Cómo elaborar un plan de supervisión y verificación de los procesos de construcción en plantas o centrales eléctricas de ciclo combinado
Para producir la energía eléctrica que alimenta los servicios e infraestructura de una población, región o país; se requieren “plantas” o “centrales” de generación, que comúnmente están ubicadas en la periferia de los centros urbanos y se componen de un gran número de instalaciones y equipos interconectados. Como elemento principal de una central, el turbogenerador es el equipo que a través de un mecanismo rotatorio, transforma la energía mecánica en energía eléctrica. Para activar el mecanismo rotatorio se requiere de un fluido en condiciones especiales de presión y temperatura.
Dependiendo de dicho fluido, las plantas se dividen en Termoeléctricas, Eólicas, e Hidroeléctricas. Las centrales Ciclo Combinado son un tipo sofisticado de central termoeléctrica, porque tienen dos clases de turbogeneradores, uno se hace rodar (energía mecánica) mediante los gases producto de la ignición de una mezcla aire-combustible y el segundo se hace rodar con vapor de agua que se produce elevando la temperatura del agua en estado liquido (suministrada de una fuente externa) con los gases de escape del primer turbogenerador. Para la construcción de una “planta” o “central” de ciclo combinado, se diseñan proyectos de ingeniería que comprenden la elaboración de cálculos, especificaciones, planos, diagramas, maquetas, planes y programas; que se materializan a través de un grupo de administración de proyecto que selecciona a los proveedores de equipos y los contratistas que finalmente llevan a cabo la construcción y montaje de las instalaciones y equipos adquiridos.
Para que la Planta inicie la producción de energía eléctrica con las características de calidad y cantidad para la cual fue diseñada, se requiere una adecuada revisión y verificación de los procesos durante la etapa de construcción. Esta labor se lleva a cabo mediante un grupo de supervisión que se ubica en el sitio seleccionado desde el inicio de la construcción. A continuación se describen los pasos para definir un plan de supervisión de la construcción de una planta termoeléctrica ciclo combinado.
1) Desglosar la planta en sistemas
a) La planta puede ser considerada como un sistema cerrado, sin embargo, para visualizar correctamente el proceso de construcción, se deben identificar los sistemas, subsistemas, estructuras y componentes que la forman.
i) Con relación a la operación de la central, cada sistema tiene un propósito o función; bajo este criterio, existen tres tipos de sistemas:
(1) Los Sistemas Principales.- son los que intervienen directamente en el proceso de transformación de energía mecánica en energía eléctrica, considerando los elementos de entrada, desarrollo y salida de dicho proceso. Los sistemas principales de una central ciclo combinado son los siguientes:
(a) suministro de combustible
(b) generador de vapor
(c) turbina de gas
(d) turbina de vapor
(e) generador eléctrico
(f) transformador principal
Estos sistemas generalmente los encontramos en la isla de fuerza de la mayoría de las centrales y se les trata como críticos
(2) Para que los sistemas principales funcionen íntimamente relacionados existen interfases entre los mismos, dichas interfases se constituyen físicamente mediante Sistemas de interfase, más comúnmente llamados Subsistemas Principales, tales como:
(a) conducción de vapor
(b) bus de fase aislada
(c) sistema de control distribuido
(d) sistema de excitación
(3) Finalmente, para la operación eficiente, segura y confiable de los sistemas principales y los de interfase(o subsistemas principales), se encuentran los Sistemas Auxiliares, tales como:
(a) condensado de vapor
(b) sistema de agua contraincendio
(c) sistema de agua de alimentación
(d) sistema de agua de circulación
(e) sistemas de lubricación
(f) sistema de aire comprimido
(g) sistema de inyección de químicos
(h) sistema de red de tierras
(i) sistema de protección catódica
(j) sistema de tratamiento de agua
(k) edificaciones
Generalmente a la mayoría de los sistemas de interfase y los auxiliares, se les encuentra en la periferia de la isla de fuerza y comúnmente al conjunto de ellos se le denomina Balance de Planta
ii) Los componentes son todas las piezas de materiales diversos, los equipos e instrumentos, que una vez instalados e íntimamente acoplados entre si, forman un sistema. Existen equipos como los Transformadores Principales que por su tamaño, capacidad, complejidad o importancia se les llega a considerar como sistemas, pero de ser el caso, invariablemente deberán contemplarse todos los componentes que requiere dicho equipo para llegar a las fronteras de los sistemas adyacentes con los que este se conecte, incluyendo también equipos auxiliares o componentes que requiere para su funcionamiento. Caso contrario lo representan el gran numero de bombas que se requieren en toda la central, que no pueden ser consideradas como sistemas por grandes que estas sean, ya que en general todas tienen la misma función (incrementar la energía interna de un fluido) y por lo tanto el lugar donde estén ubicadas no cambia esta función; luego entonces cada bomba debe ser considerada como componente de un sistema.
