Integración de simulación RAM y modelación BIM para el

Integración de simulación RAM y modelación BIM para el análisis de una subestación

eléctrica a nivel de manzana / barrio.

Grupo de Dinámica de Maquinaria y Grupo de Investigación e Ingeniería en Gerencia de la

Construcción (INGECO)

Jose Manuel Morales Prieto

201631630

[email protected]

Asesor

Giacomo Barbieri, PhD

Departamento de Ingeniería Mecánica

Universidad de Los Andes

Asesor

Hernando Vargas Caicedo

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental


Co-Asesor

Carlos Parra, PhD

Ingecon

[email protected]

Co-Asesor

Jose Alberto Guevara Maldonado, PhD

Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental


UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECÁNICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C 2021

MENCIONES

Son muchas personas las que han contribuido al proceso y conclusión de este trabajo. En primer lugar,

quiero agradecer a Giacomo Barbieri y Hernando Ignacio Vargas, asesores de este proyecto de grado,

al acompañar mi proceso durante el semestre. También hacer una mención especial al ingeniero

Carlos Parra porque con el surgió el tema de este proyecto. Agradecer a la institución INGETEC S.A,

firma de ingenieros consultores, que permitió el acceso al caso de estudio de la subestación eléctrica

del barrio Fenicia, Bogotá D.C. Especial agradecimiento al ingeniero Jairo A. Aranguren por validar

y asistir en la construcción del modelo RAM de la subestación eléctrica. Mencionar el aporte de la

firma norteamericana Axiom, por el desarrollo del complemento Axiom de Revit, que permitió la

interfaz de conexión del software Raptor al software Revit. Por último, al asistente graduado Juan

Villegas y compañero de pregrado en ingeniería Juan Camilo Belalcazar, por la asistencia en

conocimientos de redes eléctricas y en el lenguaje de programación Python.

TABLA DE CONTENIDO

CONTEXTO ....................................................................................................................................... 1

TRABAJO PREVIO ........................................................................................................................... 2

ALCANCE .......................................................................................................................................... 2

EJECUCIÓN ....................................................................................................................................... 3

RESULTADOS ................................................................................................................................... 7

Primer modelo ................................................................................................................................. 8

10 simulaciones ........................................................................................................................... 8

50 simulaciones ........................................................................................................................... 9

Segundo Modelo ........................................................................................................................... 10

10 simulaciones ......................................................................................................................... 11

50 simulaciones ......................................................................................................................... 12

ANÁLISIS......................................................................................................................................... 14

CIERRE............................................................................................................................................. 15

BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................................................... 16

ANEXOS........................................................................................................................................... 17

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Tiempos de falla y reparación de los equipos eléctricos en la subestación eléctrica del barrio

Fenicia. ................................................................................................................................................ 3

Tabla 2. Confiabilidad de los equipos en modelo 1 con 10 simulaciones. .......................................... 8

Tabla 3. Número de repuestos usados en el modelo 1 con 10 simulaciones. ...................................... 8

Tabla 4. Confiabilidad de los equipos en modelo 1 con 50 simulaciones. .......................................... 9

Tabla 5. Número de repuestos usados en el modelo 1 con 50 simulaciones. ...................................... 9

Tabla 6. Confiabilidad de los equipos en modelo 2 con 10 simulaciones. ........................................ 11

Tabla 7. Número de repuestos usados en el modelo 2 con 10 simulaciones. .................................... 11

Tabla 8. Confiabilidad de los equipos en modelo 2 con 50 simulaciones. ........................................ 12

Tabla 9. Número de repuestos usados en el modelo 2 con 50 simulaciones. .................................... 12

Tabla 10. Resultados de carga total o área debajo de la curva de capacidad para los modelos 1 y 2.

........................................................................................................................................................... 13

Tabla 11. Días transcurridos durante la simulación cuando la subestación eléctrica no genera su carga

máxima. ............................................................................................................................................. 13

Tabla 12. Promedio de cantidad de horas donde la subestación entrega una carga de 0 kVA. ......... 13

Tabla 13.Confiabilidad de las unidades de actuación y de la celda de maniobras de la simulación

RAM, para ambos modelos. .............................................................................................................. 13

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Vista 3D de los equipos eléctricos modelados en Revit 2020. ............................................ 4

Figura 2. Parámetro de nombre de Raptor, del equipo. ....................................................................... 5

Figura 3. parámetro de tiempo a la primera falla y tiempo de reparación. .......................................... 5

Figura 4. Modelo RAM de la subestación eléctrica del barrio Fenicia. .............................................. 5

Figura 5.Resultados modelo subestación original con 10 simulaciones. ............................................ 8

Figura 6. Resultados modelo subestación original con 50 simulaciones. ........................................... 9

Figura 7. Modelo subestación con cambios sugeridos. ..................................................................... 10

