Análisis estadísticos para la delimitación de inspecciones en circuitos de tuberías

Introducción

En el mundo de la ingeniería y el mantenimiento de infraestructuras, las inspecciones en circuitos de tuberías garantizan la seguridad, la eficiencia y la fiabilidad de estos sistemas. Las fallas en las tuberías pueden tener consecuencias devastadoras, desde interrupciones del servicio hasta incidentes ambientales y de seguridad, identificar de manera proactiva cuándo y dónde se requieren inspecciones se convierte en una prioridad.

Aquí es donde el análisis estadístico emerge como una herramienta poderosa, permitiendo a los ingenieros y técnicos identificar puntos críticos y planificar inspecciones en tuberías con un enfoque basado en datos.

Este artículo destaca la importancia de realizar evaluaciones en circuitos de tuberías, integrando aplicaciones de análisis de datos para inspecciones y estadísticas en este proceso. Exploramos cómo estos métodos estadísticos están transformando el enfoque hacia las inspecciones de tuberías, guiando hacia una administración más eficaz y predictiva de estas infraestructuras esenciales.

Al aplicar técnicas avanzadas, se está redefiniendo la metodología tradicional de inspección, abriendo camino a prácticas que no solo previenen fallas de manera proactiva sino que también optimizan la seguridad y la durabilidad de los sistemas de tuberías.

Importancia de las inspecciones en circuitos de tuberías

Las tuberías son arterias vitales para la industria y la sociedad, transportando desde agua potable hasta productos químicos peligrosos. Sin embargo, como cualquier infraestructura, están sujetas a desgaste, corrosión y daño a lo largo del tiempo. La detección temprana de posibles fallas mediante inspecciones regulares puede evitar consecuencias graves, incluidos daños ambientales, pérdidas económicas significativas y, en el peor de los casos, catástrofes humanitarias.

Realizar inspecciones en circuitos de tuberías de manera eficiente requiere un enfoque que va más allá del mantenimiento rutinario. La identificación de puntos críticos de inspección (son secciones o componentes con mayor riesgo de falla), y el conocimiento preciso de las variables del proceso o servicio que presta, son al menos unas de las herramientas que le permite a las organizaciones dirigir sus recursos de manera efectiva, enfocando esfuerzos de inspección y mantenimiento donde más se necesitan.

Aquí, los análisis estadísticos de datos históricos y operativos se convierten en una herramienta invaluable, proporcionando una base sólida para tomar decisiones informadas sobre la planificación de inspecciones en tuberías.

Fundamentos del análisis estadístico en inspecciones

El análisis estadístico para la delimitación de inspecciones en circuitos de tuberías es un método utilizado para identificar las secciones de un sistema de tuberías que requieren inspección, mantenimiento o reparación.

Algunos operadores definen a estos circuitos lazos de corrosión, y generalmente delimita al circuito o lazo, a la sección de tuberías y equipos que cumplen con especificaciones de diseño y operabilidad similares, por ejemplo: Un circuito de tubería que se ubica entre la descarga de una bomba y va a unos intercambiadores de calor pasando por unos filtros en una refinería, fue diseñado para operar todo el circuito o lazo a la misma temperatura, presión, material de fabricación, espesor de retiro, corrosión permitida y demás especificaciones.

Tomando en cuenta la delimitación del circuito o lazo de corrosión, los análisis estadísticos se basan en la recopilación y evaluación de datos relacionados con el estado y el funcionamiento de esas tuberías y equipos, con el fin de determinar lasprobabilidades de falla o deterioro en distintas partes del sistema para inspeccionar y cuantificar las condiciones bajo esta metodología. A continuacion se presentan los aspectos fundamentales de este modelo:

1. Recopilación de datos

La base de cualquier análisis estadístico eficaz es la recopilación exhaustiva de datos. En el contexto de las tuberías, esto significa registrar meticulosamente todo, desde el material y la edad de las tuberías hasta las condiciones de operación bajo las cuales funcionan. Entonces el primer paso sería recopilar información sobre:

• Tipo de material: Diferentes materiales tienen distintas tasas de corrosión y resistencia.
• Edad de las tuberías: La probabilidad de falla generalmente aumenta con la edad.
• Condiciones de operación: Presión, temperatura y tipo de fluido transportado.
• Historial de mantenimiento y reparaciones: Información sobre intervenciones previas.
• Inspecciones anteriores: Resultados de inspecciones visuales, pruebas de presión, etc.
• Incidentes previos: Registro de fallas, fugas, o cualquier otro tipo de incidentes.

2. Análisis estadístico

Herramientas clave en la gestión de la integridad de sistemas de tuberías, permitiendo a las organizaciones identificar áreas de riesgo potencial y tomar decisiones informadas para su mantenimiento y operación.

