Las refinerías chilenas operan en un contexto único a nivel mundial, donde la combinación de exigentes normativas de seguridad de la Superintendencia de Electricidad y Combustibles (SEC) y la necesidad de resistencia sísmica crean desafíos técnicos que van más allá de los estándares internacionales convencionales. ENAP Refinerías, con sus instalaciones Aconcagua en Concón (102,000 barriles diarios) y Bío-Bío en Hualpén (116,000 barriles diarios), opera una capacidad total de refinación de 220,000 barriles diarios, representando más del 80% de la capacidad de refinación del país, en una región que experimenta actividad sísmica constante y está sujeta a algunas de las regulaciones de seguridad industrial más estrictas de Latinoamérica.
La experiencia del terremoto de 2010, que alcanzó 8.8 grados de magnitud y afectó las operaciones de las refinerías ENAP, estableció un precedente que ha influido profundamente en los estándares de diseño sísmico para instalaciones industriales críticas en Chile. Como informó Reuters en julio de 2010, ambas refinerías de ENAP tuvieron que suspender operaciones temporalmente debido al terremoto, requiriendo importaciones adicionales de combustibles mientras se restablecía la capacidad total. Esta realidad, combinada con la evolución continua de las normativas SEC que rigen la seguridad en instalaciones de combustibles, ha creado un ambiente regulatorio donde la automatización no es simplemente una mejora operacional, sino una necesidad fundamental para el cumplimiento y la continuidad operacional.
El marco regulatorio chileno presenta características específicas que deben ser integradas en cualquier estrategia de modernización de refinerías. La norma NCh433 para diseño sísmico de estructuras, combinada con los requisitos específicos de la SEC para sistemas de seguridad en instalaciones de combustibles, establece un conjunto de requerimientos que van más allá de los códigos API o ASME tradicionalmente utilizados en la industria petrolera internacional.
El entorno sísmico chileno y sus implicaciones operacionales
Chile se encuentra ubicado sobre una de las zonas sísmicamente más activas del planeta, con el encuentro de las placas de Nazca y Sudamericana generando actividad sísmica constante que incluye tanto microsismos diarios como eventos mayores que pueden superar los 8.0 grados de magnitud. Esta realidad geológica significa que cualquier sistema de automatización implementado en refinerías chilenas debe ser diseñado no solo para operar durante condiciones sísmicas, sino también para proporcionar funciones críticas de seguridad durante y después de eventos sísmicos significativos.
La refinería Bío-Bío, ubicada en Hualpén en la región del Biobío que históricamente ha experimentado algunos de los terremotos más intensos registrados en Chile, ejemplifica los desafíos únicos que enfrentan las instalaciones industriales en este entorno. Durante el terremoto de 2010, la capacidad de los sistemas de control para ejecutar secuencias automatizadas de paro de emergencia fue crítica para prevenir incidentes mayores, demostrando la importancia de sistemas de automatización diseñados específicamente para resistir y operar durante eventos sísmicos.
Los códigos de diseño sísmico chilenos requieren que los sistemas críticos de seguridad mantengan su funcionalidad durante eventos sísmicos significativos, lo que representa movimientos de suelo considerablemente superiores a los considerados en la mayoría de estándares internacionales. Esta exigencia afecta no solo el diseño mecánico de los sistemas de automatización, sino también la filosofía de control y las estrategias de respuesta ante emergencias.
La variabilidad en las características del suelo a lo largo de Chile, desde el suelo rocoso en algunas áreas del norte hasta los suelos sedimentarios más blandos en el sur, requiere enfoques diferenciados en el diseño de sistemas de automatización. Las refinerías deben considerar no solo la intensidad sísmica esperada, sino también las características específicas de amplificación del suelo en sus ubicaciones particulares.
Marco regulatorio SEC: Más allá de los estándares internacionales
La Superintendencia de Electricidad y Combustibles de Chile ha desarrollado un marco regulatorio que incorpora lecciones aprendidas de décadas de experiencia operacional en un entorno sísmicamente activo, combinando elementos de estándares internacionales con requisitos específicos adaptados a la realidad chilena. Como organismo dependiente del Ministerio de Energía, la SEC tiene la misión de vigilar la adecuada operación de los servicios de electricidad, gas y combustibles, en términos de su seguridad, calidad y precio.