Figura 8. Modelo subestación con cambios sugeridos tiempo 0 en todas las simulaciones. ............. 10

Figura 9. Resultados modelo con cambios sugeridos con 10 simulaciones. ..................................... 11

Figura 10. Resultados modelo con cambios sugeridos con 50 simulaciones. ................................... 12

1

CONTEXTO

El problema por solucionar en este contexto de integración entre la simulación de fiabilidad,

disponibilidad y mantenimiento (RAM), con la modelación BIM, es realizar una interfaz de conexión

bidireccional entre la simulación RAM y la modelación BIM. Lo anterior debido a que la modelación

BIM es una metodología de trabajo colaborativa para la creación y gestión de un proyecto de

construcción. Su objetivo es centralizar toda la información del proyecto en un modelo de

información digital creado por todos sus agentes (Building Smart, 2020). La importancia de poder

resolver el anterior problema es, usar información de mantenimiento de equipos, estructuras y

sistemas, dentro de proyectos en construcción, será de esencial importancia para tener en cuenta

análisis de la tercera etapa del ciclo de vida de un proyecto, la cual es mantenimiento y operación.

En la última década la metodología BIM se ha venido implementando en la planeación de proyectos

civiles. Su uso se ha venido incrementando debido a su capacidad computacional y de trabajo

colaborativo. En cuanto a la simulación RAM, es de gran vitalidad para el conocimiento de

indicadores básicos del mantenimiento que permiten definir el tiempo en el cual ejecutar tareas de

mantenimiento preventivo. Los indicadores anteriores se utilizan comúnmente en el proceso de

análisis de configuraciones de sistemas, con el fin de identificar puntos débiles del sistema para

generar sugerencias de redundancias en los componentes identificados como eslabones débiles,

planos de mantenimiento a nivel de sistema y mantenimiento de equipos. Lo anterior es de vital

importancia para las compañías que estén a cargo de cualquier sistema complejo, y así se previenen

fallos de equipos, daños que puedan parar la producción de una planta y ahorro de capital en cuanto

a prevenir fallos de componentes.

Los resultados obtenidos al realizar la integración de la modelación BIM y una simulación RAM, se

concentran tanto en la interfaz bidireccional de la modelación y la simulación, como para encontrar

recomendaciones en el diseño de la subestación y comenzar técnicas de mantenimiento inteligente

para la subestación eléctrica del proyecto de Fenicia. Además, el ingeniero Carlos Parra al presentar

este problema, tiene interés en añadir datos de mantenimiento a modelación BIM para futuros

proyectos.

2

TRABAJO PREVIO

Realizando una investigación de trabajos previos, se pueden encontrar algunos trabajos

similares, pero cada trabajo previo hace referencia exclusivamente a la modelación BIM o a la

simulación RAM. Ningún trabajo previo hace una conexión entre ambas partes del proyecto.

En una primera instancia se encuentra “Desarrollo de estructura BIM para la coordinación de

ingeniería primaria y secundaria en subestaciones de alta tensión” (Millan, 2018). En donde como el

título lo menciona, se desarrolló una modelación BIM para subestaciones de alta tensión. En el caso

de Fenicia, la estación por evaluar es de media tensión, lo que implica cambio de algunos elementos

de la subestación. Sin embargo, la metodología del proyecto es aplicable al proyecto.

Otro trabajo previo es “Modelo de confiabilidad con metodología (RAM) para un sistema de bombeo

de agua de inyección” (Cuellar, 2018), en donde realiza una simulación RAM de un sistema de

bombeo de agua de inyección. De este trabajo nos podemos guiar por sus métodos de simulación en

el software Raptor y como plantea el modelo para un sistema complejo.

Por último, tenemos el trabajo de “Análisis RAM de la subestación eléctrica Guacara i, 115kv/34.5-

13.8 kv usando distribución exponencial y de Weibull” (Terán, 2018). Podemos ver que es una

simulación RAM de una subestación eléctrica de media tensión, similar a la subestación del proyecto

Fenicia y, por lo tanto, es un trabajo previo con un desarrollo similar al planteado y un punto de

comparación para el planteamiento de la simulación RAM.

ALCANCE

El proyecto consiste en realizar una interfaz de conexión bidireccional entre la modelación

BIM y la simulación RAM de la subestación eléctrica del barrio Fenicia, Bogotá D.C. Esta unidad

forma parte del proyecto de renovación urbana denominado Progresa Fenicia. Además de una

simulación RAM, de la subestación, la modelación BIM, en el software REVIT 2020, consiste en una

representación gráfica simple de la subestación. En este caso se emplean únicamente los elementos

eléctricos, usando los elementos presentados en el diagrama unifilar de la subestación eléctrica del

proyecto Fenicia. Dicha modelación consiste en asignar parámetros como tiempos de reparación y

tiempo a la primera falla a cada componente, usando valores de la bibliografía. Los parámetros serán

aquellos que alimenten o sean necesarios para realizar la simulación RAM de dicha subestación. La

finalidad será una interfaz de conexión bidireccional funcional entre ambos software para realizar la

simulación RAM de la subestación eléctrica por medio del software Raptor. Lo anterior se hará para

obtener datos de disponibilidad, confiabilidad y capacidad de la subestación eléctrica, para dar un

análisis y sugerencias para un mejor funcionamiento de la subestación eléctrica.

