Operación y mantenimiento de centrales de ciclo combinado 

La gestión de la operación y el mantenimiento de un ciclo combinado visto por los responsables de la explotación de la central 2 años después del inicio de la explotación comercial.

 

foto santiago

 

1.La flexibilidad

La energía eléctrica no se almacena. Aunque hay varias líneas de investigación en marcha para tratar de almacenar energía eléctrica en grandes cantidades hoy por hoy la demanda de energía instantánea debe coincidir con la producción.

Las centrales térmicas convencionales y las nucleares son poco flexibles. Frente a ellas, las centrales térmicas de ciclo combinado tienen una mejor adaptación a las necesidades variables del mercado energético. Varían su carga con rapidez, el mínimo técnico al que es posible operar la central de forma estable es bajo y el periodo de arranque y parada es corto (entre 3 y 6 horas para el arranque, y alrededor de una hora para la parada). En esas condiciones, es posible subir carga durante las horas punta, las horas de mayor demanda energética, y bajar carga hasta su mínimo técnico durante las horas valle, incluso parar la central diariamente durante esos periodos con bajas necesidades energéticas en la red.

Pero esta flexibilidad tiene sus consecuencias para la operación y el mantenimiento. Incluso el diseño de estas centrales se ve afectado por la necesidad de variar la carga de forma continua

 

2.Operación

2.1.Regímenes de operación

Las posibilidades para determinar el régimen de funcionamiento habitual en una CTCC son muy variadas, Incluso, una central, a lo largo del año, varía de régimen, sobre todo con la estación del año. Pueden resumirse en 4:

  • Funcionamiento continuo, a plena carga. Es un régimen de funcionamiento muy poco habitual. Sólo se utiliza cuando la demanda energética es especialmente elevada durante largos periodos de tiempo
  • Periodos punta a plena carga y periodos valle a mínimo técnico, durante toda la semana (no hay arranques ni paradas). Habitual con demandas energéticas elevadas.
  • Arranques y paradas semanales: Cargas altas durante los periodos punta, de lunes a viernes. Mínimo técnico durante las noches. Fines de semana parado
  • Arranques y paradas diarios. Habitual cuando la demanda de energía es especialmente baja

 

2.2.Arranques y variaciones de carga: incidencia en el estado técnico de la planta

Una ventaja indudable de operar la central a plena carga es la desaparición de fuerzas cíclicas responsables de la fatiga de materiales. Por desgracia, no es habitual en este tipo de centrales operarlas de forma continua a plena carga, sino que sufren constantemente variaciones en su potencia para ajustarse al programa de carga negociado con los responsables de la Red. 

Las variaciones de carga en una central de ciclo combinado son constantes. Por tanto se producen tensiones cíclicas provocadas por las dilataciones y contracciones de los metales a diferentes temperaturas y presiones, que afectan negativamente a la vida de los materiales. No obstante, es impensable operar una central de ciclo combinado a un régimen de carga estable. Aunque técnicamente sea lo idóneo, sería económicamente ruinoso. Por ello, estas centrales deben estar diseñadas para soportar estos constantes cambios de carga.

Dado el grado de automatización de una central actual, para el operador de la central es muy sencillo variar la carga: tan solo debe introducir el valor de potencia deseado, y el sistema de control de la central se encargará de realizar todas las maniobras necesarias (en la admisión de gas y en la admisión de aire fundamentalmente) para alcanzar esa consigna. Las pequeñas variaciones de carga no requieren grandes atenciones. Sin embargo, los cambios significativos de carga requieren mucha más atención, pues al afectar al caudal de los gases de escape provocan variaciones de temperatura, presión y niveles de agua en la caldera y en el ciclo agua-vapor. El operador debe estar muy atento durante las transiciones de carga a estos parámetros, por si fuera necesaria una intervención manual para solucionar cualquier situación anómala. 

 

2.3.Organización del personal de operaciones

El grado de automatización de estas centrales hace que sea muy poco el personal habitual. Cuando la central está en marcha, el personal necesario para operarla es realmente bajo (2-3 personas por turno). 

Pero debe ser personal con una preparación excelente. Si bien la cantidad de personal necesaria no es alta, la cualificación exigible a cada uno de los miembros de la plantilla es alta. No es extraño que en algunas central casi todo el personal habitual tenga titulación universitaria (ingenieros o licenciados).

