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CAPÍTULO V
LA PROPUESTA
MODELO PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CONFIABILIDAD
OPERACIONAL DE LOS OLEODUCTOS EN LA FASE CONCEPTUACION
DE LOS PROYECTOS EN LA INDUSTRIA PETROLERA VENEZOLANA.
En este capítulo se presenta el desarrollo de la propuesta del modelo
para el mejoramiento de la confiabilidad operacional de los oleoductos en la
fase conceptualización de los proyectos en la industria petrolera venezolana,
la cual se obtuvo a partir de la diagnosis generada de la recolección de
información donde se evidenciaron las necesidades que justificó dicho
modelo. En este contexto, se presentan la conceptualización de la propuesta,
objetivo, alcance y la justificación de la misma, para finalmente presentar y
desarrollar su estructura y factibilidad.
1. PRESENTACIÓN
La información recolectada en esta investigación de forma
científicamente sustentada, su posterior procesamiento y análisis, puso en
evidencia la necesidad de plantear un cambio de la situación generadora de
la propuesta, fundamentado en una serie de aspectos teóricos que fueron
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consultados en el área del diseño conceptual, especificadamente, en el
campo de tuberías para el transporte de hidrocarburos líquidos así como en
la confiabilidad desde el diseño lo cual argumenta y sustenta el contenido
teórico del presente estudio.
A partir de éste fundamento teórico, se logró determinar una serie de
aspectos técnicos, que conllevaron a diseñar el modelo para el mejoramiento
de la confiabilidad operacional de los oleoductos en la fase conceptualización
de los proyectos en la Industria petrolera venezolana, el cual contiene todos
los parámetros que intervienen en el diseño y la forma secuencial como
éstos interactúan entre sí para producir soluciones de ingeniería dentro de
niveles de integridad aceptables a partir del involucramiento humano,
respondiendo de esta manera al objetivo general planteado.
2. CONCEPTUALIZACION
El modelo para el mejoramiento de la confiabilidad operacional de los
oleoductos en la fase de ingeniería conceptual se define, a los fines de esta
propuesta, como la representación de un conjunto de técnicas,
procedimientos y prácticas de confiabilidad operacional ordenadas de forma
lógica dentro del proceso sistemático de mejora, logradas mediante la
identificación, análisis, tratamiento y selección del diseño conceptual
aceptable de los oleoductos en la fase conceptualización que permite
orientar las decisiones en la selección de alternativas sin alterar los límites de
seguridad establecidos y bajo un contexto operacional especifico.
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3. OBJETIVO
El objetivo principal del modelo esta dirigido a mejorar la confiabilidad
operacional de los oleoductos en la fase conceptualización en la industria
petrolera venezolana, proporcionando detalladamente a los integrantes del
equipo de proyectos, elementos a considerar, garantizando de esta manera,
la correcta aplicación de la confiabilidad en la selección de diseño,
impactando el valor del ciclo de vida del futuro oleoducto .
Esto contribuirá, en facilitar la implantación de estrategias de
mantenimiento acorde con el nivel de integridad proyectada para el oleoducto
en diseño, cumpliendo con los criterios mínimos en materia de riesgo,
seguridad y costos.
4. ALCANCE
El modelo cubre todos los aspectos técnicos y gerenciales que
intervienen en el proceso de diseño de oleoductos en su etapa conceptual
por lo que puede ser aplicado por el personal de ingeniería que inte rviene en
la fase conceptualización de los proyectos de la industria petrolera
venezolana, pero que puede adaptarse para uso en otras industrias.
5. JUSTIFICACIÓN
El modelo para mejorar la confiabilidad operacional de los oleoductos
representa, una respuesta práctica y factible para la Gerencia de Proyectos
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de la industria petrolera de lograr reducir en forma sistemática la ocurrencia
de fallas o eventos no deseados en los sistemas de transporte, desde la
etapa temprana de la ingeniería, manteniendo óptimos niveles de
rentabilidad y seguridad, a través de la predicción probabilística de los
mismos y la identificación de acciones concretas para minimizar su
ocurrencia, dado que a través de éste se integran disciplinas y metodologías
dirigidas a lograr cumplir con los requerimientos técnicos, económicos y
legales, permitiendo un nivel adecuado de riesgo y rentabilidad.
Con la ejecución de esta propuesta se logrará afianzar y consolidar la
actual base de conocimientos de los ingenieros de proyectos en cuanto a la
utilización de las herramientas de la confiabilidad operacional, asegurando
emplear los elementos claves para la ingeniería conceptual con el propósito
de contribuir a diseño confiables.
Otra contribución de la propuesta es que mediante el modelo de
mejoramiento de la confiabilidad operacional de los oleoductos se alerta a la
empresa petrolera sobre la necesidad de mantener información actualizada
acerca del historial operacional de sus oleoductos como elemento clave para
contribuir a la confiabilidad en la fase de diseño.
Finalmente, con la implementación del presente modelo se proyecta
que la empresa tendrá una mejor visión de la forma como definir en una
etapa temprana del diseño, las estrategias y filosofías de mantenimiento
acorde con el la naturaleza de funcionamiento de los oleoductos, al dar
atención, dentro de la fase conceptual, a los elementos claves de tipo
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técnico, tecnológico y sobre todo humano, que aseguran un nivel de
aceptable de integridad, todo ello bajo el enfoque integrador de la
confiabilidad operacional.
6. ESTRUCTURA DE LA PROPUESTA
El modelo para mejoramiento de la confiabilidad operacional de los
oleoductos, se fundamentó en comprobaciones de campo y el análisis
documental de las teorías que sustentan el proceso de diseño, a través de
dos (2) vertientes una (1) orientada al proceso de diseño basado en
confiabilidad apoyado en los autores; Crowe (2001), Avontuur (2003),
Nikolaidis, y Singhal (2005), Amendola (2006), Yang (2007), Arata (2009) y
Stapelberg (2009), y la segunda (2) en revisar el enfoque de diseño para lo
cual se consultó a Bai (2003), Mulhbauer ( 2004), Penspens (2004), Antaki
(2005), Braestrup , Andersen y otros. (2005), Nessim, Zhou y otros (2007) y
Alkazraji (2008).
Con base a esta revisión se logró determinar el orden lógico mediante
el cual se estructurará el ordenamiento de los criterios de confiabilidad
operacional, que pueden ser incorporados en esta etapa del diseño, tal como
se planteó en el segundo y tercer objetivo de esta investigación.
Dicho ordenamiento produce la secuencia lógica de acciones para cada
fase del modelo de acuerdo a lo estudiado en el quinto objetivo de este
estudio, las cuales definen su curso de acción, tal como se indica a
continuación:
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Fase I: Identificación,
Fase II: Análisis,
Fase III: Tratamiento y,
Fase IV: Selección del diseño aceptable.
La figura 29 resumen el modelo de mejoramiento de la confiabilidad
operacional de los oleoductos en la fase Conceptualización.
Figura 28: Modelo de mejoramiento de la confiabilidad operacional Fuente: Quintero (2011)
Identificación Análisis Tratamiento Selección
§Dimensionamiento§Diámetro.§Materiales§Factibilidad técnica §Selección Ruta§Métodos de construcción.§Análisis de peligros.§Mantenibilidad.
§Construcción de alternativas técnicamente factibles.
§Evaluación económicas de alternativas factibles.
§Data de entrada.§Evaluación dinámica (variables, criterios, matriz del desempeño)§Opción confiable.
MODELO PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CONFIABILIDAD OPERACIONAL DE L OS OLEODUCTOS EN FASE CONCEPTUALIZACION DE LOS PROYECTOS
Diseño ConceptualFactibilidad técnica
Requisitos de confiabilidad
y técnicos
Factibilidad económica
Selección Confiable
CONTEXTO OPERACIONALCONTEXTO OPERACIONAL
§Requisitos humanos.§Objetivos de la confiabilidad.§Medidas del desempeño.§Filosofía de confiabilidad.§Parámetros operacionales.§Restricciones.§Tipos y modos de fallas
Identificación Análisis Tratamiento Selección
§Dimensionamiento§Diámetro.§Materiales§Factibilidad técnica §Selección Ruta§Métodos de construcción.§Análisis de peligros.§Mantenibilidad.
§Construcción de alternativas técnicamente factibles.
§Evaluación económicas de alternativas factibles.
§Data de entrada.§Evaluación dinámica (variables, criterios, matriz del desempeño)§Opción confiable.
MODELO PARA EL MEJORAMIENTO DE LA CONFIABILIDAD OPERACIONAL DE L OS OLEODUCTOS EN FASE CONCEPTUALIZACION DE LOS PROYECTOS
Diseño ConceptualFactibilidad técnica
Requisitos de confiabilidad
y técnicos
Factibilidad económica
Selección Confiable
CONTEXTO OPERACIONALCONTEXTO OPERACIONAL
§Requisitos humanos.§Objetivos de la confiabilidad.§Medidas del desempeño.§Filosofía de confiabilidad.§Parámetros operacionales.§Restricciones.§Tipos y modos de fallas
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Dentro de estas fases convergen aspectos técnicos del proceso de
diseño y de confiabilidad operacional. A continuación se ofrece una
explicación detallada de las acciones que se desprenden de los resultados
de esta investigación y que producirán una ingeniería conceptual con todos
los atributos propios de la confiabilidad operacional, de acuerdo con las
fuentes que soportan la presente investigación.
