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Argumento Económico Para el Uso de Plantas Virtuales
By Noelle Weymer
Product: Mimic Simulation

Un Gerente de planta de proceso tienen a su disposición, en Mimic, una poderosa herramienta para solucionar los retos operativos. La planta virtual es una tecnología probada que permite a las plantas de proceso enfrentar los problemas y retos operativos.

Tiempos difíciles para gerentes de operaciones de plantas de proceso.
Tiempos difíciles para gerentes de operaciones de plantas de proceso.

El crecimiento en la industria del petróleo y gas está impulsando al renacimiento de las industrias de proceso norteamericanas y el mundo entero. Con el gas natural a bajo costo, y este siendo la materia prima en la producción del etano, propano y butano, ha ofrecido un impulso económico substancial a la industria química.

El Consejo Estadounidense de Química predice una inversión de capital de $72 Billones para el año 2020 en más de 100 proyectos nuevos de plantas químicas. En los estados Unidos esta inversión se calcula a producir 500.000 empleos. Fuera de los Estados Unidos estas cifras pueden ser sobrepasadas. La mayoría de estos empleos en dentro de operaciones de plantas.

Gracias a este crecimiento, los gerentes de operaciones en plantas de proceso tienen enfrente retos técnicos y económicos en lo referente a la seguridad del trabajador, la administración del medio ambiente, mantener a la planta activa y productiva y conservación de recursos, muy aparte de las actividades normales de operación.

Reto no. 1: La bomba de tiempo demográfica

¿Quién va a operar la planta de proceso en el futuro?

El término “bomba de tiempo demográfica” se usa para describir la próxima crisis en la industria de proceso para encontrar personal de operaciones experimentado. El Departamento del Trabajo de los Estados Unidos reporta que la edad promedio de los trabajadores de la industria de la energía es superior a 50 años. Se anticipa que la mitad de la fuerza de trabajo actual (500,000 trabajadores) se jubilara en los próximos cinco a diez años, y se llevará consigo su irremplazable conocimiento y experiencia.

Los operadores mayores dependían de habilidades y experiencia mecánicas, mientras que los operadores jóvenes son adeptos a usar la tecnología en su trabajo. Los operadores del pasado que podrían diagnosticar el estado de un compresor mediante el sonido están siendo reemplazados por una nueva generación más cómoda detrás de una pantalla de computadora.

Reto no. 2: Siete años para llegar a ser un operador competente

¿Cuánto tiempo se necesita para educar y desarrollar a un operador competente?

Un estudio de Oil and Gas Jornal establece que se necesita un promedio de siete años para que los nuevos empleados sean suficientemente competentes para tomar o recomendar decisiones de riesgo adecuadas. Esta cifra de siete años está en conflicto con la duración prevista promedio del empleado de solo cinco años en un puesto. En muchas plantas de proceso, el personal operativo busca su siguiente puesto antes de ser completamente competente en su puesto actual. Fuera de los Estados Unidos, estos estudios son semejantes.

Historialmente, las plantas petroquímicas y de energía ya han estado en riesgo debido a la falta de operadores calificados. Una planta de fertilizante en el Medio Oeste de los Estados Unidos aseguró que si perdía uno más de sus operadores experimentados, perderían la habilidad de mantener en funcionamiento la planta. El cierre de la planta dependía de un solo operador.

Reto no. 3: La automatización ahorra dinero y agrega complejidad

Implementar la tecnología moderna de automatización ofrece un excelente retorno a la inversión y puede usarse para operar plantas con mayor eficiencia.

Sin embargo, en una planta altamente automatizada, el rol del operador es diferente y más difícil. El operador ahora tiene que monitorear un sistema sofisticado y tomar decisiones del estado y el desempeño del proceso completamente a base de información. La consola del operador en la sala de operaciones se convierte en la única ventana para el proceso.

