Trabajo Final An lisis RAM Edgar Vergara Marzo2007

UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR DECANATO DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

ESPECIALIZACIÓN EN CONFIABILIDAD DE SISTEMAS INDUSTRIALES

TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

ANÁLISIS DE CONFIABILIDAD, DISPONIBILIDAD Y

MANTENIBILIDAD DEL SISTEMA DE CRUDO DILUIDO DE

PETROZUATA

Por:

Edgar Jesús Vergara Rea

Marzo 2007


ESPECIALIZACIÓN EN CONFIABILIDAD EN SISTEMAS INDUSTRIALES




PETROZUATA

Trabajo Especial de Grado presentado a la Universidad Simón Bolívar por:


como requisito parcial para optar al grado de

Especialista en Confiabilidad de Sistemas Industriales

Con la asesoría de los prof.esores

Miguel Agüero y Hernando Gómez de la Vega

Marzo 2007


ESPECIALIZACIÓN EN CONFIABILIDAD EN SISTEMAS INDUSTRIALES




PETROZUATA

Trabajo Especial de Grado presentado a la Universidad Simón Bolívar por:


como requisito parcial para optar al grado de

Especialista en Confiabilidad de Sistemas Industriales

Con la asesoría de los prof.esores

Miguel Agüero y Hernando Gómez de la Vega

Marzo 2007

ii

AGRADECIMIENTOS

A Dios Todopoderoso, quien siempre ha permitido que el mundo se confabule para que las

cosas sucedan en el momento más oportuno, con las personas más idóneas y con lo mejores

resultados.

A mis Hijos Oriana y Jesús Gabriel y mi Esposa Chiqui, quienes me han dado entusiasmo y

fortaleza para continuar llenando de logros la pequeña bolsita que llevo conmigo.

A todas aquellas personas que de una u otra forma contribuyeron para que este trabajo se

llevara a cabo: Angel Urdaneta, Miguel Agüero, Daniel Varnagy, Medardo Yañez, Hernando Gómez

de la Vega, Martin. A cada uno, mil gracias ya que su aporte fue fundamental.

A todos los profesores y coordinadores de la Especialización ya que de cada uno siempre

había algo nuevo que aprender y no me cansaré de seguir aprendiendo cada vez que tenga la

oportunidad.

A mis compañeros de clase: Eggle, Janetta, Maria, Marieneir, Mauro, Ronald, Salomón,

Edwin, Luis Manuel, Luis F, Daniel, Diego, Restrepo, Jaime, Aguilera, Vilchez, Efrain, Clistenes,

Isaac, Khalil. Gracias a todos ustedes por hacer de cada mes durante todo el postgrado unas pequeñas

vacaciones donde se tenía que estudiar mucho y reírse lo suficiente y así complementar nuestra etapa

de aprendizaje.

iii

RESUMEN

El análisis de Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad (CDM) o RAM por sus siglas en ingles, es una herramienta de confiabilidad que se basa en el estudio probabilístico de los tiempos promedios entre fallas y tiempos de reparación de los equipos, con la finalidad de determinar las debilidades y poder tomar las acciones necesarias para mitigar el impacto de posibles deterioros.

Con la aplicación de la técnica CDM, desde la ingeniería básica en los proyectos hasta las operaciones comerciales de las plantas, se logra optimizar el uso de los equipos, así como determinar planes de mantenimiento óptimos con sus respectivos repuestos que garanticen un funcionamiento continuo y confiable en el tiempo. Adicionalmente, se logra reducir costos y fallas de los equipos con el menor riesgo al personal y al ambiente.

La Gerencia de Movimiento de Crudos es responsable por el transporte de la producción de crudo diluido desde el área de producción hasta su punto de mejoramiento y de allí lo relevante de aplicar el análisis CDM al sistema de almacenamiento, transporte y medición de crudo diluido de la empresa Petrozuata al cual se llamará “sistema de crudo diluido” en el resto del reporte.

El objetivo principal de aplicar la técnica CDM al sistema de crudo diluido, es detectar las debilidades y proponer las acciones necesarias oportunamente para garantizar el aumento en la tasa de bombeo prevista para el 2008. Esto permitirá dar continuidad a las operaciones sin poner en riesgo la producción de las asociaciones que integran el sistema de crudo diluido.

El análisis CDM mostró puntos débiles e indicó que la disponibilidad del sistema de crudo diluido estaba por debajo de lo establecido, lo cual implica el posible incumplimiento en los pronósticos de bombeo para el 2008. Se aplicaron análisis de confiabilidad específicos y las propuestas de mejoras que resultaron del estudio, se implantaron logrando obtener mejoras cuantificables en la disponibilidad y el desempeño total del sistema.

Palabras claves: Confiabilidad, Disponibilidad, Mantenibilidad, Análisis RAM, Valor presente neto

iv

INDICE GENERAL

APROBACION DEL JURADO.......................................................................................................... i

AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................................ii

RESUMEN ..........................................................................................................................................iii

INDICE GENERAL........................................................................................................................... iv

INDICE DE FIGURAS .....................................................................................................................vii

INDICE DE TABLAS ......................................................................................................................... x

INDICE DE ECUACIONES ............................................................................................................xii

ABREVIACIONES Y TERMINOS................................................................................................xiii

INTRODUCCIÓN............................................................................................................................... 1

CAPITULO I: PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA................................................................ 3

1.1. Antecedentes .................................................................................................................................. 3

1.2. Planteamiento del problema ........................................................................................................... 3

1.3. Objetivos ........................................................................................................................................ 4

1.3.1. General ........................................................................................................................................ 4

1.3.2. Específicos: ................................................................................................................................. 4

1.4. Premisas.......................................................................................................................................... 4

CAPITULO II: MARCO TEÓRICO ................................................................................................ 5

2.1. Descripción de la Gerencia de Movimiento de Crudos.................................................................. 5

2.2. Fundamentos teóricos del Análisis de disponibilidad, confiabilidad y mantenibilidad (CDM). ... 7

2.2.1. Confiabilidad ............................................................................................................................... 9

2.2.2. Disponibilidad ........................................................................................................................... 10

2.2.3. Mantenibilidad........................................................................................................................... 10

2.2.4. Establecimiento de un programa CDM ..................................................................................... 11

2.2.5. Mejoras en confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad ...................................................... 19

2.3. Distribuciones Paramétricas de Probabilidad............................................................................... 19

v

2.3.1. Distribución Normal.................................................................................................................. 20

2.3.2. Distribución Lognormal. ........................................................................................................... 20

2.3.3. Distribución Exponencial. ......................................................................................................... 21

2.3.4. Distribución Weibull. ................................................................................................................ 21

2.3.5. Distribución Triangular. ............................................................................................................ 22

2.3.6. Distribución Gamma. ................................................................................................................ 22

2.3.7. Distribución Binomial: .............................................................................................................. 23

2.4. Simulación de Monte Carlo.......................................................................................................... 23

2.5. VPN (Valor Presente Neto). ......................................................................................................... 23

2.6. Costo de ciclo de vida. ................................................................................................................. 25

CAPITULO III: MARCO METODOLÓGICO............................................................................. 27

3.1. Descripción del sistema de bombeo de crudo diluido en la Gerencia de Movimiento de Crudos27

3.1.1. Diagrama funcional del sistema de crudo diluido. .................................................................... 27

3.1.2. Características de los sistemas y equipos principales ............................................................... 29

3.1.3. Pruebas de capacidad a los equipos de bombeo ........................................................................ 37

3.2. Determinación de los tiempos promedios para reparar (TPPR) y los tiempos promedios para la

falla (TPPF) ......................................................................................................................................... 39

3.2.1. Recopilación de datos en campo ............................................................................................... 39

3.2.2. Selección y uso de data genérica del libro OREDA 2002......................................................... 41

3.2.3. Uso del Teorema de Bayes........................................................................................................ 43

3.3. Elaboración de los Diagramas de Bloques de Confiabilidad (DBC) ........................................... 44

3.3.1. Diagrama general ...................................................................................................................... 44

3.3.2. DBC utilizado en el simulador RAPTOR ................................................................................. 46

3.4. Simulación del sistema de crudo diluido mediante el software RAPTOR................................... 47

3.4.1. Escenarios a simular .................................................................................................................. 47

3.4.2. Sistemas de funcionamiento por baches.................................................................................... 48

3.4.3. Parámetros de entrada en el simulador...................................................................................... 51

vi

CAPITULO IV: RESULTADOS ..................................................................................................... 53

4.1. Disponibilidad del sistema de crudo diluido ................................................................................ 53

4.2. Alternativas para aumentar la disponibilidad en el sistema de bombas reforzadoras. ................. 53

4.2.1. Alternativa 1: Sustitución de sellos mecánicos actuales por uno de mayor desempeño. .......... 54

4.2.2. Alternativa 2: Eliminar del uso de la bomba 603-A para el trasegado de diluente del tanque T-

250 ....................................................................................................................................................... 63

4.2.3. Alternativa 3: Disminuir el tiempo para el reemplazo de las bombas reforzadoras en caso de

falla o mantenimiento mayor en una de ellas. ..................................................................................... 63

4.3. Evaluación de escenarios con las alternativas propuestas............................................................ 65

4.4. Análisis de resultados................................................................................................................... 65

CAPITULO V: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES................................................... 67

Conclusiones ....................................................................................................................................... 67

Recomendaciones................................................................................................................................ 67

BIBLIOGRAFIA................................................................................................................................. 68

vii

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Ubicación de las instalaciones de Petrozuata en el Estado Anzoátegui................................ 5

Figura 2. Cadena de Valores de la Gerencia Movimiento de Crudos .................................................. 7

Figura 3. Flujograma simplificado de un análisis CDM .................................................................... 12

Figura 4. Modelo de un estudio de CDM........................................................................................... 14

Figura 5. Entregables de un estudio de CDM ..................................................................................... 14

Figura 6. Uptimes.. .............................................................................................................................. 15

Figura 7. Downtimes. ........................................................................................................................ 16

Figura 8. Distribución Probabilística Normal. ................................................................................... 20

Figura 9. Distribución Probabilística Lognormal................................................................................ 20

Figura 10. Distribución Probabilística Exponencial............................................................................ 21

Figura 11. Distribución Probabilística Weibull................................................................................... 21

Figura 12. Distribución Probabilística Triangular............................................................................... 22

Figura 13. Distribución Probabilística Gamma. .................................................................................. 22

Figura 14. Diagrama de flujo del sistema de crudo diluido en Zuata.................................................. 28

Figura 15. Diagramas de flujo del sistema de crudo diluido en Jose .................................................. 29

Figura 16. Vista aérea de los tanques de almacenamiento de crudo diluido....................................... 30

Figura 17. Bombas reforzadoras del sistema de crudo diluido ........................................................... 31

Figura 18. Patines de medición de crudo diluido ................................................................................ 32

Figura 19. Bombas principales de crudo diluido................................................................................. 33

Figura 20. Sistema contra presión en EBZ.......................................................................................... 34

viii

Figura 21. Sistema de Oleoductos....................................................................................................... 35

Figura 22. Patines de medición de crudo diluido EBJ ........................................................................ 37

Figura 23. Prueba de capacidad realizada al sistema de crudo diluido ............................................... 38

Figura 24. Curvas de bombeo del sistema de crudo diluido ............................................................... 38

Figura 25. Ejemplo de límites establecidos en un sistema de bombas............................................... 42

Figura 26. Diagrama de Bloques de Confiabilidad del sistema de crudo diluido ............................... 45

Figura 27. Significado de nomenclatura usada en el DBC................................................................. 45

Figura 28. Vista completa del DBC a utilizar en simulador RAPTOR............................................... 46

Figura 29. Detalle del sistema de bombas reforzadoras utilizado en simulador RAPTOR ................ 47

Figura 30. Selección de “Phasing” durante la configuración de los bloques de equipos................... 49

Figura 31. Definición de la duración de cada fase ............................................................................. 49

Figura 32. Selección de los bloques de equipos que trabajaran mediante el comando fase............... 50

Figura 33. Funcionamiento por baches en sistema de almacenamiento de crudo diluido .................. 50

Figura 34. Funcionamiento por baches en sistema cambio de bache en Jose ..................................... 51

Figura 35. Funcionamiento por baches en sistema crudo diluido ....................................................... 51

Figura 36. Propiedades de los bloques de entrada en el simulador ..................................................... 52

Figura 37. Sello mecánico empresa X, Bomba reforzadora................................................................ 56

Figura 38. Sello mecánico empresa L, Bomba reforzadora. ............................................................... 56

Figura 39. Sello mecánico empresa M, Bomba vertical. Sello doble con reservorio de líquido barrera.

