Organización y método de proyectos eléctricos

Introducción

Se plantea el proyecto de instalación eléctrica de una planta industrial, de manera de observar la documentación de proyecto que se debe desarrollar, a nivel de ingeniería básica.

Si el planteo no fuera este, la documentación que debe tenerse disponible es la misma, y debe obtenerse suministrada como ingeniería básica.

Frecuentemente en el tema de instalaciones eléctricas, el proyecto básico no es adaptable sin mas a la ingeniería de detalle, en rigor por múltiples razones su adaptación al proyecto definitivo exige rehacerlo en parte cuando no replantearlo totalmente, entre otros por los siguientes temas:

tensiones de distribución (o de utilización) no convenientes (o no adaptadas a las normas del lugar donde se hace la obra, país) del pais de compta de los equipos.

actualización de potencias de los equipos, que obligan a rever la repartición de cargas entre transformadores, o rever la cantidad de centros de distribucion.

cambios de disposición, (lay out) que obligan a controlar la asociación de cargas y cambiarla a fin de controlar la inversion en cables.

Documentación de partida

El objetivo de la red eléctrica es unir las cargas con las fuentes, interponiendo los necesarios y adecuados dispositivos de maniobra y seguridad.Un proyecto de red eléctrica se inicia con (datos)

cargas (consumos) generación (fuentes)

En el proyecto de una planta industrial se deben conocer:

lista de cargas, que se elabora a partir de la lista de equipos (diagramas de proceso e instrumentacion PandID) que permite generar una lista de motores, y además es necesaria la evaluación de otras cargas auxiliares, iluminación, etc.

lista de equipos electricos, con identificación de motores, tablero, transformadores, equipos que se consideran en el proyecto eléctrico (en ampliación a la lista de equipos generada por otras especialidades.

disposición de equipos (Lay out) en general la disposición de parte de los equipos esta impuesta por el proceso, de otros equipos debe buscarse la ubicación respetando criterios eléctricos (de optimización) , clasificación de áreas, etc.

El esfuerzo al inicio del proyecto, cuando aun no esta claro el que hacer, debe estar concentrado en lograr completar estos documentos, que son la base de la información indispensable durante el desarrollo del proyecto.

Desarrollo de documentación

Parte de la documentación que a continuación se comenta puede formar parte de la ingeniería básica o no, según se haya efectivamente desarrollado el proyecto electrico en el nivel de ingeniería básica.

topología de la red de potencia, en este documento se asocian las cargas con los tableros y transformadores, inicia la concepción del unifilar, de la alimentación de las cargas, de la interconexión entre centros de cargas, es un documento mas elemental y simple que el esquema unifilar tradicional (completo), es de utilidad conceptual para ver facilmente las relaciones entre fuente y cargas, y reflejar en forma grafica resultados de calculos.

lista de cargas, que debe ser completada con características de las cargas (fundamentalmente motores) a las que se asignan características de las hojas de datos (o de catalogo para equipos normales)

estudio de cargas, definida la topología, queda fijada la estructura de los balances de cargas, se asignan distintos estados de funcionamiento a los motores y cargas (0 / 1) en orden establecido o critico, se fijan etapas en las que el equipo arranca. Con distintas combinaciones de estados etapas, se logran balances que caracterizan al conjunto de cargas con potencia activa y reactiva, permanente y transitoria. Este estudio pone en evidencia características de los cables de interconexión y de los transformadores que permiten su dimensionamiento. Se definen con estos estudios características de equipos (tableros, transformadores) que permiten completar la lista de equipos con sus particularidades.

esquemas unifilares de potencia son consecuencia de la topología y de la ubicación de los equipos conectados, y del dimensionamiento.

Cálculos de cables de potencia, son consecuencia de la topología y de los estudios de cargas. Además deben tomarse algunas decisiones respecto de tipos de cables que se utilizaran (economía) y con esta información se completa la lista de cables, y se justifican los tamaños.

Planilla de materiales, cables de potencia, se puede extraer de la lista de cables completada con las secciones seleccionadas o impuestas.

Especificaciones de materiales, transformadores, tableros, centros de control de motores, arrancadores, etc. se derivan de los datos de dimensionamiento generados en etapas anteriores.

Cálculos de la red eléctrica

En este punto están definidas las cargas, los transformadores, los cables, pueden iniciarse cálculos de verificación inclusive aunque ciertas cargas no esten claras, y aunque haya cables no definidos, ya que algunos resultados variaran poco al agregarse la influencia de los cables. La contrapartida, algunos resultados no serán validos, o su validez será muy limitada. La habilidad en esta etapa es minimizar la cantidad de iteraciones que se harán, pero disponer siempre de información valida no postergando etapas de trabajo, disponer de elementos que permitan decisiones correctas aun frente a posibles cambios que pudieran presentarse debido a futuros ajustes del proyecto.Los cálculos que se desarrollan son:

cortocircuitos trifasicos (con y sin aporte de motores) con los que se dimensionan los componentes de la red (interruptores, y otros aparatos, tableros, barras, etc)

Flujos de carga, con los que se verifica el estado de carga de componentes, y de las tensiones (calidad de servicio) en nodos de la red, estos cálculos se repiten para distintas condiciones de carga, arranques de motores, condiciones normales y de emergencia, con estos resultados en etapas finales del trabajo se proponen los taps (regulación) de los transformadores.