6.1 Fase I: identificación
En la fase identificación, el equipo de proyectos definirá los requisitos
técnicos y de la confiabilidad operacional sobre los cuales tendrá lugar la
conceptualización del diseño, orientando hacia la alineación de los factores
humanos y materiales en forma individual y grupal estableciendo el logro de
los objetivos del proyecto.
Al final de esta fase se habrá podido identificar, claramente, las futuras
estrategias y filosofía de mantenimiento, en forma preliminar del nuevo
oleoducto, buscando optimar los costos basado en una evaluación preliminar
de las posibles fallas en servicio, incrementando con ello la disponibilidad del
sistema mediante las consideraciones de accesibilidad, detección y
aislamiento rápido en caso de eventos, facilidad de remoción de reemplazo,
así como de reparación inmediata con mínimo impacto.
Estas acciones evitarán que al final del la ingeniería de detalle, el
diseño sea sometido, total ó parcialmente a revisión, por razones de
mantenibilidad, lo cual puede llevar a realizar rediseño antes de la fase de
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construcción, situaciones que producen retrasos en la construcción así como
a introducir fallas ocultas en la fase operación.
6.1.1 Requisitos de la confiabilidad.
La primera acción del equipo de proyectos dentro de la fase identificar
consiste en definir los requisitos fundamentales de la confiabilidad
operacional, que permitirán desarrollar un proceso de diseño técnicamente
factible, esto se logra cumpliendo con los siguientes pasos en la planificación
de la actividad de diseño correspondiente a la fase conceptualización del
proyecto:
a. Identificar los requisitos humanos
b. Definir los objetivos de la confiabilidad
c. Establecer las medidas del desempeño
d. Desarrollar la filosofía de confiabilidad.
6.1.1.1 Requisitos humanos
Con la finalidad de disminuir el error, administrar la información y tomar
decisiones acertadas, será necesario que el líder del proyecto realice un
ejercicio de selección de los miembros del equipo de trabajo, de acuerdo
con las competencias requeridas, habilidades y experiencias según la
magnitud del tendido de oleoductos, para conformar grupos de trabajo
acordes con los objetivos del proyecto.
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En este caso será necesario que el equipo humano, este conformado
por especialistas en diseño, operación y mantenimiento de oleoductos. Para
lograr esto, el líder del proyecto, realizará la elección en función de los
siguientes requisitos de la confiabilidad humana, entendiéndose que el
número de participantes no es lo más importante, sino la experiencia para
completar el diseño:
a. Habilidades y destrezas para el trabajo en equipo Se elegirán
personas que tengan la capacidad de integrarse con facilidad a los equipos
de trabajo, manteniendo la comunicación efectiva entre los distintos niveles
de autoridad. También, deberán tener la capacidad para elaborar diagramas
relacionados a los esquemas operacionales donde funcionará el nuevo
oleoducto, realizar modelaje para predecir el comportamiento y
funcionamiento, elaborarán matrices de evaluación técnica, diseñarán a partir
de datos complejos de fuentes estadísticas o a través del juicio de los
expertos, interpretarán datos de oleoductos existentes.
b. Conocimiento técnico. El líder del proyecto deberá asegurarse que
los miembros del equipo de trabajo seleccionado, tengan la formación
técnica relacionada al diseño de oleoductos y aplicación de la confiabilidad
operacional de acuerdo al rol que desempeñaran durante la ejecución de la
etapa de diseño conceptual.
En tal sentido, el líder del proyecto, se asegurará que los profesionales
que intervienen en el proceso de diseño de oleoductos, tengan formación en
el uso, manejo e interpretación de normas técnicas nacionales, propias de la
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organización o internacionales (ASME,DNV, API) con la comprensión de los
requisitos de seguridad a considerar en la ingeniería. Es necesario que
posean experiencia de construcción de oleoductos de acuerdo a la
naturaleza del tendido; en tierra firme y costa afuera.
Los especialistas en operación corresponderán a personal de procesos
con experiencia en las operaciones de transporte de crudo de manera que
pueda aportar en cuanto a la revisión de la filosofía de funcionamiento, sobre
todo cuando se trate de proyectos en los cuales se considere la instalación
de estaciones de relevo, donde es necesario evaluar los movimientos diarios
de crudos y sus mezclas según la dinámica operacional.
Los especialista en mantenimiento y confiabilidad estarán integrados
por personal con experiencia en el establecimiento de las estrategias de
mantenimiento de oleoductos, preferiblemente en la aplicación de la guía de
integridad mecánica API 1160 en su edición mas vigente, así como en la
ingeniería de la confiabilidad. Así mismo, deberán tener conocimientos en el
manejo de estudios de escenarios de falla basado en probabilidades.
Estos profesionales aportarán sus conocimientos para favorecer la
accesibilidad a los oleoductos y la mantenibilidad de la instalación, así como
definir las bases para programas y prácticas de mantenimiento que
incrementen la vida útil del futuro oleoducto.
Como acción de confiabilidad de este personal estará generar
directrices para identificar, preliminarmente, las futuras estrategias de
mantenimiento e inspección que puedan afectar el diseño conceptual del
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proyecto, para ello se apoyarán en los históricos de funcionamiento de
sistemas de oleoductos similares.
También especificarán el desempeño mínimo esperado en protección
del nuevo oleoducto, relacionado con la confiabilidad y seguridad, esto
supone establecer criterios bien definidos con los cuales evaluar cada
opción.
Lo anterior, supondrá, para la organización donde se ejecutará el
proyecto de tendido, el desarrollo de una memoria técnica (base de datos)
capaz de contener toda la información de mantenimiento de sus oleoductos a
partir de la cual se pueda obtener los datos requeridos de fallas para el
desarrollo de nuevos proyectos.
Por otra parte, los especialistas en integridad asesorarán al equipo de
trabajo en el uso e interpretación de los códigos y/o normas de seguridad,
favoreciendo la discusión en aquellas situaciones conflictivas que se generen
de su aplicación.
6.1.1.2 Objetivos de la confiabilidad
El Gerente del proyecto junto a su equipo de trabajo, acordará con el
cliente los objetivos de la confiabilidad que se pretendan alcanzar con el
nuevo sistema de oleoducto, los cuales deberán estar contenidos en lo
siguiente:
a. Mantenibilidad del oleoducto. Deberá ser objetivo del proyecto lograr
un diseño de oleoducto que funcione de forma ininterrumpida con previsión
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para reponerlo de forma casi inmediata de ocurrir un evento. Para ello se
deberá orientar en cuanto a la forma de asegurar aspectos de accesibilidad
a sitios de alta probabilidad de falla, reduciendo el impacto operacional y
ambiental, cumpliendo con los estándares de diseño.
También, el oleoducto, deberá tener la posibilidad de incorporarle
elementos de detección y supervisión lo que permitirá conocer la integridad
en forma anticipada para ello será necesario incluir dentro de este objetivo
las bases para las formas válidas de realizar inspección.
b. Disponibilidad del transporte dentro de los rangos operacionales. Se
deberá asegurar en las bases y premisas del diseño, contar con un nivel de
integridad mecánica que permita al oleoducto cumplir su función de
transporte bajo las condiciones de presión y temperatura que le impone el
fluido, con lo cual será factible introducir mejoras al desarrollo de los futuros
procedimientos y técnicas de mantenimiento dentro de los rangos
operacionales.
c. Vida útil aceptable. Se deberá asegurar en las premisas del diseño
que el nuevo oleoducto disponga de una filosofía de mantenimiento ajustada
a la expectativa del proyecto en el tiempo de funcionamiento, dentro de la
cual deben existir acciones tendientes a controlar la degradación propia de
las condiciones del servicio.
Para ello es fundamental que los especialistas en mantenimiento y
confiabilidad realicen una revisión de los históricos de funcionamiento de
oleoductos similares. También deberá evaluarse como influyen la tecnología
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de equipos y materiales en la selección del diseño de forma tal que éstos
responda a las expectativas de funcionamiento del nuevo oleoducto.
6.1.1.3 Medidas del desempeño
Luego de establecer los objetivos de la confiabilidad, el líder del
proyecto, definirá las acciones de confiabilidad que formarán parte de los
criterios de diseño aplicables a la fase final del modelo, para lo cual se
apoyará en especialistas de seguridad, mantenimiento, operaciones y
confiabilidad previamente identificados.
Estas medidas del desempeño serán definidas por los siguientes
aspectos técnicos:
a. Márgenes operacionales. Se evaluarán los rangos de operación del
futuro oleoducto con base a la información que aportan las características y
propiedades del fluido de temperatura y presión, a partir de lo cual se
definirán los tipos de equipos y tecnología de materiales a seleccionar.