............................................................................................................................................................. 57

Figura 40. Diagrama de Bloques de confiabilidad .............................................................................. 58

Figura 41. Simulación VPN, alternativa J ........................................................................................... 61

ix

Figura 42. Simulación VPN, alternativa F .......................................................................................... 61

Figura 43. Simulación VPN, alternativa C.......................................................................................... 62

Figura 44. Disponibilidad del sistema de crudo diluido, asumiendo una bomba en mantenimiento

mayor................................................................................................................................................... 64

x

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Actividades y herramientas CDM ......................................................................................... 13

Tabla 2. Datos técnicos de los tanques de almacenamiento de crudo diluido.................................... 30

Tabla 3. Datos técnicos de las bombas reforzadoras........................................................................... 31

Tabla 4. Datos técnicos del sistema de medición de crudo diluido en EBZ ....................................... 32

Tabla 5. Datos técnicos del sistema de medición de crudo diluido..................................................... 33

Tabla 6. Datos técnicos del sistema contra presión en EBZ................................................................ 34

Tabla7. Datos técnicos del sistema de oleoductos ............................................................................. 35

Tabla 8. Datos técnicos del sistema contra presión en EBJ ................................................................ 36

Tabla 9. Datos técnicos del sistema de medición de crudo diluido..................................................... 37

Tabla 10. Caudales obtenidos de pruebas realizadas en campo .......................................................... 39

Tabla 11. Ejemplo de los datos de mantenimiento obtenidos desde el sistema SAP/R3 .................... 40

Tabla 12. Ejemplo de los datos obtenidos desde el sistema Scada cada 30 minutos .......................... 40

Tabla 13. Tabla tipo utilizada para registrar los datos obtenidos del sistema scada y SAP/R3 .......... 41

Tabla 14. Ejemplo de datos genéricos utilizados ................................................................................ 42

Tabla 15. Ejemplo de resultados obtenidos al aplicar el Teorema de Bayes ...................................... 44

Tabla 16. Disponibilidad del sistema de crudo diluido ....................................................................... 53

Tabla 17. Disponibilidad de las bombas reforzadoras ........................................................................ 53

Tabla 18. Distribución de porcentajes de los modos de fallas presentes en las bombas reforzadoras 55

Tabla 19. Costos de Mantenimiento con distribución probabilística triangular.................................. 59

Tabla 20. Costos de Mantenimiento General de sellos mecánicos ..................................................... 59

Tabla 21. Gastos por Mejoras en sellos nuevos .................................................................................. 60

xi

Tabla 22. Disponibilidad y número de fallas esperados...................................................................... 61

Tabla 23. Valor Presente Neto de alternativas .................................................................................... 62

Tabla 24. Disponibilidad sistema bombas reforzadoras...................................................................... 64

Tabla 25. Pérdida de producción estimada en barriles ....................................................................... 65

Tabla 26. Montos probables de pérdidas de dinero en dólares ........................................................... 65

Tabla 27. Disponibilidad del sistema de crudo diluido en distintos escenarios .................................. 65

Tabla 28. Capacidad del sistema de crudo diluido en barriles por día con distintos escenarios ......... 66

xii

INDICE DE ECUACIONES

Ecuación 1. Confiabilidad. ................................................................................................................... 9

Ecuación 2. – Disponibilidad. ............................................................................................................. 10

Ecuación 3. Mantenibilidad................................................................................................................ 11

Ecuación 4. Uptime ............................................................................................................................ 15

Ecuación 5. Downtime ....................................................................................................................... 16

Ecuación 6. Tasa de falla mejorada..................................................................................................... 18

Ecuación 7. Tasa de falla genérica equivalente................................................................................... 18

Ecuación 8. Tasa de falla genérica equivalente................................................................................... 18

Ecuación 9. Valor presente neto.......................................................................................................... 24

Ecuación 10. Costo de ciclo de vida.................................................................................................... 25

Ecuación 11. Costo del Ciclo de Vida de un Activo Involucrando la Confiabilidad y Valor Presente

Neto ..................................................................................................................................................... 25

Ecuación 12. Cálculo de Producción Pérdida ..................................................................................... 60

xiii

ABREVIACIONES Y TERMINOS

Baches Volumen de crudo con características especificas, el cual es bombeado dentro

de un oleoducto y pertenece a un solo lote.

Bls Barriles

BPD Barriles por día

BPH Barriles por hora

CB Crystall ball, simulador que utiliza métodos estadísticos como función

principal

CDM Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad

Crudo diluido Crudos extrapesado que al ser combinado con un diluente se mejoran sus

propiedades para el transporte

Dato censado Datos relacionados a tiempos de operación de equipos que no han fallado

DBC Diagrama de bloques de confiabilidad

Diluente Crudo liviano utilizado para diluir el crudo extrapesado

Downtime Tiempo fuera de servicio

EBJ Estación de bombeo Jose

EBZ Estación de bombeo Zuata

Km Kilómetros

LCC Costo del ciclo de vida

Lote Identificación que se le da a un volumen determinado perteneciente a una

empresa especifica

MBPD Miles de barriles por día

xiv

MMUSD$ Millones de dólares americanos

ºF Grados Fahrenheit

OREDA 2002 Libro de confiabilidad que contiene datos genéricos de fallas de equipos en

plantas petroleras costa afuera

RAPTOR Software de confiabilidad para realizar análisis a sistemas y equipos

RTD Dispositivo para medir la temperatura en un sistema

SAP/R3 Sistema o software administrativo utilizado para llevar control y registros de

las actividades de una empresa

SCADA Sistema de control y manejo de información de los equipos en una planta

industrial

TC Tiempo o datos censados

TPM Tiempo para ejecutar el mantenimiento

TPPF Tiempo promedio para la falla

TPPR Tiempo promedio para reparar

Uptime Tiempo en servicio

VPN Valor presente neto

VPNlcc Costo del ciclo de vida que incluye al valor presente neto

λ Tasa de falla

1

INTRODUCCIÓN

Petrolera Zuata, Petrozuata C.A. fue la primera Asociación Estratégica para la explotación de

crudos extrapesados en la Faja Petrolífera del Orinoco, cuyo objetivo principal es la de producir,

transportar y procesar crudo extrapesado. Para el cumplimiento de sus objetivos, la empresa cuenta

con instalaciones ubicadas en el campo de producción de Zuata, con los equipos necesarios para la

dilución, calentamiento, deshidratación, almacenamiento y bombeo del crudo pesado diluido; y en el

Complejo Industrial de Jose, con los equipos para el proceso de mejoramiento del crudo y posterior

exportación de los productos resultantes.

La producción es transportada desde el campo de explotación hasta la Planta de Mejoramiento

de Jose a través de un oleoducto de 36 pulgadas de diámetro; el diluente requerido en el área de

producción, para extraer el crudo extrapesado, es bombeado a través de un oleoducto de 20 pulgadas

de diámetro.

La Gerencia de Movimiento de Crudos es la organización encargada de recibir, almacenar

temporalmente, medir, y transportar la producción de crudo diluido y diluente requerido por

Petrozuata y otra de las asociaciones ubicadas en el área. Para llevar a cabo las operaciones se cuenta

con dos estaciones de bombeo, una ubicada en Zuata y la otra ubicada en Jose.

La Estación de Bombeo Zuata, ubicada en el campo de producción, tiene como función

principal almacenar, transportar y medir 460.000 Barriles por día (BPD) de crudo diluido y la

estación de Bombeo Jose tiene por función, almacenar, transportar y medir 135.000 BPD de diluente

provenientes de los Mejoradores ubicados en el área de Jose.

En el plan de negocio de la Gerencia de Movimiento de Crudos se encuentra el aumento del

requerimiento de bombeo a una tasa de 502.000 BPD de crudo diluido para el año 2008, de los cuales

322.000 BPD pertenecerían a la otra Asociación y 180.000 BPD a Petrozuata. Por esta razón es

necesario realizar una evaluación de la confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad del sistema de

crudo diluido, con la finalidad de tomar las acciones preventivas de forma oportuna y garantizar la

continuidad operacional del sistema.

Con este estudio se espera conocer cual es la disponibilidad real del sistema de crudo diluido,

así como los puntos débiles de dicho sistema, con la finalidad de poder planificar todas las acciones

2

necesarias que permitan dar continuidad al negocio sin poner en riesgo las instalaciones y la

producción de las empresas usuarias del sistema.

3

CAPITULO I

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1. Antecedentes

El sistema de crudo diluido en la Gerencia de Movimiento de Crudos fue concebido para

operar y medir la producción de crudo diluido de dos empresas (Petrozuata y otra Asociación). Al

momento de establecer los parámetros que regirían el acuerdo de operación de las dos empresas, se

estableció una disponibilidad mínima del sistema del 97%.

Las operaciones del sistema se iniciaron en 1998 y siempre se ha cumplido con los

requerimientos de bombeo de ambas empresas, no obstante, no se ha llevado un registro del

comportamiento de la disponibilidad del sistema en el tiempo, razón por la cual, no se tiene la certeza

de que el acuerdo establecido para ambas empresas se este cumpliendo.

No se ha ejecutado ningún tipo de estudio de confiabilidad en las instalaciones, por esta razón

existe una incertidumbre de la disponibilidad real del sistema y de los posibles problemas latentes en

las instalaciones.

1.2. Planteamiento del problema

El sistema de crudo diluido fue diseñado para manejar 550.000 BPD y en el año 1998 se

realizaron pruebas que permitieron definir una tasa de bombeo máxima a 175°F de 530.000 BPD.

El requerimiento de bombeo hasta la fecha ha sido de 460.000 BPD, de los cuales 180.000

BPD pertenecen a Petrozuata y 280.000 BPD a la otra Asociación y se estableció desde el principio

de las operaciones que la disponibilidad del sistema sería del 97% (según acuerdo establecido entre

La otra Asociación y Petrozuata) lo que representa un volumen promedio diario que se puede

transportar de 514.100 BPD (considerando la tasa máxima probada de 530.000 BPD)

Para el año 2008 la otra Asociación tiene previsto un aumento de la capacidad de producción

en un 15% de su capacidad actual, es decir, estiman incrementar la producción hasta los 322.000

BPD. Esto significa que el sistema de crudo diluido debería estar manejando 502.000 BPD.

4

En la actualidad existe incertidumbre sobre la disponibilidad del sistema de crudo diluido, ya

que no existen soportes técnicos que respalden el valor asumido del 97%. Por tal razón, con la nueva

tasa de bombeo requerida para el año 2008, se hace necesario evaluar el sistema con el objeto de

detectar áreas críticas y definir planes de acción que garantice el cumplimiento de los nuevos

requerimientos establecidos.

1.3. Objetivos

1.3.1. General

Realizar un análisis de confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad (CDM) al sistema de

crudo diluido en la Gerencia de Movimiento de Crudos, con la finalidad de detectar posibles puntos

de mejoras del sistema que permitan tomar acciones de manera de garantizar el bombeo de una forma

segura al momento de incrementar el requerimiento de 460.000 BPD a 502.000 BPD de crudo

diluido.

1.3.2. Específicos:

1. Realizar el levantamiento de información en campo de los tiempos promedios entre fallas (TPPF)

y tiempos promedios de reparación (TPPR) de los equipos que comprenden el sistema, así como

la aplicación del Teorema de Bayes para mejorar la calidad del dato.

2. Elaborar los diagramas de bloque de proceso y los diagramas de bloque de confiabilidad del

sistema de crudo diluido, para posteriormente simular mediante el software RAPTOR la

disponibilidad del sistema.

3. Evaluar restricciones operacionales con la finalidad de tomar las acciones preventivas y elaborar

planes de reducción de riesgo, así como plantear alternativas de mejoras, en caso de ser

necesario.

4. Determinar el factor de servicio a utilizar en el sistema de crudo diluido acorde a las condiciones

actuales.

1.4. Premisas

1. Se considerará como capacidad operacional de los equipos, la tasa de bombeo de 502.000 BPD, a

la cual se espera llegar en el 2008

2. La simulación del sistema de crudo diluido se realizará considerando la capacidad de de 530.000

BPD, es decir, 22.083 BPH, la cual es la alcanzada en pruebas de campo realizadas. De igual

forma, cuando se explique la capacidad de los sistemas se hará referencia a estos valores.

5

CAPITULO II

MARCO TEÓRICO

2.1. Descripción de la Gerencia de Movimiento de Crudos

Esta organización es uno de los principales componentes operativos de la Gerencia de

Transporte y un factor fundamental dentro de la empresa Petrozuata y La otra Asociación, ya que es

el vínculo directo que permite la interconexión entre el área de Producción y el área de Mejoramiento

de ambas empresas. Es encargada de la administración y operación de las instalaciones de bombeo y

recepción ubicadas en las áreas mencionadas anteriormente, así como del oleoducto que se emplea

como medio para el transporte de los productos el cual comprende 200 kilómetros de longitud desde

el sur del Estado Anzoátegui hasta la zona norte de dicho Estado.

MAR CARIBE

De CabruticaSan Diego

BARCELONA

Lecherías

Pariaguán

Complejos de Mejoramiento

Condominio de Jose

Desarrollo de Campo

Producción

36”Crudodiluido

20”Diluente

200 Km TuberíasZuata -Jose

Sincor Petrozuata

MAR CARIBE



BARCELONA

Lecherías

Pariaguán


Condominio de Jose


Condominio de Jose

Desarrollo de CampoDesarrollo de CampoDesarrollo de Campo

Producción

36”Crudodiluido

20”Diluente


36”Crudodiluido

20”Diluente

36”Crudodiluido

20”Diluente


Sincor Petrozuata

Figura 1. Ubicación de las instalaciones de Petrozuata en el Estado Anzoátegui Fuente: Presentación interna Petrozuata (2003)

6

La principal misión de esta gerencia es “Recibir, almacenar, medir y transportar la producción

de crudos y diluentes requeridos por Petrozuata, entre las Áreas de Producción y los Complejos de

Mejoramiento de una manera eficiente y confiable, garantizando la seguridad del personal, la

integridad de las instalaciones y la protección del ambiente”. Su visión es la de “Ser reconocida como

la organización de Movimiento de Crudos más exitosa de Venezuela” (Manual de Calidad,

Petrozuata (2000))

Las principales actividades que son desarrolladas en la Gerencia de Movimiento de Crudos se

mencionan a continuación:

a) Programación de bombeo: Su función principal es la de anticipar cualquier eventualidad

desde el punto de vista operacional y tomar las previsiones de manera que el bombeo de productos de

las empresas Petrozuata y La otra Asociación se lleve a cabo bajo un programa establecido. Dentro

de las funciones que se ejecutan se pueden mencionar:

Recibir requerimientos operacionales de las empresas Petrozuata y la otra Asociación

Organizar y analizar información

Generar estrategia de programación de bombeo

Probar estrategia en el simulador

Generar programación

Distribuir reporte del programa de bombeo a los operadores de las estaciones de bombeo

b) Operaciones de Movimiento de Crudos: Tienen como objetivo ejecutar las actividades

operacionales que faciliten el transporte de crudos y productos (diluente y crudo diluido), entre las

Estaciones de Bombeo Jose y Zuata, de acuerdo a la programación establecida. Dentro de las

actividades que se ejecutan se encuentran:

Control en el almacenaje crudos

Coordinar recibo y entrega de lotes de las empresas Petrozuata y La otra Asociación

Coordinar ejecución del programa de bombeo por lotes

Monitorear y controlar variables de proceso

c) Contabilización y Fiscalización: Tiene como objetivo, realizar la contabilidad

volumétrica del diluente y del crudo diluido entregado en custodia por las empresas productoras para

ser transportado entre las estaciones de bombeo, así como fiscalizar el volumen real de crudo

extrapesado extraído, el cual constituye la cifra oficial de producción. Las funciones principales son:

7

Llevar un control de lotes entregados a cada empresa

Recopilar información de crudo entregado

Calcular boleta de fin de lote

Recopilar boletas de fin de lote

Calcular y reportar balance entre estaciones (diluido y diluente)

Calcular y reportar balance general de medición de crudo

Calcular y reportar volumen de crudo extrapesado a fiscalizar.

La Cadena de valores de la Gerencia de Movimiento de Crudos representa en forma gráfica

las áreas medulares de sus operaciones (ver figura 2), tal como fueron definidas por su equipo

gerencial. Este modelo provee el marco de referencia para la definición de los procesos, sistemas de

información y procedimientos de sus instalaciones.

Figura 2. Cadena de Valores de la Gerencia Movimiento de Crudos Fuente: Manual de Calidad Petrozuata (2000)

2.2. Fundamentos teóricos del Análisis de disponibilidad, confiabilidad y mantenibilidad

(CDM), mejor conocido como RAM por sus siglas en ingles (Reliability, Availability and

Maintainability).

