Activida<strong>de</strong>s <strong>de</strong> investigación12Sistema <strong>de</strong> aire–gases y combustible. La r<strong>el</strong>ación con este sistema se pres<strong>en</strong>ta mediante <strong>el</strong> suministro<strong>de</strong>l calor necesario para la e<strong>vapor</strong>ación <strong>de</strong>l agua <strong>de</strong>l g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>, increm<strong>en</strong>tando la temperatura<strong>de</strong>l <strong>vapor</strong> sobrecal<strong>en</strong>tado y recal<strong>en</strong>tado, y la producción <strong>de</strong>l <strong>vapor</strong> con las condiciones necesarias para <strong>el</strong>funcionami<strong>en</strong>to a<strong>de</strong>cuado <strong>de</strong> la turbina.Análisis <strong>de</strong> <strong>fallas</strong>Las <strong>fallas</strong> y <strong>de</strong>crem<strong>en</strong>tos <strong>en</strong> <strong>el</strong> g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> ocupan <strong>en</strong>tre un 50% a un 32% <strong>de</strong>l total <strong>de</strong> <strong>fallas</strong> ocurridas<strong>en</strong> una unidad, afectando <strong>el</strong> índice <strong>de</strong> disponibilidad, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> las causadas por <strong>de</strong>crem<strong>en</strong>tos, mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>tosy otros factores <strong>en</strong> los que se cu<strong>en</strong>tan los errores <strong>de</strong> operación y mant<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to. Los costospor la salida <strong>de</strong> la unidad son muy <strong>el</strong>evados cuando se pres<strong>en</strong>tan <strong>fallas</strong> <strong>en</strong> la cal<strong>de</strong>ra, <strong>de</strong>bido al costo por<strong>de</strong>jar <strong>de</strong> g<strong>en</strong>erar, a su reparación con reposición <strong>de</strong> materiales y a la mano <strong>de</strong> obra calificada (ComisiónFe<strong>de</strong>ral <strong>de</strong> Electricidad, 1997).La manera para ayudar a increm<strong>en</strong>tar la disponibilidad <strong>de</strong> una c<strong>en</strong>tral consiste <strong>en</strong> mejorar la efici<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>sus compon<strong>en</strong>tes, increm<strong>en</strong>tar su vida útil mediante la mejora <strong>de</strong> la operación y la seguridad, ya que resultamucho más conv<strong>en</strong>i<strong>en</strong>te corregir estos problemas que implantar otro tipo <strong>de</strong> soluciones que resultaránmás costosas. La falla que se analizó <strong>en</strong> este sistema fue la rotura <strong>de</strong> tubos <strong>de</strong> pared <strong>de</strong> agua.Evolución y consecu<strong>en</strong>cias <strong>de</strong> la fallaCuando se pres<strong>en</strong>ta esta falla y <strong>de</strong> acuerdo con su severidad, <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> <strong>de</strong>l domo t<strong>en</strong><strong>de</strong>rá a disminuir, haci<strong>en</strong>doque su control responda hacia mant<strong>en</strong>erlo, con <strong>el</strong> consecu<strong>en</strong>te increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación,pero cuando este flujo sea insufici<strong>en</strong>te <strong>el</strong> niv<strong>el</strong> se abatirá, pudi<strong>en</strong>do llegar a operar <strong>el</strong> disparo <strong>de</strong>lg<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>, por abajo <strong>de</strong>l niv<strong>el</strong> <strong>de</strong>l domo y <strong>en</strong> caso <strong>de</strong> no operar esta protección, se corre <strong>el</strong> riesgo<strong>de</strong> que <strong>el</strong> resto <strong>de</strong> los tubos <strong>de</strong> la pared <strong>de</strong> agua se que<strong>de</strong> sin refrigeración, con <strong>el</strong> consigui<strong>en</strong>te