Deberá tenerse en cuenta la disponibilidad de la instalación que recibirá el
producto a transportar, para evitar sobrepasar la capacidad requerida de
transporte para la corrida operacional definida por la demanda de producto.
b. Regulaciones ambientales, éstas estarán determinadas por el
cumplimiento de las normas que rigen el diseño propiamente dicho
(ASME,API, DNV) y que son de estricto cumplimiento dentro del proyecto .
También, estará definida por los resultados de los estudios de impacto
ambiental que se generán en consideración de la ruta seleccionada.
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6.1.1.4 Filosofía de Confiabilidad operacional
La filosofía de la confiabilidad será construida a partir de los parámetros
que la gobiernan, relacionados a equipos, mantenibilidad, procesos de
diseño y equipo de proyectos, éste ultimo aspecto fue desarrollado
previamente con la determinación de los requisitos humanos,.
Para lograr esto, el equipo de proyectos, se asegurará que la
confiabilidad este integrada en el diseño a través de los procesos de
modelaje del diseño y confiabilidad, todo ello con la finalidad de satisfacer el
total de las metas del proyecto a largo plazo, por lo que el diseño debe ser
desarrollado considerando aspectos técnicos, tales como: esquema
operacional, estimado de vida útil, tecnología de equipos y materiales. En
este caso, el equipo de proyecto desarrollará la filosofía de confiabilidad
operacional sobre parámetros fundamentales, constituidos por esquemas
operacionales, tecnología de equipos y materiales, mantenimiento, criticidad
y vida útil del nuevo oleoducto. Por lo tanto, la filosofía de confiabilidad
operacional deberá contener lo siguiente:
a. Esquemas operacionales. Se considerará la corrida operacional de
funcionamiento referida a la necesidad de transporte y la capacidad de recibo
en los centros de procesamiento de crudo. Para ello el equipo de proyectos,
revisará la capacidad requerida de las instalaciones de almacenamiento
ubicada en los puntos de despacho o punto de partida del oleoducto y en los
sitios destino.
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b. Tecnología de equipos y materiales. Se tomará en cuenta para la
sección de materiales la tecnología disponible de equipos y materiales a
partir de lo cual se evaluará su disponibilidad y factibilidad de aplicación.
c. Mantenimiento. El mantenimiento estará sujeto a las regulaciones de
integridad mecánica que aparecen en las guías de diseño ASME B31.4, lo
cual deberá contemplar sistemas de supervisión y control de corrosión,
basado en una frecuencia inicial que deberá ser modelada por el especialista
de mantenimiento y confiabilidad.
d. Vida útil. El nuevo oleoducto deberá ser diseñado para superar las
expectativas del tiempo que indique el análisis de evaluación económica.
Esto se logrará a partir del desarrollo de correctas previsiones de
mantenibilidad, disponibilidad y operación confiable.
e. Criticidad operacional. El equipo de proyectos deberá establecer el
impacto del nuevo oleoducto dentro del contexto operacional en función de la
seguridad, ambiente, producción, costos (reparación y mantenimiento),
afectación del negocio y la seguridad en el suministro.
6.1.2 Requisitos para el diseño.
Definido los requisitos de la confiabilidad operacional, se procederá
dentro de la fase de identificación, al establecimiento de los elementos que
intervienen en el diseño propiamente dicho, correspondiente a las variables
fundamentales; parámetros operacionales, restricciones técnicas y el análisis
de los modos de falla .
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6.1.2.1 Parámetros operacionales
Los especialistas en diseño de oleoductos, de procesos y operaciones
determinarán el comportamiento de las variables básicas para el diseño, que
gobierna todo el proceso de dimensionamiento y la escogencia de
tecnología de materiales. Dichas variables operacionales, estarán definidas
por temperatura y presión así como propiedades del fluido relacionadas a la
viscosidad, densidad, peso específico, gravedad API, potencial de corrosión
entre otras. Todo ello, permitirá evaluar la funcionalidad de los materiales a
utilizar en la siguiente fase de construcción de alternativas factibles.
Durante esta etapa de identificación, los ingenieros determinarán, a
partir de la información aportada por los históricos operacionales y pruebas
de laboratorio, la influencia de los parámetros antes mencionados, en el
diseño del oleoducto. A continuación se indican los requisitos operacionales
que se deberán tomar en cuenta para definir los esquemas de procesos para
el diseño conceptual del nuevo oleoducto:
a. Temperatura. El diseñador deberá tener presentes que valores de
temperatura dentro de los rangos que impone el esquema operacional, por
ejemplo en ningún caso, a partir de 130°C podrá utilizar tubería fabricada a
partir de polietileno reforzado para evitar degradación del material. También
debe considerar que a partir de 65° C se limita el uso de herramientas
instrumentadas por ser éstos elementos electrónicos, susceptibles a fallas a
partir de estos valores de temperaturas. Finalmente, a partir de 65°C debe
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tenerse cuidado con el revestimiento de la tubería enterrada en especial si
esta ubicada en ambientes de humedad alta.
Para determinar los valores de temperatura, el diseñador recurre a la
data operacional disponible (data dura) de la formación y las condiciones del
crudo en cuanto a si requiere tratamiento calórico como parte de su
procesamiento preliminar. En caso de no disponer de esta información puede
consultar el juicio de los expertos, pero solo como referencia. Será necesario
llevar a cabo estudios de campo, mediante toma de muestras y simulaciones
con personal de yacimientos para determinar los valores promedios de
temperatura.
b. El fluido. El diseñador tendrá presente la influencia del fluido en los
materiales. Por tratarse de oleoductos, se espera que el crudo este
previamente tratados (crudo limpio), sin embargo existen oleoductos que por
su ubicación en el proceso, entre los centros de recolección (estaciones de
flujo) y los patios de tanques, arrastran, corte de agua, sedimentos y gases,
algunos de los cuales son altamente corrosivos. Tal es el caso del gas H2S
(sulfuro de hidrogeno), el cual puede producir serios problemas en los
materiales de acero al carbono.
Para hacer frente a esta situación, el diseñador en conjunto con los
especialistas en el área de materiales y corrosión realizan los análisis
preliminares de la composición del fluido para determinar el potencial de
corrosión del mismo, lo cual será un factor determinante para la selección de
tecnología de materiales, el diámetro y espesores de diseño.
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En los casos que el fluido contenga cantidades importantes de H2S, los
ingenieros de diseño especificarán materiales para la tubería API 5L-Grado
PSL2 cuyo grado evita la probabilidad de fragilización (ASME B31Q–2010)
por este agente, mejorando la calidad de la tubería y evitando problemas
futuros en la fase de operación por problemas a la salud pública y
condiciones de riesgo que posiblemente limiten el mantenimiento.
Por otro lado, la cantidad a transportar de este fluido será un insumo
para el proceso de determinación de diámetros y requerimientos de equipos
para la impulsión del producto (bombas), así como de la velocidad del fluido,
la cual en ningún momento debe estar por debajo de lo que recomienda el
API RP 14E (2009) de 3 pies/segundos, ya que por debajo de este valor
existe la tendencia a existir deposición lo cual propicia obstrucciones por
acumulación de sedimentos y problemas de corrosión bajo depósito.
c. La presión: El ingeniero debe determinar las caídas de presión que
demandará el sistema en función de lo cual determinará el diámetro del
oleoducto y las exigencias de equipos de bombeo.
6.1.2.2 Restricciones.
El siguiente paso que debe llevar a cabo el equipo de proyectos es el
de identificar las restricciones existentes, las cuales serán consideradas
dentro del diseño conceptual del nuevo oleoducto , con probabilidad de
afectar la viabilidad técnica debido a las limitaciones que pueden existir
dentro del contexto operacional o debido a condiciones ambientales , tal
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como se presentan en orden de importancia secuencial, tal como se
estudiaran dentro de la evaluación técnica:
a. Ambientales. El equipo de proyectos deberá hacer una evaluación
preliminar de las condiciones predominantes en el tendido, lo que incluye,
fallas y morfología del terreno, pases de camino, fuentes fluviales, zonas
ambientalmente protegidas, vientos, estabilidad sísmica, cuerpos de aguas y
lechos marinos, entre otras.
b. Constructivas. Será una restricción la construcción del tendido en
sitios inestables desde el punto de vista geomorfológico en especial cuando
se determine necesario edificar puentes o soportes especiales. Se tendrá en
cuenta la necesidad de recurrir a tecnología especial y la disponibilidad de
mano de obra local para elegir los métodos de construcción más eficientes
acordes con el alcance del proyecto.
c. Densidad poblacional. Se deberá evaluar los niveles de seguridad
esperados en función de la cantidad de habitantes que estén cercanos a la
nueva construcción, en especial cuando se anticipe toxicidad del fluido
(acorde con: mencionar la Norma).
d. Operacionales. Se deberá evaluar la corrosividad del fluido para lo
cual el equipo de trabajo deberá solicitar apoyo a los especialistas de
materiales y corrosión en la determinación de la potencialidad corrosiva del
fluido. Será otra restricción, del esquema operacional operar dentro de
ciertos rangos de presión y esfuerzo en servicio, pues en estos casos los
materiales estarán sujetos a cambios.