Uno de los propósitos del análisis de confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad (CDM) es

identificar las debilidades en un sistema y cuantificar el impacto de las fallas de componentes (Wang,

W., 2004). El desempeño de los equipos depende de la confiabilidad y disponibilidad de los equipos

usados, el medio donde opera, la eficiencia del mantenimiento, los procesos de operación, la

experticia técnica del operador, entre otros.

8

Según la guía CDM del departamento de defensa de Estados Unidos (2005), un análisis CDM

se refiere a tres características relacionadas de un sistema y sus soportes operacionales: confiabilidad,

disponibilidad y mantenibilidad

Un análisis CDM debe ser establecido como parte de un programa de ingeniería de sistemas

en proyectos. El establecer un programa CDM puede ayudar a asegurar que un proyecto minimice de

problemas relacionados a CDM que pudieran evitar el logro de las metas en seguridad, salud, medio

ambiente, desempeño, planificación y económicos. Aplicando un programa CDM a todas las fases

del proyecto puede ayudar a asegurar que exista una cohesión costo efectiva entre los programas

CDM, es decir, los programas CDM deben estar direccionados para asegurar que las metas del

proyecto sean alcanzadas y que la información necesaria relacionada a CDM para tomar las

decisiones de proyecto sean provistas oportunamente (Tomado de Guthrie, 1990 por Barabady, J.,

2005)

Como disciplinas de ingeniería, la confiabilidad y mantenibilidad son relativamente nuevas.

Confiabilidad y mantenibilidad no son solo una parte importante en los procesos de diseño de

ingeniería, además juegan un papel importante como función en la determinación de los costos de

ciclo de vida, análisis costo beneficio, estudios de capacidad operacional, reparaciones y facilidades

de recursos, inventario y determinación de partes de repuestos, soporte para la toma de decisión de

reemplazos y el establecimiento de programas de mantenimiento preventivo. Confiabilidad y

mantenibilidad fueron renovadas a mediados de los 80s con la introducción de los programas CDM

2000 en las fuerzas aéreas, los objetivos del programa eran incrementar la prontitud de los sistemas y

disponibilidad, reducir los requerimientos de personal para el mantenimiento e incrementar a través

del costo de ciclo de vida la confiabilidad y mantenibilidad para el año 2000 (Ebeling, C., 1997).

El objetivo fundamental de un estudio CDM es pronosticar la producción perdida y la

indisponibilidad de un proceso de producción, de acuerdo a su configuración, a la confiabilidad de

sus componentes, a las políticas de mantenimiento, al recurso disponible y a la filosofía operacional.

(Yañez M, Gómez H, Medina N, 2003)

El análisis se sustenta en un modelo de simulación que toma en cuenta:

• La confiabilidad de los equipos

• La configuración del sistema

• Las fallas aleatorias y sus reparaciones

• La influencia del “error humano”

9

• Las pérdidas de capacidad por degradación

• El tiempo fuera de servicio por mantenimiento planificado

• Disponibilidad de recursos humanos y materiales

• La probabilidad de ocurrencia de eventos especiales no deseados.

La base fundamental de este análisis es la “construcción” de los TPPF y TPPR para los

diversos componentes, con base en información proveniente de de bases de datos propias, bancos de

datos genéricos de la industria y opinión de expertos.

2.2.1. Confiabilidad

Es la probabilidad de un ítem a ejecutar una función requerida bajo condiciones establecidas

por un periodo de tiempo determinado (Department of Defense Guide, 2005)

Según Leemis, L., (1995), la confiabilidad de un producto es la medida de la habilidad de este

para ejecutar su función, cuando sea requerida, por un periodo de tiempo especificado y en un medio

ambiente particular.

Confiabilidad es definida como la probabilidad de que un sistema (componente) funcione en

un periodo de tiempo t (Ebeling, C., 1997)

La confiabilidad, en su forma más simple, se describe con la siguiente ecuación:

Ecuación 1. Confiabilidad. (Yañez, M. (2004)).

Donde,

t = tiempo de la misión (hrs; días; semanas, meses, años etc)

λ= tasa de falla

TPPF = 1/ λ = tiempo promedio para fallar o tiempo promedio entre fallas.

Esta ecuación es valida para tiempos para la falla que sigan la distribución exponencial.

10

2.2.2. Disponibilidad

Según la guía CDM del departamento de defensa de Estados Unidos (2005), disponibilidad es

una medida del grado al cual un ítem esta en un estado operable y puede ser comprometido al inicio

de una misión cuando la misma es solicitada de una forma aleatoria en cualquier momento.

Disponibilidad es la medida de cuan frecuente las fallas ocurren y el mantenimiento correctivo es

requerido, cuan frecuente el mantenimiento preventivo es ejecutado, cuan rápido las fallas indicadas

pueden aislarse y repararse, cuan rápido las tareas de mantenimiento preventivo pueden ejecutarse y

cuan largo pueden ser los retrasos en los soportes de logística que contribuyen a los tiempos fuera de

servicio.

Según Ebeling, C., (1997), la disponibilidad es la probabilidad de que un sistema o

componente ejecute una función requerida en un instante de tiempo o sobre un periodo de tiempo

especifico cuando son operados y mantenidos de una manera preestablecida.

La disponibilidad se puede obtener mediante la siguiente fórmula:

A = TPEF/(TPEF+TPPR)

Ecuación 2. – Disponibilidad. (Yañez, M. (2004))

Donde,

A= Disponibilidad

TPEF= Tiempo medio entre fallas

TPPR= Tiempo promedio para reparar

2.2.3. Mantenibilidad

Es la habilidad de un ítem para ser retenido o reestablecido en una condición especifica

cuando el mantenimiento es ejecutado por personal con niveles de habilidades específicas, usando

procedimientos y recursos preestablecidos, para cada nivel de mantenimiento y reparación.

(Department of Defense Guide, 2005)

Mantenibilidad es la probabilidad de que una acción de mantenimiento para un ítem bajo

condiciones dadas de uso pueda ser llevado a cabo dentro de un intervalo de tiempo especifico,

cuando el mantenimiento es ejecutado bajo las condiciones dadas y usando los procedimientos y

recursos establecidos. El propósito de la ingeniería de mantenibilidad es incrementar la eficiencia, la

seguridad y reducir los costos del mantenimiento de los equipos, cuando el mantenimiento es

11

ejecutado bajo condiciones dadas y usando procedimientos y recursos preestablecidos. (Barabady, J.,

2005).

La mantenibilidad se puede obtener mediante la siguiente fórmula:

Ecuación 3. Mantenibilidad. (Yáñez, M. (2004))

Donde,

M: Mantenibilidad

TPPR: Tiempo promedio para reparar

t : tiempo misión

2.2.4. Establecimiento de un programa CDM

Según la guía CDM del departamento de defensa de Estados Unidos (2005), existen cuatro

pasos claves necesarios para alcanzar satisfactoriamente un programa CDM:

Paso 1: Entender y comunicar las necesidades y fortalezas del usuario

Paso 2: Diseñar y rediseñar para el CDM

Paso 3: Producir sistemas confiables y mantenibles

Paso 4: Monitorear el comportamiento en campo

El análisis CDM es el acto de ejecutar múltiples tareas CDM interrelacionadas durante cada

fase del proyecto (Tomado de Guthrie, 1990 por Barabady, J., 2005) Las tres tareas CDM primarias

son:

i) Establecer los requerimientos CDM

ii) Proveer entradas al proceso de diseño y a las operaciones

iii) Monitorear la realización CDM

12

Metas del Proyecto

Tarea 1 Establecer

requerimientos CDM

Tarea 2 Proveer entrada a los procesos de

diseño y las operaciones

Tarea 3 Monitorear la realización

del CDM

¿El diseño establecido cumple los requerimientos

CDM?

¿Esta el diseño completo?

¿son factibles los requerimientos establecidos?

No

No

No

Si

Si

Si

Figura 3. Flujograma simplificado de un análisis CDM (Fuente: Tomado de Guthrie, 1990 por

Barabady, J., 2005)

La tabla 1 lista varias herramientas relacionadas al CDM que son efectivas para cada

actividad CDM. Esas herramientas han sido históricas y se han anticipado como las más utilizadas en

la conducción de las actividades CDM necesarias para las tres tareas primarias. Para asegurarse que

un programa CDM esta bien enfocado y las tareas emitidas son precisas, dos tareas de control deben

ser ejecutadas en todas las fases del proyecto:

Desarrollar, mantener e implementar un plan de programa CDM

Establecer y mantener una revisión del análisis CDM

13

Tabla 1. Actividades y herramientas CDM

Plan de programa CDMProceso de revisión CDM

Análisis de diagrama de bloquesModos de fallas y efecto y análisis de criticidadAnálisis árbol de fallasAnálisis MarkovAnálisis árbol de eventosAnálisis de causas y consecuenciasAnálisis de Ingeniería de mantenimientoAnálisis del costo de ciclo de vidaAnálisis de circuitosAnálisis de toleranciasAnálisis de crecimientoPlan de pruebas CDMPruebas, análisis y procesos de reparación Daños latentes al medio ambientePruebas de calificación en confiabilidadPruebas de aceptación de la confiabilidad en la producción

Desarrollo de datos genericaReportes de fallas, análisis y sistemas de acción correctiva

Redundancia y diversidadModularidad y dagnósticoEstudios de confiabilidad versus mantenibilidadPrograma de control de partesEspecificaciones de procura CDMProgramas de mantenimiento preventivoProgramas de mantenimiento correctivoPrograma de repuestos

Pruebas

Colección de datos y análisis

Diseño de sistema y logistica

Control de Gestión

Modelación y Análisis

Fuente: Tomado de Guthrie, 1990 por Barabady, J., 2005

Las revisiones del CDM deber ser conducidas por expertos en CDM quienes deben ser

independientes de los equipos de proyectos. La primera responsabilidad de los expertos es revisar el

plan CDM, adicionales responsabilidades incluyen la verificación de la validación de los resultados

de cada tarea del CDM. (Barabady, J., 2005)

Un modelo propuesto por Yañez et al, (2003) para llevar a cabo un análisis de CDM se

muestra a continuación:

14

Figura 4. Modelo de un estudio de CDM (Fuente: Yañez et al, 2003)

Una vez establecido el modelo, de igual forma proponen como posibles resultados entregables

los siguientes:

Análisis CDM (Confiabilidad, Disponibilidad y Mantenibilidad)

. Factor de disponibilidad del sistema

. Pronóstico de producción diferida del i t

Modelo CDMModelo de simulación de confiabilidad,

disponibilidad y mantenibilidad

Bases de datos técnicos, operacionales, de mantenimiento y confiabilidad de equipos,

sistemas e instalaciones

Estructura de criticidadLista jerarquizada de instalaciones y de equipos y sistemas, basado en su impacto en el factor de disponibilidad y en la

producción diferida

Figura 5. Entregables de un estudio de CDM (Fuente: Yañez et al, 2003)

2.2.4.1. Estudio de los UP-Times.

Con mucha frecuencia se asume que los tiempos de operación entre fallas están

exponencialmente distribuidos; o lo que es lo mismo, se asume una tasa de fallas constante. Lo

anterior es perfectamente razonable cuando el análisis se hace a nivel de equipos y no lo es, cuando

se hace a nivel de componentes.

Si se considera un tipo de equipo que tiene 5 componentes internos; cada uno de los cuales, al

fallar produce la falla o parada del equipo. Al observarse por un largo período de tiempo una

15

población de este tipo de equipos; con alta probabilidad se encontrará que al analizar los tiempos

para la falla de la población de equipos, discriminando por componente que produjo la falla, tienden

mayoritariamente a seguir distribuciones como Weibull, Gamma, Lognormal y Beta entre otras.

(Tomada de Ebeling, C. (1997) por Marcano, Franklin (2006): Tesis de grado para obtención del

título d

gran m , la tasa de falla es constante.

: definido como el tiempo que transcurre el equipo

tiempo que

hasta que el equipo se detiene para ejecutarle algún

lla.

La ecuación que define el uptime o tiempo en servicio es la siguiente:

e Especialista en Gerencia de la Confiabilidad. Universidad Simón Bolívar).

Por otro lado, si se analizan todos los tiempos para la falla para la población de equipos, sin

discriminar por el componente que causo la falla, se encontrará que los tiempos para la falla, en la

ayoría de los casos, siguen la distribución exponencial, es decir

Para los estudios de Up-Times se involucran variables como:

Tiempo Operativo entre Fallas (TEF)

operando entre dos fallas sucesivas.

Tiempo de Operación hasta Mantenimiento Planificado (TPM): definido como el

transcurre desde el arranque

mantenimiento planificado.

Tiempo Censado (TC): es el tiempo en operación desde la última fa

Ecuación 4. Uptime. (Reliability and Risk Management, S.A., 2005, laminas del curso RAM).

.

w= numero de valores del TC de la muestra.

Donde,

n= numero de valores del TEF de la muestra.

m= numero de valores del TPM de la muestra

Figura 6. Uptimes. (Reliability and Risk Management, S.A., 2005, laminas del curso RAM).

2.2.4.2. Estudio de los Down-Times.

16

La caracterización probabilística de la variable “down-time” revela que frecuentemente las

distribuciones que mejor se adaptan a la muestra de datos son la distribución exponencial y la

distribución Lognormal.

El análisis de la variable down time es conocido como mantenibilidad y cuantitativamente se

define como la probabilidad de restaurar la condición operativa del equipo en un periodo de tiempo

definido. La variable para la mantenibilidad es a menudo el tiempo promedio para restaurar la

condición operativa (TPPR). (Marcano, F., 2006).

Para los estudios de Down-Times se involucran variables como:

Tiempo para Mantenimiento (TM): definido como el tiempo que transcurre desde que el

equipo es desactivado para hacerle mantenimiento; hasta que es puesto en operación.

Tiempo Para Reparar (TPR): es el tiempo que transcurre desde que ocurre la falla hasta que el

equipo es puesto en operación después de su reparación.

La ecuación que define el Downtime o tiempo fuera de servicio es la siguiente:

Ecuación 5. Downtime. (Reliability and Risk Management, S.A., 2005, laminas del curso RAM).

Donde,

n= numero de valores del TPR de la muestra.

m= numero de valores del TM de la muestra.

Figura 7. Downtimes. (Reliability and Risk Management, S.A., 2005, laminas del curso RAM).

2.2.4.3. Fuentes de Información.

La EVIDENCIA esta constituida por los tiempos para fallar y para reparar observados en

equipos o poblaciones de equipos en una planta bajo análisis. También pueden considerarse como

17

EVIDENCIA los tiempos para fallar y para reparar en equipos similares operando en plantas o

procesos productivos similares.