daño.Igualm<strong>en</strong>te, la presión <strong>de</strong>l domo disminuirá como consecu<strong>en</strong>cia <strong>de</strong>l <strong>de</strong>crem<strong>en</strong>to <strong>en</strong> la producción <strong>de</strong>l <strong>vapor</strong>originado por la falla y que posteriorm<strong>en</strong>te causará <strong>de</strong>sviaciones al <strong>vapor</strong> sobrecal<strong>en</strong>tado y recal<strong>en</strong>tado,aum<strong>en</strong>tando éstos su temperatura y disminuy<strong>en</strong>do su presión. Al recibir la medición <strong>de</strong> baja presión<strong>de</strong>l <strong>vapor</strong> sobrecal<strong>en</strong>tado, <strong>el</strong> control <strong>de</strong> la combustión <strong>en</strong>viará la señal con la instrucción <strong>de</strong> increm<strong>en</strong>tartanto <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> aire como <strong>de</strong> combustible, provocando que la presión <strong>en</strong> <strong>el</strong> hogar aum<strong>en</strong>te, pudi<strong>en</strong>dollegar al valor <strong>de</strong> disparo <strong>de</strong>l g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> por alta presión <strong>en</strong> <strong>el</strong> hogar. A<strong>de</strong>más, la magnitud <strong>de</strong> lafuga también contribuirá a la presurización. Otro parámetro será <strong>el</strong> increm<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong> agua hacia <strong>el</strong><strong>de</strong>aereador, causando disminución <strong>de</strong>l niv<strong>el</strong> <strong>de</strong>l con<strong>de</strong>nsador, con <strong>el</strong> aum<strong>en</strong>to consecu<strong>en</strong>te <strong>de</strong>l flujo <strong>de</strong>repuesto al ciclo y <strong>el</strong> abatimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong>l tanque <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> repuesto <strong>de</strong> con<strong>de</strong>nsado.Si no se aplican las acciones correctivas a estos efectos originados por la falla, se podrían dañar los tubosadyac<strong>en</strong>tes <strong>de</strong> las pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l hogar y existirían esfuerzos térmicos por la nula o baja circulación a través<strong>de</strong> los tubos dañados, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> las altas temperaturas. También se sometería a la turbina a esfuerzos térmicosy empujes axiales, por condiciones <strong>de</strong> baja presión y alta temperatura <strong>de</strong>l <strong>vapor</strong>, pudi<strong>en</strong>do pres<strong>en</strong>tarserozami<strong>en</strong>tos <strong>en</strong>tre partes fijas y móviles, fisura o erosión por la formación <strong>de</strong> humedad, si<strong>en</strong>do máscrítico <strong>en</strong> los últimos pasos <strong>de</strong> la turbina <strong>de</strong> baja presión.Causas posibles que provocan la fallaLas roturas <strong>en</strong> los tubos <strong>de</strong> una pared <strong>de</strong>l hogar se pres<strong>en</strong>tan por diversas causas, por ejemplo: diseño<strong>de</strong>l g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>, materiales utilizados y las condiciones <strong>de</strong> operación. En la parte <strong>de</strong> diseño se <strong>de</strong>tectarácon la inci<strong>de</strong>ncia <strong>de</strong> la misma falla, aun con las reparaciones a<strong>de</strong>cuadas. Algunos factores son: lacirculación ina<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong> gases cali<strong>en</strong>tes <strong>en</strong> <strong>el</strong> hogar y una <strong>de</strong>fici<strong>en</strong>te circulación o refrigeración <strong>de</strong> tubos;los materiales utilizados con otra posible causa, ya que ocasionalm<strong>en</strong>te <strong>el</strong> material pres<strong>en</strong>ta <strong>de</strong>fectos <strong>en</strong> sufabricación; o