activos basada en confiabilidad”.

La nueva generación de redes eléctricas

Los sistemas eléctricos han vivido un proceso de desarrollo y se han convertido en parte del fenómeno del internet de las cosas que permite integrar la planta con implicancias de fenómenos como la eficiencia, la seguridad y la integración.

Rubén D. Fagundes (Electrical Advanced Services Manager de ABB) detalla, en este sentido, que “la redes eléctricas están siendo vistas de una nueva forma, la utilización del protocolo IEC61850 para integración de sistemas eléctricos facilitó la aplicación de sistemas de control y gestión de la energía. Las redes eléctricas se integran al proceso y se tiene una visión completa de la planta productiva. El acceso a la información de una red eléctrica industrial en tiempo real permite conocer al instante la energía consumida en cada punto, evaluar la eficiencia de procesos a través de indicadores y controlarla en tiempo real aumentando la eficiencia y la confiabilidad de los procesos. Como ejemplos podemos citar soluciones de ABB como Energy Manager para gestión de la energía y Process Power Manager para control y operación de sistemas eléctricos en tiempo real. Los servicios remotos son una realidad para sistemas de control, con la creciente digitalización de la industria la utilización de IoT (Internet of Things) nos permitirá vincular información para la gestión de activos y procesos con especialistas alrededor del mundo y en tiempo real facilitando la toma de decisiones orientadas a la confiabilidad, productividad y eficiencia. Servicios y estándares están en desarrollo para contar con una plataforma común a todas las industrias.”

Recientemente se ha presentado en la Feria Cigré de París un nuevo modelo de subestaciones digitales que serán componentes clave de las redes eléctricas de la próxima generación, mucho más inteligentes. Esto supondrá cambios en el modelo de flujo de la electricidad que pasará del unidireccional al multidireccional, cambios en la operación, la gestión de la demanda y la oferta. Estas modificaciones necesitarán capacidades de monitoreo, comunicación y control más eficientes a lo largo de toda la cadena eléctrica. Para ello, las subestaciones digitales incorporarán comunicaciones digitales por medio de cables de fibra óptica, reducirán costos, riesgos e impacto ambiental, otorgando al sistema mayor flexibilidad, disponibilidad y seguridad. La cantidad creciente de datos que generan las plantas determinarán una mayor necesidad de análisis, registro y reporte, para lo cual las innovaciones que se avizoran serán fundamentales.

A modo de conclusión se puede afirmar que la importancia del análisis de cada uno de los aspectos y equipos relativos a las plantas eléctricas, así como el monitoreo y reporte que sustente medidas de previsibilidad de su funcionamiento serán fundamentales a la hora de evaluar la confiabilidad de dicho sistema. El rol vital que la electricidad tiene en el funcionamiento del sector justifica el compromiso que cada uno de los actores involucrados tiene con los objetivos operativos y la impronta de mejora continua en la industria minera. A partir de lo antes expuesto surge la visión de que este es un proceso que continúa en desarrollo y las empresas proveedoras están abocadas a perfeccionar sus productos y servicios ofreciendo cada vez más altos estándares para las exigencias mineras.

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