Además, puesto que el sistema y el proceso son mucho más confiables, los operadores rara vez, o nunca, pueden ver condiciones anormales del proceso, y con el tiempo pueden perder rápidamente habilidades críticas necesarias para responder en forma correcta. Esto suele dar como resultado condiciones operativas gravemente arriesgadas. Hay estudios que muestran que la causa principal de paras no planeadas son por errores del operador

Estas situaciones son reales y no pueden ignorarse. La simulación dinámica del ciclo de vida con la planta virtual es una tecnología ya probada para ayudar a los operadores a atender estos retos de seguridad y económicos.



¿Si es necesario la simulación de vuelo: por qué no la simulación de operaciones?


Ninguno de nosotros desea abordar un avión con un piloto poco entrenado. ¿Por qué entonces se permite operar nuestras plantas con un operador poco capacitado? Para preparar a un piloto de línea aérea comercial para que opere una nueva aeronave, se necesitan semanas de entrenamiento en un simulador de vuelo, así como horas de instrucción y estudio después de cierto número de horas de vuelo

¿No desearíamos que los operadores de nuestras plantas de proceso tuvieran el mismo tiempo de preparación antes de manejar nuestros complicados procesos? En un aeroplano, el piloto típico tiene más de 100 variables que manejar desde su cabina. Al comparar esta responsabilidad con la de un operador de planta, no es poco común que un operador de planta maneje más de 1.000 variables.

¿Existe evidencia del valor del uso de la simulación dinámica? En una encuesta de World Oil Online con usuarios de simulación dinámica reportó un aumento promedio de 31 % de la efectividad del operador. La misma encuesta atribuyó un total de ahorros promedio de $15.3 millones debido al uso del simulador.

Obstáculos para el uso de la simulación

¿Y por qué no todas las plantas de proceso usan un simulador dinámico? En primer lugar, las soluciones que se ofrecen en la industria son difíciles de usar y requieren amplia adaptación. En la misma encuesta de World Oil Online, 52 % de los participantes dijeron que rara vezo nunca actualizaron su simulador porque necesitaba demasiado tiempo y dinero.

Además, el simulador rara vez se crea para dar apoyo al sistema de automatización y la mejora operativa. En resumen el simulador rara vez es usado a su completo potencial. El simulador es tan efectivo como herramienta de capacitación de operadores, como es de encontrar fallas potencialmente catastróficas en el sistema de automatización u operación de la planta.

Como ejemplo de lo ante dicho, recientemente, en una planta química en el área de Houston, Texas, en un proceso diseñado a estar en operación constante, hubo la necesidad de parar el proceso después de 20 años de operación. La planta fue diseñada de manera que pudieran llevarse a cabo mantenimiento y mejoras sin parar, eliminando así la necesidad de un arranque en frío.

En la misma planta, hubo una rotación de operadores, la cual ocasionó la necesidad de validar sus procedimientos de arranque. Trabajamos con ellos en una simulación dinámica que les permitió verificar sus procedimientos de arranque, incluyendo el arranque en frío. En medio de estos ensayos con el simulador, se descubrió que ninguno de los operadores podía arrancar la planta en el simulador. Al hacer un análisis de lo acontecido, el equipo de ingeniería descubrió complicaciones muy significativas en la automatización. Estas complicaciones inherentes en sistema de control impedían que arrancaran la planta. El uso del simulador dinámico les permitió corregir el sistema de control y verificar los procedimientos de arranque.