La OPINIÓN DE EXPERTOS representa una de las fuentes fundamentales de información

para el cálculo de Confiabilidad y Disponibilidad. Los expertos poseen valiosísima información

sobre parámetros como las tasas de falla y las tasas de reparación normalmente sustentada en la

observación y experiencia con equipos similares en operación (equipos similares al equipo al que le

queremos estimar la tasa de fallas).

Existe una gran cantidad de bases de DATOS GENÉRICAS que contienen tasas de fallas y

tiempos de reparación, para diferentes tipos de equipos. Algunos de los más famosos bancos de este

tipo de información son:

Off Shore Reliability Data – OREDA

Pipeline and riser loss of containment database -PARLOC

Electronic Parts Reliability Data (EPRD)

Non-electronic Parts Reliability Data (NPRD)

MIL-STD-217

Reliability Prediction Procedure for Electronic Equipment (Bellcore), TR-332

Handbook of Reliability Prediction Procedures for Mechanical Equipment, NSWC

Standard 94/L07

IEEE Std 493-1997 Gold Book

Reliability of well completion equipment database – WELL MASTER

Debido a la heterogeneidad de las muestras analizadas para construir estos bancos de

información; la misma se presenta en forma de distribuciones de probabilidad de las tasas de falla y

reparación (Yañez et al, 2005, laminas de curso Confiabilidad)

El TEOREMA DE BAYES es el vehículo estadístico que nos permite combinar información

de tasas de fallas proveniente de bases de datos genéricos o de la opinión de expertos con evidencia

de tiempos de falla y reparación colectados en nuestra propia instalación o proceso; con la finalidad

de obtener mejores estimados de las tasas de falla y reparación de los equipos y sistemas bajo

análisis. Este procedimiento es adecuado para estimar la mencionada tasa de fallas ( λ), en casos

donde la evidencia o muestra es nula o no es representativa. El teorema permite hallar la distribución

posterior o actualizada de la tasa de fallas “f( λ/X)”. Para ello es necesario por una parte definir una

18

distribución “previa” de la tasa de fallas g( λ) (Conocimiento Previo) y por la otra, construir la

función de verosimilitud o probabilidad de la evidencia L(X/ λ) a partir de la evidencia muestral. Este

procedimiento de cálculo es generalmente conocido como “actualización de la tasa de fallas”. (Yañez

et al, 2005, laminas de curso Confiabilidad)

λ mejorada

rµ oreda

2

σ oreda2

1i 1

tt j

N r

j

tcj

==

µ oreda

σ oreda2

N r

rµ oreda

σ oreda

tt j

r

Ecuación 6. Tasa de falla mejorada Fuente: Yañez et al, 2005, Manual del curso Confiabilidad I

σoreda σ12

σ22

σ32

Ecuación 7. Tasa de falla genérica equivalente Fuente: Yañez et al, 2005, Manual del curso Confiabilidad I

µoreda µ1 µ2 µ3

Ecuación 8. Tasa de falla genérica equivalente Fuente: Yañez et al, 2005, Manual del curso Confiabilidad I

Donde:

λ mejorada= Tasa de falla actualizada o mejorada

r = Número de datos del tiempo promedio para la falla

µ oreda = Tasa de falla genérica equivalente de las medias de los modos de falla Oreda

µ 1, 2…= tasa de falla promedio para los distintos modos de fallas

σ oreda = Desviación estándar Oreda de los modos de fallas seleccionados

σ 1, 2,... = Desviación estándar promedio para los distintos modos de falla

19

t j = Sumatoria de los tiempos de operación de equipos hasta la falla

t cj = Sumatoria de los tiempos de operación de equipos que no han fallado

2.2.5. Mejoras en confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad

Según Barabady, J., (2005), el objetivo primario para realizar un plan de mejoras en la

confiabilidad, disponibilidad y mantenibilidad, generalmente debe incluir lo siguiente:

Identificar los sistemas, estructuras y componentes los cuales son potencialmente

contribuidores a generar pérdidas o riesgos importantes e identificar aquellos quienes

potencian las mejoras, es decir, incremento en confiabilidad, disponibilidad o mantenibilidad,

pueden justificar los gastos de fondos.

Identificar todas las tendencias importantes en el desempeño de las plantas y sistemas,

estructuras y componentes e identificar áreas de posibles mejoras.

Consistentemente identificar las causas de desempeño individual de problemas y definir

medidas de remediación efectivas las cuales eliminen o prevengan su recurrencia.

Consistentemente predecir la peor de las mejoras propuestas para guiar la justificación y

jerarquización de los procesos para las modificaciones de planta y cambios, y optimizar

gastos para proveer mayores beneficios dentro de un corto periodo de tiempo.

Proveer un marco general para mantener una excelente documentación y una configuración

de planta con riesgos optimizados la cual prevenga las violaciones inadvertidas de cualquier

criterio determinístico o probabilísticos preestablecido o acuerdos los cuales son parte de las

bases de diseño de las plantas.

2.3. Distribuciones Paramétricas de Probabilidad.

Las distribuciones paramétricas de probabilidad son funciones matemáticas teóricas, que

relacionen los diversos probables valores que puede tomar una variable aleatoria, con la probabilidad

de ocurrencia de cada uno de ellos. Describen la forma en que se espera se comporte una variable.

(Yañez et al., 2003, “Gerencia de la Incertidumbre”).

Existen muchas distribuciones paramétricas de probabilidad de amplio uso en todo tipo de

análisis de confiabilidad, sin embargo, a continuación se mencionaran solo las más usadas

20

2.3.1. Distribución Normal.

Es una de las más conocidas y se reconoce por su forma de campana simétrica o “campana de

Gauss”, donde el valor más probable de la variable es el valor central, promedio o media de la

distribución. La variable podría tomar algún valor por encima o por debajo de la media pero se

espera que al menos el 68% de los posibles valores se encuentre dentro del rango de una desviación

estándar alrededor de la media. (Webb, W., 2004).

Figura 8. Distribución Probabilística Normal. (Yañez, M., 2004, Láminas de clases de Estadísticas para la Confiabilidad - USB).

2.3.2. Distribución Lognormal.

La distribución Lognormal es ampliamente usada para variables que muestran valores que

tienen un alto sesgo o tendencia; muchos de los valores ocurren cerca del valor mínimo. Los

parámetros de la distribución Lognormal son la media logarítmica (µ) y la desviación estándar

logarítmica (σt). Muchas variables físicas y procesos de deterioro pueden ser representados con la

distribución Lognormal. Las variables aleatorias que resultan de la multiplicación o producto de

varias variables aleatorias siguen la distribución Lognormal. (Ebeling, C., 1997).

Figura 9. Distribución Probabilística Lognormal. (Yañez, M., 2004, Láminas de clases de Estadísticas para la Confiabilidad - USB).

21

2.3.3. Distribución Exponencial.

La Distribución Exponencial es ampliamente usada en análisis de confiabilidad, como

distribución de la variable aleatoria “tiempo entre fallas” de equipos o sistemas. Describe la cantidad

de tiempo que transcurre entre eventos.

El parámetro de la distribución exponencial es Lamda (λ). La característica fundamental de

las variables que siguen la distribución exponencial es que el número de ocurrencia de eventos por

unidad de tiempo es aproximadamente constante. (Ebeling, C., 1997).

Figura 10. Distribución Probabilística Exponencial. (Yañez, M., 2004, Láminas de clases de Estadísticas para la Confiabilidad - USB).

2.3.4. Distribución Weibull.

La distribución de Weibull es muy útil para estudios del tiempo de vida o tiempo para la falla

de componentes mecánicos. El número de ocurrencia de eventos por unidad de tiempo no permanece

necesariamente constante, la tasa de ocurrencia de eventos puede crecer o decrecer con el tiempo. Es

un modelo de distribución bastante flexible el cual es descrito por dos parámetros. (Albernethy, R.,

2000)

Figura 11. Distribución Probabilística Weibull. (Yañez, M., 2004, Láminas de clases de Estadísticas para la Confiabilidad - USB).

22

2.3.5. Distribución Triangular.

La Distribución Triangular ha sido ampliamente usada para modelar variables a partir de la

opinión de expertos. La estimación de un experto, sobre los probables valores de una variable, puede

expresarse en base a tres valores: Valor mínimo, valor más probable y valor máximo, que en la

distribución triangular son utilizados como parámetros. (Webb, W., 2004).

Figura 12. Distribución Probabilística Triangular. (Yañez, M., 2004, Láminas de clases de Estadísticas para la Confiabilidad - USB).

2.3.6. Distribución Gamma.

La distribución Gamma al igual que la Beta, es muy flexible para modelar probabilidades

basadas en estadísticas Bayesianas; se aplica en un amplio rango de variables físicas y es similar a

una gran cantidad de otras distribuciones como la Lognormal, Exponencial, Poisson y Geométrica

entre otras. Es considerada como la distribución del tiempo que transcurre hasta la ocurrencia de un

número particular de eventos, tiene gran aplicabilidad en análisis de confiabilidad y también en

procesos meteorológicos. (Ebeling, C., 1997).

Figura 13. Distribución Probabilística Gamma. (Yañez, M., 2004, Láminas de clases de Estadísticas para la Confiabilidad - USB).

23

2.3.7. Distribución Binomial:

La Distribución Binomial permite estimar el número de éxitos que se alcanzarán en un

número especifico de intentos, dada una probabilidad de éxito por intento determinada. Los

parámetros de la distribución son: Probabilidad (p) y número de ensayos o pruebas (n). (Yañez et al,

2004)

Las variables que pueden representarse con la distribución Binomial, tienen tres

características básicas:

a. Por cada intento, hay solo dos posibles resultados: éxito o falla. (Para una moneda: el

lanzamiento resulta: Cara o no. Para las piezas o partes: Es defectuosa o no)

b. Los ensayos son independientes. Los resultados de un primer ensayo no afectan los de

ensayos posteriores.

c. La probabilidad de ocurrencia permanece constante en cualquier ensayo.

2.4. Simulación de Monte Carlo

El modelo de simulación de Monte Carlo es una herramienta de análisis de la incertidumbre

asociada a cada una de las variables de entrada que proporciona una solución numérica donde las

variables y algunos de los parámetros vienen dados por distribuciones probabilísticas. Esta

simulación es un método que cuantifica la incertidumbre asociada a las variables de entrada y

parámetros del modelo (incertidumbre total) y la propaga a las variables de salida mediante

algoritmos numéricos. Esta comprende básicamente tres fases, la primera de ellas donde se cuantifica

y caracteriza probabilísticamente cada una de las variables de entrada; la segunda corresponde a la

simulación propiamente dicha, donde se propaga la incertidumbre de las variables de entrada a través

del modelo; y la tercera y ultima fase donde se cuantifica y se realiza la caracterización probabilística

de la variable de salida.

Esta técnica de simulación usa números al azar para generar datos de fallas y costos

considerando las distribuciones probabilística y modelos matemáticos. (Marcano, F., 2006).

2.5. VPN (Valor Presente Neto).

En el momento de evaluar si es factible o no una inversión, bien sea un proyecto capital, una

mejora menor, un cambio de tecnología, etc., no basta con presentar a las juntas gerenciales los

valores de confiabilidad, tasa de fallas, etc., hay que hablar en términos de indicadores financieros,

por eso es importante que el analista de confiabilidad traduzca en estos términos los resultados de su

24

trabajo. El valor presente neto (VPN) es uno de estos indicadores financieros y consiste en saber

cuánto se va a obtener de una inversión, si se pudiese hacer en el presente todos los ingresos y

egresos de forma instantánea. Se utiliza el VPN para determinar si una inversión es conveniente o no.

(Tomado de Fischer et al., 1992 por Marcano, F., 2006).

Se conoce como el proceso de calcular los: flujos de caja libre, descontados en el tiempo

(Varnagy, D., 2006, láminas d presentación curso Finanzas para la Confiabilidad, Universidad Simón

Bolívar)

En general, el VPN consiste en traer todos los flujos de caja del futuro, al presente, y existen

dos factores en la fórmula:

Flujo de Caja: Combinación de Ingresos (entradas) y Egresos (salidas) que ocurren de manera

puntual.

Tasa de Descuento: Mide el cambio del valor del dinero en el tiempo

Ecuación 9. Valor presente neto.

(Tomado de Ross et al, 2004 por Marcano, F., 2006).

Donde,

FCi: es el flujo de caja y se define este, como la combinación de ingresos (entradas) y

egresos (salidas) que ocurren de manera puntual. Cuando se trata de una inversión, gasto o costo, FCi

es menor a cero; si se trata de un ingreso, FCi es mayor a cero.

r: es la tasa de descuento y mide el cambio del valor del dinero en el tiempo. Es la tasa de

interés que representa el valor al cual el inversionista está dispuesto a arriesgar su capital, esta tasa es

diferente para cada tipo de inversionista o empresa.

i: es el periodo de tiempo en años de la inversión o estudio. (Ross et al. 2004).

El valor obtenido del VPN, es el criterio utilizado para determinar la factibilidad económica

de una inversión, según se expresa a continuación:

VPN < 0 No se recupera la inversión, alto riesgo.

VPN = 0 Se recupera la inversión, no se generan riquezas.

25

VPN > 0 Se recupera la inversión, es rentable, se generan riquezas.

2.6. Costo de ciclo de vida.

También conocido por sus siglas en inglés LCC (Life Cycle Cost), tiene como objetivo, el

seleccionar la aproximación más efectiva de costos de una serie de alternativas, de manera de lograr

el menor costo a largo plazo debido a que el costo total del sistema no es a menudo visible,

particularmente aquellos costos asociados con la operación y apoyo del sistema. (Tomado de

Kawauchi, Y., 1999 por Marcano, F., 2006).

El Análisis del Costo del Ciclo de Vida, es una herramienta de gran ayuda para los ingenieros,

para poder justificar la selección de equipos y procesos basado en costos totales en vez de en el costo

inicial, involucrando los costos de fallas y de pérdida o diferimiento de producción; esto se debe a

que los costos de adquisición son ampliamente usados como el primer criterio de selección de

sistemas y equipos, que comúnmente resulta muy sencillo y simple de usar, pero también resulta una

decisión financiera no certera en la mayoría de los casos. La base del cálculo del costo del ciclo de

vida está constituida por el propio concepto del ciclo de vida, adaptado al sistema específico que se

diseña y desarrolla. (Tomado de Bloch, H., 1993 por Marcano, F., 2006).

El siguiente es un modelo matemático según Bloch, H. (1993). Para determinar el costo de

ciclo de vida de un activo.

