¿QUÉ ES UN SISTEMA REDUNDANTE?

La redundancia, en los sistemas de control apunta a disponer de elementos adicionales que garantizan su funcionamiento, si uno de sus componentes fallan. Redundante en este sentido, significa que está relacionado con mantener la disponibilidad de la planta para evitar, tanto las pérdidas que puede significar una parada de producción como las graves consecuencias de un evento no deseado en un proceso peligroso. En algunos casos, la redundancia está ligada a no detener la producción, mientras que en otros procesos está vinculada a la protección de la maquinaría.

NECESIDAD DE ESTRUCTURAR EL SISTEMA ELÉCTRICO

Un sistema con mayor disponibilidad, es efectivamente una ventaja económica para los clientes, pues una sola parada de planta no planificada, significa recuperar muchas veces su costo. Nuestros estudios indican que pasar de una disponibilidad de 99,99% a 99,9999%, significa un ahorro de muchos millones de dólares considerando tan sólo los tiempos de parada no planificada. Hoy en día, se está teniendo hacia sistemas redundantes completos. En términos de control, el desarrollo partió con las fuentes de poder redundantes y, posteriormente, con los controladores Hot Back-up. Desde hace algunos años, ya se habla de ´Network Redundancy´(redundancia de la red). Será así, hasta cubrir todos los niveles, y falta poco para alcanzar la redundancia completa.

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NORMAS INTERNACIONALES EN LAS REDUNDANCIAS

¿Cuáles son las normas de redundancia?

Existen normas internacionales que regulan la instalación de sistemas redundantes de control automático, especialmente en las aplicaciones críticas. A modo de ejemplo, podemos mencionar normativas internacionales, como las IEC 61508 y 61511, que regulan el diseño e implementación de sistemas “seguros”, cuyo grado de seguridad, se mide según su nivel SIL (Safety Integrity Level). “Si bien, esta norma obliga a ciertas redundancias a nivel de instrumentación y de sistemas de control, apunta principalmente, más que a la continuidad del proceso, a su seguridad; es decir, busca ´apagar´ el proceso de manera correcta, segura, sin consecuencias, ante un corte de luz u otro evento”.

BENEFICIOS DE UN BUEN DISEÑO DE REDUNDANCIA

Básicamente, la redundancia puede mejorar la fiabilidad de un sistema. Puede aplicarse al diseño interno del UPS, o al diseño de un sistema que incluye varias unidades UPS. El concepto de redundancia, se puede explicar con el siguiente sencillo ejemplo. Consideremos un diodo como un sistema y apliquémosle dos tipos de fallos, como un cortocircuito y un circuito abierto. Si el diodo se utiliza, sin ningún tipo de redundancia, ambos tipos de fallos pueden afectar a su salida. Ahora bien, si se ponen en serie dos diodos, el sistema puede seguir funcionando, incluso si uno de los diodos está en cortocircuito. Sin embargo, si alguno de los diodos se abre debido a un fallo, el sistema ya no podrá seguir funcionando.

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¿QUÉ ES UN SISTEMA N?

En pocas palabras, un sistema N es un sistema compuesto por un único módulo UPS, o un conjunto de módulos en paralelo cuya capacidad es igual a la proyección de la carga crítica. N designa las instalaciones en las que una única UPS o varias UPS juntas, proporcionan capacidad equivalente a la carga total de los equipos a salvaguardar. Es la configuración más simple, no proporciona redundancia y requiere que cualquier mantenimiento sobre la instalación, se pierda la seguridad proporcionada por los SAIs.

Una manera de mejorar un diseño de configuración N, es dotar al sistema de la capacidad de bypass “de mantenimiento” o “externo”. Un bypass externo, permite que todo el sistema UPS (los módulos y el bypass estático) se apague de manera segura para tareas de mantenimiento, cuando es necesario. El bypass de mantenimiento, sale del mismo panel que alimenta a la UPS y se conecta directamente al panel de salida de la UPS. Por supuesto, este es un circuito que por lo general está abierto y que solo se puede cerrar cuando el módulo UPS, está en bypass estático. Deben tomarse ciertas medidas en la etapa de diseño para evitar que se cierre el circuito de bypass de mantenimiento cuando la UPS no está en bypass estático. Cuando se implementa adecuadamente, el bypass de mantenimiento es un componente importante del sistema, que permite que un módulo UPS se repare en forma segura sin que sea necesario desconectar la carga.