3

En este documento se mostrarán la modelación BIM de la subestación, la interfaz de conexión entre

el software Revit a Raptor, por medio de un código de programación realizado en lenguaje Python,

la explicación de la simulación RAM en Raptor, con el proceso realizado, resultados y análisis de

resultados y, por último, la explicación de la interfaz de conexión entre Raptor a Revit, usando los

software Excel y Axiom (Adición al software Revit).

EJECUCIÓN

El proceso de ejecución del proyecto comenzó con una búsqueda bibliográfica de tiempos de

falla y reparación para los elementos eléctricos en el diagrama unifilar de la subestación eléctrica del

barrio Fenicia. El diagrama unifilar se encuentra en el archivo anexo 6 de este documento. En el

diagrama unifilar podemos diferenciar tres componentes principales, los cuales se repiten a lo largo

de todo el diagrama. Cabe aclarar que en el diagrama unifilar no se especifican referencias exactas de

los equipos presentes, esto ya que el grupo de ingenieros consultores INGETEC no dan referencias

exactas para evitar preferencias entre proveedores de los equipos eléctricos. Ahora bien, los cuatro

equipos de referencia en este proyecto son celdas RMU GMS001, transformadores de aceite vegetal

de diferentes capacidades de carga y por último se tiene una caja seccionadora. Las celdas RMU

GMS001 se dividieron en dos tipos, aquellas que conectan con otras cajas seccionadoras y aquellas

que conectan directamente con transformadores. Los tiempos de falla y reparación de los

componentes se ubicaron en un informe llamado “Report on Reliability Survey of Industrial Plants,

Part I: Reliability of Electrical Equipment” (REPORT, 1974), cuyos datos se encuentran en el anexo

1. Una vez comparados los resultados de desempeño de los equipos del diagrama unifilar con los

equipos de la literatura se obtienen los parámetros reportados en la tabla 1.

Tabla 1. Tiempos de falla y reparación de los equipos eléctricos en la subestación eléctrica del

barrio Fenicia. (REPORT, 1974)

Equipo

Tasa de fallas

(Fallas/año)

Tiempo de reparación de equipos

(Horas)

Tiempo a primera falla

(Horas)

Celda RMU GMS001 0,0017 41 5.152.941,18

Transformador 45 kVA 0,0041 378 2.136.585,37

Transformador 225 kVA 0,0041 378 2.136585,37

Transformador 300-750 kVA 0,0037 49 2.367.567,57

Transformador 751-2499 kVA 0,0025 297 3.504.000,00

Caja seccionadora 0,0052 31,7 1.684.615,38

4

Una vez obtenidos los parámetros que se muestran en la tabla 1, se procede a realizar la modelación

BIM de la subestación eléctrica. Para este trabajo la modelación BIM se concentró únicamente en los

equipos. Al no tener referencias exactas de los equipos se procedió a modelar equipos preexistentes

en el software Revit 2020, para así cambiar y añadir parámetros pertinentes para la simulación RAM.

El proceso cumplido para realizar la modelación BIM se encuentra en un video tutorial en el anexo 4

del proyecto. Una vez finalizada la modelación, se pueden observar los equipos como se muestra en

la figura 1. Los parámetros de cada equipo necesarios para la interfaz de conexión con el software

raptor se muestran en la figura 2 y 3.

Figura 1. Vista 3D de los equipos eléctricos modelados en Revit 2020. (Anexo 9, Jose Morales)

5

Figura 2. Parámetro de nombre de Raptor, del equipo.

(Anexo 9, Jose Morales)

Figura 3. parámetro de tiempo a la primera falla y tiempo

de reparación. (Anexo 9, Jose Morales)

Ya con los tres parámetros necesarios para realizar la interfaz de conexión de Revit 2020 a Raptor

7.0, se proceden a exportar los datos del software Revit, a un formato de texto. Usando un código de

programación de Python es posible importar los datos de falla y reparación exportados del software

Revit, al software Raptor. Para el código de programación en Python se usó una librería de

programación “Pandas”, la cual permite una lectura más practica de archivos de texto. El video

explicativo del anterior proceso mencionado se encuentra en el anexo 4.

El siguiente paso por realizar es el modelo RAM de la subestación eléctrica en el software Raptor

7.0. Como recomendación, se debe leer el documento de introducción al software Raptor que se

encuentra en el anexo 1. Una vez entendido como se realizan modelos y simulaciones en Raptor, se

conforma el modelo de la subestación eléctrica de Fenicia, como resultado final se tienen la figura 4.

