plan de tesis victor huaman palomino
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ESTRUCTURA DEL PLAN DE TESIS
I. TITULO
“ESTUDIO DE LA DISPONIBILIDAD Y CONFIABILIDAD DE SISTEMAS EN UNA CENTRAL TERMICA DE CICLO COMBINADO DE 492 MW ISO CON GAS NATURAL”
II. NOMBRE DEL GRADUANDO
Víctor Hugo Huaman Palomino.
III. AMBITO DE DESARROLLO DE LA INVESTIGACION
El estudio se desarrolla en una central térmica de ciclo combinado de 492 MW ISO
con gas natural con una configuración de planta tipo 2x1 (2 Turbogeneradores a Gas
y una Turbina a Vapor).
IV. DESCRIPCION DEL PLAN
4.1 ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS
Santiago Sabugal y Florentino Gómez (Centrales Térmicas de Ciclo Combinado
Teoría y Proyecto 2006) refieren que las turbinas de gas, y en general los ciclos
combinados, una tecnología en constante desarrollo, que periódicamente va
incorporando mejoras, y en los que el comportamiento de los equipos depende
fuertemente de la forma en que se opere (combustible empleado, arranques,
variaciones de carga, etc.), esta forma de generación suele estar sujeta a un
mayor riesgo de indisponibilidad. El suministrador dentro del marco del contrato
de mantenimiento suele garantizar un número de horas de funcionamiento al
año.
Asimismo mencionan que la disponibilidad se garantiza sobre la base de la
experiencia del suministrador e incorpora dos componentes: La indisponibilidad
programada debido al plan de mantenimiento de la turbina de gas - fijado por el -
y la indisponibilidad fortuita - producto de imprevistos que puedan ocurrir durante
la operación -. No obstante, el suministrador condiciona esta garantía a la firma
de un contrato, como minimo, de mantenimiento de los equipos principales.
Si el suministrador no es capaz de cumplir con la disponibilidad mínima
acordada, debe compensar al comprador con una cantidad por cada punto
porcentual o fracción inferior a la disponibilidad garantizada
Yoshie Usune, Masao Terazaki, Yasuoki Tomita, y Jun-Hee Lee, mencionan que
las centrales térmicas de ciclo combinado son construidas con especial énfasis
en la gran confiabilidad, disponibilidad y desempeño, mencionan que la gran
disponibilidad es posible a través de la aplicación de las siguientes cuatro
actividades:
1. Maximizando la confiabilidad de la turbina de gas a través de la verificación
del diseño.
2. Minimizando la duración del mantenimiento.
3. Asegurando que el proveedor de tecnología otorgue un rápido soporte
técnico.
4. Aplicando actualizaciones a las turbinas de gas.
4.2 DESCRIPCIÓN DE LA REALIDAD PROBLEMÁTICA
El problema actualmente existe en la CTCC Ventanilla se caracteriza por la
dificultad que tienen los equipos de mantenimiento para analizar el efecto que
tienen los tiempos de fallas en la disponibilidad y confiabilidad de los equipos y
sistemas que participan en el proceso de generación.
Se conjetura que el factor que tiene mayor impacto en la disponibilidad y
confiabilidad operacionales esta constituido por las fallas en los sistemas de
instrumentación y control en los diferentes sistemas de la CT Ventanilla, se
propone una metodología que considera modelar los equipos y sistemas críticos
en el proceso de generación y aplicar la teoría de probabilidades en base al
análisis del registro histórico de fallas, los tiempos de mantenimiento y el
cálculo de los índices de confiabilidad y disponibilidad operacional a fin de
identificar los equipos con valores críticos.
4.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
El equipo de mantenimiento en la CT Ventanilla no cuenta con una herramienta
que le permita analizar las implicancias que tiene la duración de las fallas en
parámetros como la disponibilidad y confiabilidad de los sistemas:
¿Cómo afecta la duración de las fallas a dichos parámetros?
¿Cómo respaldan los equipos en redundancia la disponibilidad y confiabilidad?
¿Cuáles son los equipos que ha tenido mayor impacto en la pérdida de
disponibilidad?
¿Cuáles son los equipos que ha tenido mayor impacto en la pérdida de
confiabilidad?
El proyecto busca estudiar dichos efectos a través de un estudio que analice los
índices de disponibilidad y confiabilidad
4.4 MARCO TEÓRICO
El Ciclo Combinado Gas – Vapor
Se puede definir un ciclo combinado como el acoplamiento de dos ciclos
termodinámicos individuales, uno que opera a alta temperatura y otro con
menores temperaturas de trabajo.
El calor residual del proceso de generación de trabajo neto en el ciclo de alta
temperatura se aprovecha en su mayor parte en un intercambiador de calor para
producir trabajo en un ciclo termodinámico de baja temperatura.