una s<strong>el</strong>ección ina<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong>l mismo.Otra causa son las condiciones operativas a las que se expon<strong>en</strong> los materiales, las cuales pue<strong>de</strong>n controlarsecon una operación correcta <strong>de</strong> los parámetros que contribuy<strong>en</strong> a la falla <strong>de</strong> tubería <strong>de</strong> pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong> agua.Con <strong>el</strong> control <strong>de</strong> los parámetros se minimiza la formación <strong>de</strong>l hollín, <strong>el</strong> cual es causado por problemas <strong>en</strong>
13 Boletín IIE, <strong>en</strong>ero-marzo <strong>de</strong>l 2007<strong>el</strong> quemador, como son: la insufici<strong>en</strong>te presión <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> <strong>de</strong> atomización; la distribución ina<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong> lamezcla combustible/aire por daño <strong>en</strong> sus compon<strong>en</strong>tes; cantidad ina<strong>de</strong>cuada <strong>de</strong> aire para la combustión;alargami<strong>en</strong>to <strong>de</strong> flama y conc<strong>en</strong>traciones <strong>de</strong> azufre <strong>en</strong> los combustibles fósiles que, al incrustarse <strong>en</strong> la tubería,causarán corrosión. Durante variaciones <strong>de</strong> carga se pres<strong>en</strong>tan increm<strong>en</strong>tos o <strong>de</strong>crem<strong>en</strong>tos <strong>de</strong> flujos<strong>de</strong> aire, combustible, gases y flujo <strong>de</strong> <strong>vapor</strong> <strong>en</strong> la cal<strong>de</strong>ra, lo cual somete a la tubería a diversos esfuerzos.Una reparación <strong>de</strong>fectuosa, un tratami<strong>en</strong>to químico <strong>de</strong>fici<strong>en</strong>te y arranques <strong>de</strong> unidad con condiciones ina<strong>de</strong>cuadas,son otras causas que pudieran provocar daño a tubos <strong>de</strong> pare<strong>de</strong>s <strong>de</strong>l hogar (Ruz Hernán<strong>de</strong>z,J.A. et al., 2005).Figura 11. Mo<strong>de</strong>lo <strong>de</strong> falla rotura <strong>de</strong> tubos <strong>de</strong> pared<strong>de</strong> agua.Simulación <strong>de</strong> la fallaLa falla se simuló a los 15 minutos <strong>de</strong> operación y sus característicasson: súbita y perman<strong>en</strong>te, a<strong>de</strong>más <strong>de</strong> que la falla es total, es <strong>de</strong>cir, noexist<strong>en</strong> niv<strong>el</strong>es <strong>de</strong> rotura. En las gráficas <strong>de</strong> las variables se observa <strong>el</strong>comportami<strong>en</strong>to con falla y sin falla <strong>de</strong> las mismas, y a partir <strong>de</strong> estecomportami<strong>en</strong>to se establec<strong>en</strong> los umbrales para <strong>el</strong> diagnóstico.Las variables monitoreadas <strong>en</strong> esta falla son:1. Flujo <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> repuesto a con<strong>de</strong>nsado (FARC)2. Flujo <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación (FAAL)3. Flujo <strong>de</strong> aire (FA)4. Niv<strong>el</strong> <strong>de</strong>l domo (NDO)A<strong>de</strong>más se monitorearon los estados <strong>de</strong> la alarma <strong>de</strong> bajo niv<strong>el</strong> <strong>de</strong>ldomo (ABND)Con base <strong>en</strong> la experi<strong>en</strong>cia adquirida <strong>de</strong>spués <strong>de</strong> haber realizado múltiplespruebas, se <strong>de</strong>terminaron los umbrales <strong>de</strong> <strong>de</strong>tección indicados<strong>en</strong> la tabla 2.En esta falla, <strong>el</strong> tiempo <strong>de</strong> <strong>de</strong>tección fue <strong>de</strong> 3.5 minutos, ya que la últimacondición <strong>en</strong> cumplirse fue <strong>el</strong> flujo <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación.Tabla 2. Tabla <strong>de</strong> comportami<strong>en</strong>to y umbrales para las variables <strong>en</strong> la fallarotura <strong>de</strong> tubos <strong>de</strong> pared <strong>de</strong> agua.VariableComportami<strong>en</strong>to Umbralante fallaFlujo <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> repuesto a con<strong>de</strong>nsado Sube 30 m 3 /hFlujo <strong>de</strong> agua <strong>de</strong> alim<strong>en</strong>tación Sube 25 m 3 /hFlujo <strong>de</strong> aire Baja 51.5 m 3 /hNiv<strong>el</strong> <strong>de</strong>l domo Baja 0 mConclusionesLos resultados obt<strong>en</strong>idos <strong>de</strong> este trabajo, muestran que <strong>el</strong> sistema <strong>de</strong> diagnóstico <strong>de</strong>sarrollado permite una rápida <strong>de</strong>teccióne i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> las <strong>fallas</strong> consi<strong>de</strong>radas <strong>en</strong> <strong>el</strong> diseño. Asimismo, <strong>el</strong> carácter cualitativo <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lado por medio <strong>de</strong> re<strong>de</strong>s <strong>de</strong>Petri, lo hace fácilm<strong>en</strong>te ext<strong>en</strong>sible a un conjunto <strong>de</strong> <strong>fallas</strong> tan gran<strong>de</strong> como se quiera abarcar o bi<strong>en</strong>, fácilm<strong>en</strong>te adaptable alos distintos rangos <strong>de</strong> operación <strong>de</strong> la planta, con <strong>el</strong> único requerimi<strong>en</strong>to <strong>de</strong> reajustar los umbrales <strong>de</strong> <strong>de</strong>tección. Esto, comparadocon un sistema <strong>de</strong> diagnóstico con base <strong>en</strong> re<strong>de</strong>s neuronales, repres<strong>en</strong>ta gran<strong>de</strong>s v<strong>en</strong>tajas al no requerir <strong>de</strong> la etapa<strong>de</strong> <strong>en</strong>tr<strong>en</strong>ami<strong>en</strong>to, la cual es complicada y azarosa.Otra aplicación <strong>de</strong>l mo<strong>de</strong>lado con re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri que se <strong>de</strong>spr<strong>en</strong><strong>de</strong> <strong>de</strong> este trabajo, es la <strong>de</strong>terminación <strong>de</strong> alarmas, pues éstascorrespon<strong>de</strong>n a variables que han salido <strong>de</strong> su rango <strong>de</strong> operación nominal, sin que necesariam<strong>en</strong>te corresponda a unafalla.Sin embargo, como trabajo futuro queda p<strong>en</strong>di<strong>en</strong>te una comparación más minuciosa <strong>de</strong> estos resultados con los obt<strong>en</strong>idospreviam<strong>en</strong>te, a fin <strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar las v<strong>en</strong>tajas y <strong>de</strong>sv<strong>en</strong>tajas <strong>de</strong> trabajar con las distintas técnicas <strong>de</strong> diagnóstico que se han<strong>en</strong>sayado <strong>en</strong> <strong>el</strong> área <strong>de</strong> Supervisión <strong>de</strong> Procesos <strong>de</strong>l IIE.El <strong>de</strong>sarrollo <strong>de</strong>l sistema basado <strong>en</strong> re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> Petri, junto con los <strong>de</strong>sarrollados anteriorm<strong>en</strong>te, hace posible la implem<strong>en</strong>tación<strong>de</strong> un esquema <strong>de</strong> diagnóstico <strong>de</strong> <strong>fallas</strong> que utilice redundancia algorítmica, <strong>el</strong> cual permitirá un mejor <strong>de</strong>sempeño <strong>en</strong>las tareas <strong>de</strong> diagnóstico <strong>de</strong> <strong>fallas</strong> para <strong>el</strong> g<strong>en</strong>erador <strong>de</strong> <strong>vapor</strong>, <strong>de</strong> una unidad termo<strong>el</strong>éctrica.