Los requisitos SEC para sistemas de paro de emergencia establecen tiempos específicos de respuesta que deben ser verificables bajo condiciones normales y sísmicas. Estos requisitos incluyen no solo la velocidad de respuesta de válvulas individuales, sino también la coordinación de secuencias de paro que pueden involucrar múltiples válvulas operando en secuencia específica para minimizar riesgos durante emergencias.
Las exigencias de redundancia establecidas por la SEC van más allá de la simple duplicación de componentes, requiriendo que los sistemas críticos mantengan funcionalidad incluso ante la falla simultánea de múltiples componentes que podrían verse afectados por un evento sísmico común. Esta aproximación de “falla de modo común” requiere diseños de sistema que consideren cuidadosamente la independencia física y funcional de sistemas redundantes.
Los protocolos de prueba y verificación requeridos por la SEC incluyen verificaciones específicas que deben ser documentadas y repetidas periódicamente. Estos protocolos requieren que los sistemas de automatización incluyan capacidades de autodiagnóstico que puedan verificar la integridad del sistema después de eventos sísmicos sin requerir pruebas manuales extensivas que podrían ser peligrosas en el contexto post-sismo.
Sistemas de control antisísmicos: Diseño para la resiliencia
El diseño de sistemas de control que puedan operar efectivamente durante y después de eventos sísmicos requiere una aproximación integral que considere desde la selección de componentes hasta la filosofía de control y las estrategias de respuesta ante emergencias. Los sistemas de control implementados en refinerías chilenas deben incorporar características específicas de resistencia sísmica que van más allá de los requerimientos típicos para aplicaciones industriales convencionales.
Los gabinetes y envolventes para sistemas de control deben ser diseñados para resistir no solo las aceleraciones sísmicas directas, sino también los movimientos diferenciales que pueden ocurrir entre diferentes puntos de una instalación durante un terremoto. Esta consideración requiere sistemas de montaje flexibles que puedan acomodar movimientos relativos sin comprometer la integridad de las conexiones eléctricas o de comunicación.
Los sistemas de alimentación eléctrica para instrumentación crítica deben incluir provisiones para mantener operación durante interrupciones de suministro eléctrico que frecuentemente acompañan eventos sísmicos mayores. La implementación de sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) con capacidad extendida y sistemas de generación de respaldo automático es fundamental para asegurar que los sistemas de seguridad mantengan funcionalidad cuando más se necesitan.
La filosofía de control antisísmica debe considerar que durante un evento sísmico, múltiples variables de proceso pueden cambiar simultáneamente debido a efectos mecánicos directos del movimiento del suelo. Los sistemas de control deben ser capaces de distinguir entre variaciones de proceso causadas por efectos sísmicos directos y aquellas que indican problemas operacionales reales que requieren intervención automática.
Válvulas de paro de emergencia sísmicamente calificadas
Las válvulas de paro de emergencia (ESDV) y de aislamiento por blowdown (EBDV) en refinerías chilenas deben cumplir con requisitos únicos que combinan la funcionalidad tradicional de estas válvulas con la capacidad de operar bajo condiciones sísmicas. Estas válvulas representan la última línea de defensa durante emergencias y deben mantener su funcionalidad incluso cuando otros sistemas puedan verse comprometidos por efectos sísmicos.
Los actuadores para estas válvulas deben ser calificados sísmicamente no solo para resistir las aceleraciones del terremoto, sino también para mantener su capacidad de operación durante el evento. Esto requiere diseños especiales de actuadores neumáticos que incluyan acumuladores de aire con capacidad suficiente para múltiples operaciones de la válvula, considerando que los sistemas de aire de instrumentos pueden verse interrumpidos durante o después de un evento sísmico.