LCC= Costos de adquisición (I) + costos de operación (O) + costos de mantenimiento (M) +

costos por fallas (L) + costos de desincorporación (D)

Ecuación 10. Costo de ciclo de vida (Fuente Bloch, H. (1993))

Marcano, F., 2006, presentó una ecuación novedosa tomando como base la ecuación

presentada por Yañez, M., en las láminas de presentación del curso CCV, pero involucrando la

confiabilidad y el valor presente neto. Como resultado se obtuvo:

∑∑ ∑∑∑== === +

++−

++

++

++

=n

ii

in

i

n

ii

in

ii

in

ii

ii

i

rD

rAL

rAM

rO

rI

VPNlcc00 0

0

0

0

0 )1()1()1(

)1()(

)1()1(

Ecuación 11. Costo del Ciclo de Vida de un Activo Involucrando la Confiabilidad y Valor

Presente Neto (tomado de Marcano, F., 2006)

Donde:

VPNlcc: Costo del Ciclo de Vida .

26

I: Costos / Inversión de Adquisición.

O: Costos de Operación.

M: Costos de Mantenimiento.

Ao: Disponibilidad.

L: Costos por fallas.

D: Costos de Desincorporación.

r : tasa de descuento

i : cualquier año en la vida del activo

n : vida asumida del activo

Es común empezar a pensar en el mantenimiento cuando los equipos e instalaciones ya están

en operación, lo cual evidentemente es demasiado tarde ya que los costos de mantenimiento impactan

de relevante manera el costo total del ciclo de vida. (Barringer, H., 1999).

27

CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

3.1. Descripción del sistema de bombeo de crudo diluido en la Gerencia de Movimiento de

Crudos

El sistema de crudo diluido en la Gerencia de Movimiento de Crudos funciona por medio de

baches. El crudo de las empresas Petrozuata y la otra Asociación, se recibe en los tanques de

almacenamiento de 220.000 barriles cada uno ubicados en el área de producción en San Diego de

Cabrutica y desde allí es bombeado a través del oleoducto a razón de 460.000 barriles por día, de los

cuales 180.000 barriles pertenecen a Petrozuata y 280.000 barriles a La otra Asociación.

3.1.1. Diagrama funcional del sistema de crudo diluido.

El sistema de crudo diluido esta compuesto por:

1. Sistema de almacenamiento

2. Sistema de bombas reforzadoras

3. Sistema de medición en línea en la estación de bombeo Zuata

4. Sistema de bombas principales

5. Sistema control de presión oleoducto

6. Sistema de oleoductos

7. Sistema control de contra presión del oleoducto

8. Sistema de medición en línea en la estación de bombeo Jose

9. Sistema cambio de bache

El crudo es recibido en los tanques de almacenamiento en el área de producción y desde los

mismos es bombeado mediante las bombas reforzadoras hasta las bombas principales las cuales se

encargan de rebombear el producto hasta las instalaciones de los mejoradores ubicados a 200

Kilómetros (Km.). al norte del estado Anzoátegui.

28

En cada estación de bombeo existe un sistema de medición de crudo en línea el cual cumple

la función principal de medir y fiscalizar la producción de las empresas Petrozuata y La otra

Asociación.

El bombeo de crudo se realiza mediante baches, es decir, se bombea el crudo de una empresa

y posteriormente se bombea el crudo de la otra. Estas operaciones se realizan las 24 horas del día los

365 días al año, por lo que cualquier afectación en la disponibilidad y confiabilidad de los sistemas

de almacenamiento, bombeo, medición y oleoductos, genera impacto en las operaciones y por ende

en la producción almacenada y transportada por el sistema.

Estación de Bombeo Zuata - Sistema de Crudo Diluido

Gas de Manto

Mechurrio

Crudo diluidoOtra Asociación 100% Petrozuata 100%

SN 60% PZ 40%T-251 A T-251 BT-250

T-202 A T-202 B

Diluente/Crudo del T-250 hacia PZ / SN

Bombas reforzadoras P-603

ABC

Bombas principales P-602

A B C D

Oleoducto 36”

Medidores de Crudo diluido en Línea

Sistema recuperación de Vapor

Crudo diluido

Estación de Bombeo Zuata - Sistema de Crudo Diluido

Gas de Manto

Mechurrio

Crudo diluidoOtra Asociación 100% Petrozuata 100%

SN 60% PZ 40%T-251 A T-251 BT-250

T-202 A T-202 B

Diluente/Crudo del T-250 hacia PZ / SN

Bombas reforzadoras P-603

ABC

Bombas principales P-602

A B C D

Oleoducto 36”


Sistema recuperación de Vapor

Crudo diluido

Figura 14. Diagrama de flujo del sistema de crudo diluido en Zuata Fuente: Diagramas PI&D Petrozuata

29

Del Oleoducto 36”


Hacia otra Asociación

Hacia Petrozuata

Tanques de diluente

Sistema de protección Oleoductos

Del Oleoducto 36”


Hacia otra Asociación

Hacia Petrozuata

Tanques de diluente

Sistema de protección Oleoductos

Figura 15. Diagramas de flujo del sistema de crudo diluido en Jose Fuente: Diagramas PI&D Petrozuata

3.1.2. Características de los sistemas y equipos principales

3.1.2.1. Sistema de almacenamiento

El mismo esta ubicado en el área de producción y consta de:

a) Dos (2) tanques, del tipo techo domo geodésico, pertenecientes a La otra Asociación.

b) Dos (2) tanques, del tipo techo domo geodésico, pertenecientes a Petrozuata.

c) Un tanque del tipo techo domo geodésico el cual es compartido entre Petrozuata y La otra

Asociación

d) Un sistema de recuperación de vapores (VRU).

e) Un sistema de mechurrio para la protección de los tanques.

f) Sistema de espuma para la protección contra incendio.

g) Cada tanque tiene asociado una unidad desgasificadora

h) Válvulas de succión y descarga en cada tanque

30

Tabla 2. Datos técnicos de los tanques de almacenamiento de crudo diluido

Epecificaciones Diseño Operacional

Presión 1,6 " H2O 1,6 " H2OTemperatura 190ºF 190ºFCapacidad 220.000 Bls 180.000 Blsº API 15 º - 17º 16º - 17º

Dimensiones 202´- 5" ID x 39´H 202´- 5" ID x 39´H

Fuente: Propia

Figura 16. Vista aérea de los tanques de almacenamiento de crudo diluido Fuente: Archivos Petrozuata

3.1.2.2. Sistema de bombas reforzadoras

En total se cuenta con 3 bombas centrifugas verticales idénticas, de 3 etapas, marca Sulzer,

modelo VCR que se encuentran operadas por motores Marca Reliance con una potencia de 1250 HP

que giran a una velocidad de 1200 RPM.

Dichas bombas estas dispuestas, operacionalmente, en paralelo y son utilizadas para las

operaciones de bombeo de Crudo Diluido desde los tanques de almacenamiento de La otra

Asociación o de Petrozuata hacia las Bombas Principales la cual se encuentra en serie con respecto al

sistema de bombas reforzadoras.

31

Para realizar el trabajo operacional se requieren que trabajen dos de tres (2/3) de las bombas

existentes y una queda en respaldo a las operaciones en caso de una necesidad ya sea por

mantenimiento o por falla de alguna de las que operan.

encuentran: suiches de presión, RTD en motores

y bombas, sensores de vibración, motor eléctrico, sistema de sellos mecánicos, válvulas de succión y

descarga, válvulas check.

Tabla 3. Datos técnicos de las bombas reforzadoras

240 MBPD

º API 17º 15º - 17º

170 Psig

Entre los equipos asociados a las bombas se

Epecificaciones Diseño OperacionalTipo Vertical Vertical

Temperatura 190ºF 190ºF

Capacidad 240 MBPD

Presión diferencial 146 Psig

Figura 17. Bombas reforzadoras del sistema de crudo diluido

Fuente: Propia

Fuente: Archivos Petrozuata

3.1.2.3. Sistema de medición en línea en Estación de Bombeo Zuata (EBZ)

La Gerencia de Movimiento de Crudos mide el volumen y transporta crudo diluido de La otra

Asociación y Petrozuata, razón por la cual debe realizar la transferencia de custodia y fiscalización de

los crudos transportados, siendo el punto fiscal la Estación de Bombeo Zuata.

32

Existen cinco medidores de los cuales cuatro (04) pueden medir hasta 6900 BPH y uno 4900

BP o cuatro medidores de

cinco (4/5), sin embargo, la capacidad de medición puede variar entre 25.600 BPH a 27.600 BPH

dep

er.

b) Sistema de Lazo de Calidad: densímetro, analizador de agua y toma muestra automático.

c) Probador estático para la calibración y certificación de los equipos de medición

Tabla 4. Datos técnicos del sistema de medición de crudo diluido en EBZ

190 ºF

C

º

o

H. Para fiscalizar la producción de 22.083 BPH se requieren funcionand

endiendo de la combinación de equipos que estén funcionando.

El sistema de medición en línea consta de:

a) Cinco (5) medidores de desplazamiento positivo, marca Smith Met

Epecificaciones Diseño OperacionalPresión 260 psig 180 psig

Temperatura 200 ºF

apacidad 614 MBPD 502 MBPD

API 17º 15º - 17º

Agua 2% máxim

Figura 18. Patines de medición de crudo diluido

Fuente: Archivos Petrozuata

Fuente: Propia

33

3.1.2.4. Sistema de bombas principales

En total se cuenta con 4 bombas centrifugas horizontales idénticas, de una etapa, marca

Sulzer, modelo HSB, que se encuentran operadas por motores marca Reliance con una potencia de

sde la Estación de Bombeo Zuata hasta la

Para realizar el trabajo operacional se requieren que trabajen tres de cuatro (3/4) de las

bombas existentes y una queda en respaldo a las operaciones en caso de una necesidad ya sea por

mantenimiento o por falla de alguna de las que operan.

Tabla 5. Datos técnicos del sistema de medición de crudo diluido

190ºF

3500 HP que giran a una velocidad de 1800 RPM.

Dichas bombas están dispuestas en serie y son utilizadas para las operaciones de bombeo de

crudo diluido de La otra Asociación y Petrozuata, de

Estación de Bombeo Jose.


Tipo Centrifuga Centrifuga

Temperatura 190ºF

Capacidad 580 MBPD 502 MBPD

º API 17º 15º - 17º

Presión diferencial 273 Psig 300 Psig

Fuente: Propia

Figura 19. Bombas principales de crudo diluido Fuente: Archivos Petrozuata

34

3.1.2.5. Sistema de control de presión en EBZ

En total se cuenta con 2 válvulas que actúan con un control en cascada, es decir, funciona una

era

que no se mezclen los baches de crudo de las empresas Petrozuata y La otra Asociación.

Existe un bypass con válvulas manuales que solo es operada en caso de una emergencia, en la

cual no se tuviera control de las válvulas principales por un periodo de tiempo mayor a 12 horas.

Tabla 6. Datos técnicos del sistema contra presión en EBZ

502 MBPD

º API 17º 15º - 17º

Presión diferencial 273 Psig 300 Psig

y en caso de requerirse mayor caudal la segunda válvula abre siempre manteniendo una presión en el

oleoducto de al menos 300 psig, lo cual permite mantener una columna de crudo estable de man


Tipo Válvula de control


Capacidad 580 MBPD

Fuente: Propia

Figura 20. Sistema contra presión en EBZ uata

3.1.2.6. Sistema de oleoductos

El sistema de oleoducto de crudo diluido consta de:

Fuente: Archivos Petroz

35

a) Trampa de lanzamiento de herramienta ubicada en Zuata.

196,7 Km. b) de oleoducto de 36”.

a lo largo de todo el

s de limpieza ubicada en Jose.

ntra sobre presión.

f) Sistema de protección catódica.

Tabla7. Datos técnicos del sistema de oleoductos

502 MBPD

Mínima tasa de flujo 288 MBPD 288 MBPDEstac

c) Diecinueve (19) estaciones de válvulas manuales tipo compuerta

oleoducto.

d) Trampa de recibo de herramienta

e) Válvulas de seguridad para la protección co

Epecificaciones Diseño OperacionalLongitud 196,7 Km. 196,7 Km.Presión máxima 900 psig 840 psigTempertaura máxima 195 ºF 190 ºFMaterial API 5L (X60 y X52) API 5L (X60 y X52)Máxima tasa de flujo 530 MBPD

iones de válvulas 19 19

Figura 21. Sistema de Oleoductos Fuente: Archivos Petrozuata

Fuente: Propia

36

3.1.2.7. Sistema de control contra presión en la Estación de Bombeo Jose

Se cuenta con una válvula de control, manteniendo una contra presión en el oleoducto de 120

psig lo cual permite mantener una columna de crudo estable, de manera que no se mezclen los baches

cia en la

do de tiempo mayor a 16 horas.

Tabla 8. Datos técnicos del sistema contra presión en EBJ

120 Psig

de crudo de las empresas Petrozuata y La otra Asociación.

Existe un bypass con válvulas manuales que solo es operada en caso de una emergen

cual se pierda el control de la válvula principal por un perio


Tipo Válvula de control



º API 17º 15º - 17º

Presión diferencial 120 Psig

odia y fiscalización de

ntre 25.600 BPH a 27.600 BPH

n funcionando.

mático.

c) Probador estático para la calibración y certificación de los equipos de medición

Fuente: Propia

3.1.2.8. Sistema de medición en línea en Estación de Bombeo Jose (EBJ)

La Gerencia de Movimiento de Crudos mide el volumen y transporta crudo diluido de La otra

Asociación y Petrozuata, razón por la cual debe realizar la transferencia de cust

los crudos transportados, siendo el punto fiscal la Estación de Bombeo Zuata.

Existen cinco medidores de los cuales cuatro (04) pueden medir hasta 6900 BPH y uno 4900

BPH. Para fiscalizar la producción de 22.083 BPH se requieren funcionando cuatro medidores de

cinco (4/5), sin embargo, la capacidad de medición puede variar e

dependiendo de la combinación de equipos que este

El sistema de medición en línea consta de:

a) Cinco (5) medidores de desplazamiento positivo, marca Smith Meter.

b) Sistema de Lazo de Calidad: densímetro, analizador de agua y toma muestra auto

37

Tabla 9. Datos técnicos del sistema de medición de crudo diluido

Epecificaciones Diseño OperacionalPresión 260 psig 180 psig

Temperatura 200 ºF 190 ºF


º API 17º 15º - 17º

Agua 2% máximo

Fuente: Propia

Figura 22. Patines de medición de crudo diluido EBJ Fuente: Archivos Petrozuata

les de operación tales como:

tre otros.