iii) Para el caso de las obras civiles necesarias para el establecimiento de la central, estas también pueden considerarse como sistemas si atendemos a los criterios del análisis de diseño y operación con los cuales se proyectan y/o conceptualizan, ya que también cumplen una función en la operación de la central; no obstante, el termino mas adecuado para nombrarlas debería ser el de Estructuras. En algunos casos las estructuras también pueden considerarse como parte de un sistema. A manera de ejemplo, la cimentación del recuperador de calor puede clasificarse como parte del sistema de recuperación de calor, ya que dicha cimentación trabaja íntimamente en conjunto con la estructura metálica para transmitir las fuerzas estáticas y dinámicas producidas por el equipo en operación. Caso contrario es la cimentación de la casa de maquinas, que no puede ser considerada como componente del sistema de generación, ya que la turbina de vapor trabaja de manera independiente a dicha cimentación. En este caso la cimentación de la casa de maquinas debería ser considerada parte de la estructura denominada casa de maquinas (edificación), la cual tiene una función auxiliar (proteger al equipo y soportar su mantenimiento).
Generalmente las empresas de diseño y construcción definen la lista de sistemas, subsistemas, estructuras y componentes sin atender de manera explicita a la clasificación anterior, es por ello que, cuando identifican los sistemas principales, los subdividen en subsistemas. Esta es una práctica muy común considerando que algunos sistemas como el de generación de vapor, son muy complejos. Sin embargo, lo que en realidad están haciendo al subdividir en subsistemas, es identificar los sistemas auxiliares y algunos de interfase. Finalmente, la clasificación no impacta de manera importante en la forma de planear la supervisión, pero si es relevante que estén identificados todos los sistemas independientemente de su categoría o clasificación que se le asigne.
En resumen, todo sistema principal, de interfase o auxiliar debe cumplir una función única, (distinta a la de cualquier otro sistema) y adicionalmente con los siguientes criterios:
• Mantener sus componentes íntimamente relacionados
• Poder ser controlado de manera independiente a otros sistemas
• Tener fronteras físicas claramente identificables.
2) Definir para cada sistema, subsistema, estructura o componente; todos los procesos que se requieren para su construccion, instalacion y montaje
Un proceso constructivo es el conjunto de actividades que transforman elementos de entrada, dando como resultado un producto tangible, ya sea un componente o una estructura de cualquier sistema de la central. De hacer falta una entrada o una de las actividades de transformación, el proceso no se puede iniciar o el producto no estaría completo. Las actividades de transformación son inherentes al proceso y únicas entre si.
Para definir los procesos se toman en cuenta las siguientes consideraciones:
a) Cada proceso constructivo, debe contener:
i) Las entradas,
ii) Las actividades de transformación (desarrollo), y
iii) Un producto resultante (salidas)
Con el fin de ilustrar adecuadamente los conceptos (i) entradas y (ii) actividades de transformación, en la Fig. 1 “ESQUEMA DE UN PROCESO CONSTRUCTIVO” se muestra el proceso constructivo denominado “Soldadura de Tuberías”, modelado en base a la metodología Idef 0.
En la caja central se muestran las actividades de transformación. Alrededor de la caja central y resaltados en color amarillo se muestran todos los elementos de entrada clasificadas por su tipo (titulo resaltado en color verde):
• Controles.- En la parte superior de la caja. Son las directrices que conducen las actividades de transformación
• Insumos.- En la parte izquierda de la caja. Son los componentes que serán transformados para obtener o acoplar las partes que integran el sistema. Generalmente los insumos forman parte permanente del sistema terminado. También en esta clasificación se encuentran los planos y diagramas, que mediante un proceso cognitivo de interpretación, son transformados por el personal que dirige el proceso, en instrucciones para el personal operario.
• Mecanismos.- En la parte inferior de la caja. Son recursos que permiten la realización de las actividades de transformación y que no forman parte del producto terminado.
b) Para asegurar si el producto resultante cumplirá con las características especificadas, se llevan a cabo actividades de inspección y medición a los insumos, antes y durante las diferentes etapas de transformación, para rechazar los insumos defectuosos y/o corregir las actividades en caso de desviaciones, evitando o minimizando el rechazo de insumos erróneamente transformados, antes que tener que rechazar el producto terminado. No obstante existen procesos denominados “especiales”, que contienen actividades que se desarrollan de tal manera que impiden que el producto pueda ser totalmente inspeccionado o medido durante el desarrollo de tales actividades. En estos casos para evitar costosos rechazos de productos terminados, se implementan otro tipo de procesos, los de “validación” de las entradas del tipo mecanismos y del tipo insumos, y no forman parte del proceso de construcción. En la Fig. 1 “ESQUEMA DE UN PROCESO CONSTRUCTIVO” se muestra el proceso especial “Soldadura de Tuberías”, que contiene las actividades de transformación: paso de raíz, relleno y vista; cuya medición y/o inspección visual, no son suficientes para determinar si el componente resultante cumplirá con las características especificadas. En la misma figura se muestran estos procesos de “validación” representados por las cajas con resaltado interior en color azul y que se encuentran alrededor de la caja central.
c) El Diseño y la Fabricación son procesos que arrojan productos tangibles que formaran parte de los sistemas de la central, pero no pueden ser considerados como actividades del proceso constructivo.
d) Las actividades de manejo y control de materiales y componentes no forman parte del proceso constructivo, ya que no transforman el producto tangible que formara parte de un sistema. Más bien dichas actividades constituyen un proceso del tipo control, que arroja como resultado la preparación de los insumos para su entrada al proceso constructivo.
e) Un proceso es distinto de otro cuando difieren en por lo menos una de sus entradas y/o en una de sus actividades; ambas representativas. Ejemplo: Instalación de red de tubería contraincendio (enterrada de HDPE) vs. Instalación de tubería contraincendio en transformadores (aérea de acero al carbón). En este ejemplo ambos procesos son distintos porque la entrada más representativa que es el material del tubo, en ambos procesos es diferente y por lo tanto las actividades de instalación serán diferentes.
