La industria eléctrica es, por excelencia, una de las más complejas de todos los sectores, ya que requiere una gran cantidad de componentes para su funcionamiento, desde los equipos para generación de energía (calderas, reactores nucleares, turbinas, generadores eléctricos, etc.), medios para la transmisión y distribución de la energía eléctrica, hasta los dispositivos que el usuario final utiliza para una gran cantidad de aplicaciones específicas, entre ellas la iluminación, calefacción, refrigeración, lavado, comunicación y entretenimiento. En la industria, las aplicaciones incluyen la operación de motores, compresores, bombas, hornos, y dispositivos que permiten automatizar las cadenas de producción, así como la manufactura y transformación de materias primas.

La energía eléctrica es una de las formas de energía más flexibles que se han descubierto, pues permite un manejo ágil y relativamente más sencillo y seguro, en comparación con otras formas de energía, como la térmica o la química. Esta flexibilidad ha permitido, a través del tiempo, el diseño y construcción de complejas máquinas para su manejo y aprovechamiento, iniciando con la transformación de la energía en su estado natural a la electricidad que todos conocemos en los dispositivos de consumo, pasando por una compleja red de equipos y aparatos para su acondicionamiento, transmisión, distribución y comercialización, porque también tenemos que pagar el recibo del consumo correspondiente.

Sin exagerar, podemos decir que la energía eléctrica se ha convertido en la forma más importante de la energía usada por la humanidad. Tan es así, que, cuando ocurre algún desastre natural, como son los huracanes, inundaciones, terremotos, etcétera, a la par que los bomberos y médicos, e incluso antes que ellos, encontramos al personal de la empresa eléctrica restableciendo el suministro a los hospitales, semáforos y centrales de comunicación (telefonía, internet, etc.), prestando un apoyo que muchas veces no es visto ni reconocido en su justa dimensión.

Al menos desde los antiguos griegos, se tiene registro de dispositivos mecánicos para reproducir tareas repetitivas, o mecánicas, con el fin de liberar a los humanos de realizar estas tareas.

En 1642, Blaise Pascal inventó una máquina que mecánicamente podía ejecutar sumas, la cual fue perfeccionada por Gottfried Wilhelm Leibniz en 1670 para ejecutar también multiplicaciones, con lo cual las máquinas empezaron a reproducir algunos de los procesos mentales.

En el siglo XIX Charles Babbage inventó una serie de máquinas diseñadas para solucionar problemas matemáticos complejos. Aunque la tecnología de la época no permitía la fabricación práctica de todas sus invenciones; una de las mismas, la máquina analítica, ya tenía muchas de las características de una computadora moderna. Incluía una corriente, o flujo de entrada en forma de paquete de tarjetas perforadas, una memoria para guardar los datos, un procesador para las operaciones matemáticas y una impresora para hacer permanente el registro. Muchos historiadores consideran a Babbage y a su socia, la matemática británica Augusta Ada Byron, como a los verdaderos inventores de la computadora digital moderna.

La primera teoría sobre el software fue propuesta por Alan Turing en su ensayo de 1935-1936 sobre "Los números computables con una aplicación a la toma de decisiones". Por otra parte, el término "software" o "software de computación" fue utilizado por primera vez por John Wilder Tukey en 1958, en un artículo publicado en una revista de matemáticas.

El software ha sido, desde su concepción, el aliado imprescindible de los procesos en la ingeniería, en todos sus aspectos, iniciando en los estudios de factibilidad, diseño de planta, control de obra, pruebas de operación funcional, pasando por la operación y mantenimiento, concluyendo con la disposición final por retiro o reemplazo de los equipos, aparatos e instalaciones.

Como ejemplo de estas funciones, se tienen sistemas de apoyo a la operación, como son simulación de escenarios alternos (como fallas o situaciones de emergencia), algoritmos con inteligencia artificial para apoyar la operación, capacitación con realidad virtual, entre otros.

Una de las principales funciones del software en la industria eléctrica es la verificación continua de los límites de seguridad en la operación, por ejemplo, en las centrales nucleares se requiere contar con sistemas de monitoreo y exhibición de parámetros críticos que permitan tener una certeza de que la operación de los equipos está dentro de zonas y límites seguros, tales como temperaturas de operación, presión en contenedores, niveles de fluidos, límites de temperatura, emisiones al medio ambiente, radiación en los alrededores, entre otros de gran importancia.

En particular, las funciones de monitoreo y control en la industria eléctrica representan uno de los retos más importantes en todo el ciclo de vida de las instalaciones, la razón es que se requiere la revisión periódica, precisa y en tiempo real, del estado funcional de todos los equipos, aparatos, dispositivos, sistemas y accesorios involucrados, entre ellas:

 Centrales de generación de energía eléctrica.

 Subestaciones de transmisión y distribución.

 Redes eléctricas de transmisión y distribución.

 Acometidas o cableado hacia los usuarios finales.