3.1.2.9. Sistema cambio de bache en EBJ

El crudo diluido al llegar a la estación de bombeo Jose, se transfiere en forma de bache hacia

las empresas Petrozuata y La otra Asociación en los volúmenes establecidos para su entrega. El

cambio de bache se logra controlar mediante unas válvulas de control las cuales son accionadas

manualmente por un operador el cual hace seguimiento a las variab

porcentaje de agua, grados API del crudo, temperatura, en

3.1.3. Pruebas de capacidad a los equipos de bombeo

El sistema de crudo diluido fue diseñado para manejar un caudal de 550.000 barriles por día

(BPD). En el año 1998 se realizaron simulaciones y pruebas de campo con la finalidad de determinar

la capacidad de bombeo que se tenia realmente, encontrándose que las condiciones de operación solo

38

permitían bombear hasta los 530.000 BPD @ 175 ºF y una viscosidad de 45 Cst. Otro factor

importante que se debe considerar es la presión de bombeo la cual no debe exceder los 900 psig en la

escarga de las bombas principales debido a que se pone en riesgo la integridad mecánica del

oleoducto de 36”.

Figura 23. Prueba de capacidad realizada al sistema de crudo diluido

Figura 24. Curvas de bombeo del sistema de crudo diluido

d

530 MBls@175 F530 MBls@175 F

Fuente: Informe técnico estudio de capacidad -Petrozuata (1998)

Pumping System Discharge Pressure (SN Diluted Crude)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Pres

sure

(psi

g)

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000

Flow (bpd)

2 B 2 B + 1 M 2 B + 2 M 2 B + 3 M

2 B + 2 M (*) 2 B + 3 M (*) 2 B + 3 M (*) MAOP 900 psig

Reference Condit ions: Suct ion Pressure 21 psia (*) Pumping system considering maximum pressure drop across metering system (30 psi)

Presión de descarga del sistema de bombeo (Crudo diluido)

Pres

ión

(psi

g)

Caudal (BPD)

Pumping System Discharge Pressure (SN Diluted Crude)

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

Pres

sure

(psi

g)

0 100000 200000 300000 400000 500000 600000

Flow (bpd)

2 B 2 B + 1 M 2 B + 2 M 2 B + 3 M

2 B + 2 M (*) 2 B + 3 M (*) 2 B + 3 M (*) MAOP 900 psig

Reference Condit ions: Suct ion Pressure 21 psia (*) Pumping system considering maximum pressure drop across metering system (30 psi)

Presión de descarga del sistema de bombeo (Crudo diluido)

Pres

ión

(psi

g)

Caudal (BPD)

Fuente: Estudio capacidad de bombeo- Vepica (2004)

39

Para garantizar el bombeo de crudo diluido, en el sistema se pueden utilizar combinaciones de

uso de bombas reforzadoras (BR) con bombas principales (BP), obteniendo distintos caudales para

las distintas combinaciones. La siguiente tabla muestra las combinaciones que pueden obtenerse y los

Tabla 10. Caudales obtenidos de pruebas realizadas en campo

19.800

2BR-3BP 22.083

Combinación de bombas Caudal (BPH)

caudales que pueden bombearse de forma planificada:

1BR 8.300

2BR 10.000

1BR-1BP 13.000

2BR-1BP 14.500

2BR-2BP

(TPPR) y los tiempos promedios

para la falla (TPPF)

iente:

falla se

1. ientos preventivos y

correctivos realizados a los equipos producto de este estudio. Los datos fueron revisados uno

a uno para filtrar la información necesaria para estimar dichos tiempos.

Fuente: Propia

3.2. Determinación de los tiempos promedios para reparar

Para realizar este cálculo se llevo a cabo lo sigu

3.2.1. Recopilación de datos en campo

Para la recopilación de datos de tiempos promedios para reparar y tiempos promedio para la

utilizaron las siguientes herramientas:

Sistema SAP/R3 con la finalidad de extraer todos los datos de mantenim

40

Tabla 11. Ejemplo de los datos de mantenimiento obtenidos desde el sistema SAP/R3

Orden Descripcion del trabajo Fecha Tipo de orden

Tiempo (hr) Equipo

11078902 Verificar estado físico del actuador 18.02.2005 PM03 1 Actuador Eléctrico MOV-743911078902 Revisión de Bateria 18.02.2005 PM03 0,4 Actuador Eléctrico MOV-743911078902 Revisión de sistema mecánico 18.02.2005 PM03 0,5 Actuador Eléctrico MOV-743911078902 Chequear nivel de aceite 18.02.2005 PM03 0,2 Actuador Eléctrico MOV-743911084305 Calibrarde Transmisor de Presión 22.05.2005 PM03 3 PT-7345, Trans. Presión Succión P-603A11084306 Calibrarde Transmisor de Presión 22.05.2005 PM03 3 PT-7346, Trans. Presión Descarga P-603A11084303 Revisión y chequeo de calibración 30.04.2005 PM03 1 FSL-7341,Suiche Bajo Flujo Desc. P-603A11084304 Revisión y chequeo de calibración 30.04.2005 PM03 2 PSL-7341,Suiche Baja Pres. Succ. P-603A10066724 Alineacion de motor-bomba dia 1 03.01.2005 PM01 41,7 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A10066724 Alineacion de motor-bomba dia 2 04.01.2005 PM01 19 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A10068038 Desmontaje motor Booster 603A 17.01.2005 PM01 18 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A10068038 Instalacion de motor dia 1 19.02.2005 PM01 27 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A10068038 Instalacion y arranque de motor dia 2 20.02.2005 PM01 27 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A10068038 Arranque de motor P-603A 21.02.2005 PM01 4 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A10076952 REVISIÓN DE RTD DE P603A 17.04.2005 PM01 2 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A10086302 Conexión de los calentadores motor spare 24.07.2005 PM02 12 PM-603A, Motor Eléctrico P-603A

Bomba reforzadora 603-A

2.

io durante ese periodo de tiempo y la unidad “1” indica que el equipo esta en

Tabla 12. Ejemplo de los datos obtenidos desde el sistema Scada cada 30 minutos

1

Bombas reforzadorasFecha

Fuente: Propia

Sistema automatizado (scada) con la finalidad de observar los tiempos de uso de los equipos

rotativos y estáticos. Utilizando este sistema se pudo determinar con exactitud los tiempos de

duración de los equipos fuera de servicio y en servicio. El “0” indica que el equipo esta fuera

de servic

servicio.

603-A 603-B 603-C9/1/2005 1 0 1

9/1/2005 0:30 1 0 19/1/2005 1:00 1 0 19/1/2005 1:30 1 0 19/1/2005 2:00 1 0 19/1/2005 2:30 1 0 19/1/2005 3:00 1 0 19/1/2005 3:30 1 0 19/1/2005 4:00 1 0 19/1/2005 4:30 1 0 19/1/2005 5:00 1 0 19/1/2005 5:30 1 0 19/1/2005 6:00 1 0 19/1/2005 6:30 1 0

Fuente: Propia

La información obtenida mediante el SAP/R3 y el Scada, se revisó y se registró en una hoja

de cálculo mediante el siguiente formato el cual sirve para recopilar toda la información de los TPPR

41

y TPPF de los distintos equipos. En este mismo formato se colocó la información de aquello

censados.

s datos

Tabla 13. Tabla tipo utilizada para registrar los datos obtenidos, en horas, del sistema scada y

SAP/R3

40 1

Dato censado

PV-7473-BPV-7473-ATPPF TPPR TPPF TPPR2160 2 3600 2720 1 720 3

1440 2 720 32880 1,5 2880 41440 3 2160 31440 1,2 14

1440 1440

icar la confiabilidad de los equipos y así comparar dicha información con

equipos de características similares mediante el análisis de información, los parámetros de

confiabilidad pueden ser determinados para posteriormente ser usados en diseño, operación y

mantenimiento.

Fuente: Propia

3.2.2. Selección y uso de data genérica del libro OREDA 2002

La data genérica utilizada fue agrupada y recopilada siguiendo los estándares de la norma ISO

14224, la cual provee bases bien claras para la colección de información de confiabilidad y

mantenimiento en formatos estándares para las áreas de perforación, producción, refinería y

transporte por oleoductos y gasoductos. Esta norma internacional presenta una guía para especificar,

colectar y asegurar la calidad de la información de confiabilidad y mantenimiento. Esta información

permite al usuario cuantif

42

Sistema de arranque Motor

Transmisor de potencia

Unidad de bomba

Control y monitoreo

Sistema de lubricación

Miscelaneos

Enfriamiento

Entrada Salida

Combustible

Instrumentación / Potencia

Figura 25. Ejemplo de límites establecidos en un sistema de bombas Fuente: Norma ISO 14224, 2003

Una vez determinada toda la información a utilizar se procedió a agrupar la información

genérica del libro OREDA 2002 y se colocó en un formato excel el cual sirvió para realizar

posteriormente los cálculos necesarios para determinar los TPPF y TPPR. Entre los datos genéricos

utilizados se encuentra:

Tabla 14. Ejemplo de datos genéricos utilizados

TPPR

Media(µ) σ Media(µ)-hrsAIR Abnormal instrument reading 8,35 9,21 3,8DOP Delayed operation 1,19 0,88 13ELP External leakage 0,61 1,02 22FTC Fail to close on demand 2,86 3,02 22,7FTO Fail to open on demand 3,68 1,57 11,5

INL Internal leakageSER Minor in service problems 0,61 1,02 5OTH Others 2,53 3,2 14,3LCP Valve leakage in Closed pos.

0,0000198 0,0000105 13,185714

Modos de fallaVálvulas de bola TPPF

Fuente: Datos genéricos libro OREDA 2002, página 586

43

3.2.3. Uso del Teorema de Bayes

Este teorema es utilizado para combinar información genérica de falla de equipos (Libro

Oreda 2002), con datos reales de campo de los tiempos promedios para fallar de los equipos

sometidos a estudio, y se calcula una tasa de falla equivalente la cual es utilizada posteriormente para

calcular un tiempo promedio para la falla equivalente, el cual sirve como entrada al simulador

RAPTOR.

Para llevar a cabo este cálculo se utilizan las siguientes ecuaciones:

λ mejorada

rµ oreda

2

σ oreda2

1i 1

tt j

N r

j

tcj

==

µ oreda

σ oreda2

N r

rµ oreda

σ oreda

tt j

r

Ecuación 6. Tasa de falla mejorada Fuente: Yañez, M., 2005. Manual del curso Confiabilidad I

σoreda σ1

2σ2

2σ3

2

Ecuación 7. Tasa de falla generica equivalente Fuente: Yañez, M., 2005. Manual del curso Confiabilidad I

µoreda µ1 µ2 µ3

Ecuación 8 Tasa de falla generica equivalente Fuente: Yañez, M., 2005. Manual del curso Confiabilidad I

Donde:

λ mejorada= Tasa de falla actualizada o mejorada

r = Número de datos del tiempo promedio para la falla

µ oreda = Tasa de falla genérica equivalente de las medias de los modos de falla

µ 1, 2…= tasa de falla promedio para los distintos modos de fallas

44

σ oreda = Desviación estándar Oreda de los modos de fallas seleccionados

σ 1, 2,... = Desviación estándar promedio para los distintos modos de falla

t j = Sumatoria de los tiempos de operación de equipos hasta la falla

t cj = Sumatoria de los tiempos de operación de equipos que no han fallado

Con las ecuaciones del Teorema de Bayes se obtienen los TPPF equivalentes (en horas) a ser

utilizados en el simulador RAPTOR. Un resumen de los valores obtenidos en uno de los equipos se

muestra a continuación:

Tabla 15. Ejemplo de resultados obtenidos al aplicar el Teorema de Bayes

Válvula succión Válvula descarga Motor Bomba-Protecciones

µ oreda = 0,0000198 0,0000198 0,0000781 0,0001205

σ oreda = 0,0000105 0,0000105 0,0000478 0,0000805

λ mejorada = 181.087,28 181.087,28 0,000178 0,001582

TPPF = 1/λ 50.428,64 50.428,64 5.626,87 632,23

Moto-Bomba reforzadora 603-A

Fuente: Propia

3.3. Elaboración de los Diagramas de Bloques de Confiabilidad (DBC)

3.3.1. Diagrama general

Para la elaboración del DBC se realizó una agrupación de equipos por sistemas, definiendo en

total nueve (9) sistemas los cuales comprenden equipos principales tales como bombas, medidores de

crudo, válvulas, tanques de almacenamiento, entre otros.

El DBC del sistema de crudo diluido se muestra a continuación:

45

Estación de Bombeo Zuata- San Diego de Cabrutica - Sur Estado Anzoategui

6120 28% 9,900 45%22,083 100% 11,250 Cada bomba

51% 12,000 54%6120 28% 9,900 45%

22,083 100%6120 28% 9,900 45% 22,083 100%

4590 21% 9,900 45%15,000 68%

6120 28% 10,000 45%

22,083 100%

Estación de Bombeo Jose - Norte Estado Anzoategui

22,083 100% 6,120 28%

22,083 100%22,083 100% 6,120 28% 22,083 100%

22,083 100% 6,120 28%

4,590 21%

22,083 100%6,120 28% 12,000 54%

Tanques PZT-202 A/B

Tanques otra AsociaciónT-251 A/B

VálvulaMOV-7439

VálvulaMOV-2778

BombaP-603-A

BombaP-603-B

BombaP-603-C

Met- 602-A

Met- 602-B

Met- 601-A

Met- 601-B

Met- 606

BombaP-602-A

BombaP-602-B

BombaP-602-C

BombaP-602-D

Bypass

Oleoducto 36"

Valvula PV-7004-A

Valvula PV-7004-B

Bypass

Valvula PV-6215

Bypass

Met- 602-A

Met- 602-B

Met- 601-A

Met- 601-B

Met- 606

Cambio bache MOV-6544

Cambio bache MOV-6651

623P-603A

623P-603A

Bypass

Mejorador otra Asociación

Mejorador Petrozuata

Sistema de almacenamiento Crudo diluido-uno a la vez

Sistema de Bombas Reforzadoras 2/3

Sistema Medición en linea ZPS - 4/5

Sistema Bombas Principales 3/4

Sistema control de presión Oleoducto

Sistema control de contra presión Oleoducto

Sistema Medición en linea JPS - 4/5

Sistema Oleoducto

Sistema Cambio de Bache en JPS

PV-6543

PV-6635

Pines de ruptura

MOV6326

MOV7012

Figura 26. Diagrama de Bloques de Confiabilidad del sistema de crudo diluido Fuente: Propia

Donde:

22,083 100%

22,083 100%

Tanques PZT-202 A/B


VálvulaMOV-7439

VálvulaMOV-2778


Indica cantidad de equipos en uso durante el proceso de bombeo de crudo.