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Este análisis de las condiciones operacionales conducirá al equipo de
proyectos a realizar las siguientes consideraciones dentro de las posibles
restricciones que tendrá el nuevo oleoducto:
a. Seguridad: asegurar que el nuevo oleoducto tenga un riesgo
aceptablemente bajo, con relación a la población y medio ambiente
circundante, esto implica un estudio preliminar de peligro para lo cual el
ingeniero de oleoductos debe diseñar utilizando los códigos y normas
adecuados, vigentes que reflejen la aplicación de la mejor práctica de
ingeniería, de esta forma evaluará las limitaciones que puedan repercutir en
la construcción del nuevo oleoducto.
b. Seguridad de Suministro – El sistema debe entregar el producto de
manera constante para satisfacer a los propietarios del producto (“las
empresas navieras”) y a sus clientes (los usuarios finales), y debe tener un
bajo riesgo de falla en el suministro.
6.1.2.3 Tipos y modos de fallas
Una vez identificadas las restricciones, el equipo de especialistas en
operaciones, mantenimiento y confiabilidad, llevará a cabo el estudio de los
historiales de servicio de sistemas de oleoductos similares al proyectado.
Para ello recurren a la información disponible por la empresa, ubicada en los
registros de mantenimiento. Ordenan y clasifican los datos de forma que se
puedan determinar las causas típicas de fallas relacionadas al diseño,
construcción, operación y mantenimiento, como se indica a continuación:
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a. Fallas por diseño. Se ordenarán aquellas fallas producto de la
omisión de dispositivos, equipos (válvulas y accesorios), controles, de
seguridad e integridad (materiales y espesores), selección de ruta, que
originaron eventos durante la rutina operacional. Por ejemplo, la falta de un
dispositivo de alivio para prevenir sobrepresiones en el sistema pudo
ocasionar la rotura del oleoducto en funcionamiento.
b. Fallas de Construcción. Se tomarán en cuenta aquellos eventos
relacionados a los métodos de construcción y la materia prima (tubería)
utilizada. Por ejemplo, se tomarán en cuenta defectos introducidos por la
manufactura de la tubería en especial en aquellos tubos con costura donde
existe la posibilidad de problemas en la soldadura.
c. Fallas por Operación. Se agruparán las fallas debido a errores
operacionales con alteración de las variables presión y temperatura, así
como por ausencia de procedimientos claros en la filosofía de operación.
d. Fallas por mantenimiento. Se determinarán las fallas originadas por
incumplimiento de los programas de mantenimiento e inspección y su
consecuencia en la disponibilidad del oleoducto.
A partir del ordenamiento y análisis de las fallas se procederá con la
determinación de las acciones de aquellos tipos de fallas que puedan o no
afectar el funcionamiento del nuevo oleoducto. Esto quiere decir, asignar la
importancia que tiene cada modo de falla encontrado de acuerdo al contexto
operacional de funcionamiento que tendrá el tendido de tubería en
perspectiva.
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Seguidamente el ingeniero de confiabilidad realizará la evaluación
cuantitativa de la severidad, la frecuencia y la detección, y establecerá un
Número de Prioridad de Riesgo (NPR) que es un valor índice para evaluar
los esfuerzos de mejora para lo cual considerará tres (3) aspectos: (1)
severidad, (2) frecuencia y (3) detección de la falla. Este número será
calculado a partir de la siguiente relación:
NPR= S*F*D (15)
S: valor de severidad asignado a la falla,
F: frecuencia de ocurrencia de la falla,
D: valor de detección de la fallas asociado a la probabilidad de
ocurrencia.
Para la escogencia del valor de severidad intervendrá el experto en
tuberías, los especialistas en mantenimiento de oleoductos, seguridad y el
operador. Todo ello, con la finalidad de tener la mejor percepción posible de
la severidad del modo y efecto de falla, lo cual se traduce en valoración de
las alternativas de mejoras para el diseño una vez identificados los factores
condicionantes de la operación y del mantenimiento.
Para determinar la frecuencia se tomará la información registrada en la
base de datos que contiene los históricos de sistemas similares para asociar
la probabilidad de falla aceptable al nuevo sistema de oleoductos, será
necesario un ordenamiento de los eventos para calcular su recurrencia.
Finalmente, se determinan los valores de la probabilidad de falla en
función de la frecuencia, atendiendo a las exigencias de seguridad dentro del
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diseño a fin de incluir estos aspectos en las tolerancias que pueden
aceptarse para la condición de servicio del oleoducto, con intención de incluir
acciones concretas para reducir el riesgo. En este sentido, será necesario
realizar una segmantación del oleoducto para evaluar los diferentes
escenarios de cómo se presentarán los eventos y la posibilidad de intervenir,
a través de los medios de supervisión que se determinarán.
Los controles en el caso de los oleoductos están definidos con los
criterios que se determinen para la supervisión de la condición, lo cual debe
incluirse en la filosofía de mantenimiento que define los niveles de integridad
mecánica.
6.2 Fase II: Análisis
Obtenidos los requisitos de la confiabilidad y del diseño se procederá a
realizar el proceso de dimensionamiento seguido de la correcta selección de
materiales especiales como soluciones a los procesos de tendidos. En esta
fase el equipo de trabajo contará con suficiente información técnica para
modelar la confiabilidad del sistema en sus aspectos mecánicos y
operacionales.
6.2.1 Dimensionamiento
El ingeniero de diseño basado en los requisitos técnicos y de
confiabilidad previamente establecidos procederá con el dimensionamiento
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preliminar para lo cual determinará el diámetro óptimo a partir de las
variables de, flujo anual, disponibilidad esperada del sistema (factor de
carga); temperatura, presión de entrega; densidad poblacional y peligrosidad
del fluido definido por las propiedades del medio de transporte.
Selección del Diámetro. El primer paso a seguir por el diseñador de
oleoductos será realizar simulaciones de procesos soportadas en un análisis
hidráulico detallado, especialmente para casos de múltiples fases. Sin
embargo puede utilizar formulas empíricas que producen resultados con
bastante exactitud. Estas se desarrollarán a partir de los históricos de
proyectos similares como las presentadas por Nogueira. y Mckeehan (2005)
para definir tamaño factible en función de la producción esperada. Ver
ejemplo en la tabla 9.
Tabla 9: guía de selección de diámetro para tuberías de crudo
Para Uso producción (barriles por día)
Diámetro externo de tubería (pulgadas)
Caída de presión (psi por millas)
0 hasta 2000 3 1/2 - 2000 hasta 3000 4 1/2 32 3000 hasta 7500 6 5/8 16
7500 hasta 16.500 8 5/8 10.5 16500 hasta 23.500 10 3/4 8.5 23500 hasta 40.000 12 3/4 7
Fuente: tomado de Nogueira y Mckeehan (2005)
No obstante, el dimensionamiento del diámetro debe estar soportado en
evaluación de diversos escenarios donde se recurra a la utilización de
260
modelos de optimización para evitar luego problemas operacionales de falta
o exceso de capacidad. Por ejemplo, pudiera sobre estimarse un diámetro y
con ello ocasionar un patrón de flujo laminar de velocidad muy baja (menor a
3 pies/segundo) que producirá un efecto de sedimentación en la tubería y
con ello posteriores problemas de mantenimiento.
En todo caso, en la recolección de información de la data operacional el
ingeniero de proyectos ubicará datos de producción que soporten el proceso
de simulación y evaluará la variabilidad en la fuente de suministro de crudo
junto con la capacidad de almacenamiento de las unidades de
procesamiento.
Por lo tanto el diseñador de oleoductos seleccionará el diámetro en
base a la capacidad del flujo requerida para transportar la producción de
fluido esperada y las caídas de presión desde las unidades de producción
hasta los sitios de procesamiento.
Esta tarea exigirá del diseñador de oleoductos un riguroso análisis del
comportamiento operacional del flujo donde se considerarán las peores
condiciones de funcionamiento durante la vida del nuevo oleoducto.
6.2.2 Selección del material
El diseñador analizará los materiales para la construcción del oleoducto,
lo cual tendrá un efecto significativo en los costos de construcción, la
operación y el mantenimiento. Esta actividad consiste en llevar a cabo una
serie de consideraciones preliminares que luego orientaran la ingeniería
261
básica del proyecto, fundamentadas en la filosofía de confiabilidad
previamente establecida.
El proceso inicia con definir el tipo de material para la construcción, esto
lo hace el líder del proyecto con su equipo de trabajo basado en las
necesidades y características del proceso de transporte. Para el caso de
tubería de acero al carbono el ingeniero de diseño utilizará como referencia
para la selección, la especificación de tubería API 5L, la cual cubre los
grados B hasta X80 con diámetros externos que abarcan desde 4.5 pulgadas
hasta 80 pulgadas.
