Los recursos energéticos son vitales para el desarrollo de las naciones y, dado que la demanda de estos se incrementa constantemente, es necesario recurrir a distintas fuentes proveedoras. El petróleo, en particular, es un recurso que necesita del empleo de oleoductos para su transporte, los cuales, en muchos casos, se encuentran distribuidos en grandes zonas geográficas. Asimismo, este recurso demanda una alta seguridad en su transporte desde las zonas de extracción hasta las zonas de procesamiento, pues un ocasional derrame de petróleo puede provocar daños al medio ambiente (incluyendo áreas protegidas), perdida de materiales y exposición a peligro a las personas. La solución a este problema podría lograrse empleando sistemas de diagnóstico de fallas, los cuales pueden resultar más eficientes, expeditivos y de bajo costo en comparación con las técnicas tradicionales de supervisión periódica de la red de transporte por parte de operarios asignados a esta tarea. Por las razones expuestas, en este proyecto se propone el desarrollo de un sistema de diagnóstico de fallas basado en modelos con un arquitectura distribuida para fines de detección y localización de fallas de acuerdo a requerimientos de sensibilidad, precisión y tiempo para un sistema de transporte de hidrocarburos distribuido geográficamente. Las fallas consideradas son de planta (fugas en las tuberías), en sensores y en actuadores. De esta forma, esta investigación aplicada hará uso de los recientes logros en investigación teórica alcanzados por el Grupo de Control y Automatización de la PUCP. Como resultado, el sistema desarrollado garantizará soluciones con altas prestaciones de diagnóstico de fallas, que incrementarán la seguridad en el transporte de hidrocarburos y evitarán daños al medio ambiente, pérdida de recursos materiales y exposición a peligro a las personas.

En las redes de transporte de hidrocarburos, las fugas, obstrucciones, rupturas de ductos, fallas en bombas, etc. Causan un comportamiento anormal de la red, la que debe localizarse rápidamente para evitar un mayor daño posible al medio ambiente, a los recursos materiales y a los usuarios del servicio, etc. El caso de estudio es del Oleoducto Norperuano, el cual ha sufrido 20 roturas en los últimos 5 años (OEFA, 2016). Las técnicas tradicionales de detección de fallas en sistemas de transporte de hidrocarburos utilizan usualmente cálculos de estado estacionario o métodos periódicos de inspección de la red, los cuales no son capaces de diagnosticar las posibles fallas en tiempos razonables, considerando que muchas veces las redes se encuentran distribuidas en zonas geográficas agrestes, bajo tierra e incluso bajo agua (Zhang, 2014).

Los sistemas (las redes) de transporte de hidrocarburos que se encuentran distribuidos geográficamente a lo largo de distancias que se extienden cientos de kilómetros, tal como es el caso de oleoductos, demandan una alta seguridad en el traslado de petróleo desde las zonas de extracción hasta las zonas de procesamiento. Lo anterior, dado que un ocasional derrame de petróleo puede provocar daños al medio ambiente (incluyendo áreas protegidas), perdida de materiales y exposición a peligro a las personas. En particular, el Oleoducto Norperuano, con una red que pasa por una geografía accidentada, ha exhibido fallas constantes que han ocasionado derrames de petróleo. En este caso, la realidad ha demostrado que las fugas suscitadas (20 en los últimos 5 años (OEFA, 2016)) han producido derrames de miles de barriles de petróleo, los cuáles, al no ser detectados en un tiempo razonable, han afectado severamente los recursos de la población y el medio ambiente.

La solución de este problema podría lograrse empelando sistemas de diagnóstico de fallas, los cuales pueden resultar más eficientes, expeditivos y de bajo costo (Khorasgani , 2015; Soldevila, 2016) en comparación con las técnicas tradicionales de supervisión periódica de la red de transporte por parte de operarios asignados a esta tarea. Por otro lado, los sistemas de diagnóstico actuales en el mercado no garantizarían (en el caso de oleoductos) la solución de este problema, pues no cumplen con los requerimientos en sensibilidad, precisión y tiempo, dado que sus diagnósticos de fallas están basados en arquitecturas centralizadas (incluso aquellas que emplean tecnologías de “control distribuido”). Ello sucede porque al carecer de diagnosticadores locales no es posible actuar con la eficiencia y rapidez necesarias para garantizar un tiempo razonable de detección y localización, lo cual provoca que las fugas sean detectadas cuando alcanzan valores considerables.

