Curtus Duff un joven diseñador de transformadores

Los jóvenes ingenieros están ansiosos por aprender. Tome a un joven ingeniero y colóquelo en el entorno adecuado, y el aprendizaje ocurrirá. La industria de la energía actualmente es ese "entorno adecuado", debido a su fuerza laboral relativamente mayor, madura con experiencia y conocimiento listo para ser compartido.

He escuchado muchas conversaciones sobre planes de jubilación, como pescar o mudarse a Florida, o ambos. Cuando los maestros de la industria deciden mudarse a Florida, se llevan consigo sus conocimientos tribales. Ahora es el momento de que los jóvenes ingenieros descarguen todo el conocimiento que puedan de ingenieros experimentados. Ahora es el momento de que los ingenieros experimentados les enseñen.

Escribo este artículo para llevar al lector a través de mi propia experiencia como diseñador de transformadores. Es probable que muchos diseñadores de transformadores compartan una experiencia similar. Repasaré mi historia, mi proceso de aprendizaje y explicaré cómo me di cuenta de que una cultura de transmisión de conocimientos tribales es la clave para el éxito futuro.

Durante la universidad, me preguntaba: "¿Cuánto de estas cosas voy a usar realmente cuando salga al mundo real?" Salté demasiado rápido a la conclusión: probablemente no tanto. Me equivoqué. Recientemente tuve una conversación sobre este tema con un colega, Doug Reed, un ingeniero de diseño principal en SPX Transformer Solutions. Me contó una historia interesante sobre una vez que tuvo una reunión con algunos de sus amigos de la universidad. Hablaron sobre lo que hacen para ganarse la vida y sobre cuánto de su educación universitaria utilizan en sus carreras. Doug lo llama su "derecho a fanfarronear" cuando afirma cuánto de su educación universitaria realmente recurre al diseñar transformadores. Cuando Doug comenzó a enumerar sus clases, me di cuenta de que estaba en lo cierto. ¡La relevancia es bastante asombrosa cuando realmente lo piensas! Aquí está mi lista de clases de ingeniería aplicables al diseño de transformadores:

Termodinámica - Refrigeración

Estática - Sujeción y Estructura del Tanque

Análisis de circuitos - Propiedades RLC

Electromagnetismo - Flujo y Armónicos

Campos - Campos Magnéticos y Dieléctricos

Física - Fuerzas de cortocircuito y fuerza de devanado

Ciencia de los materiales: acero, petróleo, cobre, papel

Mecánica de Materiales - Resistencia de materiales

Dinámica de fluidos: flujo de líquidos refrigerantes y aire

Sin incluir al ingeniero sádico que toma todas estas clases y las carreras triples en Ingeniería Eléctrica, Ingeniería Mecánica y Física, la mayoría de los ingenieros tomarán un buen porcentaje de estas clases. Yo personalmente tomé los que requería mi título. En mi curso de electromagnetismo, cubrimos los transformadores en un solo capítulo, con una descripción de un transformador monofásico estándar e ideal como punto principal: el primario en la pata izquierda y el secundario en la pata derecha. Si bien esta fue una gran información para una entrevista de puesto de nivel de entrada, de ninguna manera esta información fue suficiente para convertirse en un buen diseñador de transformadores.

El objetivo de la universidad no era enseñarme exactamente lo que necesitaba saber para ser un diseñador de transformadores. En cambio, mi educación estaba destinada a ser una base. Si bien la universidad ciertamente no es la única forma de lograr una base sólida, el ejercicio de lluvia de ideas con Doug me hizo darme cuenta de lo excelente que fue la universidad para mí. Me desafiaron a diario, y las clases que tomé me enseñaron cómo aprender mejor. Para ambos, estaré eternamente agradecido. Explorar el diseño de transformadores es como mirar a través de la parte delgada de un cono de tráfico muy alto y grueso. Cuanto más profundo mire, más oportunidades surgirán para aprender. La capacidad de aprender es lo que guía a los ingenieros para viajar con éxito a través de este cono de tráfico metafórico. Cada día que pasa es un día más para aprender algo nuevo.