El modelo se encuentra en el archivo anexo 10.

Figura 4. Modelo RAM de la subestación eléctrica del barrio Fenicia. (Anexo10, Jose Morales)

6

El modelo tiene 4 elementos de jerarquía, lo cual significa que estos elementos contienen dentro de

ellos más componentes, esto para realizar un análisis tanto de componentes como de las unidades de

actuación (UAU) y de la caja de maniobras (CM). El nodo que se encuentra al costado derecho

llamado “Power” representa la totalidad de carga de la subestación. Gracias a este nodo es que es

posible realizar una análisis de capacidad del sistema, ya que permite conocer cuántos kVA está

produciendo la subestación en un periodo de tiempo de simulación. Comparando el modelo con el

diagrama unifilar, cada nodo o elemento circular que se presenta en el modelo, hace referencia a un

sistema en paralelo de los elementos siguientes al nodo. Del modelo también se puede observar que

hace falta la unidad de actuación UAU4 y UAU3, esto se debe a que estas dos unidades tienen más

de una salida. Tienen una salida del transformador al nodo de “Power” y otra salida a la siguiente

unidad de actuación.

Una vez se configura el modelo mostrado en la figura 4, se tienen que establecer las dependencias de

los equipos. En este caso las dependencias en la subestación eléctrica dependen del elemento anterior,

es decir que si el elemento anterior falla el componente que se analiza entra en un estado inactivo.

Para realizar la simulación y obtener resultados confiables, se realizaron simulaciones de 34 años con

10 y 50 repeticiones de estas. Lo anterior con el fin de realizar sugerencias y un análisis más adecuado

de los datos encontrados.

Ahora bien, el último paso de este proyecto es la interfaz de comunicación de Raptor 7.0 a Revit

2020. Esta interfaz de comunicación consiste en exportar los resultados obtenidos en la simulación

RAM a un archivo de texto el cual se importará después a Excel en donde, dependiendo del usuario

o cliente, se podrá realizar un tratamiento de datos pertinentes. Una vez importados al software Excel,

con base en el desarrollo por la firma norteamericana Axiom de un complemento de Revit 2020, se

puede conectar directamente un archivo de Excel a un plano o hoja de Revit 2020. De esta manera

los resultados obtenidos de la simulación se podrán cambiar directamente desde Revit 2020 o, con

una opción de abrir enlace en la adición de Revit, se abre y se conecta a la hoja de Excel donde se

están trabajando los datos. De igual manera, si se realiza un cambio en Excel, desde Revit 2020 se

pueden actualizar los datos. Además, esta la posibilidad de actualizar los datos de Raptor a Excel.

Esto significa que, si el usuario realiza cambios en el modelo RAM y realiza otra simulación, al

exportar los resultados a un archivo de texto, con el mismo nombre el complemento de Excel, Power

Querry, actualiza los resultados en la misma hoja de Excel, donde se realizó un tratamiento de datos.

Con esto se concluye la interfaz bidireccional entre modelación BIM, con el software Revit 2020 y

la simulación RAM, con el software Raptor 7.0.

7

RESULTADOS

Los resultados de este proyecto se concentran en lo obtenido de la simulación RAM de la

subestación eléctrica del barrio Fenicia. Los modelos usados en la simulación son una representación

del diagrama unifilar de la subestación y un segundo modelo el cual representa cambios o sugerencias

de diseño con respecto a los resultados del primer modelo. Ambas simulaciones se procesaron dos

veces, una vez con diez repeticiones y la otra con 50. De esta manera se obtienen datos de

confiabilidad. El tiempo de simulación fue de 34 años, o 300.000 horas, esto para tener la

consideración de que la vida útil de la mayoría de los equipos es de 35 años. Otro ítem importante de

la simulación son las distribuciones de probabilidad seleccionadas para la reparación y las fallas de

los elementos. De acuerdo con el documento de introducción a Raptor, las curvas de probabilidad

más usadas para datos de falla son una distribución exponencial, y para los datos de reparación una

distribución Lognormal. De acuerdo con lo anterior se usaron las distribuciones mencionadas para la

simulación.

En los resultados se va a concentrar en el análisis de eslabón débil, en cuando a la confiabilidad de

los equipos y a la capacidad de carga en kVA de la subestación. No se analizarán datos de

disponibilidad, debido a que los tiempos de falla de todos los componentes son de tan alta magnitud

que los resultados de todos los equipos tanto como del sistema varían entre 0.99 y 1.00. En vez de

resultados de disponibilidad se buscaron horas fuera de servicio y horas donde la subestación no

produce su máxima capacidad. Otra de las consideraciones realizadas fue la omisión del

mantenimiento preventivo de los equipos. Todo lo anterior para identificar eslabones débiles para

realizar sugerencias de redundancias de componentes.