La formación continua es otro de los pilares importantes de la gestión del personal en una CTCC. La tecnología punta que se emplea, la imposibilidad de encontrar en el mercado laboral personal ya formado, y la necesidad de polivalencia hacen que todos los puestos necesiten un reciclaje y un aumento de conocimientos continuo. A la hora de diseñar la organización del personal de operaciones deben tenerse en cuenta una serie de aspectos principales:

  • Debe asegurarse que se dispondrá de personal suficiente y adecuadamente formado para afrontar situaciones de funcionamiento normal y situaciones anormales (aunque previsibles: arranques, paradas)
  • Debe prever una forma rápida de sustituir a un operador en caso necesario (un accidente, una baja imprevista, etc), o de aumentar la plantilla de forma rápida ante un evento anormal y poco previsible.
  • Debe respetar la legalidad vigente en materia de horarios, jornadas máximas y horas extraordinarias 

De acuerdo a esto, el organigrama habitual de mantenimiento consta de un Jefe de Operaciones, un químico en dependencia directa de éste, 5 jefes de turno y un número de operadores que puede variar entre 5 y 10 (es decir, uno o dos por turno). Hay que prever, además, personal de retén, por si surgiera una carga de trabajo adicional que no pudiera realizarse con el personal de planta o por si sucediera algo imprevisto a alguna de las personas del turno:

La plantilla total de operaciones suele estar formada por entre 10 y 19 personas, siendo lo más habitual 16 (un Jefe de Operaciones, 5 Jefes de Turno y 10 operadores)

 

3.Mantenimiento

3.1.El plan de mantenimiento

Cuando se piensa en el Plan de Mantenimiento de una central de ciclo combinado, inmediatamente se piensa en el tren de potencia (turbina de gas, caldera, turbina de vapor y generador), y en las diferentes revisiones programadas de estos equipos.

Pero una central de ciclo combinado tiene muchos más equipos y sistemas que los anteriormente mencionados, que además pueden dar problemas tan significativos como los que puede dar el tren de potencia. Por desgracia, es habitual considerar todos esos equipos que no forman parte del tren de potencia como equipos secundarios, y su mantenimiento se aborda desde una perspectiva más relajada.

El plan de mantenimiento puede tener 3 enfoques diferentes:

  1. Puede estar basado exclusivamente en las instrucciones de los fabricantes. Es fácil de realizar, y además, se cubren muy bien las garantías de los equipos. Puede resultar muy adecuado para equipos de los que se tiene un conocimiento bajo. Pero a veces se olvida que el fabricante de un equipo no suele ser un buen mantenedor. En ocasiones, los planes que propone son absolutamente exhaustivos y otras, no son más que unas instrucciones redactadas por personal de bajo nivel técnico, para cubrir una obligación contractual (la de suministrar información técnica). 
  2. Puede elaborarse a partir de la experiencia de los propios técnicos de mantenimiento. Solo puede realizarse si el personal de mantenimiento tiene una gran experiencia. Si es así, puede resultar un plan mucho más adecuado pues estará mucho más adaptado a las necesidades de la planta. Aún así, habrá equipos (sobre todo el tren de potencia) que habitualmente suelen seguir sujetos a las instrucciones de los fabricantes, por la importancia que tienen y por el problema de las garantías.
  3. Por último, puede ser un plan basado en el análisis de fallos potenciales de la planta. Es mucho más lento de realizar, pero sus resultados son excelentes. Se requieren buenos conocimientos de los equipos y, sobre todo, de los procesos. Es la base del RCM (Reliability Centered Maintenance)

 

3.2.Política de repuestos

Hay al menos cuatro aspectos que debemos tener en cuenta a la hora de seleccionar el stock de repuesto: la criticidad del fallo, la frecuencia de consumo, el plazo de aprovisionamiento y el coste de la pieza. 

  • Criticidad del fallo. Los sistemas críticos son, como hemos visto, aquellos cuyo fallo afecta a la seguridad, al medioambiente o a la producción de energía. Por tanto, las piezas necesarias para subsanar un fallo que afecte de manera inadmisible a cualquiera de esos tres aspectos deben ser tenidas en cuenta como piezas que deben integrar el stock de repuesto
  • Consumo. Tras el análisis del histórico de averías, o de la lista de elementos adquiridos en periodos anteriores (uno o dos años), puede determinarse que elementos se consumen habitualmente. Todos aquellos elementos que se consuman habitualmente y que sean de bajo coste deben considerarse como firmes candidatos a pertenecer a la lista de repuesto mínimo. Así, los elementos de bombas que no son críticas pero que frecuentemente se averían, deberían estar en stock (retenes, rodetes, cierres, etc.). También, aquellos consumibles de cambio frecuente (aceites, filtros) deberían considerarse.
  • Plazo de aprovisionamiento. Algunas piezas se encuentran en stock permanente en proveedores cercanos a la planta. Otras, en cambio, se fabrican bajo pedido, por lo que su disponibilidad no es inmediata, e incluso, su entrega puede demorarse meses. Aquellas piezas que pertenezcan a equipos críticos cuya entrega no sea inmediata, deberían integrar el almacén de repuesto. Aquellas piezas que aún no pertenecientes a equipos A o críticos, puedan suponer que un equipo B permanezca largo tiempo fuera de servicio deben considerarse igualmente en esa lista.
  • Coste de la pieza

Puesto que se trata de tener un almacén con el menor capital inmovilizado posible, el precio de las piezas formará parte de la decisión sobre el stock de las mismas. Aquellas piezas de gran precio (grandes ejes, coronas de gran tamaño, equipos muy especiales) no deberían mantenerse en stock en la planta, y en cambio, deberían estar sujetas a un sistema de mantenimiento predictivo eficaz. Para estas piezas también debe preverse la posiblidad de compartirse entre varias plantas. Algunos fabricantes de turbinas, por ejemplo, ofrecen este tipo de servicio.