El diseñador debe tener presente que si el proyecto consiste en
construir un oleoducto costa afuera las exigencias de material para tubería
de gran diámetro (más de 30 pulgadas) en agua profundas son mayores que
las utilizadas en aguas poco profundas. En efecto, se utilizarán grados de
resistencia igual o equivalentes X-60 o X-65 (414 o 448 Mpa) por ser los
que mejor responden al proceso de construcción. Los grados inferiores, tales
como X-42, X-52, o X-56 se seleccionarán para tendidos en aguas poco
profundas o por baja presión, esto con el doble propósito de disminuir los
costos de fabricación y tiempo de ejecución así como los costos debido a
fallas en los procesos de tendidos.
En los casos donde el equipo de proyectos decida optar por materiales
diferentes al acero como una alternativa tecnológica a evaluar en la fase
conceptualización, procederá a elaborar las hojas técnicas para el diseño de
estos nuevos sistemas, para lo cual se apoyará en las norma para diseño de
262
tubería flexible API 17J en su edición más vigente.Se tomará en cuenta la
susceptibilidad al deterioro que pueden presentar debido a la composición
del fluido (presencia de CO2, H2S, velocidades, necesidades de protección,
entre otros) y la temperatura debido a que la mayoría de las tecnologías de
materiales no metálicos esta limitada a un valor de temperatura de
operación de 130 °C.
Por lo tanto, se observa que la composición del fluido tendrá una
influencia importante en el diseño en lo relativo a materiales, frecuencia de
mantenimiento y niveles aceptables de reparabilidad.
El líder del proyecto se apoyará en el juicio técnico de un experto en
materiales y corrosión para hacer una revisión de la potencialidad corrosiva
del sistema antes de seleccionar los materiales, tomando en cuenta que esto
repercute en la vida útil del proyecto, las acciones de mantenimiento y
permite identificar puntos críticos o más susceptibles al ataque corrosivo, así
como sitios de estancamiento de líquido propensos a corrosión localizada.
6.2.3 Factibilidad técnica
La factibilidad técnica estará fundamentada en dos grandes actividades
de ingeniería que demandan la realización de estudios de campo; 1) la
selección de la ruta y 2) los métodos de construcción según la tecnología de
materiales.. Ambas actividades la realiza el equipo de proyectos,
apoyándose en la evaluación de la ruta con sus restricciones técnicas
263
asociadas a los métodos de construcción disponibles en la zona donde
tendrá lugar el proyecto. Estos pasos permitirán posteriormente realizar un
tratamiento en la elaboración de alternativas técnica y económicamente
factibles.
6.2.3.1 Selección de la ruta
El proceso de selección de ruta estará a cargo del grupo especialista en
las áreas de diseño de oleoductos, geodestas, ingenieros civiles, expertos en
riesgo, asesores legales, especialistas en mantenimiento y construcción, los
cuales tendrán en cuenta la regla de dedo; “Una pobre selección de la ruta
puede ser mas costosa que una bien elegida”.
Lo anterior indica que se deberá evitar realizar estudios insuficientes de
ruta, que conlleven a retardo en la construcción, particularmente si la ruta
presenta condiciones geotécnicas no anticipadas, o si la ruta conlleva a
conflictos con las autoridades públicas, o existen desacuerdos con otros
operadores.
Para evitar estas situaciones el equipo de especialistas evaluará la
pertinencia de la ruta, lo que conllevará a una serie de estudios preliminares,
de tipo geomorfológico, geológico y topográfico según sea el caso o tipo de
ambiente, los cuales permitirán suministrar al menos la siguiente información
básica al equipo de trabajo; cada factor de los mencionados anteriormente
puede, en algún momento afectar directamente, la viabilidad técnica del
proyecto:
264
a. Condiciones del terreno que incluye topografía y estudios de suelo
para determinar su capacidad portante, tipos, drenajes, constitución,
presencia de materiales difíciles de trabajar. Con esta información se
determinará la estrategia de construcción, requerimientos de preparación del
terreno, uso de maquinarias especiales, información para el diseño de los
soportes, materiales de protección, accesibilidad entre otros.
b. Presencia de cuerpos de aguas (incluye profundidades), esto incluye
una revisión detallada de batimetría y planimetría del área de trabajo con la
finalidad de reconocer impedimentos para la construcción.
c. Condición del lecho marino y velocidades de corrientes (para
tendidos costa afuera). Consiste en hacer una investigación geomorfologica
de la ruta para determinar restricciones de construcción impuesta muchas
veces por las características del lecho y las condiciones ambientales del
lugar.
d. Propiedades de terceros. Implica gestionar por parte del personal de
apoyo legal los permisos ajustados a la ley que asegure disponer de un
corredor libre de interferencias de terceros conservando el distanciamiento
que exigen las regulaciones locales.
e. Presencia de otras instalaciones. Se refiere a la evaluación dentro de
los estudios de ruta , que hace el ingeniero del proyecto , para determinar
presencia de instalaciones industriales o domesticas que puedan verse
afectadas por el nuevo tendido o sean desconocida, incluye la exploración
para determinar la existencia de tuberías de transporte, redes de cableado,
265
servicios públicos, en forma subterráneas, abandonadas u operativas, no
registradas en los planos oficiales de la compañía operadora.
f. Ambiente y Comunidad. Los especialistas en riesgo evaluarán la
densidad poblacional en función del tipo, cantidad de fluido a transportar en
concordancia con las regulaciones ambientales y de seguridad, para lo cual
se gestionará en el caso de tendidos en tierra firme un ortofotoplano del lugar
con la finalidad de realizar los cálculos de riesgo por exposición en caso de
ocurrir algún tipo de evento, previsto en la evaluación de peligros.
g. Facilidades. En los casos de determinarse la necesidad de instalar
instalaciones intermedias en el tendido, es necesario revisar cuales serán las
fuentes de suministro eléctrico, de combustible y comunicación, en las cuales
se soportarán las operaciones una vez este funcionando el sistema.
h. Legislación y regulaciones locales. El equipo de proyectos buscará
asesoría en materia legal y ambiental para realizar los estudios
correspondientes, con la finalidad de determinar la viabilidad de construcción
sobre las opciones de rutas disponibles.
Estos estudios de rutas, permitirán identificar condiciones de riesgos
iniciales y futuras, lo que afectará la vida útil de la tubería, así como las
estrategias que se diseñen para su mantenimiento. En el caso de tendidos
costa afuera definen las consideraciones de construcción relacionadas a las
condiciones geomorfológicas del lecho marino, lo que incluye fallas
geológicas, depresiones, canales, rocas, formaciones de arena y otras
características propias del suelo marino.
266
6.2.3.2 Métodos de Construcción
A partir de las posibles fallas detectadas en el proceso de revisión de
los modos de fallas en la fase identificación, los diseñadores tendrán en
cuenta los problemas que se puedan presentar en el proceso de
construcción, en especial aquellos que puedan introducir defectos. Para ello ,
el equipo de proyectos evaluará, de acuerdo a las condiciones de la ruta , la
necesidad de utilizar equipos especiales. Por ejemplo en el caso de pases de
carretera o pases cortos de cuerpos de aguas (ríos) donde no sea posible la
excavación se considerara la perforación direccional con la cual se logra
introducir en secciones la tubería mediante el uso de maquinaria
especializada.
Para el caso de tendidos costa afuera, el diseñador tomará en cuenta
las profundidades a las cuales se tenderá la tubería lo cual definirá el tipo de
tendido y tendrá impacto en la selección de materiales tal como se indicó
previamente. Iniciando con el análisis desde el proceso de armado de la
tubería mediante soldadura asistido por una serie de equipos (maquinaria)
que forma parte del proceso de colocación de la tubería hasta la fase de
pruebas para entrega.
En tendidos costa afuera se utilizarán barcos preparados con
estaciones de control de tensión (tensiometros), estaciones de armado y
control automático de la soldadura para obtener un rendimiento ajustado al
tiempo de entrega del sistema.
267
Tomando en cuenta estas premisas, el equipo de proyectos dará
atención a los siguientes métodos:
a. Métodos tecnológicos. Se determinará la conveniencia de utilizar
métodos que cuenten con tecnología para hacer mas eficiente el tendido. Por
ejemplo, posiblemente, se detectó en el estudio de modos de fallas, una falla
de construcción relacionada con la calidad de la soldadura, en estos casos
se podrá considerar utilizar equipos automáticos para realizar la junta con lo
cual se disminuye el error debido a la pobre habilidad de los soldadores. Por
supuesto, influirá la calidad de mano de obra disponible en la zona donde
tendrá lugar el tendido de tubería.
También, se evaluarán los costos de utilizar maquinarias especiales,
en especial cuando las condiciones de la ruta seleccionada lo requieren al
tener que enfrentar una condición natural del terreno o edificaciones
existentes.
b. Métodos tradicionales. En los casos donde este limitado el uso de
tecnología de construcción avanzada, ya sea por razones ambientales, de
seguridad u otro, el equipo de proyectos evaluará la disponibilidad de
recursos para ejecutar la obra.
En tal sentido, tomará en cuenta la accesibilidad al sitio para prever
acondicionamiento del lugar para el paso de maquinarias, construcción de
piezas especiales o cualquier otro requisito que luego implique un cambio en
el diseño.