"Explorando el diseño de transformadores

es como mirar a través de la parte flaca

de un cono de tráfico muy gordo y muy alto.

Cuanto más profundo miras,

más oportunidades surgen para aprender.

La capacidad de aprender es lo que guía a los ingenieros

viajar con éxito a través de este cono de tráfico metafórico.

Cada día que pasa es otro día para aprender algo nuevo".

El primer día de empleo en el verano de 2016 comenzó mi propia exploración a través del cono de tráfico de conocimiento de SPX Transformer Solutions.

Lección 1: En realidad, orientamos los devanados primario y secundario concéntricamente. ¡Supongo que el único capítulo que trata sobre los transformadores en la escuela no fue exactamente perfecto! Un nuevo ingeniero comienza conociendo a todos, explorando la planta y dedicando tiempo a los objetivos de aprendizaje semanales. Para mí, este objetivo de aprendizaje comenzó leyendo sobre Michael Faraday; derivar la ecuación de voltios por vuelta; aprender sobre pérdida de carga, pérdida en el núcleo, densidad de flujo, flujo de fuga, porcentaje de impedancia, niveles básicos de aislamiento, tipos de devanados, procesos de fabricación y requisitos de prueba. Después de la primera semana, la tarea que tenía por delante parecía bastante desalentadora y abrumadora. A medida que me adentraba más en el cono de tráfico gigante, el volumen total de lo que aún no sabía parecía ser cada vez más grande. La luz al final del... cono parecía tan lejana. Pasé lo que parecieron décadas revisando la documentación de ingeniería interna, componentes vitales para aprender los pasos del diseño y tener una ubicación central del conocimiento de la empresa. Estos documentos son literalmente una colección de conocimientos transmitidos por muchos ingenieros antes que yo. Después de semanas de entrenamiento, preguntando "¿qué es esto?" en el taller, leyendo un libro de texto tras otro, indagando en las instrucciones de ingeniería y examinando los detalles de las especificaciones del cliente, finalmente mi jefe me honró con la oportunidad de cumplir mi destino. Por cumplir mi destino, en realidad quiero decir que mi jefe dijo: "Empecemos con un diseño simulado".

Uno puede leer un libro sobre natación, pero eso no será suficiente entrenamiento para saltar al fondo de una piscina. Un diseño simulado era esencialmente yo comenzando a aprender a nadar en la parte menos profunda. Aunque estaba un poco decepcionado, porque quería hacer una contribución real al equipo, un diseño simulado alivió la presión y me permitió practicar el diseño sin consecuencias. Esto me permitiría aprender haciendo. Si bien todo el autoaprendizaje para llegar a este punto fue importante, la mayoría de las oportunidades de aprendizaje surgieron al diseñar un transformador.

El proceso comenzó con la tarea de revisar los registros y encontrar una unidad que la compañía construyó antes que no fuera demasiado desafiante. De esta forma podía fingir que era el diseñador original y, después, tener un diseño para compararlo con el mío. La unidad que estaba buscando era un transformador delta-estrella de 69 kV a 12,47 kV con un cambiador de tomas desenergizado. Algo como esto normalmente tiene un nivel de aislamiento básico de 350 kV en el lado de alto voltaje, 110 kV en el lado de bajo voltaje y un porcentaje de impedancia del 8%. Encontré uno con una clasificación base de 15 MVA y un máximo de 28 MVA con un aumento de 65°C. Esto fue lo suficientemente simple para comenzar y perfecto para mi diseño simulado.