Ejemplo: 2 de 3 2/3

Indica volumen manejado (22.083 BPH)

Indica que el 100% del volumen manejado puede pasar por el ramal o equipo

22,083 100%

22,083 100%

Tanques PZT-202 A/B


VálvulaMOV-7439

VálvulaMOV-2778


Indica cantidad de equipos en uso durante el proceso de bombeo de crudo.

Ejemplo: 2 de 3 2/3

Indica volumen manejado (22.083 BPH)

Indica que el 100% del volumen manejado puede pasar por el ramal o equipo

Figura 27. Significado de nomenclatura usada en el DBC Fuente: Propia

46

De esta manera se logra visualizar como esta compuesto todo el sistema de crudo diluido y

cual es el volumen por hora que se puede procesar en dicho sistema, de igual forma se indica la

cantidad de equipos necesarios para cumplir su función sin poner en riesgo la producción de las

empresas Petrozuata y la otra Asociación. El porcentaje colocado muestra el la porción del volumen

total que puede ser manejado, bien sea por un ramal o por un equipo en específico.

3.3.2. DBC utilizado en el simulador RAPTOR

Para la elaboración del DBC utilizado en el simulador RAPTOR se consideraron todos los

equipos tales como válvulas, medidores, transmisores, diagramas de procesos e instrumentación entre

otros, manteniendo en todo momento el concepto inicial de dividir el sistema de crudo diluido en

nueve sistemas de manera que pueda ser analizado de una forma separada en los subgrupos de

equipos que pudiesen considerarse como críticos. El modelo utilizado se muestra a continuación:

Sistema de

almacenamientoSistema Bombas

reforzadoras

Sistema medición en línea ZPS

Sistema Bombas principales

Sistema de Oleoductos

Sistema medición en línea JPS

Sistema contra presión ZPS

Sistema contra presión JPS

Sistema cambio de bache JPS

Sistema de almacenamiento

Sistema Bombas reforzadoras

Sistema medición en línea ZPS

Sistema Bombas principales

Sistema de Oleoductos

Sistema medición en línea JPS

Sistema contra presión ZPS

Sistema contra presión JPS

Sistema cambio de bache JPS

Figura 28. Vista completa del DBC a utilizar en simulador RAPTOR (Fuente: Propia)

47

Figura 29. Detalle del sistema de bombas reforzadoras utilizado en simulador RAPTOR Fuente: Propia

3.4. Simulación del sistema de crudo diluido mediante el software RAPTOR

Para realizar la simulación del sistema de crudo diluido mediante el software RAPTOR, se

establecieron las siguientes premisas:

El sistema funcionara por baches, es decir, primero se activara el ramal correspondiente a

Petrozuata por un periodo de 9,6 horas y posteriormente se activará el ramal De la otra

Asociación por un periodo de 24 horas.

Se simularan 87.760 horas correspondientes a 10 años de servicio

El sistema de bombas reforzadoras tendrá un nodo con una función binomial para establecer

una tasa de fallas que corresponde a la falla de la bomba “603-A” durante el proceso de

trasegado de diluente del tanque T-250 y paralelamente es necesario bombear el crudo diluido

de ambas empresas con las otras dos bombas disponibles.

La capacidad de bombeo corresponde a 22.083 BPH lo que se traduce en 530.000 BPD.

3.4.1. Escenarios a simular

La simulación del sistema de crudo diluido tiene en total 113 equipos los cuales son

agrupados en nueve (09) sistemas que permiten determinar el comportamiento de los equipos ya que

los nodos colocados ayudan a discernir con exactitud cual sistema es el que más afecta a la

disponibilidad total.

48

El tiempo de simulación a considerar nos permitirá observar de una forma clara cual es el

comportamiento de todo el sistema debido a que se tienen equipos con un TPPF equivalente al

tiempo de simulación, por lo que todos los equipos deberían fallar al menos una vez durante la

simulación y de esta manera lograr observar valores de disponibilidad acordes a la realidad.

Los escenarios a simular son:

a) Sistema actual con funcionamiento de la bomba reforzadora “603-A” dedicada al trasegado

de diluente desde el tanque T-250 (ver figura 14) Sistema de Crudo Diluido, cada 25 días y

una tasa de fallas en los equipos determinados mediante el teorema de bayes

b) Funcionamiento del sistema actual con reducción en la tasa de falla de la bomba debido a

mejoras en el sello mecánico, basados en información técnica suministrada por empresas de

sellos, y el uso cada 20 días de la bomba 603-A para el trasegado de diluente.

c) Funcionamiento del sistema con reducción en la tasa de fallas de la bomba debido a mejoras

en el sello mecánico y eliminación del uso de la bomba reforzadora “603-A” para el trasegado

de diluente desde el tanque T-250. Al eliminar el uso de esta bomba para el trasegado, se debe

hacer un arreglo operacional que permita esta flexibilidad, lo cual es factible.

3.4.2. Sistemas de funcionamiento por baches

Usando la opción fases (Phasing en Inglés) de dicho programa, se logro que el sistema de

bache funcionara secuencialmente, es decir, primero funcionaba un ramal correspondiente a la otra

Asociación y luego funcionaba el otro ramal correspondiente a la empresa Petrozuata, el tanque

compartido se simulo como un equipo en reserva, el cual entraría en funcionamiento en caso que

alguno de los otros tanques quedara fuera de servicio durante el proceso de bombeo de crudo por

algún problema inesperado.

49

Figura 30. Selección de “Phasing” durante la configuración de los bloques de equipos

Fuente: Pantalla del simulador RAPTOR

Una vez seleccionado el modo fase, se establece el tiempo de duración de cada bache, en

nuestro caso establecimos: Fase 1 con 9,6 horas el cual es el tiempo que permanece la empresa

Petrozuata bombeando desde sus tanques y la fase 2 con 24 horas lo cual significa el tiempo de

bombeo de la otra Asociación.

igura 31. Definición de la duración de cada fase Fuente: Pantalla del simulador RAPTOR

50

Figura 32. Selección de los bloques de equipos que trabajaran mediante el comando fase Fuente: Pantalla del simulador RAPTOR

Diagramas del Raptor que muestran el funcionamiento del sistema de crudo diluido mediante

baches:

Tanques Petrozuata

Tanques otra asociación

Tanques Compartido

Tanques Petrozuata

Tanques otra asociación

Tanques Compartido

Figura 33. Funcionamiento por baches en sistema de almacenamiento de crudo diluido Fuente: Pantalla del simulador RAPTOR

51

Entrega de crudo a Sincor en EBJ

Entrega de crudo a Petrozuata en EBJ

Entrega de crudo a Sincor en EBJ

Entrega de crudo a Petrozuata en EBJ

Figura 34. Funcionamiento por baches en sistema cambio de bache en Jose Fuente: Pantalla del simulador RAPTOR

Funcionamiento por baches en el sistemaFuncionamiento por baches en el sistema

Figura 35. Funcionamiento por baches en sistema crudo diluido Fuente: Pantalla del simulador RAPTOR

3.4.3. Parámetros de entrada en el simulador

Con la simulación se busca establecer la disponibilidad del sistema de crudo diluido y

detectar los posibles cuellos de botella y restricciones operacionales, con la finalidad de tomar las

acciones necesarias para mitigar las consecuencias de una potencial falla. Las variables a ingresar en

el simulador son:

a) TPPF calculados mediante las ecuaciones del Teorema de Bayes y TPPR cargados en el

sistema de mantenimiento de las tareas ejecutadas.

52

b) Valores empíricos de las fallas de equipos de medición de crudo, tomados de la experiencia

del personal de mantenimiento y de operaciones ya que no existían registros en sistemas de

algunas actividades de los planes de mantenimiento programados.

Figura 36. Propiedades de los bloques de entrada en el simulador Fuente: Pantalla del simulador RAPTOR

53

CAPITULO IV

RESULTADOS

4.1. Disponibilidad del sistema de crudo diluido

Una vez realizada la simulación de todo el sistema de crudo diluido se pudo determinar que la

disponibilidad del sistema es la siguiente:

Tabla 16. Disponibilidad del sistema de crudo diluido

Escenario Minimo Medio MáximoSistema crudo diluido

condición actual 95,10% 96,63% 97,75%

Fuente: Propia

Al realizar un análisis nodal se pudo determinar que el sistema que más afecta a la

disponibilidad total son las bombas reforzadoras, las cuales están instaladas en paralelo y muestran

los siguientes valores:

Tabla 17. Disponibilidad de las bombas reforzadoras

Bomba 603-A Bomba 603-B Bomba 603-C Nodo de salida del sistema de bombas

88,21% 90,46% 90,35% 96,90%

Fuente: Propia

La bomba 603-A es utilizada para trasegar el diluente desde el tanque T-250 y la

disponibilidad más baja corresponde a la dedicación de esta bomba a esta actividad ya que el

comportamiento en las tasas de fallas es similar a las otras bombas.

Las válvulas de cambio de bache (Mov-6544 y Mov-6651) ubicadas en la estación de bombeo

Jose, presentan una disponibilidad del 99,99%.

4.2. Alternativas para aumentar la disponibilidad en el sistema de bombas reforzadoras.

Se evaluaron tres alternativas las cuales consisten básicamente en:

54

Sustitución de sellos mecánicos actuales por uno de mayor desempeño

Eliminar el uso de la bomba 603-A para el trasegado de diluente desde el tanque T-250

Disminuir el tiempo para el reemplazo de las bombas reforzadoras en caso de falla o

mantenimiento mayor en una de ellas

4.2.1. Alternativa 1: Sustitución de sellos mecánicos actuales por uno de mayor desempeño.

Para evaluar la alternativa de la sustitución de sellos, se comenzó con la detección de los

modos de fallas presentes en las bombas reforzadoras y su impacto en la indisponibilidad total del

sistema, encontrándose que el daño debido a los sellos mecánicos representaba aproximadamente el

50% del total de fallas (ver tabla 18). Debido a esto se procedió a contactar empresas especialistas de

sellos mecánicos con la finalidad de buscar alternativas técnicas factibles y así mitigar la tasa de

fallas en las bombas. Se consideraron las fallas de las bombas reforzadoras durante el periodo de

estudio y se encontraron los modos de fallas en las bombas los cuales se describen en la siguiente

tabla:

55

Tabla 18. Distribución de porcentajes de los modos de fallas presentes en las bombas reforzadoras

Modos de falla detectados Número de fallas Porcentaje

Rodamientos 2 10%Sellos 10 50%Desalineación 3 15%Falla en instrumentos 1 5%Fallas en válvulas de succión y descarga 1 5%Filtros tapados 2 10%Aceite deteriorado 1 5%

Total 20 100%

Fuente: Propia

Se procedió a realizar una evaluación técnica económica con la finalidad de encontrar

soluciones factibles y económicamente viables. Para llevar a cabo esta evaluación se realizo una

revisión minuciosa de los sellos mecánicos con participación de empresas especialistas del sector y

se evaluaron alternativas técnicas para posteriormente realizar un estudio del valor presente neto de la

inversión de manera de soportar la toma de decisión.

Las bombas centrifugas están instaladas en paralelo, además forman parte de un sistema

complejo que permite que las operaciones se lleven a cabo de una forma planificada para bombear

crudo de dos empresas. Estas bombas son necesarias para mantener la continuidad en las

operaciones.

Dentro de los objetivos específicos de la evaluación técnica económica se busco:

Definir y Simular la confiabilidad actual del sistema de bombeo teniendo como premisas las

recurrentes fallas de los sellos mecánicos.

Evaluar la disponibilidad y confiabilidad del sistema basado en el histórico de fallas de los

equipos que lo integran

Evaluar técnicamente y financieramente cada una de las alternativas propuestas.

4.2.1.1. Metodología

a) Definición de alternativas

Para el estudio se desarrollaron tres alternativas denominadas J, F y C.

a.1) Alternativa J “Condición actual”: La empresa X tiene instalados sellos mecánicos con unos

planes API específicos para cada bomba. La tasa de falla de los sellos es de 2 a 5 veces por año para

cada bomba.

56

Los sellos instalados en las bombas reforzadoras son del tipo sello simple

Figura 37. Sello mecánico empresa X, Bomba reforzadora Fuente: Planos de fabricante

a.2) Alternativa F “Propuesta empresa L”: Consiste básicamente en sellos de nueva generación,

en las bombas reforzadoras proponen sellos simples (igual a los actuales) con liquido de barrera

adicional. El tiempo esperado para la falla lo estiman de un (1) año.

Figura 38. Sello mecánico empresa L, Bomba reforzadora. Fuente: Planos de fabricante

57

a.3) Alternativa C “Propuesta empresa M”: Consiste básicamente en sellos de nueva generación y

para las bombas reforzadoras, proponen sellos dobles con liquido de barrera. El tiempo esperado para

la falla lo estiman de uno a dos años.

Figura 39. Sello mecánico empresa M, Bomba vertical. Sello doble con reservorio de líquido barrera. Fuente: Planos de fabricante

b) Cálculo del VPN para cada alternativa

Para realizar una comparación cuantitativa de las alternativas indicadas en el punto 4.2.1.1.

se aplicará un análisis de Costo de Ciclo de Vida, el cual permitirá evaluar el desempeño económico

de la operación de los sellos mecánicos del sistema de bombeo. El indicador utilizado para evaluar

las tres alternativas en estudio es el VPN y el modelo matemático es el siguiente:

Ecuación 11. Costo del Ciclo de Vida involucrando la Confiabilidad y Valor Presente Neto Fuente: Marcano, F. (2006), Tesis de Grado Especialización en confiabilidad de sistemas industriales

Donde:

I: Costos de inversión

O: Costos de operación

M: Costos de mantenimiento

Ao: Disponibilidad

L: Costos por fallas

D: Costos por desincorporación

58

El horizonte de evaluación comprende un ciclo completo de mantenimiento del sistema de

tres (03) años. Para realizar el cálculo del VPN es necesario considerar la variación del valor del

dinero en el tiempo así como el periodo contable donde ocurren los eventos que impactan en el

desempeño económico de la instalación.

Los elementos necesarios para la modelación financiera incluyen:

• Cálculo de Tasa de descuento

• Determinación de la disponibilidad y el número esperado de fallas.

• Costos asociados a la operación y el mantenimiento.

• Montos de inversión inicial.

• Costo de perdida de producción

b.1) Cálculo de la Tasa de Descuento

Para nuestro modelo se considerará una tasa del 8% la cual es la tasa oficial de descuento de

la empresa Petrozuata.

b.2) Determinación de la disponibilidad y el número esperado de fallas actual.