En las figuras 5,6,9 y 10 se muestran los resultados de confiabilidad de los modelos. La confiabilidad

definida por el software Raptor es:

𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 =𝑆𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑙𝑒𝑡𝑎 sin 𝑓𝑎𝑙𝑙𝑎𝑠

𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑠𝑖𝑚𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠

La anterior ecuación nos indica si un equipo tuvo 8 de 10 simulaciones sin ninguna falla, tendrá una

confiabilidad igual a 0.8. Los colores son intervalos para tener una idea más clara de que equipos son

un eslabón débil. Una confiabilidad en verde se define como valores entre 1 y 0.95, el color amarillo

tiene valores entre 0.95 y 0.9. Por último, se tiene el color rojo el cual da valores menores que 0.9

hasta 0.

8

Primer modelo

10 simulaciones

Figura 5.Resultados modelo subestación original con 10 simulaciones. (Anexo 11, Jose Morales)

Tabla 2. Confiabilidad de los equipos en modelo 1 con 10 simulaciones. (Anexo 3, Jose Morales)

Tabla 3. Número de repuestos usados en el modelo 1 con 10 simulaciones. (Anexo 3, Jose Morales)

Nombre del bloque Confiabilidad Desviación estándar Nombre del bloque Confiabilidad Desviación estándar

Box_Seccio 0,90 0,316 Cell_RMU_T2 0,90 0,316

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 Cell_RMU_T2 1,00 0,000





Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_1000_KVA 1,00 0,000

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_1000_KVA 0,90 0,316

Cell_RMU_T1 0,90 0,316 T_225_KVA 1,00 0,000

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_45_KVA 0,70 0,483

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_500_KVA 0,70 0,483

Cell_RMU_T1 0,80 0,422 T_800_KVA 0,80 0,422

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_800_KVA 0,90 0,316

Equipo Min Promedio MaxDesviación

estándarEquipo Min Promedio Max

Desviación

estándar

Box_Seccio 0 0,1 1 0,316 Cell_RMU_T2 0 0,1 1 0,316

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 Cell_RMU_T2 0 0 0 0,000

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 Cell_RMU_T2 0 0,1 1 0,316



Cell_RMU_T1 0 0,1 1 0,316 Cell_RMU_T2 0 0 0 0,000

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_1000_KVA 0 0 0 0,000

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_1000_KVA 0 0,1 1 0,316

Cell_RMU_T1 0 0,1 1 0,316 T_225_KVA 0 0 0 0,000

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_45_KVA 0 0,5 2 0,850

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_500_KVA 0 0,3 1 0,483

Cell_RMU_T1 0 0,2 1 0,422 T_800_KVA 0 0,2 1 0,422

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_800_KVA 0 0,1 1 0,316

9

50 simulaciones

Figura 6. Resultados modelo subestación original con 50 simulaciones. (Anexo 11, Jose Morales)










Cell_RMU_T1 0,96 0,198 T_1000_KVA 0,92 0,039

Cell_RMU_T1 0,92 0,274 T_1000_KVA 0,88 0,046

Cell_RMU_T1 0,98 0,141 T_225_KVA 0,90 0,043

Cell_RMU_T1 0,96 0,198 T_45_KVA 0,88 0,046

Cell_RMU_T1 0,94 0,240 T_500_KVA 0,90 0,043

Cell_RMU_T1 0,92 0,274 T_800_KVA 0,90 0,043

Cell_RMU_T1 0,98 0,141 T_800_KVA 0,96 0,028



Desviación

estándar


Cell_RMU_T1 0 0,06 1 0,240 Cell_RMU_T2 0 0,02 1 0,141





Cell_RMU_T1 0 0,04 1 0,198 T_1000_KVA 0 0,08 1 0,274

Cell_RMU_T1 0 0,08 1 0,274 T_1000_KVA 0 0,12 1 0,328

Cell_RMU_T1 0 0,02 1 0,141 T_225_KVA 0 0,12 2 0,385

Cell_RMU_T1 0 0,04 1 0,198 T_45_KVA 0 0,2 2 0,571

Cell_RMU_T1 0 0,06 1 0,240 T_500_KVA 0 0,1 1 0,303

Cell_RMU_T1 0 0,08 1 0,274 T_800_KVA 0 0,1 1 0,303

Cell_RMU_T1 0 0,02 1 0,141 T_800_KVA 0 0,04 1 0,198

10

Segundo Modelo

Para el segundo modelo, como se muestra en la figura 7, se añadieron tres celdas RMU GMS001, dos

en el primer círculo rojo y una en el segundo circulo. Estas tres celdas se añadieron como elementos

redundantes, es decir que solo están activos cuando el elemento que se encuentra en paralelo falla.