Una vez recopilados los datos, se realiza un análisis estadístico para identificar patrones, tendencias y correlaciones. Este análisis puede incluir:

2.1. Análisis en la predicción de fallas

El análisis de datos para inspecciones recopilados durante el proceso de inspección juega un papel fundamental en la identificación de puntos críticos y la planificación de futuras inspecciones. Las técnicas de análisis de datos incluyen:

• Análisis de imágenes: El análisis de imágenes digitales de las tuberías puede ayudar a identificar y caracterizar defectos como corrosión, grietas y deformaciones.

• Análisis de señales: El análisis de señales acústicas, magnéticas o de otro tipo puede ser utilizado para detectar defectos en el interior de las tuberías sin necesidad de acceso directo.

• Análisis de datos históricos: El análisis de datos históricos de inspección puede ayudar a identificar patrones de deterioro y predecir la evolución futura de los defectos.

• Métodos de predicción de fallas: Son técnicas estadísticas o de aprendizaje automático diseñadas para estimar la probabilidad de falla de componentes o sistemas basándose en datos históricos y condiciones operativas. Estos modelos utilizan variables recolectadas, como la edad de las tuberías, tipos de materiales, condiciones ambientales, presiones de operación, y registros de mantenimiento y fallas anteriores, para identificar patrones y correlaciones que puedan predecir futuras fallas.

Las técnicas comunes incluyen la regresión logística, los modelos de supervivencia, y las redes neuronales, entre otros. El objetivo es anticipar problemas antes de que ocurran, permitiendo intervenciones preventivas que minimicen las interrupciones del servicio y reduzcan los costos de reparación

2.2. Análisis de riesgos

En el contexto de sistemas de tuberías se centra en evaluar el riesgo asociado con diferentes secciones del sistema, considerando tanto la probabilidad de falla como las consecuencias potenciales de dicha falla. Este proceso implica dos componentes principales: la evaluación de la probabilidad de que ocurra un evento adverso (como una fuga o ruptura) y la evaluación del impacto que ese evento tendría en términos de seguridad, ambientales, y financieros.

La matriz de riesgo, que cruza la probabilidad de falla con las consecuencias de la falla, ayuda a priorizar las acciones de mitigación y mantenimiento. Por ejemplo, una sección de tubería que transporta sustancias peligrosas cerca de una zona residencial tendría un alto nivel de riesgo si presenta una probabilidad moderada de falla debido a las graves consecuencias potenciales.

Algunos de los métodos estadísticos más utilizados para la evaluación de riesgos en la inspección de tuberías incluyen:

• Análisis de supervivencia: Es un método que se utiliza para estimar la probabilidad de que un defecto no falle durante un período de tiempo determinado.

• Análisis de regresión: Es un método que se utiliza para identificar los factores que influyen en la probabilidad de fallo de un defecto.

• Análisis de Monte Carlo: Es un método que se utiliza para simular el comportamiento de los defectos en el tiempo y estimar la probabilidad de fallo del sistema.

2.3. Análisis de confiabilidad

Se enfoca en estimar la vida útil restante de las tuberías y la confiabilidad del sistema en su conjunto. Utiliza datos históricos y análisis estadísticos para determinar la probabilidad de que las tuberías y sus componentes funcionen correctamente bajo condiciones normales de operación durante un período de tiempo especificado.

Video explicativo de cómo determinar la fecha de la próxima inspección, y vida remanente en tuberías según API 570. (Video cortesía de Sharky Training & Consulting Inc.)

Este análisis puede basarse en modelos de tasa de falla, como el modelo de Weibull, que considera cómo la probabilidad de falla cambia con el tiempo y bajo diferentes condiciones. Entender la confiabilidad y la vida útil restante es fundamental para la planificación de reemplazos y renovaciones, así como para establecer programas de mantenimiento preventivo que aseguren la operación continua y segura del sistema.

Estos análisis, cuando se implementan juntos, ofrecen una visión comprensiva de la gestión de la integridad de los sistemas de tuberías, permitiendo a las organizaciones tomar decisiones basadas en datos para optimizar el rendimiento, extender la vida útil de los activos, y asegurar la seguridad y la protección ambiental.

3. Delimitación de inspecciones

Con base en el análisis estadístico, se identifican los circuitos y las secciones del sistema de tuberías que presentan un mayor riesgo de falla o que están cerca de alcanzar el final de su vida útil esperada. Esto permite priorizar las inspecciones y el mantenimiento en las áreas que realmente lo necesitan, optimizando los recursos disponibles y reduciendo el riesgo de incidentes. La delimitación de inspecciones puede implicar:

Identificación del circuito a inspeccionar: La identificación de circuitos o puntos críticos se basa en el análisis detallado de los datos recopilados. Utilizando herramientas de análisis de riesgos, como el Análisis de Modos de Falla y Efectos (FMEA), los expertos pueden determinar qué secciones de la tubería tienen las mayores probabilidades de fallar y las consecuencias potenciales de tales fallas.