Por las razones expuestas, que evidencian una necesidad, se propone el desarrollo de un sistema de diagnóstico de fallas con arquitectura distribuida para una red de transporte de hidrocarburos, el cual será una investigación aplicada que hará uso de los recientes logros en investigación teórica alcanzados por el Grupo de Control y Automatización de la PUCP (Peréz, 2015; Peréz, 2016; Peréz, 2017; Peréz, 2018). El sistema propuesto, basado en arquitectura distribuida de sus subsistemas, con diagnosticadores locales (algoritmos de diagnóstico diseñados con programación dinámica) y una red de datos, garantizará soluciones con altas prestaciones de diagnóstico de fallas en una red de transporte de hidrocarburos distribuida. El software de supervisión a diseñar permitirá que los operadores tengan acceso en línea a información del comportamiento actual de la red de transporte de hidrocarburos y puedan enterarse, mediante alarmas, de las ocurrencias de fallas en la red mencionada.

Para el caso de los requerimientos del Oleoducto Norperuano, el sistema que se desarrollará en esta investigación deberá garantizar que las fallas sean detectadas de acuerdo a una sensibilidad mínima (0.1 % caudal nominal) y localizadas con una precisión razonable (+/- 50 metros); asimismo, a pesar de que den en lugares lejanos de los centros de control y supervisión principal, la detección será en tiempo real, dado que se enviarán las alarmas al diagnosticador local asignado.

Modalidad de proyecto: Proyecto de investigación multidisciplinario

Son propuestas de investigación aplicada o desarrollo tecnológico con objetivos y actividades multidisciplinarias. Participan, por lo menos, dos grupos de investigación de diversas disciplinas, ya sea de la misma o diferente entidad.

Los proyectos deben ser presentados de manera asociativa (con una o más entidades asociadas).

La conformación mínima es la siguiente:

• Un investigador principal
• Dos coinvestigadores (uno por cada grupo de investigación)
• Dos tesistas de posgrado
• Un gestor tecnológico
• Un coordinador administrativo

Nota: se debe contar con la participación de, por lo menos, un investigador de una institución proveniente de alguna región del interior del país.

Tipo de proyecto: Investigación aplicada

Subsector: Energía

Sector: General

Lugar de ejecución del proyecto: Lima

Fecha de inicio:  01/12/2018

Fecha de cierre:  01/12/2021

Plazo de ejecución (meses): 36

Objetivo principal

Desarrollo de un sistema de diagnóstico de fallas basado en modelos con arquitectura distribuida para fines de detección y localización de fallas de acuerdo a requerimientos (sensibilidad, precisión y tiempo), aplicado a un sistema de transporte de hidrocarburos distribuido geográficamente. Las fallas consideradas son de planta (fugas en las tuberías), en sensores y en actuadores. Este sistema permitirá incrementar la seguridad y evitará daños al medio ambiente, pérdida de recursos materiales y exposición a peligro a las personas.

Objetivo específico 1

Obtención de modelos de diagnóstico y desarrollo de un algoritmo eficiente para la detección y localización de fallas en sistemas distribuidos geográficamente

Objetivo específico 2

Diseño e implementación de una maqueta de ensayo para emular, procesar y diagnosticar fallas

Objetivo específico 3

Desarrollo de metodología para diagnóstico de fallas en sistema de transporte de hidrocarburos y propuesta para su implementación práctica

Objetivo específico 4

Diseño de un software de supervisión con diagnóstico de fallos para sistemas distribuidos geográficamente

Institución responsable del proyecto

Pontificia Universidad Católica del Perú

RUC: 20155945860

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Privado

Tipo de organización: Sin fines de lucro

Departamento: Lima

Provincia: Lima

Distrito: San Miguel

Dependencia:s: Grupo de Investigación en Ingeniería de Control y Automatización

Institución asociada

Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco

RUC: 20172474501

Tipo de entidad: Universidades que se encuentren licenciadas o en proceso de licenciamiento por la SUNEDU

Régimen: Público

País: Perú

Departamento: Cusco

Provincia: Cusco

Distrito: Cusco

Investigador principal

Nombres: Juan Javier

Apellido paterno: Sotomayor

Apellido materno: Moriano

Grado académico: Doctorado

Nombre del grado académico: Doctor en Ingeniería

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Grupo de Investigación en Ingeniería de Control y Automatización

Coinvestigadores

Nombres: Carlos Gustavo

Apellido paterno: Pérez

Apellido materno: Zúñiga

Grado académico: Doctorado

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Dependencia: Grupo de Investigación en Ingeniería de Control y Automatización