268
6.2.4 Análisis de Peligros
Los análisis de peligros serán parte del proceso de diseño conceptual
del nuevo oleoducto. Tomará en cuenta, de la ruta seleccionada las posibles
amenazas a la tubería o a las instalaciones del sistema. La identificación de
estas amenazas no estará limitada a la revisión de categorías de riesgos
conocidos, deberá incluir pasos para la búsqueda de nuevas o únicas
manifestaciones de riesgo.
El proceso se inicia, por parte del especialista en riesgo y el ingeniero
de confiabilidad, en identificar la localización específica de eventos y
condiciones o combinaciones de eventos que pudieran disminuir la integridad
del oleoducto. El resultado del análisis preliminar de riesgo incluirá la
naturaleza y la localización de los riesgos más relevantes en la tubería. Se
elaborarán matrices donde se aprecien las probabilidades de fallas y las
consecuencias (riesgo). Parte de esta información la obtendrán de los
estudios de modos, tipos y efectos de fallas que fue aplicado previamente al
oleoducto, se tomarán en cuenta los históricos de producción, características
del fluido y proximidad de la tubería a terceros.
6.2.5 Mantenibilidad del sistema
El siguiente paso dentro del modelo consistirá en definir las acciones de
mantenibilidad para la propuesta de diseño, tal como se indicó en los
objetivos de la confiabilidad del oleoducto .
269
La primera acción corresponderá a estudiar la posibilidad de restaurar,
en el menor tiempo el oleoducto, una vez que ha ocurrido una falla, para lo
cual el especialista en mantenimiento estudiará dentro del contexto
operacional como se verá afectado el tiempo de reparación por la ruta que se
ha seleccionado y la accesibilidad a ella.
De acuerdo a lo anterior el equipo de trabajo desarrollará las directrices
para establecer los tiempos que permitan ejecutar las siguientes acciones
dentro del oleoducto en la etapa de funcionamiento:
a. Preparación para la reparación. Los ingenieros de mantenimiento y
diseño revisarán la forma de reparación admisible del oleoducto de acuerdo
a los materiales utilizados. Por ejemplo, para materiales no metálicos se
tomarán en cuenta las exigencias de la norma API 17B. En estos casos es
necesario disponer de lineamientos para desarrollar las futuras políticas de
inventario concerniente a repuestos especiales. Esto formará parte de los
análisis de confiabilidad a considerar en esta fase.
b. Localización de la falla. La ingeniería conceptual incluirá en sus
productos un mapa detallado de accesibilidad al sistema para ubicar en el
menor tiempo posible eventos. Esto implica que los ingenieros de diseño
determinen el potencial de fuga del sistema y evalúen tecnologías para su
detección utilizando las técnicas mencionadas en la norma DEP
31.40.60.11-Gen, referidas a balance de masa, análisis de presiones y
detectores de fuga, entre otros.
270
c. Capacidad de despresurización del sistema. Los ingenieros de
diseño, establecerán las condiciones para evaluar eventos simulados de
fallas, para determinar la capacidad de respuesta del sistema de transporte,
para contener el volumen en caso de ocurrir una pérdida de la capacidad
estructural.
d. Reparación. Como resultado de los análisis de modos de fallas el
especialista de mantenimiento establecerá las consideraciones para que se
generen los listados de recursos a considerar para la reparación; medios de
corte, acceso, saneamiento, control de derrames, equipos especiales y los
requisitos de acceso a sitios identificados como vulnerables.
e. Comprobación del buen funcionamiento del segmento de tubería
reparado. Para realizar esta acción el ingeniero de mantenimiento identificará
las pruebas admitidas para verificar la calidad de la reparación, tomando en
cuenta el criterio de intercambiabilidad de partes el cual corresponde al uso
de materiales de características iguales o superiores a los existentes. Para
definir estos requisitos de la mantenibilidad el personal de confiabilidad y
mantenimiento darán atención a los siguientes aspectos técnicos, a incluir en
los documentos de ingeniería conceptual.
f. Definir la protección y supervisión del oleoducto según el tipo de
mecanismos de deterioro identificado. Se debe indicar la necesidad de
desarrollar la ingeniería de protección contra la corrosión en las áreas donde
la tubería tenga que ser tendida bajo tierra y las condiciones del terreno lo
demanden. Se incrementarán las rutinas de monitoreo si estas, además,
271
pasan por zonas de alta actividad humana (zonas urbanas), o áreas de
impacto ambiental.
g. Orientar en el desarrollo de especificaciones para disponer de
medios de reparación que permitan controlar fallas en el sistema, en especial
para segmentos de la tubería que estén tendidos en cuerpos de aguas.
h. Definir las regulaciones bajo las cuales se debe desarrollar el
mantenimiento y la conformación de un plan de integridad que le permitan al
operador desarrollar un programa de gerenciamiento del oleoducto
proporcionando medios para mejorar la seguridad de los sistemas de
tuberías:
i. Identificar y analizar actuales y potenciales eventos mayores que
puedan generar incidentes en el oleoducto , lo cual permitirá definir,
posteriormente, las acciones específicas de mantenimiento.
j. Examinar la probabilidad y la severidad potencial de incidentes en la
línea.
k. Proporcionar medios comprensivos e integrados para examinar y
comparar el espectro de los riesgos y las actividades disponibles para su
reducción.
l. Proporcionar medios estructurados, que sean comunicados fácilmente
para la selección y puesta en marcha de actividades de reducción del riesgo.
A partir del análisis de los parámetros que gobiernan el diseño el equipo
de proyectos tendrá suficiente información como para evaluar en la siguiente
272
fase de tratamiento, las alternativas que son técnica y económicamente
factibles.
6.3 Fase III: Tratamiento
En esta fase el equipo de proyectos ha logrado establecer las bases y
premisas para el diseño conceptual del oleoducto, acompañado de los
requisitos técnicos de la confiabilidad. A partir de esta información el equipo
de proyectos realizará la construcción de alternativas técnicamente y
económicamente factibles.
6.3.1 Construcción de alternativas técnicamente factibles
Para la construcción de las alternativas técnicamente factibles, el
equipo de proyectos deberá iniciar un proceso de análisis funcional del nuevo
oleoducto, mediante el cual se determinará si éste, cumple con los requisitos
de construcción tomando en cuenta la selección de ruta , la capacidad de
transporte y materiales a utilizar, en cumplimiento de las regulaciones
ambientales que impone el mapa operaciona l donde funcionará éste sistema
de transporte.
A partir del estudio de las tecnologías de materiales el diseñador
evaluará la factibilidad técnica en función de los siguientes requisitos:
a. Deberá cumplir con las normas de diseño, para satisfacer los
requisitos de seguridad que éstas contienen.
273
b. Deberá ser funcional, es decir, capaz de soportar las condiciones
operacionales de temperatura y presión, así como, la acción externa del
ambiente, lo que definirá la capacidad estructural.
c. Diseñado bajo niveles de mantenibilidad adecuados, lo que permitirá
realizar reparaciones en caso de ocurrir desperfectos o alteración de su
capacidad estructural. Deberá ser posible implementar un sistema de
detección de fallas en servicio que advierta cambios en las condiciones
físicas del material.
d. Deberá resistir las condiciones del fluido en cuanto a su acción
corrosiva para permitir una vida útil dentro de lo establecido en el objetivo del
proyecto.
e. Capacidad para resistir las condiciones de construcción acorde con
las condiciones del ambiente que impone la ruta.
En cuanto a la ruta el equipo de trabajo se asegurará que ésta, cumpla
los siguientes requisitos para que sea considerada técnicamente factible
dentro del contexto operacional y ambiental donde se proyecta la
construcción:
a. Que cause el menor impacto ambiental posible, en especial cuando
el tendido atraviese zonas de protección forestal, cuerpos de agua, criaderos
de fauna marina, entre otros. Este estudio deberá orientar en cuento a la
factibilidad de construcción y sus costos.
b. Deberá estar soportada en estudios preliminares de las condiciones
del terreno y su incidencia en la construcción de facilidades para el tendido,
274
como puentes, soportes, estaciones de relevo, entre otros. Éstos estudios se
llevarán a cabo para definir los diseños a desarrollar en la ingeniería básica.
Tomando en cuenta la evaluación de estos aspectos técnicos el
diseñador evaluará las variables críticas que hacen factible el diseño a partir
del mapa operacional previamente estudiado. Para ello, comparará los
materiales con las condiciones del fluido y la ruta para el tendido,
Al cumplir con las regulaciones ambientales y las condiciones
funcionales del terreno el equipo de proyectos procederá a construir
alternativas técnicamente factibles que luego serán sometidas a un proceso
de evaluación económica a partir del cual se podrá construir una matriz de
decisión, para la elección preliminar, antes de la optimización.
Al final de este proceso de tratamiento se obtendrán un conjunto de
alternativas técnicamente factibles de diseño a partir de las consideraciones
de materiales y selección de ruta aceptable. A continuación, se llevará a
cabo un proceso de evaluación económica de las opciones disponibles.