Los sistemas de monitoreo de posición para estas válvulas críticas deben incluir tecnologías que mantengan precisión incluso bajo condiciones de vibración intensa. Los transmisores de posición basados en tecnología magnética han demostrado particular robustez en aplicaciones sísmicas, manteniendo precisión incluso cuando están sujetos a aceleraciones que podrían afectar otros tipos de sensores.
Las válvulas de alivio y venteo integradas con estos sistemas deben considerar que durante eventos sísmicos, múltiples válvulas pueden activarse simultáneamente, creando cargas en sistemas de antorcha o venteo que podrían exceder las capacidades de diseño normal. El diseño de estos sistemas debe incluir capacidades de respuesta coordinada que consideren la posibilidad de activación múltiple simultánea.
Sistemas instrumentados de seguridad con calificación sísmica
Los Sistemas Instrumentados de Seguridad (SIS) implementados en refinerías chilenas deben alcanzar niveles de integridad de seguridad (SIL) que consideren no solo los riesgos operacionales normales, sino también los riesgos incrementados asociados con operación en un entorno sísmicamente activo. Esta consideración afecta tanto el diseño de los sistemas como los análisis de riesgo que justifican los niveles SIL requeridos.
La arquitectura de estos sistemas debe considerar que durante un evento sísmico, la probabilidad de fallas de modo común puede incrementarse significativamente. Por ejemplo, múltiples transmisores de presión ubicados en la misma estructura podrían verse afectados simultáneamente por movimientos sísmicos, comprometiendo la redundancia que normalmente proporcionarían. El diseño de sistemas SIL en Chile debe considerar esta posibilidad mediante la implementación de redundancia geográfica además de redundancia funcional.
Los sistemas de comunicación para SIS en refinerías chilenas deben incluir múltiples rutas de comunicación que sean físicamente independientes y que puedan mantener funcionalidad incluso ante daños sísmicos a infraestructura de comunicación primaria. Esto puede incluir sistemas de comunicación inalámbrica de respaldo que puedan operar independientemente de la infraestructura de red tradicional.
Los protocolos de prueba para estos sistemas deben incluir simulación de condiciones que verifiquen no solo la funcionalidad individual de componentes, sino también la coordinación de sistemas completos bajo condiciones de estrés que simulen eventos sísmicos reales. Estas pruebas deben ser documentadas de acuerdo con protocolos SEC específicos que requieren verificación periódica de capacidades sísmicas.
Instrumentación para aplicaciones críticas
La instrumentación de precisión en refinerías chilenas debe mantener exactitud y confiabilidad no solo bajo condiciones operacionales normales, sino también durante y después de eventos sísmicos que pueden afectar la calibración y funcionamiento de instrumentos sensibles. Los transmisores utilizados en estas aplicaciones deben incorporar características específicas de diseño que los califiquen para operación en entornos sísmicamente activos.
Los transmisores de presión utilizados en aplicaciones críticas de refinería deben mantener precisión incluso cuando están sujetos a vibraciones y aceleraciones sísmicas. La tecnología de sensor capacitivo proporciona estabilidad inherente ante vibraciones mecánicas, manteniendo precisión de medición incluso durante eventos sísmicos de intensidad moderada.
Los sistemas de compensación de temperatura incorporados en estos instrumentos son particularmente importantes en aplicaciones chilenas donde las variaciones térmicas diarias pueden ser significativas, y donde eventos sísmicos pueden causar cambios rápidos en condiciones ambientales. La capacidad de estos instrumentos para mantener precisión a través de rangos de temperatura amplios asegura mediciones confiables incluso bajo condiciones ambientales cambiantes post-sismo.
Los protocolos de comunicación digital implementados en estos instrumentos incluyen capacidades de autodiagnóstico que pueden detectar y reportar problemas de calibración o funcionamiento que podrían resultar de efectos sísmicos. Esta capacidad de autodiagnóstico es crítica para verificar la integridad del sistema después de eventos sísmicos sin requerir calibraciones manuales extensivas que podrían ser peligrosas o impracticables en el contexto post-sismo.