Cortocircuitos a tierra (monofasicos) para verificar condiciones ligadas a puesta a tierra, resistores de tierra, etc. Generalmente se trata de que estos no superen alos trifasicos, a veces se busca limitarlos al orden de las corrientes nominales.

Cortocircuitos máximos y mínimos, trifasicos y monofasicos para el ajuste de protecciones (de máxima corriente)

Consumos de energía, evaluaciones para facturación, energía activa y reactiva

Compensación de la potencia reactiva (coseno fi)

En algunos casos (muy contados, pero no por ello despreciables) se deben desarrollar otros trabajos de cálculos mas complejos:

estabilidad, en casos excepcionales, cuando hay generadores presentes, o se realizan maniobras rápidas que implican desconexión y reconexion de generadores o grandes motores (se puede llegar a tener que analizar los lazos de control de generadores y proponer ajustes de los mismos, o al menos de sus parametros, o adoptar, o verificar, sistemas estabilizantes).

Propagación de armónicas, que se presentan en presencia de cargas alimentadas por rectificadores, u convertidores de frecuencia y que se exaltan particularmente por presencia de capacitores, pudiendo definir necesidades de estudios de propagación y la aparición de filtros.

Sobretensiones, fenómenos que obedecen a distintas causas, y las necesidades de estudios de este tipo son muy especiales, y muy variadas, por lo que su planteo esta muy ligado al problema especifico.

Sobrecorrientes, (excluidos los cortocircuitos ya planteados y tratados) son fenómenos que se presentan por inserción de cargas particulares, capacitores, filtros, transformadores, etc su necesidad esta muy ligada a relaciones entre red y cargas.

Estudios de protecciones especiales, como las de impedancia, que se presentan en algunos casos en redes de alimentación de las plantas industriales muy grandes.

estudios de confiabilidad, Aunque se trata de estudios de otro tipo, estos estudios tienen hoy mucha relación con la red eléctrica y su importancia es actualmente muy grande a los fines de justificar correctas decisiones, que solo pueden basarse en los analisis de riesgo que significa una condicion de operación anormal, cuya importancia a priori no se puede evaluar de otra manera.

En la relación con problemas que se presentan en plantas industriales, muchas veces es necesario la reconstrucción de fallas, para la explicación de lo ocurrido, o la simulación de consecuencias de determinados eventos.Durante las etapas de puesta en marcha, y durante el funcionamiento se realizan gran cantidad de mediciones con moderna instrumentación que permite capturar señales, registrarlas, y posteriormente en oficina, analizarlas y utilizarlas para distintas finalidades, también esta es útil experiencia que debe registrarse y acumularse.Todos los cálculos requieren de una estructura de datos que es conveniente documentar y recopilar en una memoria dedicada a datos, separando aquellos datos fijos (que dependen de lo existente) de los datos variables (ligados al proyecto especifico).

Otros cálculos

Otros cálculos que aparecen en los proyectos industriales son

cálculos de redes de tierra, cuando se drenan corrientes, y cuando estas conducen corrientes, estas instalaciones están dedicadas a la seguridad de personas y cosas, y su diseño exige un planteo optimizado y responsable, el material que se utiliza debe ser bien aprovechado..

protección contra descargas atmosféricas. Es otro tema que tiene relación con la seguridad de las personas y de las cosas, sobre todo porque las descargas pueden alcanzar las instalaciones eléctricas y ser conducidas por ellas.

cálculos de iluminación, en interiores, en exteriores, en calles transitadas.

Qué hacer

Se trata ahora de enumerar simplemente las memorias de calculo y documentación relacionada que se presentan frecuentemente en los proyectos industriales.

lista de equipos disposición de equipos (lay out) lista de cargas (equipos representados por sus características eléctricas) topología de la red eléctrica - esquemas unifilares parámetros de componentes de la red eléctrica (cables, transformadores) cálculos de cargas cálculos de cables cálculos de arranque de motores cortocircuitos en la red eléctrica flujos de carga coordinación de protecciones evaluación de consumo de energía activa y reactiva (y perdidas) estudio de mejora del factor de potencia cálculos de redes de tierra protección contra descargas atmosféricas estudios de iluminación.