Nombres: Wilber Eulogio

Apellido paterno: Pinares

Apellido materno: Gamarra

Grado académico: Magister

Entidad: Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco

Dependencia: Grupo de Investigación en Procesos Petroquímicos

Tesistas

Nombres: Tesista no identificado 1

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 2

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 3

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Maestría

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Tesista no identificado 4

Apellido paterno: –

Apellido materno: –

Tipo de tesis: Licenciatura

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Gestor tecnológico

Nombres: Lizeth

Apellido paterno: López

Apellido materno: –

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Coordinador administrativo

Nombres: Janet Marisol

Apellido paterno: Gonzales

Apellido materno: Ramos

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Asistentes de investigación

Nombres: Mario Antonio

Apellidos: Soto Angles

Entidad: Pontificia Universidad Católica del Perú

Nombres: Franklin

Apellidos: Salas Camacho

Entidad: Universidad Nacional de San Antonio Abad del Cusco

Rubros financiables

• Recursos humanos (hasta 50% del monto financiado)

1. Incentivo monetario para el investigador principal y coinvestigadores: no debe sobrepasar el máximo de S/ 2,000 mensuales por investigador.
2. Pago a los tesistas: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,500 mensuales por tesista.
3. Pago al personal técnico o asistente de investigación: no debe sobrepasar el máximo de S/ 1,000 mensuales por técnico.
4. Honorarios o incentivos para un gestor tecnológico: no debe de sobrepasar el máximo de S/. 1,500 mensuales.

• Equipos y bienes duraderos (hasta 20% del monto financiado)

Corresponde a la adquisición de equipos menores para el proyecto de investigación.

• Materiales e insumos

1. Materiales, insumos, reactivos, accesorios, componentes electrónicos o mecánicos, bienes no inventariables.
2. Material bibliográfico, tales como manuales, bases de datos, libros especializados, otros, y/o suscripciones a redes de información (en físico o electrónico).
3. Software especializado para el desarrollo de los proyectos de investigación.

• Viajes

Corresponde a los gastos de viajes relacionados a actividades propias del proyecto de investigación.

Los gastos que aplican para este rubro son los siguientes:

1. Pasajes: terrestres, aéreos, nacionales e internacionales, en clase económica.
2. Viáticos: comprenden los gastos por concepto de alimentación, hospedaje y movilidad (hacia y desde el lugar de embarque), así como el desplazamiento en el lugar donde se realizan las actividades. El concepto de viáticos es aplicable para estancias cuya duración sea menor a los quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en el Anexo 2.
3. Manutención: comprenden los gastos de alojamiento, alimentación y movilidad local durante su permanencia en el lugar sede del objeto del beneficio otorgado, o desplazamientos relacionados con el mismo. El concepto de manutención es aplicable siempre que se trate de una estancia cuya duración sea mayor o igual a quince (15) días calendario, considerando los topes máximos diarios detallados en la convocatoria.
4. Seguro de viaje: el seguro es de carácter obligatorio y su valor debe estar de acuerdo al precio de mercado. La cobertura típicamente incluye gastos médicos de emergencia, muerte accidental, invalidez e imprevistos logísticos durante el viaje (retraso de vuelos, demora o pérdida de equipaje, robos, etc.). El precio del seguro puede variar en función a la edad, duración del viaje y el destino. Se puede financiar hasta un máximo de S/ 2,000.

• Servicios de no consultoría.

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades de índole técnica especializada, consideradas como críticas para lograr el buen resultado del proyecto de investigación: servicios de laboratorio, colección de datos, procesamiento de muestras, análisis y diseño.

• Otros servicios

Corresponde a los gastos de contratación de personas naturales o jurídicas para la ejecución de actividades complementarias del proyecto de investigación, tales como:

1. Actividades de difusión:

1. Gastos de organización de taller de cierre del proyecto.
2. Costo de publicación de artículos en revistas indizadas.

• Costo de inscripción para participar en eventos o para discutir los resultados con personal interesado o calificado.

1. Actividades complementarias de la investigación:

1. Gastos de importación y desaduanaje de materiales, insumos o equipos relacionados al proyecto de investigación que se adquieran en el extranjero.
2. Gastos relacionados a la obtención del título o grado.

• Gastos relacionados a la solicitud de patentes.

1. Gastos de mantenimiento correctivo para los equipos adquiridos u otro equipo de laboratorio que deba usarse en el proyecto.

• Gastos de gestión (hasta 10% del monto financiado)

Corresponde al incentivo monetario para el coordinador administrativo, útiles de oficina y servicios de imprenta.