Esta función de monitoreo y control sería virtualmente imposible llevarla a cabo por un humano o un grupo de trabajo, ya que la velocidad de adquisición de datos, cálculos matemáticos y coordinación de acciones puede ser tan compleja, que la capacidad de reacción requerida es muy superior a la capacidad física de los humanos, por ejemplo:

 Frecuencia: Las variables físicas deben ser adquiridas normalmente cada segundo (un valor por segundo), pero algunas variables críticas, por su importancia, deben ser adquiridas cada milésima de segundo (mil valores por segundo), una cantidad tan grande de datos que se podría llenar una memoria USB de 64 GB en unas 2 horas, o bien, un disco duro de 1 TB en unas 40 horas, con una sola variable.

 Cantidad: Una central eléctrica tiene una cantidad impresionante de variables, pueden ser de miles a decenas de miles.

 Algoritmos: Una centena de funciones de control deben ser ejecutadas cada segundo.

 Coordinación: Múltiples algoritmos y funciones de control deben ejecutarse de forma coordinada para mantener la secuencia correcta de los procesos.

 Seguridad: Centenas de esquemas de seguridad deben ser verificados cada segundo para garantizar la operación estable y segura de los procesos industriales.

El control de la red eléctrica es un mundo fascinante de la computación, donde los bits de información, almacenados y procesados mediante cargas eléctricas minúsculas en las computadoras, son utilizados para, de acuerdo con la lógica dada por el software, aportar la lógica de transformación y control de la energía eléctrica que consumimos en nuestras casas, negocios e industrias, en donde la potencia de la energía eléctrica es medida en Watts.

En la industria eléctrica, el software ha sido y seguirá siendo por mucho tiempo, la herramienta por excelencia en los procesos involucrados. Se presenta una breve descripción de los principales procesos y la forma de aplicar software.

Concepción: Sistemas de información para realizar estudios de factibilidad, impacto ambiental y social, evaluaciones técnicas y financieras de la propuesta. Especificación: Documentación de la definición de las características que deberán cumplirse como entrada y salida en cada uno de los procesos, equipos o funciones que componen cada una de las instalaciones. Diseño: Documentación de la definición detallada del alcance y características específicas de cada componente, planos de tuberías e instrumentos, rutas y componentes. Software para diseño de instalaciones y obra civil, maquetas 3D y estructuras. Construcción: Sistemas para control de avance de las obras de construcción. Operación: Software de monitoreo y control de cada uno de los componentes, equipos y subsistemas. Gestión: Sistemas de gestión de apoyo a la operación, simulación de escenarios alternos (como fallas o situaciones de emergencia), algoritmos de aprendizaje de máquina, inteligencia artificial, optimización, coordinación de acciones, capacitación con realidad virtual, sistemas en 3D, entre otros. Mantenimiento: Sistemas de información especializados en la optimización de las acciones de mantenimiento, así como algoritmos para detección de situaciones anormales que podrían causar una falla. Cambios: Software dedicado al manejo de versiones de documentos y archivos, incluyendo código fuente. Disposición: Software para la gestión del final de la vida útil de los equipos, dispositivos y herramientas, que, por su uso y degradación, han dejado de ser útiles a los procesos y, por lo tanto, deben ser retirados. Cierre: Sistemas de monitoreo de variables críticas que deben permanecer operando por muchos años, luego del cierre de una instalación que considera residuos peligrosos, por ejemplo, los de una central nucleoeléctrica.

Uso de software en la industria eléctrica.

Actualmente se tiene un uso masivo de dispositivos móviles, sobre todo celulares y tabletas, ¿quién no trae uno en la mano casi todo el día?, con esta tecnología de hardware, software y comunicaciones (el ingrediente clave para lograr la movilidad), se ha revolucionado la forma de procesar y mostrar la información a los usuarios que están encargados de la operación, seguridad y control de los procesos en la industria eléctrica.

Esta capacidad y despliegue de tecnología ha permitido contar con una gran cantidad de aplicaciones en la industria eléctrica y otras industrias, para disponer de la información requerida, en el momento requerido, todo en la palma de la mano.

El futuro nos depara una gran revolución tecnológica en la aplicación y uso del software, en la industria eléctrica y en todos los ámbitos de la vida diaria.

El Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL) cuenta con varias áreas altamente especializadas en el desarrollo de software para la industria eléctrica; desde los sistemas corporativos, software de monitoreo y control, hasta software muy especial que se almacena y procesa en pequeños dispositivos electrónicos y aparatos con microprocesadores, como los medidores electrónicos que se instalan en la entrada de los hogares y permiten medir el consumo de energía eléctrica de los usuarios.

Estos desarrollos en el INEEL se realizan principalmente para las diversas instalaciones y áreas de la Comisión Federal de Electricidad, así como para otros clientes de México y el extranjero.

Por:
Alfredo Espinosa Reza, aer@ineel.mx
José María Suárez Jurado