Las plantas de proceso necesitan una planta virtual

La mejor forma de inversión en una planta virtual es hacer uso de lo que previamente está diseñado y es parte de la planta. Como ejemlo, hacer uso de las mismas y exactas gráficas, alarmas y controles que se usan en el sistema de control. Al seguir este ritmo de cooperación técnica, el operador trabaja

en la réplica exacta del sistema que existe en la sala de operaciones. De esta forma se usa un modelo dinámico en tiempo real de la instrumentación virtual que está conectada al sistema de control (I/O). El operador y el sistema de control parecen estar controlando el proceso real. Como valor añadido, la solución completa se implementa en un ambiente de red internet virtual y privada. Al usar la planta virtual, el usuario tiene ahora una herramienta eficaz para reducir los riesgos de automatización y operación de la planta. Dentro de estos riesgos se incluyen:
  • Errores y problemas ocultos en el software de la aplicación del sistema de automatización
  • Acciones inapropiadas por los operador.
  • Inactividad de los operadores cuando existe la necesidad de su intervención.
  • Procedimientos operativos erróneos o incompletos.

Al validar el sistema de automatización y capacitación de los operadores con una planta virtual, es fácil llegar a la conclusión que su inversión es rápidamente retornable.

Resultados para la empresa del ciclo de vida

La planta virtual ofrece excelentes retornos, en particular cuando estos son adaptados desde el comienzo de vida de la planta. En un proyecto capital pueden obtenerse beneficios adicionales en la operación de la planta, seguridad, medio ambiente, reglamentación, capacitación del operador y optimización del proceso.

  • Las mejoras del control del proceso pueden desarrollarse, probarse y demostrarse sin afectar la operación o la producción de la planta real. Cuando se implementa correctamente, la configuración del sistema de control desarrollado en el simulador dinámico puede exportarse directamente al sistema de automatización del proceso, minimizando así el riesgo operativo. Los usuarios reportan ahorros de arranque del sistema de semanas o incluso meses con retornos de $500.000 a $5.000.000.

  • La capacitación de operadores en procedimientos de operaciones, arranque y paro del proceso, y en eventos arriesgados o infrecuentes del proceso, puede lograrse sin afectar el proceso operativo. Las plantas de proceso operan a su optimo diseño, con menos paros no planeados, lo que resulta en ahorros operativos de $1,000,000 al año o mayores.

  • La evaluación de operadores Aprendices o Veteranos puede hacerse en escenarios de entrenamiento pre-desarrollados. Los requerimientos de competencia en operaciones pueden establecerse y reforzarse con sesiones de capacitación repetibles, cuantificables y documentables. Los operadores capacitados cometen menos errores. Al evitar alteraciones o paros de la planta de proceso puede ahorrarse de $500.000 a $1.000.000 por cada incidente.

  • Pueden realizarse estudios de optimización y modificación en el simulador dinámico, lo que ofrece a los ingenieros de proceso una herramienta que modela con precisión las dinámicas de proceso no vistas en modelos de diseño en estado de equilibrio. Los cambios de proceso con mejoras de control pueden probarse completamente antes de empezar la construcción, lo que reduce la repetición de trabajo y los tiempos de arranque. Las estrategias de control avanzadas se prueban, se ajustan y se validan fuera de línea, lo cual reduce pérdidas operativas de $100.000 a $500’000. Evaluar nuevos procedimientos operativos para diferentes condiciones puede resultar en ahorros operativos de 1 a 2 %, o de $1.000.000 a $2.000.000 por año.

  • Puede desarrollarse documentación de proceso y reglamento en el simulador dinámico sin afectar la operación del proceso. Un usuario reporto ahorros operativos de $1.000.000 por año al usar la planta virtual para documentación reglamentaria desarrollada.

Las operaciones de planta necesitan la planta virtual

Los beneficios están comprobados. Las plantas que incorporan la planta virtual en su planeación de automatización y operaciones ahorran tiempo y dinero. En esta época donde los retos económicos y funcionales están cambiando diariamente, las operaciones de planta necesitan soluciones probadas y comprobadas que les permita prosperar, y en muchos caso a sobrevivir.

Si usted administra u opera una planta de proceso, necesita una planta virtual. El software de simulación de Mimic fue desarrollado para ofrecer la planta virtual en forma rápida y fácil en un ambiente flexible e intuitivo. Nuestro objetivo es extender los beneficios de simulación durante el ciclo completo de vida de una planta.