 

3.3.El mantenimiento correctivo

No es posible gestionar adecuadamente un departamento de mantenimiento si no se establece un sistema que permita atender las necesidades de mantenimiento correctivo (la reparación de averías) de forma eficiente. De poco sirven nuestros esfuerzos para tratar de evitar averías si, cuando estas se producen, no somos capaces de proporcionar una respuesta adecuada. Debemos recordar, además, que un alto porcentaje de las horas-hombre dedicadas a mantenimiento se emplean en la solución de fallos en los equipos que no han sido detectados por mantenimiento, sino comunicados por el personal de operaciones. 

Gestionar con eficacia el mantenimiento correctivo significa:

  • Realizar intervenciones con rapidez, que permitan la puesta en marcha del equipo en el menor tiempo posible (MTTR, tiempo medio de reparación, bajo)
  • Realizar intervenciones fiables, y adoptar medidas para que no se vuelvan a producir estas en un periodo de tiempo suficientemente largo (MTBF, tiempo medio entre fallos, grande)
  • Consumir la menor cantidad posible de recursos (tanto mano de obra como materiales)

 

3.4.Organización del personal de mantenimiento

Hay seis factores que es necesario considerar a la hora de elaborar el organigrama de mantenimiento:

  • Tiempo hasta la intervención Es el tiempo que transcurre desde que se produce un fallo imprevisto hasta que se comienza la intervención. 
  • Resolución rápida de fallos. Es el tiempo que transcurre desde que se comienza la intervención en un fallo hasta que el problema está solucionado.
  • Dependencia de personas concretas (‘imprescindibilidad’). El concepto de ‘imprescindibilidad hace referencia a la dependencia de determinadas personas dentro de la organización de mantenimiento para resolver problemas concretos.
  • Recursos para mantenimiento programado. As ser las averías urgentes son prioritarias frente a cualquier otro trabajo, el mantenimiento programado puede verse afectado ante una carga mayor de mantenimiento correctivo. Esto puede hacer que se caiga en una espiral de difícil retorno. Un buen organigrama debería tener separadas estas dos funciones, para asegurar que sean cuales sean los fallos que se produzcan no afectarán a la realización de mantenimiento preventivo
  • Coste de personal (habitual + contratas). Un buen organigrama supone no tener más personal del estrictamente necesario. 
  • Horas extras generadas. Un buen organigrama no necesita de horas extraordinarias para atender cualquier contingencia. 

 

Teniendo en cuenta estos factores, son posibles al menos tres tipos de organigrama:

Organigrama por oficios

Es el más tradicional y paradójicamente, el que peor responde a los 6 factores mencionados. El personal se distribuye en dos subáreas: personal mecánico y personal eléctrico, con un responsable al frente de cada uno. El horario es habitualmente de lunes a viernes, en turno central. 

Organigrama por tipo de mantenimiento

Bastante menos habitual es organizar el personal por tipos de mantenimiento. Se trata del organigrama que mejor cumple cada uno de los 6 factores importantes en mantenimiento. Supone organizar al personal en las siguientes subáreas:

  • Personal para mto. correctivo (personal a turnos)
  • Personal para mto. programado (turno central)
  • Personal para mto. predictivo (turno central)
  • Personal para mejoras y modificaciones (normalmente, subcontratado)

‘Pool’ de personal de mantenimiento

Supone no tener ninguna especialización, y ningún horario preestablecido. Todo el personal es polivalente, y su horario está en función de las necesidades de cada momento.

 

4.Conclusiones

La gestión de una central de ciclo combinado supone tener en cuenta muchos aspectos que en otras instalaciones industriales pueden tener una importancia diferente. La altísima disponibilidad, las continuas variaciones de carga, las implicaciones económicas de una avería fortuita, etc, hacen que además de la gestión técnica de los propios equipos no deba descuidarse la forma en que se organiza la operación y el mantenimiento. Sólo desde un análisis de las necesidades de estas plantas, y sólo contando con personal suficientemente preparado y con experiencia puede abordarse la gestión de la explotación de una central de estas características con garantía de éxito

 

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