La clave para diseñar un transformador es la optimización. Mis estudios me habían llevado al punto de comprender las relaciones entre el diseño y el desempeño. Por ejemplo, cómo los voltios por vuelta pueden afectar la densidad de flujo y, por lo tanto, el tamaño del núcleo. Cómo la geometría del cable de bobinado puede afectar las pérdidas parásitas y la impedancia. Cómo el flujo de aceite puede afectar el rendimiento de enfriamiento. Cómo el diseño del aislamiento puede afectar la resistencia dieléctrica. Cómo las dimensiones del cable pueden afectar la capacidad de soportar fuerzas de cortocircuito. ¡La lista de relaciones entre el diseño y el desempeño es larga! El desafío de estas muchas relaciones es que están entremezcladas. A medida que se cambia un atributo de diseño para obtener el resultado deseado, sufre otro resultado deseable. Los cambios dieléctricos pueden compensar el rendimiento de refrigeración, mientras que ajustar la impedancia puede compensar las pérdidas. La lista de compensaciones de diseño también es larga. Hable con cualquier diseñador de transformadores y podrían aburrirlo hasta la muerte con las compensaciones. Si estas relaciones de diseño y compensaciones no fueran lo suficientemente limitantes, también afectan el costo total en una variedad de cantidades. En muchos casos, podría decirse que el costo es el factor más importante para el cliente. Aun así, la mayor limitación de todas ellas es que el diseño final debe poder fabricarse. Un diseñador no puede simplemente hacer lo que quiera. La futura experiencia de fabricación de la planta debe tenerse en cuenta durante el proceso de diseño. Diseñar un transformador es el último acto de equilibrio. Un buen diseñador es aquel que puede optimizar entre todas las variables en juego para terminar con un diseño que el cliente estaba buscando al precio correcto. Esto es exactamente lo que estaba tratando de lograr con mi diseño simulado.

El diseño perfectamente optimizado se logra a través de un proceso iterativo. Una vez que llegué a donde me sentía cómodo con mi diseño simulado optimizado, lo pasé por un software de simulación. Es importante ejecutar un modelo del diseño a través del software de simulación para demostrar que el transformador cumple con todas las características de rendimiento, como pérdidas, impedancia, enfriamiento, dieléctricos y cortocircuito. Si alguna de estas simulaciones falla, un diseñador debe volver al diseño.

"A medida que aprendo más, me adentra más en el cono de tráfico metafórico.

Los ingenieros experimentados dicen que todavía aprenden cosas nuevas todo el tiempo,

por lo tanto, prueba la teoría sobre cuán grande es realmente el cono de tráfico metafórico.

Si una gran parte del proceso de aprendizaje es la transferencia de conocimiento de una generación a la siguiente, y esta migración no ocurre antes de que los ingenieros experimentados se jubilen, entonces la industria enfrenta un problema inminente en el horizonte".

Finalmente lo hice. Después de lo que pareció una eternidad, se me ocurrió un diseño decente que superó todas las simulaciones. estaba orgulloso Luego, decidí comparar lo que se me ocurrió con el diseño que realmente fabricamos. Pensé que como trabajé tan duro, los diseños serían similares, y así fue. Si bien definitivamente perdí algunas oportunidades de mejora que no entendí del todo en ese momento, se me ocurrió un diseño que era completamente construible, probablemente pasaría en el piso de prueba y transformaría el voltaje según fuera necesario en el campo. Consideré que mi diseño simulado, y toda la experiencia, fue un éxito.

Ahora, el mensaje que quiero transmitir, algo importante que me llevó al punto de un diseño simulado exitoso. He escrito sobre el proceso general y mi experiencia durante ese proceso, pero dejé algo fuera: el trabajo en equipo en el camino. Sí, el autoaprendizaje (guías de lectura y libros de texto) fue útil, pero contar con ingenieros de diseño experimentados para ayudarme fue fundamental para mi éxito. Tener ingenieros cerca como guía, que recuerdan haber estado en mi lugar, pero que se han convertido en maestros en su oficio, fue realmente una bendición durante todo el proceso de diseño simulado.

Un avance rápido hasta la actualidad, donde me estoy acercando a la "marca de diseño de docenas", un equipo de ingenieros continúa disponible para ofrecer asistencia. Afortunadamente, tenemos suficientes personas con experiencia para que pueda distribuir mis preguntas para no agobiar demasiado a una persona. Después de felicitarlos por ser tan útiles, siempre me dan la misma respuesta: "La única razón por la que sé qué hacer es porque aprendí lo que no debo hacer". Por más humildes que sean, realmente saben de lo que hablan, y estoy agradecido por el tiempo que dedican a enseñarme.