Para el cálculo de los valores de disponibilidad y el número esperado de fallas se procedió a

modelar el sistema mediante diagramas de bloques de confiabilidad, aplicación del teorema de Bayes

para determinar las tasas de fallas y los tiempos promedios para reparación de los equipos

considerando la tasa de fallas actual de las bombas. Para la simulación del sistema se utilizo el

software RAPTOR 6.0 (ver figura 7 y 8). Los datos para la elaboración de los análisis fueron

obtenidos del historial de fallas de la empresa y datos genéricos de OREDA.

Figura 40. Diagrama de Bloques de confiabilidad Alternativas J en simulador RAPTOR 6.0. Bombas reforzadoras

b.3) Costos asociados a la operación y al mantenimiento.

59

La recopilación de los datos de costos de mantenimiento del sistema de sello de las bombas

principales y bombas reforzadoras se realizó mediante un levantamiento de información en el sistema

de mantenimiento SAP/R3 y encuestas al personal de la instalación, por lo cual se uso para la

modelación una distribución triangular y fue incorporado en el modelo económico en cada año de

operación.

Los costos de operación permanecen invariantes en las tres alternativas planteados, por lo

cual este término no fue incluido en el modelo económico.

Tabla 19. Costos de Mantenimiento con distribución probabilística triangular

Alternativa Descripcion Minimo (USD) Esperado (USD)

Maximo (USD)

Eventos al año 3 12 18Costo Desmontaje de sello 6000 24000 36000Costo Reparación sello en taller 21600 86400 129600Eventos al año 0 1 2Costo Desmontaje de sello 0 2000 4000Costo Reparación sello en taller 0 6000 12000Eventos al año 0 0,5 1Costo Desmontaje de sello 0 1000 2000Costo Reparación sello en taller 0 3250 6500

J

F

C

Fuente: Propia

Tabla 20. Costos de Mantenimiento General de sellos mecánicos

Alternativa Descripcion Total (USD)

Gastos de mantenimiento en un año 100625

Gastos de mantenimiento en 4 años 402500





J

F

C

Fuente: Propia

b.4) Montos de gastos por mejoras.

Los costos de gastos por mejoras fueron disgregados por cada una de las alternativas, para la

alternativa J no se considero ningún costo debido a que actualmente se encuentran instalados los

sellos de este representante.

60

Tabla 21. Gastos por Mejoras en sellos nuevos

Alternativas DescripcionBombas

reforzadoras (USD)

Sellos nuevos (4 sellos booster)

Reservorios

Total 0Sellos nuevos (4 sellos booster) 32600

Reservorios (3 unidades) 11640

Total 44240Sellos nuevos (4 sellos booster) 50000

Reservorios (3 unidades) 7800

Total 57800

J

F

C

Fuente: Propia

b.5) Costo de pérdida de producción

Para determinar la pérdida de producción se caracterizaron probabilísticamente las variables

de entrada de la siguiente ecuación:

Ecuación 12. Cálculo de Producción Pérdida

Prod.pérdida=Indisponibilidad x Producción anual x precio barril

Fuente: Propia

El costo del barril de petróleo se modelo usando una distribución triangular con media de 50

USD/Bls, mínimo valor de 40 y máximo de 60 USD.

4.2.1.2. Resultados

A continuación se presentan los resultados obtenidos producto del análisis financiero de las

diferentes alternativas planteadas:

61

a) Simulación de Disponibilidad y Número de fallas

Tabla 22. Disponibilidad y número de fallas esperados

Alternativas Minimo Esperada Máximo Desviación estándar

Disponibilidad 0,955 0,969 0,9775 0,01Número de fallas 3 12 18 2,24Disponibilidad 0,9824 0,9943 1 0,0046Número de fallas 0 1 2 1,33Disponibilidad 0,9909 0,9982 1 0,002Número de fallas 0 0,5 1 0,75

J

F

C

b) Resultados Simulación VPN

Frequency Chart

USD

Mean = 15,669,149.65.000

.006

.011

.017

.022

0

55.75

111.5

167.2

223

-6,203,963.84 4,708,712.59 15,621,389.03 26,534,065.46 37,446,741.90

10,000 Trials 9,883 Displayed

Forecast: VPN Escenario J

Figura 41. Simulación VPN, alternativa J Fuente: Propia

Frequency Chart

USD

Mean = 15,443,651.19.000

.006

.012

.017

.023

0

57.5

115

172.5

230

-5,267,791.53 5,618,623.64 16,505,038.81 27,391,453.98 38,277,869.15


Forecast: VPN Escenario F

Figura 42. Simulación VPN, alternativa F Fuente: Propia

62

Frequency Chart

USD

Mean = 15,408,828.19.000

.006

.011

.017

.023

0

56.75

113.5

170.2

227

-6,821,189.42 4,384,444.43 15,590,078.28 26,795,712.14 38,001,345.99


Forecast: VPN Escenario C

Figura 43. Simulación VPN, alternativa C Fuente: Propia

Tabla 23. Valor Presente Neto de alternativas

Alternativas Valor esperado (MMUS$)

Desviación estándar (MMUSD$)

J 15,7 8,59

F 15,1 8,56

C 14,97 8,53

Fuente: propia

c) Análisis de resultados

La variable que crea mayor impacto en la distribución del VPN es la disponibilidad del

sistema la cual se ve afectada directamente por la falla en los sellos mecánicos de las bombas.

Para efectos de simulación se estableció una pérdida de producción debida a probables fallas

en los sistemas de sello lo cual permite visualizar la diferencia entre las distintas alternativas,

manteniendo una relación coherente de los gastos por mantenimiento e Inversión inicial.

La alternativa “C” es la que presenta un menor egreso en el Valor Presente el cual

corresponde a la propuesta de la empresa M. La media resultante es menor, sin embargo la dispersión

se mantienen similar a las otras propuestas evaluadas.

d) Evaluación técnica de las alternativas

a) Alternativa J: Aun cuando la empresa X manifestó querer conformar un equipo de trabajo

para analizar la causa raíz y determinar las posibles soluciones, no mostraron un interés

significativo en la elaboración del análisis causa raíz y la solución del problema.

63

b) Alternativa F: La solución propuesta consiste en sellos mecánicos simples, similar al

instalado pero con un monoresorte el cual por su diseño, puede generarse un desgaste no

uniforme en las caras del sello con fugas de crudo al exterior de forma no controlada. El

juego radial y axial que permite el sistema de sello no supera las 10 milésimas. Las caras

duras de los sellos son de carburo de silicio, lo cual puede tener cierto desgaste al momento

de entrar en contacto con sólidos suspendidos.

c) Alternativa C: El sello propuesto en la bomba vertical es uno del tipo doble con recipiente de

líquido de barrera, con una holgura radial de hasta 188 milésimas. Este sello permite a la

bomba seguir funcionando aunque el sello primario se dañe, por lo que el operador puede

planificar adecuadamente una parada para su reemplazo. Los sellos tienen un diseño que

permite que el liquido nunca este en contacto con los resortes, esto trae como consecuencia

mayor vida útil y garantía de un adecuado sellado. Por otro lado, las caras duras de los sellos

son de material tungsteno y tienen un diseño que permite que sólidos en suspensión pasen a

través del mismo sin afectar la función de sellado del componente.

4.2.2. Alternativa 2: Eliminar del uso de la bomba 603-A para el trasegado de diluente del

tanque T-250

Eliminar el uso de la bomba 603-A para el trasegado de diluente del T-250, permitiría contar

con un equipo de respaldo 100% dedicado a las operaciones de bombeo de crudo diluido. Para

realizar esta modificación en las operaciones, es necesario contar con procedimientos operacionales

especiales e instalaciones adicionales que permitan realizar dichas operaciones sin poner en riesgo el

bombeo de crudo.

4.2.3. Alternativa 3: Disminuir el tiempo para el reemplazo de las bombas reforzadoras en caso

de falla o mantenimiento mayor en una de ellas.

Según información suministrada por especialistas de mantenimiento en bombas verticales y

representantes de estos equipos, la duración mínima durante un periodo de mantenimiento mayor

sería de 45 días. Durante el tiempo que dure el mantenimiento, se determino mediante simulación

con el RAPTOR que la disponibilidad del sistema de bombas reforzadoras es del 92.9%.

64

Figura 44. Disponibilidad del sistema de crudo diluido, asumiendo una bomba en mantenimiento mayor

Fuente: Propia

Se realizo una simulación ejecutando un mantenimiento mayor durante cinco días, el cual

puede lograrse solo si se tiene una bomba completamente armada que permita realizar un reemplazo

inmediato y la bomba que se retire enviarla a mantenimiento mayor con el menor impacto posible en

las operaciones.

Tabla 24. Disponibilidad sistema bombas reforzadoras

Escenario Minimo Medio Máximo

Dos bombas funcionando y una en mantenimiento por 45 dias 76,00% 92,90% 100%

Dos bombas funcionando y una en mantenimiento por 5 dias 78,00% 94,50% 100%

Fuente: Propia

A pesar que la disponibilidad del sistema de bombas reforzadoras disminuye

considerablemente durante el tiempo de ejecución del mantenimiento mayor planificado, resulta

mucho más ventajoso para los intereses de la compañía el ejecutar el reemplazo de una de las bombas

que será sometida a mantenimiento mayor, en solo cinco días, debido a que existe un riesgo probable

de perdida de dinero por presentarse una falla inesperada en una de las bombas en el momento que se

esta ejecutando el mantenimiento mayor planificado.

La tabla 25 muestra las cantidades de barriles debido a posibles pérdidas de producción

estimadas considerando los valores de disponibilidad determinados mediante el RAPTOR durante el

tiempo de ejecución del mantenimiento. La tabla 26 muestra los montos en dólares, de las posibles

perdidas debido al no manejar toda la producción esperada durante la ejecución de los

mantenimientos planificados.

65

Tabla 25. Pérdida de producción estimada en barriles


Dos bombas funcionando y una en mantenimiento por 45 dias 0 1.693.350 5.724.000

Dos bombas funcionando y una en mantenimiento por 5 dias 0 145.750 583.000

Fuente: Propia

Tabla 26. Montos probables de pérdidas de dinero en dólares




Fuente: Propia

4.3. Evaluación de escenarios con las alternativas propuestas

Una vez realizada la evaluación técnica económica y seleccionada una de las alternativas de

los sellos mecánicos, se procedió a simular dicho evento en el sistema de crudo diluido para observar

el comportamiento, de igual forma se realizo una simulación eliminando el uso de la bomba 603-A

para el trasegado de diluente del tanque T-250. Los resultados obtenidos se muestran a continuación:

Tabla 27. Disponibilidad del sistema de crudo diluido en distintos escenarios


Sistema crudo diluido condición actual 95,10% 96,63% 97,75%

Sistema crudo diluido con reducción en tasa de falla sellos mecánicos 95,42% 97,23% 98,23%

Sistema crudo diluido con reducción en tasa de falla sellos mecánicos y no uso

de bomba 603-A al trasegado de diluente del T-250

95,50% 97,26% 98,58%

Fuente: Propia

4.4. Análisis de resultados

La disponibilidad establecida para el sistema de crudo diluido desde sus principios (según

acuerdo entre Petrozuata y La otra Asociación) fue del 97%, lo que significa que la tasa de bombeo

66

confiable para el sistema debe ser de 514.100 BPD sin presentar riesgo para las operaciones.

Actualmente existe una variación de la disponibilidad del sistema que va de un mínimo del 95,1%

hasta un máximo del 97,75%, con un valor promedio de 96,63%.

Para cada escenario se evaluó la capacidad de bombeo determinándose lo siguiente:

Tabla 28. Volumen que puede ser manejado por del sistema de crudo diluido en barriles por día con

distintos escenarios, considerando la indisponibilidad del sistema

Escenario Mínimo Medio Máximo

Sistema crudo diluido condición actual 504.030 512.139 518.075

Sistema crudo diluido con reducción en tasa de falla sellos mecánicos 505.726 515.319 520.619

Sistema crudo diluido con reducción en tasa de falla sellos mecánicos y no uso de bomba A al trasegado de diluente

del T-250

506.150 515.478 522.474

Fuente: Propia

Como se puede apreciar, a pesar que los tres escenarios cumplen con la capacidad de bombeo

estimada para el 2008, la disponibilidad del sistema actual esta por debajo de lo establecido entre las

asociaciones. La capacidad de bombeo con el escenario “Sistema crudo diluido con reducción en tasa

de falla sellos mecánicos” permite que el sistema de bombeo tenga una disponibilidad por encima del

97%.

67

CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

1. El factor de servicio actual del sistema de crudo diluido es de 96,63%, el cual esta por debajo

del establecido en convenios previos entre las asociaciones

2. El incremento en la capacidad del sistema de bombeo de la otra Asociación en un 15%,

ubicándose en 502.000 BPD para todo el sistema en el año 2008, puede ser manejado sin

ningún inconveniente.

3. El sistema de bombas reforzadoras en la estación de bombeo Zuata presenta el porcentaje de

disponibilidad más bajo de todos los sistemas

4. Las válvulas de cambio de bache y las de alimentación a las bombas reforzadoras presentan

puntos de mejoras en lo que respecta a un posible mantenimiento mayor o daño mayor

68

Recomendaciones

1. Aumentar la disponibilidad del sistema de crudo diluido con la finalidad de cumplir con lo

establecido en acuerdos entre Petrozuata y la otra Asociación, realizando mejoras al sistema

de bombas reforzadoras

2. Evaluar alternativas operacionales que permita trasegar diluente desde el tanque T-250 sin

tener que utilizar la bomba reforzadora 603-A.

3. Evaluar la adquisición de una válvula con características idénticas a las instaladas en la

alimentación al cabezal de succión de las bombas reforzadoras de manera de reducir el

tiempo de respuesta en caso de un evento no deseado.

4. Evaluar la adquisición de una válvula para el sistema cambio de bache en la estación de

bombeo Jose de manera de reducir el tiempo de respuesta en caso de un evento no deseado.

5. Aplicar las mejoras al sistema de sellos mecánicos en todas las bombas reforzadoras,

considerando el estudio y el sello instalado en la bomba reforzadora P-603-C.

6. Adquirir una bomba completamente armada para garantizar una respuesta, en caso de emergencia, en solo 5 días y evitar perdidas por hasta 61 MM$ debido a indisponibilidad del sistema. Considerar el costo de la bomba completamente armada.

7. Realizar una evaluación CDM a todo el sistema, una vez implementados los cambios para

verificar la disponibilidad real del sistema

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Trabajo Final An lisis RAM Edgar Vergara Marzo2007

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