Sistemas de protección de alta integridad adaptados al entorno chileno
Los Sistemas de Protección de Alta Integridad (HIPPS) implementados en refinerías chilenas deben considerar no solo la protección tradicional contra sobrepresión, sino también escenarios específicos que pueden desarrollarse durante eventos sísmicos donde múltiples sistemas pueden verse afectados simultáneamente. Estos sistemas representan una evolución en la filosofía de protección que es particularmente relevante en el contexto sísmico chileno.
La velocidad de respuesta de los sistemas HIPPS adquiere importancia crítica en aplicaciones sísmicas donde eventos pueden desarrollarse más rápidamente que en condiciones normales. Los sistemas implementados en Chile deben ser capaces de detectar y responder a condiciones de sobrepresión en tiempos que consideran la posibilidad de desarrollos acelerados de eventos durante condiciones sísmicas.
La integración de múltiples sistemas HIPPS en una refinería debe considerar la posibilidad de activación simultánea durante eventos sísmicos, lo que puede crear demandas en sistemas de venteo o antorcha que exceden las capacidades de diseño normal. El diseño de estos sistemas debe incluir lógica de coordinación que pueda priorizar y secuenciar activaciones para evitar sobrecargar sistemas downstream.
Los sistemas de respaldo y redundancia para HIPPS en Chile deben considerar no solo fallas de componentes individuales, sino también la posibilidad de que múltiples componentes se vean afectados simultáneamente por un evento sísmico común. Esta consideración requiere diseños que incluyan redundancia geográfica además de redundancia funcional tradicional.
Tecnología para aplicaciones en atmósferas peligrosas sísmicas
Las aplicaciones en atmósferas potencialmente explosivas en refinerías chilenas presentan desafíos únicos donde los requisitos de seguridad intrínseca deben combinarse con resistencia sísmica para crear sistemas que puedan operar seguramente incluso durante y después de eventos sísmicos. Las tecnologías especializadas proporcionan soluciones que abordan estos requisitos duales.
Los sistemas de iluminación de emergencia en áreas clasificadas deben mantener funcionalidad durante interrupciones de energía que frecuentemente acompañan eventos sísmicos mayores. Estos sistemas deben incluir baterías de respaldo con capacidad extendida y sistemas de carga que puedan operar con energía de generadores de emergencia que pueden tener características de voltaje y frecuencia variables.
Los dispositivos de final de carrera y sensores utilizados en válvulas críticas en áreas clasificadas deben mantener precisión y seguridad intrínseca incluso cuando están sujetos a vibraciones sísmicas. El diseño de estos dispositivos debe considerar que las vibraciones sísmicas pueden ser significativamente diferentes en frecuencia y amplitud comparadas con vibraciones mecánicas normales, requiriendo calificación específica para condiciones sísmicas.
Los sistemas de aterrizaje y conexión a tierra para equipos en áreas clasificadas deben considerar que eventos sísmicos pueden afectar la integridad de conexiones de tierra convencionales. El diseño de estos sistemas debe incluir múltiples rutas de tierra y verificación continua de la integridad del sistema de aterrizaje, particularmente importante en aplicaciones donde la seguridad intrínseca depende de la integridad del sistema de tierra.
Integración con sistemas ENAP existentes
La modernización de sistemas de control en refinerías ENAP debe considerar cuidadosamente la integración con infraestructura existente que puede incluir sistemas de control de diferentes generaciones y fabricantes. Esta integración debe ser planificada para minimizar interrupciones operacionales mientras se implementan mejoras significativas en capacidades sísmicas y de seguridad.
Los sistemas de control distribuido (DCS) existentes en las refinerías ENAP pueden requerir actualizaciones específicas para integrar nuevas capacidades sísmicas. Estas actualizaciones pueden incluir nuevos módulos de control que incorporen lógica sísmica, sistemas de comunicación redundantes, y capacidades de operación con energía de respaldo extendida.
Los protocolos de comunicación entre sistemas nuevos y existentes deben considerar que durante eventos sísmicos, las redes de comunicación convencionales pueden verse comprometidas. La implementación de sistemas de comunicación inalámbrica de respaldo puede proporcionar continuidad de comunicación incluso cuando infraestructura de red tradicional esté dañada.
