La redundancia es invertir no solo en más equipos o componentes inicialmente, sino también en un costo operativo para mantener una instalación en el estado óptimo.
por Ing. Mauricio Romero*
En el campo técnico electromecánico, el término redundancia se define como “la inclusión de componentes adicionales que no son estrictamente necesarios para el funcionamiento en caso de falla en otros componentes”.
Es común identificar los niveles de redundancia según la cantidad de componentes requeridos adicionales y normalmente se identifican de la siguiente manera:
- N: Cumple con los requisitos base sin redundancia; la falla de algún componente parte del sistema causará una interrupción.
- N + 1: un equipo-componente / módulo / ruta adicional más que el requisito básico; la falla en una sola unidad no interrumpirá las operaciones.
- N + 2: dos equipos-componentes / módulos / rutas adicionales más que el requisito básico; hasta una falla en dos unidades no interrumpirá las operaciones.
- 2N: Existe un duplicado completo de equipos-componentes / módulos / rutas completas para cada sistema; la falla de un sistema completo no interrumpirá las operaciones.
- 2 (N + 1): Un arreglo N+1 duplicado; la falla de un sistema completo aún deja otro sistema completo con redundancia (N + 1).
N, N + 1, N+2, 2N, 2 [N + 1], en inglés “N” significa Need, es decir que N+1 se traduce como Need-plus-One o “Se necesita uno más” y así sucesivamente.
No es necesario encasillarse en esta nomenclatura, es común ver otros arreglos de redundancia en equipos, por ejemplo, dos chillers diseñados al 75% cada uno, o dos chillers al 66% de la carga de diseño, etc.; y así podría haber muchas otras combinaciones. ¿Entonces cuál es el nivel de redundancia correcto?
El grado de redundancia debe responder al nivel de tolerancia a falla de un sistema mecánico o eléctrico y este es un requerimiento que debe estar definido por el usuario final como parte de los criterios de diseño iniciales en el OPR.
Se puede definir el nivel de tolerancia a falla como el tiempo en que una instalación puede salir de operación sin afectar la actividad principal o en otras palabras qué tan crítico o importante es mantener y/o sostener la operación del sistema ante una falla, por ejemplo, en Centros de Datos la redundancia es común analizarla según la cantidad de horas de interrupción anual.
Un diseñador puede recomendar un nivel de redundancia, pero la decisión final la debe tomar el cliente según lo crítico de la operación y del presupuesto.
La redundancia en equipos electromecánicos puede ir desde 2N en un Centro de Datos Tier IV hasta un N+1 en el sistema de bombeo de una planta de agua helada, en un sistema de bombeo de agua potable o estación de bombeo de aguas negras en una aplicación comercial.
La mayoría del tiempo cuando se aborda este tema he notado que se analizan normalmente dos escenarios, mantenimiento programado y falla inesperada de un equipo o componente; pero pocas veces he visto que se piensa en dos o más eventos en forma simultánea; y generalmente cuando se habla de falla, se analiza solo una falla mecánica.
Por ejemplo, si volvemos a la instalación más básica que se encuentra en una planta de agua helada, es normal encontrar uno o dos chillers en arreglo N y un arreglo N+1 en bombas de recirculación; con un programa de mantenimiento preventivo se tendrá una fecha para revisar una de las bombas y con un arreglo N+1, esto se puede planear sin ningún problema. Pero qué pasa si durante este mantenimiento un componente de reemplazo no llega a tiempo y se tiene que sacar esta bomba de operación más tiempo del previsto, en este escenario deberían surgir otras preguntas:
* ¿Qué sucede con la operación si tenemos una falla inesperada o no programada en alguna de las otras bombas?
* ¿En qué nivel se compromete la operación del sistema?
* ¿Se puede operar o producir en este escenario de falla?
* ¿Cuál es la afectación a la producción o al servicio que se brinda?
* ¿Cuántas horas como máximo se puede estar sin este o estos componentes en operación?
Estas y otras preguntas son válidas, algunas podrán parecer extremas, pero todas son posibles en cualquier sistema electromecánico.