Con objeto de reducir las pérdidas de energía en el acoplamiento de los ciclos
de Rankine y Brayton, representadas por el espacio comprendido entre ambos
diagramas; el vapor en la caldera de recuperación de calor se puede generar en
uno, dos, o tres niveles de presión, y con o sin recalentamiento intermedio, lo
que implica una sofisticación y encarecimiento creciente de la instalación a
medida que se mejora el rendimiento y la potencia.
G1 1 2
G2
260.4 MW
260.4 MW
P 1.013T 15
GAST 619M 617
T 565M 90.7
P 120T 565P 30
T 29.8M 101.2
P 0.042
154.4 MW
T 328P 126
AP
PI T 242M 7
P 35 M 3.5
BPT 152M 7
P 5
M 14 M 90.7
T 60P 0.2
T 82M 617
Fig.1 Ciclo combinado típico de tres niveles con recalentamiento.
En la práctica, el término ciclo combinado se reserva de forma casi universal a la
conjunción en una única central de dos ciclos termodinámicos, Brayton y
Rankine, que trabajan con fluidos diferentes: gas y agua-vapor. El ciclo que
trabaja con aire-gases de combustión (Brayton) opera a mayor temperatura que
el ciclo cuyo fluido es agua-vapor (Rankine) y ambos están acoplados por el
intercambiador de calor gases/agua-vapor, que es la caldera de recuperación de
calor. La unión termodinámica de estos ciclos conduce generalmente a la
obtención de un rendimiento global superior a los rendimientos de los ciclos
termodinámicos individuales que lo componen. En la figura 1. de la página
anterior se puede observar una configuración típica para un ciclo combinado con
tres niveles de recalentamiento.
La Central Térmica de Ciclo Combinado Ventanilla está constituida de los
siguientes equipos principales:
02 Turbogeneradores
02 Calderas Recuperadoras de Calor (HRSG)
01 Turbina de Vapor
Los turbogeneradores son la aplicación práctica del ciclo Brayton, mientras que
las HRSG y la Turbina de Vapor constituyen son la aplicación ingenieril del Ciclo
Rankine.
Pero la implementación de ambos ciclo térmicos necesitan de una diversidad de
equipos electromecánicos tales como compresoras, electrobombas, ,
intercambiadores de calor, válvulas, entre otros que posibilitan una aplicación
eficiente; acorde a los avances tecnológicos logrados a la fecha; de la teoría
termodinámica del ciclo Combinado.
4.5 MARCO CONCEPTUAL
Disponibilidad:
La probabilidad de que el equipo funcione satisfactoriamente en el momento en
que sea requerido después del comienzo de su operación, cuando se usa bajo
condiciones estables, donde el tiempo total considerado incluye el tiempo de
operación, el tiempo activo de reparación, el tiempo inactivo, el tiempo en
mantenimiento preventivo (en algunos casos), el tiempo administrativo, el tiempo
de funcionamiento sin producir y el tiempo logístico.
La disponibilidad es una consideración importante en sistemas relativamente
complejos, como plantas de energía, satélites, plantas químicas y estaciones de
radar. En dichos sistemas, una confiabilidad alta no es suficiente, por sí misma,
para asegurar que el sistema esté disponible para cuando se necesite.
Confiabilidad:
Este es un concepto atribuible a los sistemas, equipos, maquinarias y productos
y expresa la probabilidad que estos cumplan, sin fallar, con las funciones para
las cuales fueron diseñados en determinadas condiciones establecidas y
durante un tiempo dado. Se considera como una probabilidad y por lo tanto es
un parámetro estadístico.
Los sistemas se encuentran compuestos por cierta cantidad de elementos que
cumplen una función específica dentro del conjunto y que del resultado de sus
acciones dependerá la performance general. Según la disposición en que se
encuentran estos elementos será la probabilidad de que el conjunto no falle.
Equipo:
Es una combinación de partes reunidas para obtener un resultado o una misión
conjunta. Los componentes de un sistema fallan independientemente irnos de
otros. Por ejemplo, un automóvil o una red de microondas.
Estructura en serie:
Es aquella en que todos los componentes deben funcionar adecuadamente para
que funcione el sistema. Una falla en uno de los componentes implica la no
funcionalidad de todo el sistema.
Estructura en paralelo o de redundancia activa:
Es aquella en que el funcionamiento de k, de los n componentes, implica el de
todo el sistema
Estructura k out of n:
Un sistema de n componentes que trabaja (o esta "bueno") si y sólo si al menos
k de los n componentes trabajan (o están “buenos”) es denominado un sistema
k-OUT-OF-n: G (G por good - bueno - en inglés). Un sistema de n componentes
que falla si y sólo si al menos k de los n componentes fallan es denominado un
sistema k-OUT-OF-n: F (F por fail –fallar - en inglés).