6.3.2 Evaluación de alternativas económicas factibles
A partir de las alternativas técnicamente factibles el equipo de trabajo
llevará a cabo un proceso de evaluación económica. Para ello, se seguirá
un procedimiento iterativo, de evaluación de los indicadores, Tasa Interna de
Retorno (TIR), Eficiencia de la Inversión y Valor presente Neto (VPN) a partir
del cual se determinarán la factibilidad económica del diseño propuesto ,
fundamentado en un estimado por capacidad general.
275
En este caso, el factor de rentabilidad se definirá como el valor medio o
esperado de la distribución de probabilidad del VPN. El factor de riesgo se
obtiene del área de la curva por debajo de la cual se obtiene VPN <0. Dentro
del modelo de análisis se estudia para cada alternativa ; costos de
construcción, costos operativos, costos de producción y el riesgo de las fallas
del oleoducto.
El tratamiento que tendrá el estudio de las alternativas desde el punto
de vista económico corresponderá a elección mutuamente exclusivas, dado
que en esta fase se compararán opciones, entre varios sistemas
técnicamente diferentes, pero que intentan resolver un mismo problema. El
procedimiento para la evaluación, que llevará a cabo el equipo de trabajo,
estará basado en lo propuesto por Cartay (2010) según se indica a
continuación:
a. Enlistar las alternativas y sus flujos de caja correspondientes en
orden ascendente.
b. Determinar el flujo de caja neto asociado a cada alternativa (A1, A2)
c. Restar el flujo de caja neto de A2 del flujo de caja neto de A1, para
encontrar el flujo de caja incremental de manera que si éste resulta
conveniente la alternativa A2 es mejor que la alternativa A1, es decir, se
justifica la inversión adicional exigida por la alternativa A2, en caso contrario
A1, es preferible a A2.
d. Para la alternativa seleccionada, repetir con la alternativa A3, así
sucesivamente hasta agotar todas las alternativas para seleccionar la mejor.
276
Esta razón incremental entre el costo y el beneficio se obtendrá
mediante el cálculo entre el beneficio de las alternativas propuestas y los
costos totales del proyecto que incluye los costos de construcción, operación
y mantenimiento. Para llevar a cabo esta evaluación se construirá una tabla
donde se ordenen los costos que deberán ser estudiados para el cálculo del
valor de ciclo de vida proyectado para cada alternativa del nuevo oleoducto.
La presentación de la evaluación será como se indica en la tabla 10.
Tabla 10: Evaluación de alternativas económicamente factibles
VPN Alternativa 1 Alternativa 1 Alternativa 1
VPN
Ingeniería Construcción Operación Mantenimiento
Vida útil Fuente: Quintero (2011)
Finalizado este proceso el equipo de proyectos tendrá una alternativa
económicamente factible, a partir de este resultado se procederá a evaluar la
confiabilidad de esta opción, optimizando el diseño a través de un proceso
dinámico de evaluación.
6.4 Fase IV: Selección del diseño confiable
Luego de obtener la factibilidad técnica y económica, se llevará a cabo
un proceso de optimización del diseño, para determinar el valor de
confiabilidad para cada alternativa previamente estudiada. Para ello se
desarrollará un proceso de simulación dinámica a partir de la iteración de los
277
parámetros operacionales previamente identificados y los criterios técnicos
que se estudiaron de cada alternativa en cuanto a; ruta, materiales, métodos
de construcción, mantenibilidad y riesgo.
A continuación, el equipo de trabajo, deberá realizar una serie de
acciones analíticas, que se inician con la escogencia de la data de entrada
para el diseño, seguido de la evaluación dinámica de los rangos, variables y
alternativas de diseño, lo cual producirá un sistema que será incluido dentro
de una matriz de perfil de parámetros, para finalmente obtener un diseño
que reúna los mayores atributos de la confiabilidad operacional. Ver figura
30.
Figura 29: Proceso de selección del diseño aceptable. Fuente: Quintero (2011)
278
Seguidamente, se compararán estos resultados obtenidos, con la mejor
opción económica de la fase de tratamiento, identicando con ello, aspectos
técnicos donde será necesario revisar, nuevamente el diseño, para mejorarlo
de acuerdo al proceso mostrado en la figura 30.
Luego de obtenido el índice de confiabilidad operacional de mayor
rango se procede a comparar con los indicadores económicos de factibilidad
para iniciar un nuevo proceso iterativo de análisis con el cual se refinará el
diseño hasta obtener un diseño que satisfaga los objetivos iniciales de la
confiabilidad y proceder a elaborar las bases y premisas de esa alternativa.
A continuación se describirán los detalles del proceso de selección del
diseño que deberán desarrollar los especialistas en confiabilidad,
operaciones, diseño y mantenimiento, revisando en detalle los rangos
operacionales, contrastando con los criterios de confiabilidad deseados.
6.4.1 Data de entrada
La optimización comenzará con la revisión de las variables
operacionales que definen el diseño, que constituye la data de entrada, tales
como condiciones y características del fluido, incluyendo las estadísticas que
miden su comportamiento con la finalidad de observar su variabilidad. Para
ello, el especialista de confiabilidad ordenará los datos dividiendo el
recorrido (amplitud de la población o muestra) en ciertos rangos, o clases,
contar el número de observaciones que se corresponden a cada una de
ellas, y presentarlas en forma de tabla 11.
279
A partir de este tratamiento estadístico de las variables de entrada se
obtendrán los límites superiores e inferiores así como la medida de tendencia
central de la agrupación de datos tratados. A continuación se presenta el
proceso analítico el cual estará basado en el modelo de evaluación de
ingeniería conceptual de Stapelberg (2009). Ver tabla 11
Tabla 11: tratamiento estadístico de la variable de desempeño
Variable Lím. inf. Prob. (%) Media Prob. (%) Lim. sup. Prob. (%)
Presión
Temperatura
Capacidad Fuente: Quintero (2011)
Cada variable opearcional correspondiente a presión, temperatura,
capacidad de transporte, se evaluará en función del comportamiento
estadístico, para ello se recurrirá a la data contenida en los registros
históricos de tipo opearcional de sistemas existentes.
6.4.2 Evaluación dinámica
Una vez obtenidos los valores provenientes del tratamiento estadístico
de los datos, el paso siguiente es desarrollar una escala de puntuación que
refleje la posición de dichas variables, para definir los criterios de diseño,
luego se elaborará la matriz del desempeño global a partir de la cual se
realizarán las iteraciones correspondientes. Esta escala, es parte del juicio
de los expertos, para lo cual se tomará en cuenta el criterio de los
especialistas en operación de oleoductos y diseño.
280
Para ello, el equipo de trabajo integrado establecerá una escala de
medición, ésta se asigna de acuerdo a la ubicación de los datos en valores
Máximos, Nominales, y Mínimos de la variable de estudio, que luego se
incluirá dentro de una tabla como la mostrada a continuación, donde se
evaluarán los rangos límites de capacidad o desempeño del nuevo oleoducto
Tabla 12: Determinación de un punto de datos para dos límites
Fuente: Quintero (2011)
A continuación el especialista en diseño calculará los valores de
desempeño de cada conjunto de variables, designadas como Xij, de la
siguiente manera:
Valor Mínimo -superios) (limiteMáx
)puntuación de Máxima Escala (Xsuperior Nominal -superior) (límite MáximoX =ij
(18)
Inferior) (límite Mínimo -Superior (limite Máximo)puntuación de Máxima Escala Inferior)( (limiteValor Minimo -inferior) (Limite Nominal
X =ij(19)
Capacidad de Mínimo - capacidad Máxima)puntuación de Mínima Escala Capacidad( Minimo -Nominal Capacidad
X =ij (20)
281
Estas variables corresponderán a los parámetros operacionales
estudiados en la fase de análisis; presión, temperatura y capacidad de
transporte.
A partir de los cálculos se obtendrán los límites de capacidades
ponderados para cada atributo del conjunto de variables que definen los
sistemas bajo estudio y se construye la siguiente matriz del perfil de los
parámetros. Ver tabla 13.
Tabla 13: Matriz de perfil de parámetros Sistema Parámetros de
desempeño Caracteristica de diseño 1
Caracteristica de diseño 2
Caracteristica de diseño 3
Caracteristica de diseño 4
Temperatura X11 X12 X13 X14 Presión X21 X22 X23 X24
Capacidad X31 X32 X33 X34 Delta de presión X41 X42 X43 X44
Fuente: Quintero (2011)
En la tabla de perfil de parámetros , como la mostrada en la tabla 13, se
desarrollará para cada variable, la característica de diseño denotada como
valor ponderado X ij.
Obtenidos estos parámetros de desempeño el equipo de trabajo
determinará los criterios de diseño que son atributos sobre los cuales se
medirá cada alternativa y están fundamentados en la funcionalidad del
diseño definida en la filosofía de confiabilidad como requisitos básicos del
diseño y que será parte del activo durante todo su ciclo de vida. Para ello, se
evaluarán los criterios de riesgo, mantenibilidad, métodos de construcción y
modos de falla .
282
Estos criterios de diseño, corresponden a cada alternativa de la fase
anterior, los cuales estarán dentro de la matriz de análisis, para cada
solución de diseño que tenga cada uno de los criterios antes mencionados.