Por lo tanto, el flujo de carga que pasa por la subestación no tendría por que ser cero. Estas tres celdas

se añadieron en los lugares más críticos, donde, por lo visto en los resultados del primer modelo, si

se llega a ver una falla el flujo de carga eléctrica se reduce considerablemente.

Figura 7. Modelo subestación con cambios sugeridos. (Anexo 12, Jose Morales)

En la figura 8 se aprecia que los elementos añadidos tienen un color azul, antes de iniciar cualquier

simulación. Esto significa que el equipo está en un estado de espera o inactivo y solo llegaría a

activarse si el elemento que se encuentra en paralelo tiene un estado de falla.

Figura 8. Modelo subestación con cambios sugeridos tiempo 0 en todas las simulaciones. (Anexo 12, Jose Morales)

11

10 simulaciones

Figura 9. Resultados modelo con cambios sugeridos con 10 simulaciones. (Anexo 12, Jose Morales)










Cell_RMU_T1 0,90 0,316 T_1000_KVA 0,90 0,316

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_1000_KVA 1,00 0,000

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_225_KVA 0,90 0,316

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_45_KVA 0,80 0,422

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_500_KVA 0,80 0,422

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_800_KVA 0,80 0,422

Cell_RMU_T1 1,00 0,000 T_800_KVA 0,90 0,316

Cell_RMU_T1 1,00 0,00

Cell_RMU_T1 1,00 0,00

Cell_RMU_T1 1,00 0,00



Desviación

estándar





Cell_RMU_T1 0 0,1 1 0,316 Cell_RMU_T2 0 0 0 0,000


Cell_RMU_T1 0 0,1 1 0,316 T_1000_KVA 0 0,1 1 0,316

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_1000_KVA 0 0 0 0,000

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_225_KVA 0 0,1 1 0,316

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_45_KVA 0 0,2 1 0,422

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_500_KVA 0 0,2 1 0,422

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_800_KVA 0 0,2 1 0,422

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,000 T_800_KVA 0 0,2 2 0,632

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,00

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,00

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,00

12

50 simulaciones

Figura 10. Resultados modelo con cambios sugeridos con 50 simulaciones. (Anexo 12, Jose Morales)

Tabla 8. Confiabilidad de los equipos en modelo 2 con 50 simulaciones.









Cell_RMU_T1 0,92 0,274 T_1000_KVA 0,96 0,198

Cell_RMU_T1 0,96 0,198 T_1000_KVA 0,94 0,240

Cell_RMU_T1 0,98 0,141 T_225_KVA 0,92 0,274

Cell_RMU_T1 0,90 0,303 T_45_KVA 0,90 0,303

Cell_RMU_T1 0,92 0,274 T_500_KVA 0,90 0,303

Cell_RMU_T1 0,92 0,274 T_800_KVA 0,88 0,328

Cell_RMU_T1 0,94 0,240 T_800_KVA 0,88 0,328

Cell_RMU_T1 1,00 0,00

Cell_RMU_T1 0,98 0,14

Cell_RMU_T1 1,00 0,00



Desviación

estándar







Cell_RMU_T1 0 0,08 1 0,274 T_1000_KVA 0 0,06 2 0,314

Cell_RMU_T1 0 0,04 1 0,198 T_1000_KVA 0 0,06 1 0,240

Cell_RMU_T1 0 0,02 1 0,141 T_225_KVA 0 0,1 2 0,364

Cell_RMU_T1 0 0,1 1 0,303 T_45_KVA 0 0,1 1 0,303

Cell_RMU_T1 0 0,08 1 0,274 T_500_KVA 0 0,1 1 0,303

Cell_RMU_T1 0 0,08 1 0,274 T_800_KVA 0 0,12 1 0,328

Cell_RMU_T1 0 0,06 1 0,240 T_800_KVA 0 0,14 2 0,405

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,00

Cell_RMU_T1 0 0,02 1 0,14

Cell_RMU_T1 0 0 0 0,00

13

Tabla 10. Resultados de carga total o área debajo de la curva de capacidad para los modelos 1 y 2.

(Anexo 3, Jose Morales)

Tabla 11. Días transcurridos durante la simulación cuando la subestación eléctrica no genera su

carga máxima. (Anexo 3, Jose Morales)

Tabla 12. Promedio de cantidad de horas donde la subestación entrega una carga de 0 kVA. (Anexo

3, Jose Morales)

Tabla 13.Confiabilidad de las unidades de actuación y de la celda de maniobras de la simulación

RAM, para ambos modelos.