Mantenimiento Correctivo:
Este mantenimiento tiende a optimizar las condiciones y elementos de la
máquina de manera que mejore su performance o facilite el acceso para realizar
un mantenimiento más eficaz y eficiente.
Por lo general esta instancia del mantenimiento la desarrolla la ingeniería de
planta sobre la base de registros históricos de la máquina, sus roturas, sus
reparaciones, y sus intervenciones. Es la encargada de estudiar la conveniencia
y la factibilidad de realizar modificaciones al diseño original para adaptar un
componente de nueva generación o uno que tenga un mejor desempeño.
También cuando se busca aumentar la eficiencia de la máquina, optimizar la
calidad del proceso, mejorar la seguridad laboral o el cuidado del ambiente se
pueden introducir modificaciones al diseño.
4.6 JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACIÓN
Existe la necesidad de mejorar la productividad, la toma de decisiones
acertadas, manejar un amplio volumen de información y evaluar eficazmente el
desempeño de los equipos hace necesario que la central adecue sus recursos e
implante nuevos procesos, con el fin de optimizar la operación y mantenimiento
de los turbogeneradores
El análisis de disponibilidad y confiabilidad con base en el historial de fallas de
los equipos, permite determinar el comportamiento real durante su vida útil, con
el fin de:
Diseñar las políticas de mantenimiento a utilizar en el futuro.
Determinar las frecuencias óptimas de ejecución de mantenimiento preventivo.
Optimizar el uso de los recursos físicos y del talento humano.
Calcular intervalos óptimos de sustitución económica de equipos.
V. OBJETIVOS, HIPÓTESIS VARIABLES E INDICADORES
5.1 OBJETIVOS
5.1.1 OBJETIVO GENERAL
Analizar el impacto de los tiempos de mantenimiento correctivo en la
disponibilidad y confiabilidad (OPERACIONALES) de una Central
Térmica de Ciclo Combinado de 492 MW ISO con Gas Natural.
5.1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Recopilar, seleccionar y organizar información de los mantenimiento
correctivos en el periodo 2011- 2014 mediante entrevistas con personal de
operación y mantenimiento y revisión de los archivos técnicos de la CT
Ventanilla.
Establecer un modelo base para la configuración de los sistemas críticos en
el proceso de generación de la CT Ventanilla.
Calcular los índices de disponibilidad operacional y confiabilidad operacional
para los diferentes sistemas en el proceso de generación de la CT
Ventanilla.
Analizar e identificar los equipos y/o subsistemas que tengan mayor impacto
en la disponibilidad y confiabilidad operacionales de la CT Ventanilla.
5.2 HIPÓTESIS
5.2.1 HIPÓTESIS GENERAL
Los sistemas de instrumentación y control son los que ejercen el mayor
impacto en la disponibilidad y confiabilidad operacionales en la Central de
Ciclo Combinado Ventanilla.
5.2.2 HIPÓTESIS ESPECÍFICAS
Los sistemas de instrumentación y control (I&C) y sistemas
relacionado directamente a ellos tienen la mayor afectación en la
disponibilidad y confiabilidad operacional en los turbogeneradores
(TG3 y TG4) a gas de la CT Ventanilla.
Los sistemas de I&C y sistemas relacionado directamente a ellos
tienen la mayor afectación en la disponibilidad y confiabilidad
operacional en las calderas recuperadoras de calor (HRSG 11 y 12) de la CT Ventanilla.
Los sistemas de I&C y sistemas relacionado directamente a ellos
tienen la mayor afectación en la disponibilidad y confiabilidad
operacional en los sistemas de Balance de Operación de Planta
(BOP) de la CT Ventanilla.
Los sistemas de I&C y sistemas relacionado directamente a ellos
tienen la mayor afectación en la disponibilidad y confiabilidad
operacional en los sistemas de la Turbina de Vapor (TV5) de la CT
Ventanilla.
5.3 VARIABLES E INDICADORES
5.3.1 VARIABLE INDEPENDIENTE
Programa de mantenimiento inadecuado en sistemas de instrumentación y
control.
5.3.2 VARIABLES DEPENDIENTES
Disminución de confiabilidad y disponibilidad operacional en el grupo
turbogenerador TG3 CT Ventanilla.
Disminución de confiabilidad y disponibilidad operacional en el grupo
turbogenerador TG4 CT Ventanilla.
Disminución de confiabilidad y disponibilidad operacional en el grupo
turbogenerador TV5 CT Ventanilla.