La figura 31, muestra la forma, como construir la matriz de atributos a evaluar
para cada alternativa. Luego se elaborará una matriz para cada solución de
diseño que contenga cada uno de los criterios antes mencionados. La figura
36 muestra la forma como se construirá la matriz de atributos a evaluar para
cada alternativa de diseño. Será fundamental, para el equipo de trabajo, la
revisión detallada de los requisitos, basados en los objetivos de confiabilidad
planteados inicialmente en la fase de identificación, cuanto al diseño factible
del nuevo oleoducto.
Alternativa 1Mantenibilidad No reparable Poco
ReparableReparable Degradable Poco degradable No
degradableRiesgo Intolerable Aceptable Poco
ProbableRemoto Improbable Hipotético
Métodos de Construcción
Alta Complejidad
Mediana Complejidad
Poca Complejidad
Sin complejidad
Atributos a evaluar
Criterios para diseñar
Alternativa 1Mantenibilidad y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
Figura 30: Construcción de criterios de diseño por alternativa Fuente: Quintero (2011)
Se diseñará el criterio de mantenibilidad del oleoducto, en función de la
capacidad de que éste sea restituido a su función, en caso de producirse una
283
falla. Para esto, se precisará que los especialistas en confiabilidad y
mantenimiento realicen una evaluación ponderada donde se medirá lo
siguiente, en cuanto al diseño bajo el cual esta concebida la alternativa:
a. no reparable, se asumirá que el material no admite reparación y debe
ser sustituido para devolver la función del sistema.
b. Poco reparable. En este caso se considerará algunas correcciones
posibles sin afectar la continuidad operacional.
c. Reparable. Se asumirá que las características del material y la
ubicación de la falla permite ser reparado sin remover la sección.
d. Poco degradable. En este caso se asumirá que las condiciones del
fluido y del ambiente exterior afectan poco las propiedades del material, por
lo que los niveles de supervisión se consideran menores.
e. No degradable. Se asumirá para diseños en los cuales los materiales
utilizados toleran las condiciones operacionales sin experimentar cambios en
sus propiedades que afecten su capacidad estructural.
Para cada atributo de los indicados anteriormente, correspondiente al
diseño por mantenibilidad, se obtendrá un rango de valores máximos,
nominales y mínimos con los cuales medir el diseño, contra las
características operacionales propias del sistema de transporte, referidas a
las variables de presión y temperatura.
A continuación se construirá una matriz de desempeño con la cual se
evaluará de forma iterativa la solución de diseño óptimo, para lo cual se
seguirá el siguiente procedimiento:
284
a. El proceso inicia con la selección la primera columna de la matriz
correspondiente a las características de diseño 1, definida previamente a
partir de la matriz de perfil de parámetros (Xij). A partir de estos datos se
procede a construir una nueva matriz en la que se estudiará de la alternativa
1, los diferentes criterios denominados Y1,Y2….Yn correspondiente a las
nuevas opciones que plantean los criterios para cada atributo del sistema,
iniciando con la evaluación de la mantenibilidad. En la tabla 14, se ilustra la
forma como se representarán los valores obtenidos, en ella se aprecian
algunas notaciones que se describen a continuación.
Tabla 14: Matriz de perfil de parámetros con dos variables
Alternativa 1
Mantenibilidad Carácterística de diseño 1
Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6
X11 C11 C12 C13 C14 C15 C16 X21 C21 C22 C23 C24 C25 C26 X31 C31 C32 C33 C34 C35 C36 X41 C41 C42 C43 C44 C45 C46
Fuente: Quintero (2011)
Los valores C11, C12,….Cmn, corresponderán al producto del valor
ponderado Y1,Y2,…..Yn, multiplicado por las variables X1, X2…..Xm
respectivamente. Luego, con los valores obtenidos, se procederá a calcular
el Índice de Perfil del Desempeño (IPD) para cada parámetro de la matriz
(Xi). En este caso se debe considerar “n” como el número de alternativas de
diseño. Este constituye el análisis de las filas de la matriz:
1
11
−
=
∑= n
i CijnIPD (16)
285
Luego calcular el índice de alternativa de diseño (IAD) para cada opción
, yi , En este caso se analizan las columnas de la matriz utilizando la
siguiente ecuación:
1
11
−
=
= ∑m
i cijmIAD (17)
Donde “m” es el número de parámetros del desempeño, representado
por las condiciones de presión, temperatura, capacidad, entre otros que
determinen necesario el equipo evaluador.
Por ultimo para esta primera iteración se determina el Índice Global de
Confiabilidad Operacional (IGCO) el cual es calculado de la siguiente
manera:
( ) ( )
= ∑∑
= =
m
i
n
j
IADxIDmn
IGCO1 1
100 (18)
En la ecuación 13 “m” representa el número de parámetros de
desempeño, y n el número de alternativas estudiadas. El índice IGCO viene
dado en un rango de 0-100 pero también puede ser indicado en forma
porcentual.
Este procedimiento lo repite especialista introduciendo otras variables
asociadas a las características del diseño con lo cual se hace tantas
iteraciones como variables del desempeño existan para la alternativa 1. Al
final se obtiene un índice global del desempeño para la alternativa 1.
Para estudiar la alternativa 2 se procederá de igual forma que con la
alternativa 1, iterando tantas veces se incluyan nuevas variables, así
286
sucesivamente se repite el proceso de evaluación dinámica , hasta obtener
un conjunto de índices para las combinaciones de variables y criterios de
diseño. Con estos índices, se construirá una nueva matriz sobre la cual se
comparará cada alternativa estudiada, seleccionando aquella con el mayor
índice global de confiabilidad, por reunir las condiciones operacionales y de
mantenimiento deseables para el ciclo de vida del oleoducto.
6.4.3 Opción confiable
Una vez que el equipo evaluador del proyecto ha realizado el estudio de
las diferencias y semejanzas de las alternativas fundamentada en criterios
del diseño con los cuales comparar, se procederá a construir una matriz de
decisión tal como se muestra en la figura en la cual se seleccionará el mayor
valor del índice global de confiablidad, lo que convierte a esta fase en una
estructura jerárquica de decisión en la cual se opta por el mayor puntaje
obtenido. Este índice se comparará con la alternativa que tenga el menor
impacto y el más alto índice global de confiabilidad. A continuación los
especialista evaluará la posibilidad de mejorar aquellos diseños que no
cumplan los objetivos de confiabilidad previstos inicialmente. Ver tabla 15.
Tabla 15: Matriz de selección del diseño confiable Alternativas Factibilidad
Económica Índice Global de Confiabilidad
Alternativa 1 VPN1 ICO1 Alternativa 2 VPN2 ICO2 Alternativa 3 VPN3 ICO3
Fuente: Quintero (2011)
287
Obtenida la alternativa de diseño que mejor responde a las condiciones
operacionales y de mantenimiento, el equipo de proyectos procederá a
elaborar el paquete de la fase Conceptualización del proyecto donde se
incluirá la opción seleccionada acompañado de los estudios financieros que
la soportan y la información técnica que fue desarrollada.
6.5 Requisitos para implantar el modelo.
Para implantar el modelo de mejoramiento de la confiabilidad, la
organización de proyectos que se ocupa de desarrollar la ingeniería de los
oleoductos en la fase Conceptualización de los proyectos, requiere disponer
de recursos de tipo técnico y humanos:
Técnicos
a. Programas computarizados que permitan desarrollar los modelos de
simulación de riesgo, propagación de la incertidumbre, así como las
evaluaciones económicas, con el propósito de evaluar los escenarios
factibles y sus niveles de riesgos asociados. Entre la suite de programas, se
pueden citar: Crystal Ball y Risk, entre otros.
b. Sistema de Información que maneje, entre otros, la data histórica de
los oleoductos, asegurando que se contengan suficientes atributos como
para poder identificar los modos de fallas y clasificarlos según su origen:
construcción, operación ó mantenimiento.
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Humanos Se dirige a potenciar la alineación de la gente con los propósitos de la
organización, cerrando las brechas existentes, a través de la capacitación
profesional, con la finalidad de agregar valor, para lo cual se desarrollará
programas, que incluya los siguientes adiestramientos:
Ingeniería de la confiabilidad. El contenido técnico del programa se
deberá desarrollar sobre la base de los siguientes temas:
a. Confiabilidad Basada en la Física del Deterioro
b. Monitoreo del Deterioro,
c. Caracterización Probabilística del Deterioro (Corrosión y otros
mecanismos)
d. Confiabilidad Basada en Interferencia Esfuerzo Resistencia
Confiabilidad operacional, éste adiestramiento deberá desarrollar el
siguiente contenido:
a. Confiabilidad humana.
b. Confiabilidad de los activos.
c. Confiabilidad de los procesos.
d. Confiabilidad de los equipos.
e. Confiabilidad desde el diseño.
f. Riesgo.
g. Valorización de los activos industriales
Otros adiestramientos corresponderán a Gestión Integral de activos,
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análisis modos efectos de fallas, confiabilidad de sistemas, mantenimiento
centrado en la confiabilidad y Control Integral del Ciclo de Vida de los
activos.