Mencioné que el proceso de diseño es altamente iterativo y, debido a eso, uno puede usar varios puntos de control en el camino para aprender algo de un ingeniero experimentado, lo que ayuda a convertir a un ingeniero joven en un ingeniero experimentado. La experiencia es lo que hace que un ingeniero sea más eficiente, hace que la optimización de los diseños de transformadores sea más rápida y ayuda a evitar demasiadas iteraciones de simulación. Un ingeniero experimentado puede predecir lo que podría suceder durante una simulación modelada incluso antes de ejecutarla. Convertirse en un ingeniero experimentado es algo a lo que aspiro.

Cada día que pasa, me encuentro aprendiendo más y más. A medida que aprendo más, estoy más profundo en el cono de tráfico metafórico. Los ingenieros experimentados dicen que todavía aprenden cosas nuevas todo el tiempo, lo que demuestra la teoría sobre cuán grande es realmente el cono de tráfico metafórico. Esto es especialmente cierto para un ingeniero que acaba de empezar. El aprendizaje es sólo la mitad del trabajo. Si una gran parte del proceso de aprendizaje es la transferencia de conocimientos de una generación a la siguiente, y esta migración no ocurre antes de que los ingenieros experimentados se jubilen, entonces la industria se enfrenta a un problema inminente en el horizonte.

Asistí a algunas conferencias, leí artículos y escuché podcasts relacionados con la industria energética en los Estados Unidos. Con frecuencia surge una discusión sobre el envejecimiento de la fuerza laboral. A partir de mis observaciones, puedo ver por qué se están llevando a cabo estas discusiones. Si está leyendo esto, es probable que esté en la industria de la energía y probablemente pueda pensar en algunas personas que conoce con 35 a 45 años de experiencia que se jubilaron recientemente. Algunos de ustedes pueden ser testigos de estos retiros a menudo. A medida que estas excelentes personas se unen a la maravillosa "vida después del trabajo", se llevan consigo sus conocimientos tribales. A medida que estas personas se jubilan, el promedio de años de experiencia en la industria disminuye. En una industria donde el conocimiento, la experiencia y el saber hacer son tan importantes, sería una tontería pensar que esto no tendrá impacto.

Creo que, como industria, tenemos el deber de mitigar el impacto de esta inevitable “fuga de cerebros” en este momento. Los jubilados que se mudan a Florida con todos sus conocimientos son una pérdida demasiado grande y un verdadero detrimento para permitirlo. Por supuesto, siempre podemos volver a contratarlos como consultores, pero esa no es una buena solución. Quieren seguir jubilados y los ingenieros jóvenes quieren que sigan jubilados. Las guías escritas, como las del IEEE, son excelentes recursos que continúan creciendo cada año en un esfuerzo por ayudar a resolver este problema. IEEE también ayuda a desarrollar la cultura de compartir información. Este tipo de cultura es vital para los avances continuos, el crecimiento y el mantenimiento de una red de energía confiable. Una cultura que convierte el conocimiento tribal en conocimiento escrito ayuda a solidificar ese conocimiento y asegura que el conocimiento no se pierda. Las empresas deben emular esta cultura de documentar la información y crear sus propios documentos internos de ingeniería por escrito. Cuando los futuros ingenieros tienen acceso a las "lecciones aprendidas" de ingenieros que "han estado allí, han hecho eso", pueden usar esa información para construir su base como lo hice yo en mi formación inicial y seguir haciéndolo. ¡No puedo enfatizar lo suficiente lo importante que es la documentación escrita! He aprendido de un ingeniero experimentado

Sobre el Autor

Curtus Duff es ingeniero de diseño eléctrico en SPX Transformer Solutions, donde diseña transformadores de potencia medianos y grandes. Se graduó de la Universidad de Purdue en 2016 con una Licenciatura en Ciencias en Ingeniería Eléctrica. Después de graduarse, comenzó en SPX Transformer Solutions en el Programa de Desarrollo de Ingeniería con rotaciones de seis meses cada una en Diseño, Pruebas, Fabricación e Ingeniería de Aplicaciones. Al finalizar el programa en 2018, se unió al equipo de diseño. Está ubicado en Waukesha, Wisconsin, donde disfruta del aire libre en actividades como el ciclismo de montaña y el esquí.

Fuente de la información: Transformer-Technology