Por ejemplo, una sección de tubería que atraviesa un área ecológicamente sensible podría clasificarse como un punto crítico debido a las altas consecuencias ambientales de una posible fuga, aun cuando su probabilidad de falla sea moderada.

Selección de técnicas de inspección: Dependiendo de los riesgos identificados, se pueden seleccionar de las pruebas no destructivas, los métodos de inspección y las técnicas de inspección específicas que apliquen. Por ejemplo con el método de Ultrasonido, aplicar la técnica pulso-eco para medición de espesores, la técnica PAUT en defectologia, inspecciones visuales, entre otras. En la fig. 2 se puede apreciar la inspección de una sección de tubería utilizando un 3D Scanner.

Planificación de Inspecciones en Tuberías: Armados con un entendimiento profundo de los puntos circuitos y puntos críticos y las probabilidades de falla, los responsables pueden planificar de manera más efectiva. Esto no solo implica decidir cuándo y dónde inspeccionar sino también seleccionar las técnicas de inspección más apropiadas para cada caso.

Por ejemplo, para una tubería con alto riesgo de corrosión interna, una inspección por ultrasonido podría ser más indicada que una inspección visual externa. Esta aproximación basada en datos asegura que los recursos limitados

• Programación de apoyo al mantenimiento preventivo: Establecimiento de un calendario para el mantenimiento basado en la prioridad y el riesgo.
• Planificación de reemplazos: Identificación de secciones que requieren reemplazo debido a su estado de deterioro avanzado.

Este enfoque estadístico para la delimitación de inspecciones ayuda a garantizar la seguridad y eficiencia de los sistemas de tuberías, permitiendo a las organizaciones tomar decisiones informadas basadas en datos concretos.

4. Limitaciones del análisis estadístico

Es importante tener en cuenta que el análisis estadístico no es una herramienta infalible. Algunas de las limitaciones de este análisis incluyen:

• La calidad de los datos: La precisión y confiabilidad de los datos históricos de inspección es fundamental para obtener resultados confiables.

• La complejidad del sistema: Los modelos estadísticos pueden no ser capaces de capturar todas las variables que influyen en la probabilidad de fallo de un defecto.

• La incertidumbre del futuro: Los modelos estadísticos se basan en datos históricos y no pueden predecir eventos futuros con total certeza.

5. Beneficios del análisis de datos para inspecciones

Los beneficios del análisis de datos para inspecciones de tuberías incluyen:

• Mejora de la eficiencia de las inspecciones: El análisis de datos puede ayudar a identificar las áreas que requieren inspección prioritaria, lo que permite optimizar el uso de recursos.
• Reducción de costos: El análisis de datos puede ayudar a evitar inspecciones innecesarias en áreas de bajo riesgo, lo que reduce los costos de inspección.
• Mejora de la seguridad: El análisis de datos puede ayudar a identificar puntos críticos con mayor probabilidad de fallo, lo que permite tomar medidas preventivas para evitar accidentes.
• Mejora de la confiabilidad del sistema: El análisis de datos puede ayudar a identificar y corregir las causas de los defectos, lo que mejora la confiabilidad del sistema de tuberías

Conclusión y futuras direcciones

Los análisis estadísticos para la delimitación de inspecciones en circuitos de tuberías se están estableciendo como una práctica estándar en la industria para su delimitación, al permitir una identificación de puntos críticos y una planificación de inspecciones en tuberías basada en el riesgo.

Mediante la aplicación de técnicas estadísticas y de análisis de datos, las organizaciones pueden ahora predecir con mayor precisión la probabilidad de fallas, identificar puntos críticos con un alto riesgo de deterioro y optimizar sus programas de inspección y mantenimiento. Este enfoque no solo mejora la seguridad y la eficiencia operativa sino que también contribuye a una gestión más sostenible y económica de los recursos.

El valor del análisis estadístico reside en su capacidad para transformar grandes volúmenes de datos brutos en información accionable. Al integrar datos históricos, operacionales y de inspección, los modelos estadísticos permiten a los ingenieros discernir patrones y tendencias que serían imposibles de detectar mediante métodos tradicionales. Esto conduce a una mejor comprensión de las condiciones de las tuberías y a decisiones más informadas sobre dónde, cuándo y cómo realizar inspecciones y mantenimiento preventivo.

¡Descubre cómo prevenir fallas ahora!

Referencias

• API 570: Piping Inspection Code
• ASME B31.G: Manual for Determining the Remaining Strength of Corroded Pipelines
• NACE International Standard RP0285-2002: Standard Practice for Corrosion Control of Underground Storage Tank Systems
• ISO 17636:2017: Ensayos no destructivos de soldaduras.
• API 574: Practicas para Inspección de Tuberías.
• Predictiva 21. Determinación y optimización de áreas para monitoreo de condición (CML’s)