3) Definir las actividades especificas del proceso que seran supervisadas
a) Desglosar cada proceso en las actividades especificas de transformación que le son inherentes a dicho proceso y que son ejecutadas por el contratista
b) Se llega a las actividades específicas cuando no hay un producto resultante.
c) Se consideran también como actividades especificas del proceso, aquellas de inspección y prueba durante el desarrollo del proceso y al producto en sus diferentes etapas de transformación
d) Se deben escoger las actividades más representativas de un proceso, para su supervisión, de conformidad con el impacto que estas actividades tengan sobre todo el proceso.
4) Definir las entradas de cada actividad especifica que seran supervisadas durante el desarrollo del proceso
Las entradas del proceso le confieren las características de calidad al producto terminado. Asegurando que las entradas necesarias están presentes, se aseguran las características especificadas para el producto.
Para mantener un enfoque preventivo se deben vigilar las entradas del proceso antes de que se lleven a cabo las actividades de transformación, esta premisa es la base de una “Supervisión Preventiva”.
Se identifican las entradas utilizando la clasificación de insumos, mecanismos y controles, para evitar omisiones y conservar un orden.
A continuación se mencionan algunas pautas que serán útiles para seleccionar las entradas:
a) Los insumos se obtienen mediante procesos de diseño y fabricación.
i) Con relación al diseño, las entradas a verificar deberían limitarse a los documentos mínimos que establezcan las características del proceso, de los componentes y del sistema (Planos, Diagramas y Especificaciones), y en su caso la verificación de los datos contenidos en dichos documentos solo podría realizarse supervisando el proceso de diseño, tal decisión debería ser considerada en concordancia con el impacto que los productos del diseño tengan en el proceso constructivo y en la operación de los sistemas.
ii) Con relación a la fabricación de los materiales y componentes, una supervisión a primer nivel únicamente verificaría el estado físico de los insumos a su llegada, y la validez y congruencia de los documentos (que avalan algunas de sus características) que los acompañan; no obstante el alcance de la verificación de manera retrospectiva hacia los procesos de fabricación, dependerá del impacto que estos insumos causen en la operación de los sistemas de la central.
b) Los mecanismos
i) La maquinaria y equipo de construcción confieren al proceso la característica de oportunidad
ii) Los recursos humanos confieren al proceso la característica de oportunidad
iii) En los procesos especiales de construcción, los mecanismos de entrada deben estar validados, por lo que su verificación es indispensable para asegurar la calidad del proceso constructivo y por ende, del producto mismo. En este caso el alcance de la verificación de manera retrospectiva hacia los procesos de validación dependerá del impacto que los mecanismos causen en la operación de los sistemas.
iv) Las actividades de inspección y prueba se consideran como parte del proceso constructivo, pero se llevan a cabo con recursos humanos y equipos que son mecanismos de entrada. Considerando que las actividades de inspección y prueba permiten observar las características del producto antes de la terminación del proceso constructivo y evitar rechazo en la etapa final, su impacto es significativo en las características de oportunidad, costo y calidad requeridas del producto, razón por la cual estos mecanismos también deben ser verificados.
c) Los Controles
i) Se debe verificar la presencia de todos los controles que establezcan criterios de aceptación para la forma en que se desarrollaran las actividades de transformación, por ejemplo las normas técnicas de proceso, las de gestión y las especificaciones constructivas; establecen lineamientos que de ser acatados brindan confiabilidad al proceso.
5) Definir la oportunidad de la supervision con respecto al tipo de entrada, actividad o salida
a) Se deberá efectuar una supervisión Continua a las características de la entrada que se puedan inspeccionar en el momento que ingresa al proceso, e incluso cuando se puedan supervisar los cambios que sufren las características de dichas entradas, durante la ejecución de las actividades especificas.
b) Se deberá efectuar una vigilancia programada cuando la entrada corresponda a productos de fabricación, validación y en algunos casos de inspección y prueba, o de control cuyas características no se puedan apreciar de manera visual, practica y/o unilateral antes de entrar al proceso o durante las actividades especificas de transformación. También se puede aplicar la vigilancia en la verificación de las características del producto terminado, cuando por cualquier razón, estas no fueron determinadas o verificadas durante la ejecución del proceso.
Bibliografia:
Integration Definition For Function MODELING (IDEF0)
Federal Information Processing Standards Publications
Processing Standards Publication 183, December 21, 1993
Fig. 1 Esquema de un proceso constructivo