5.3.3 INDICADORES
Tiempo medio entre fallas
Tiempo de duración de fallas
Tiempo medio para reparar
Disponibilidad Operacional
Confiabilidad Operacional
VI. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN
6.1 UNIDADES DE ANÁLISIS
La unidad de análisis es la CTCC Ventanilla y comprende los sistemas auxiliares
críticos en el proceso de generación.
6.2 TIPO Y NIVEL DE LA INVESTIGACIÓN
6.2.1 Tipo de investigación
Por el tipo de la investigación, el presente estudio reúne las condiciones
metodológicas de una investigación aplicada, en razón, que se utilizaron
conocimientos de la Gestión del Mantenimiento a fin de aplicarlas en el Proceso
de análisis de los índices de disponibilidad y confiabilidad.
6.2.2 Nivel de investigación
De acuerdo a la naturaleza del estudio de la investigación, reúne por su nivel las
características de un estudio descriptivo, explicativo y correlacionado.
6.3 PERÍODO DE ANÁLISIS
El periodo de análisis comprende los periodos operativos entre los años 2011 a
2014.
6.4 FUENTES DE INFORMACIÓN E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.
6.4.1 Fuentes de información
Registro histórico de fallas del CTCC Ventanilla
Factores de equipos en redundancia Stand BY (Siemens)
Memoria descriptiva de CTCC Ventanilla
6.5 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN Y PROCESAMIENTO DE DATOS
Análisis comparativos de datos estadísticos
Investigación de los registros históricos de fallas
Para análisis de configuración de equipos
VII. CRONOGRAMA
ACTIVIDADES 1ER MES-JUNIO
2DO MES-JULIO
3ERMES-
AGOSTO
4TOMES-
SETIEMBRE5TO MES-OCTUBRE
6TO. MES-NOVIEMBRE
BUSQUEDA DE INFORMACION OPERATIVA HISTORICA CT VENTANILLA
X
BUSQUEDA BIBLIOGRAFICA DE INFORMACION TECNICA X
REDACCION CAPITULO 1 X
MODELAMIENTO DE CONFIGURACION DE EQUIPOS Y SISTEMAS
X
CALCULOS Y ANALISIS DE RESULTADOS X
REDACCION DE CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Y REVISION FINAL
X
VIII. PRESUPUESTO
ACTIVIDADES DESCRIPCION CANTIDAD MONTO (S/.)
MATERIALES EDUCATIVOS (TAMBIÉN SE CONSIDERA LA UTILIZACIÓN DE SOFTWARE Y APOYO SECRETARIAL).
EXCEL,VISUAL BASIC Y/O MACROS,WORD 1 500
SERVICIOS DE LABORATORIO INTERNET 1 500
TUTORÍA (HONORARIOS PROFESIONALES)
ASESORIA EXTERNA 1 500
ADQUISICIÓN DE MATERIALES BIBLIOGRÁFICOS
LIBROS DIVERSOS SOBRE GESTION DE MANTENIMIENTO Y CENTRALES DE CICLO COMBINADO
5 2000
GASTOS DE REPRODUCCIÓN DE TESIS IMPRESIONES DIVERSAS 3 500
TRANSPORTE O VIÁTICOS PARA LA OBSERVACIÓN O BÚSQUEDA DE INFORMACIÓN
PASAJES DENTRO DE CALLAO/VIATICOS 30 600
TRABAJO DE CAMPO HORA HOMBRE PROPIAS 60 1200
IX. BIBLIOGRAFÍA
Sala de Control y Operaciones (2010)Historial de Fallas Central Térmica VentanillaArchivo Técnico Central Térmica Ventanilla.
Área Planificación CTCC Ventanilla (2009)Fichas Técnicas de equipos Central Térmica VentanillaArchivo Técnico Central Térmica Ventanilla.
Brent, Wolf (2006)Presentaciones de Capacitación de Siemens para Ciclo CombinadoArchivo Técnico Central Térmica Ventanilla.
Luis Chiok Lavalle (2006)Propuesta Modelamiento de Efectividad y Disponibilidad CTCC VentanillaArchivo Técnico Central Térmica Ventanilla.
Sabugal, Santiago y Gómez Moñux, Florentino (2006)Centrales Térmicas de Ciclo Combinado Teoría y ProyectoPrimera edición España Editorial Diaz de Santos
Morán, Michael J. y Shapiro Howard N. (2004)Fundamentos de termodinámica técnica Segunda edición España Ed. Reverte
Shield, Carlos (1984)Calderas Tipos, Características y FuncionesDecimoprimera edición México Editorial CECSA.
Ivan Gallara / Daniel Pontelli (2005)Mantenimiento Industrial UNIVERSITAS Editorial Científica Universitaria 2005 Primera edición Argentina
Duffua Raouf Dixon (2009)Sistemas de mantenimiento planeación y control Editorial Limusa Wiley México
ANEXOS