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LA MEJOR SOLUCIÓN EN REDUNDANCIA

El concepto del diseño redundante aislado, no necesita un bus en paralelo ni requiere que los módulos sean de la misma capacidad, ni siquiera del mismo fabricante. En esta configuración, existe un módulo UPS principal o “primario”, que habitualmente alimenta la carga. La UPS “secundaria” o “de aislación” alimenta el bypass estático de/los módulo/s UPS principales. Esta configuración, requiere que el módulo UPS principal tenga una entrada separada para el circuito de bypass estático.

En el caso de funcionamiento normal, el módulo UPS primario soporta la carga crítica total, y el módulo de aislación, no tiene ninguna carga conectada. Ante un evento por el cual, la carga de/los módulos primario/s, se transfiera el bypass estático, el módulo de aislación acepta la carga total del módulo primario instantáneamente. El módulo de aislación, debe elegirse cuidadosamente para garantizar que sea capaz de aceptar la carga rápidamente. De no ser así, podría transferir la carga al bypass estático y así vulnerar la protección adicional que provee esta configuración.

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                                                                                             SISTEMA REDUNDANTE PARALELO

La anterior figura, muestra una configuración paralela redundante de dos módulos típica. Esta figura muestra que aunque estos sistemas proveen protección contra las fallas de un solo módulo UPS, sigue existiendo un punto de falla único en el bus paralelo.

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CONFIGURACIONES Y REDUNDANCIA

Como ocurre con la configuración de diseño de capacidad, es importante contemplar un circuito de bypass de mantenimiento entre los diseños para permitir que el bus paralelo pueda cerrarse a través del mantenimiento periódico.

Configuración en la que 2 UPS soportan la carga de los sistemas a la vez; siendo cada una capaz de soportar toda la carga al completo. Esta es una de las configuraciones más habituales, requiere que las UPS estén sincronizadas y habitualmente que sean del mismo fabricante. El diseño tiene puntos únicos de fallo tanto en la alimentación de las UPSs como en la distribución hacia los sistemas y no es tolerante a fallos, aunque esto último puede ser matizable según la implementación.

VENTAJAS UPS´s MITSUBISHI

• Tiene un nivel de disponibilidad más alto que las configuraciones de capacidad fija, debido a la capacidad extra que puede utilizarse si colapsa uno de los módulos UPS.
• Es expandible si aumentan las necesidades de potencia. Es posible configurar varias unidades en la misma instalación, pero baja la confiabilidad porque aumentan los puntos de falla.
• Las UPS´s trabajan con carga de máximo el 50% en modo normal y ante una falla en la otra UPS del sistema paralelo, esta tendría que soportar un paso de carga de solo 50% al 100%, menos requerimiento.

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¿QUÉ SE NECESITA PARA EL FORTALECIMIENTO REDUNDANTE?

• Se necesita un gabinete de paralelismo adicional, con sistema de control que mantenga el sincronismo entre las diferentes UPS´s del sistema paralelo, es más costoso y presenta un punto de falla adicional que baja la confiabilidad.
• Ambos módulos deben ser iguales en cuanto a diseño, fabricante, régimen nominal, tecnología y configuración.
• Sigue teniendo puntos de falla únicos, aguas arriba y aguas abajo del sistema UPS.
• Durante el mantenimiento de la UPS, las baterías o los equipos aguas abajo, se expone la carga a una fuente de energía no protegida; por lo general, esto ocurre por lo menos una vez al año con una duración de 2 a 4 horas.
• Los niveles de eficiencia operativa son más bajos, ya que ninguna unidad se utiliza al 100%.

• Existe un bus de carga por sistema, que es un punto de falla único
• Los equipos de la mayoría de los fabricantes, necesitan interruptores estáticos externos para compartir la carga equitativamente entre los módulos UPS; de lo contrario, existirá un amplio margen de 15% en la distribución de la carga; este interruptor aumenta el costo de los equipos y hace que el sistema sea más complejo.
• Los equipos de la mayoría de los fabricantes, necesitan un panel de bypass de mantenimiento externo común; este panel, aumenta el costo de los equipos y hace que el sistema sea más complejo.
• La mayoría de fabricantes, requieren deshabilitar el circuito de bypass estático de cada UPS para garantizar el sincronismo entre ellas.

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