Min Promedio Max Min Promedio Max

4367,22 4369,53 4370,00 4367,22 4369,43 4370,00


4368,36 4369,49 4370,00 4367,47 4369,52 4370,00

Modelo 2

50 Simulaciones10 Simulaciones

Área bajo la curva (kVA)

10 Simulaciones 50 Simulaciones

Modelo 1


0,00 15,98 ±12,26 43,16 0,00 11,57 ±3,53 43,16


0,00 11,78 ±9,22 33,59 0,00 9,87 ±2,90 33,87


Días sin carga máxima

Modelo 1


Modelo 2

10 Simulaciones 50 Simulaciones 10 Simulaciones 50 Simulaciones

0,00 42,71 ±12,58 0,00 0,00

Modelo 1 Modelo 2

Horas promedio de 0 entrega de energía


CM-01 0,60 0,516 CM-01 0,76 0,431

UAU-1 0,90 0,316 UAU-1 0,94 0,240

UAU-2 1,00 0,000 UAU-2 0,84 0,370

UAU-5 0,90 0,316 UAU-5 0,76 0,431


CM-01 0,70 0,483 CM-01 0,72 0,454

UAU-1 1,00 0,000 UAU-1 0,98 0,141

UAU-2 0,80 0,422 UAU-2 0,80 0,404

UAU-5 0,90 0,316 UAU-5 0,82 0,388


Modelo 2

Modelo 1


14

ANÁLISIS

En la sección anterior se mostraron los resultados calculados por el software Raptor 7.0 de la

modelación RAM de la subestación eléctrica base y de una subestación eléctrica con cambios

sugeridos. De los resultados más significantes tenemos la confiabilidad de cada equipo y los conjuntos

de componentes como lo son las unidades de actuación y la celda de maniobras. Con estos resultados

podemos observar que la confiabilidad más baja en todas las simulaciones siempre pertenece a la caja

de maniobras, que se encuentra dentro de la celda de maniobras. Por lo tanto, se recomienda realizar

mantenimientos preventivos y monitoreo a dicho elemento. Además, las confiabilidades de la

mayoría de los transformadores también son una de las más bajas. Estos transformadores, al ser

elementos de gran importancia, ya que son aquellos equipos que dan la carga a la subestación, se les

recomienda realizar una planeación de mantenimiento preventivo.

En cuanto a los segundos resultados de la simulación, tenemos los repuestos necesarios durante el

tiempo de simulación para cada equipo durante un periodo aproximado de 30 años. Estos resultados

están alineados con la confiabilidad de los equipos. Los repuestos son únicamente necesarios cuando

el equipo falla. Por lo tanto, los equipos que en la mayoría de los casos necesitaron mayor numero de

repuestos fueron la caja seccionadora y los transformadores. El software Raptor decide qué elemento

falla de acuerdo con las distribuciones de probabilidad usada, sus tiempos de reparación y falla, pero

el método de decisión del software debería considerar los elementos similares. Es por ello por lo que

no tiene mucha lógica que algunas celdas RMU GMS001, tengan diferentes resultados de

confiabilidad, conociendo que todas las celdas tienen los mismos parámetros.

Recurriendo a la tabla 10 se observan los resultados del área bajo la curva de capacidad, para cada

simulación y modelo. Estos datos se obtienen por medio de graficar los datos de capacidad con

respecto al tiempo y calculando el área bajo dicha curva, para después multiplicar por el tiempo total

de simulación el cual es 300.000 horas. En una primer vistazo, los datos difieren por decimales, por

lo cual la diferencia entre ellos no es muy significativa. Otro análisis es que la capacidad promedio

del modelo 1 con 10 simulaciones es mayor a la del modelo 2. Esto no tendría mucho sentido, ya que

en el modelo dos se esta asegurando que siempre halla un flujo de carga diferente a cero. Esto se

demuestra en la tabla 12. Lo anterior también se explica por el hecho de que en el modelo 1 con 10

repeticiones Raptor no provocó la falla de los elementos más críticos del sistema, a su vez provocó la

falla de elementos que no tienen tanto impacto en la capacidad de la subestación. Pero esto es lo

contrario en la simulación con 50 repeticiones ya que, en esta simulación, el modelo 1 si tuvo horas

de cero entrega de energía. Por lo tanto, esos picos deberían afectar en gran medida la carga total de

la subestación.

15

Por último, se tiene en la tabla 11 los días promedio en donde no se produce la carga total de la

subestación, la cual es 4370 kVA. Con estos resultados se puede observar que con el modelo 2 se

asegura un menor promedio de días en los cuales su carga es menor a 4370kVA. Es decir, que con el

modelo 2 de la subestación se asegura que en 34 años no existan bajones de energía de largas

duraciones de tiempo.

CIERRE

En cuanto a los logros y alcances propuestos, en el trabajo se evidencia que se cumplieron.

El único alcance que se modificó fue el análisis y cálculo de datos de disponibilidad, debido a su

homogeneidad en los resultados en todas las simulaciones. La interfaz de conexión bidireccional entre

ambos software es exitosa. Se podría ampliar claramente, ya que solo se hizo conexión con dos

parámetros claves, de Revit a Raptor, pero la capacidad del software Raptor tiene para recibir más de

dos parámetros, por lo cual se podría ampliar el flujo de información en esa dirección. También se

puede añadir que la simulación puede ser más extensa con más parámetros, y se puede realizar análisis

de costos, para tomar decisiones en cuanto acciones de mantenimiento por la relevancia de los costos.