Cada memoria parte de ciertos datos, y se orienta a obtener ciertos resultados, o demostrar que ciertas adopciones son adecuadas.Las metodologias de desarrollo de las memorias deben adaptarse a la modalidad de trabajo, deben estar complementadas por documentacion esquematica que muestra aspectos topologicos de la red.Es importante que cada memoria que se haga, extraiga de las anteriores la experiencia útil, y entregue en el futuro su experiencia, para esto es indispensable acceder a la experiencia en una forma distinta a la habitual, que es revolviendo los cajones... el como hoy adecuado parece ser la internet, o la intranet ya que generalmente hay razones de confidencialidad.

Cómo hacer

Al inicio del proyecto, se deben lograr identificar estos trabajos en su magnitud, sin despreciarlos (en paradigma clasico es: la red es existente, no es necesario estudiarla porque funciona, y esta afirmacion lleva a que la ampliacion la pondra en crisis! y no funcionara, en rigor funcionara y quizas no se note demasiado que podria funcionar mejor…y mas economicamente, y se habra perdido la ocasión de mejora!)

En general se desprecian una serie de trabajos que se deben hacer antes de que el proyecto avance, quizas este desprecio es por que es dificil hacerlos antes por falta de datos… (otro paradigma: pareceria que no se pueden hacer, entonces se debe esperar a tener datos definitivos… cuando los datos definitivos, ya no hay tiempo para hacer) pero estos estudios deben en rigor demostrar si las ideas son convenientes o no, cuando se hagan los estudios tardios, los equipos ya estaran definidos, y las objeciones seran inutiles, habra que buscar soluciones fuertemente condicionadas.

El proyecto podria iniciarse a partir de la lista de elaborados (memorias y planos - croquis) arriba indicados, identificando en que consistiria realmente cada uno de ellos, pensando quizas en un documento prematuro, y un documento cuando el proyecto esa avanzado (o una revision).

Estas tareas son muy dependientes del proyecto especifico, pero las preguntas que se deben responder son:Como es la red electrica existente, a la cual se debe integrar el proyecto?

Como se integra la red futura?

Cuales son las caracteristicas funcionales de lo existente?

La ampliacion como modifica lo existente?

Estas respuestas debe encontrarse aun cuando parece que la relacion es muy suave, poco firme, aun cuando se cree que no hay relacion.

El concepto de existente no cubre solo la planta de nuestro interes, dependiendo de caracteristicas particulares la influencia de la planta puede extenderse mucho en la red electrica que la rodea (el caso clasico es cuando la planta genera perturbaciones electricas, armonicas, flicker, caidas de tension, o viceversa cuando en la red se generan perturbaciones que afectan a la planta, agujeros de tension, armonicas, flicker, etc), y este aspecto es necesario considerarlo en los analisis iniciales, para no recibir alguna sorpresa.

Frente al proyecto definido se trata por un lado de evaluar la carga a alimentar, y por el otro poner de alguna manera a prueba la red electrica que puede plantearse.

La lista de documentos antes detallada debe tomar forma e incluir notas que aclaren el alcance de cada uno de los elaborados que se estiman necesarios.

De los documentos desarrollados se deben extraer las conclusiones que corresponden al conjunto, que pueden en algunos casos obligar a replantear totalmente las soluciones propuestas (limites de variacion de tensiones, limites de niveles de cortocircuito, interferencias o perturbaciones, etc).

Es conveniente proponer instrucciones de trabajo, que desarrolladas y relacionadas con estos temas, estando disponibles permiten avanzar en el proyecto dentro de un margen de coherencia independizando el trabajo a desarrollar de las personas que lo ejecutan:

Las instrucciones pretenden orientar para lograr cierta uniformidad y criterio de enfoque de los documentos donde quedan volcados datos y resultados del trabajo de interes.

El trabajo complejo exige organización y orden, la organización informal es muy peligrosa, presupone la buena voluntad de los que intervienen el trabajo, y sin dudar de esta, si no se han fijado los criterios, estos dependen de cada uno… precisamente se trata de que el trabajo no dependa de una persona, la organización, el orden, la división clara de tareas debe permitir que el trabajo avance aunque uno se enferme… y que otro puede fácilmente extraer información de las experiencias que lo precedieron.

Es importante el organigrama que muestre relación y dependencia entre los que trabajan, a fin de que se sepa donde encontrar los elementos que faltan…

Es importante la sólida documentación de lo que se pretende elaborar, a partir de documentos anteriores, o preparando cuidadosamente las nuevas experiencias. Las instrucciones de trabajo (que deben actualizarse reuniendo la experiencia) deben proponer un nivel de trabajo normal, y cuando se detectan mayores dificultades, la identificación temprana del problema debe permitir el correcto enfoque, la obtención de datos adicionales seguramente indispensables, y un útil trabajo final.