Hace algunos años atrás, tuve la oportunidad de visitar un Centro de Datos en el cual se daban transacciones de 1 millón de dólares (USD) por semana, en esta aplicación es muy fácil entender lo crítico que es salir de operación por una falla inesperada o un mantenimiento, y se justifica sin mucho problema un nivel de redundancia alto.
Se puede determinar hasta este momento que la redundancia es clara cuando nos referimos a equipos y componentes, pero hay otros temas que se vuelven muy relevantes también; por ejemplo, acometidas eléctricas, conexiones a la red eléctrica externa del edificio, rutas de tuberías de distribución o conexiones del sistema de control.
El problema con este análisis de riesgos es que siempre hay lo que en inglés se conoce como un “what if…” o “qué tal si…”; de ahí lo importante que estos temas queden completamente claros en los requerimientos del cliente y en las bases de diseño de un proyecto; porque cada propuesta en el tema de redundancia tiene impacto en el diseño y presupuesto.
Todo puede pasar y ante todo se puede tener redundancia, solo se trata de analizar el nivel de tolerancia a falla que se requiere según la aplicación y el punto de equilibrio económico dentro del abanico de probabilidades de que suceda una eventualidad.
No podemos dejar de lado el mantenimiento y su rol en este tema de la redundancia, creo que en este punto podemos concluir que de nada sirve un nivel de redundancia N+1, N+2, 2N o 2 N+1; si el programa de mantenimiento es deficiente.
La paradoja de este tema es llegar a una instalación donde se ve un buen diseño, una buena instalación, conceptos apropiados de redundancia en equipos principales, conexiones o tuberías; y encontrarse un mantenimiento deficiente; en estos casos se pierde toda la robustez del diseño y la inversión e ingeniería no cumplen su objetivo inicial.
Conclusiones
A la pregunta inicial del título sobre cuál es el nivel de redundancia correcto, es importante primero entender los arreglos típicos en la industria (N. N+1, N+2, 2N, etc.).
Personalmente, no creo que haya una sola respuesta; podemos concluir que todo depende del nivel de tolerancia a falla de la aplicación, el análisis de riesgos que se realice, el cliente, el presupuesto, el espacio físico disponible y del programa de mantenimiento.
El nivel de redundancia no es algo genérico, sino que va a depender de cada aplicación y del nivel de tolerancia a falla de esta; está claro que no es el mismo nivel de tolerancia a falla para un sistema de aire acondicionado de la zona común de un mall que para el sistema de aire acondicionado del bloque de cirugía de un hospital o para un centro de datos.
La redundancia es invertir no solo en más equipos o componentes inicialmente, sino también en un costo operativo para mantener una instalación en el estado óptimo para que en el momento requerido no haya afectaciones a la actividad principal, ocurran o no estas.
El comisionamiento y correr protocolos de pruebas en forma regular también mantiene el sistema en “alerta” ante cualquier eventualidad.
Constantemente los diseñadores nos enfrentamos a este tema y es aquí donde se debe hacer un trabajo importante para entender, guiar y recomendar qué nivel de redundancia puede ser el más adecuado para un proyecto.
En este tema de la redundancia siempre es requerido mirar más allá de la caja.
Referencias:
* Gonçalves, Joel Pacheco. (21 de diciembre del 2015). Redundancia en simples palabras. www.mdcdatacenters.com/es/company/blog/avoid-risks-and-go-for-2n-power-redundancy
* Duda, Stephen W. 2019. When N+1 is just isn´t enough. ASHRAE Journal January 2019. Pag 44 a 49.
* Uptime Institute. Data Center Site Infraestructure. TIER Standar: Topology.
* Ing. Mauricio Romero Ch.
Director de Ingeniería Mecánica – Sinergia Ingeniería (Costa Rica)
Profesional en Diseño de Instalaciones de Salud (HFDP), por ASHRAE
Profesional en Commissioning de Edificios (BCxP), por ASHRAE
Diseñador Acreditado de Estándares Tier (ATD), por Uptime Institute
Profesional Acreditado LEED (LEED BD+C), por USGBC
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