En cuanto a la modelación BIM se pudo haber hecho un trabajo más amplio, modelando la

construcción de la subestación en cuanto a términos de edificación. También se puede ampliar la

modelación con las conexiones entre los equipos eléctricos y ampliar o usar de mejor manera las

capacidades del software Revit. Pero para este proyecto lo esencial es la interfaz de conexión. Por lo

tanto, las ampliaciones en los usos de ambos software sería de un trabajo más extenso y con mayor

tiempo.

16

BIBLIOGRAFÍA

Building Smart. (2020). ¿Qué es BIM? Obtenido de Building Smart:

https://www.buildingsmart.es/bim/

Cuellar, F. J. (2018). Modelo de confiabilidad con metodología (RAM) para un sistema de bombeo

de agua de inyección. Bogotá D.C : Universidad Pedagógica y tecnológica de Colombia.

Millan, B. S. (2018). Desarrollo de estructura BIM para la coordinación de ingeniería primaria y

secundaria en subestaciones de alta tensión. Bogotá D.C: Universidad Distrital Francisco

José de Caldas.

REPORT, I. C. (1974). Report on Reliability Survey of Industrial Plants, Part I: Reliability of

Electrical Equipment. IEEE COMMITTEE REPORT: IEEE TRANSACTIONS ON

INDUSTRY APPLICATIONS,.

Terán, M. A. (2018). Análisis RAM de la subestación eléctrica Guacara I,115Kv/34.5-13.8 Kv,

usando distribución exponencial y de Weibull. Valencia: Universidad de Carabobo.

17

ANEXOS

1. En la carpeta "Bibliografía" se encuentra la bibliografía usada para el reporte final y el archivo de

tutorial o introducción a Raptor 7.0.

2. En la carpeta "Equipos eléctricos Modelación BIM" se encuentran todos los equipos eléctricos

descargados de internet para la modelación BIM de la subestación eléctrica de Fenicia.

3. En la carpeta "Resultados_Simulación RAM_Modelación 1 y 2" se encuentran todos los archivos

de texto correspondientes a los resultados de las simulaciones del modelo 1 y 2, para 10 repeticiones

como para 50 repeticiones. Además, se encuentran los Excel donde se realizaron los tratamientos de

todos los resultados de capacidad de la subestación, confiabilidad de cada equipo, repuestos utilizados

por cada equipo y confiabilidad de los bloques jerárquicos.

4. En la carpeta “Tutoriales” se encuentran los videos tutoriales, para realizar una modelación BIM

en Revit 2020, utilizar la interfaz de comunicación de Revit a Raptor y realizar la interfaz de

comunicación de Raptor a Revit.

5. El documento de texto “Datos exportados de modelación BIM” es el archivo con los datos de la

modelación BIM exportados para realizar la interfaz de comunicación entre Revit y Raptor.

6. El archivo AutoCAD “Diagrama unifilar Subestación eléctrica Fenicia” es el diagrama unifilar

entregado por INGETEC de la subestación eléctrica del barrio Fenicia.

7. El archivo “Formato Plano mantenimiento” es la plantilla de Revit para realizar planos.

8. El archivo de texto “Interfaz_BIM_Raptor” es el código de Python para realizar la interfaz de

comunicación entre Revit y Raptor.

9. El archivo “Modelación BIM Subestación eléctrica Fenicia” Es la modelación BIM en Revit de los

equipos eléctricos de la subestación eléctrica de Fenicia. Donde también se incluyen los planos de

mantenimiento o resultados de la simulación RAM.

10. El archivo “Modelación RAM_Subestación eléctrica Fenicia” es el primer modelo RAM de la

subestación eléctrica, el cual tiene datos por defecto y al cual se le transmiten los datos de la

modelación BIM. También cabe aclarar que en esta modelación no están configuradas las

dependencias de los equipos.

18

11. El archivo “Modelación_1_RAM_Despues de interfaz_Subestación eléctrica Fenicia” es el

modelo RAM de la subestación eléctrica con datos de la modelación BIM y con las dependencias ya

impuestas. Modelo listo para simular.

12. El archivo “Modelación_2_RAM_Cambios sugeridos_Subestación eléctrica Fenicia” es el

modelo RAM con las sugerencias realizadas para mejorar el rendimiento de la subestación. Modelo

listo para simular.

13. El archivo “Planos de mantenimiento_Revit” son los planos de mantenimiento, con los resultados

de todas las simulaciones puestas en Revit, demostrando la interfaz de conexión entre Raptor a Revit.

Documents

Integración de simulación RAM y modelación BIM para el