Los procedimientos operacionales para sistemas integrados deben incluir protocolos específicos para operación durante y después de eventos sísmicos. Estos procedimientos deben considerar que el personal operacional puede estar limitado en su capacidad de respuesta física durante eventos sísmicos, requiriendo mayor dependencia en sistemas automatizados.
Estrategias de implementación para cumplimiento normativo
La implementación de sistemas de automatización que cumplan tanto con requisitos SEC como con requisitos sísmicos debe seguir una aproximación sistemática que considere no solo los aspectos técnicos, sino también los procedimientos de aprobación regulatoria y los requisitos de documentación específicos del marco chileno. El desarrollo de metodologías específicas para navegar estos procesos regulatorios complejos es crucial para asegurar que las implementaciones cumplan no solo con especificaciones técnicas, sino también con todos los requisitos administrativos y de documentación.
Los estudios de análisis de riesgo sísmico deben ser desarrollados específicamente para cada instalación, considerando no solo la sismicidad regional general, sino también las características específicas del suelo y la configuración de la refinería. Estos estudios deben incluir análisis de vulnerabilidad sísmica que identifiquen componentes críticos y establezcan prioridades para mejoras sísmicas.
Los protocolos de prueba para nuevos sistemas deben incluir simulación de condiciones sísmicas que demuestren el cumplimiento con requisitos SEC específicos. Estas pruebas deben ser documentadas de acuerdo con protocolos regulatorios chilenos y deben incluir verificación de funcionalidad de sistemas completos, no solo componentes individuales.
Los procedimientos de mantenimiento para sistemas sísmicamente calificados deben incluir verificaciones periódicas de integridad sísmica que van más allá del mantenimiento convencional de instrumentación. Estos procedimientos deben incluir inspecciones de sistemas de montaje, verificación de sistemas de respaldo, y pruebas de funcionalidad bajo condiciones simuladas de estrés sísmico.
Beneficios económicos del cumplimiento proactivo
La implementación proactiva de sistemas de automatización que excedan los requisitos mínimos puede proporcionar beneficios económicos significativos que van más allá del simple cumplimiento regulatorio. Estos beneficios incluyen reducciones en primas de seguro, mejoras en disponibilidad operacional, y reducción en riesgos de interrupciones prolongadas causadas por eventos sísmicos.
Las refinerías que implementan sistemas de automatización sísmicamente calificados pueden calificar para reducciones en primas de seguro significativas. Estas reducciones reflejan el reconocimiento por parte de aseguradoras de que sistemas bien diseñados pueden reducir considerablemente las pérdidas potenciales asociadas con eventos sísmicos.
La mejora en tiempo de recuperación después de eventos sísmicos puede ser significativa cuando sistemas de automatización están diseñados para mantener funcionalidad y proporcionar información sobre el estado de la instalación inmediatamente después del evento. Esta capacidad puede reducir el tiempo requerido para inspecciones post-sismo y reinicio de operaciones.
Los costos evitados asociados con interrupciones operacionales pueden ser substanciales. Las refinerías ENAP pueden experimentar costos significativos cuando están fuera de operación, haciendo que reducciones incluso menores en tiempo de interrupción proporcionen retornos importantes sobre inversiones en sistemas de automatización mejorados.
Consideraciones de mantenimiento en entorno sísmico
El mantenimiento de sistemas de automatización en refinerías chilenas debe considerar no solo el desgaste operacional normal, sino también los efectos acumulativos de actividad sísmica continua que puede afectar la calibración y funcionamiento de instrumentos sensibles. Los protocolos de mantenimiento deben incluir verificaciones específicas que detecten degradación relacionada con efectos sísmicos.
Los sistemas de monitoreo de salud de instrumentos deben incluir algoritmos que puedan detectar cambios graduales en performance que pueden ser indicativos de efectos sísmicos acumulados. Estos sistemas pueden alertar sobre la necesidad de recalibración o reemplazo antes de que la degradación afecte la funcionalidad crítica de seguridad.
Los inventarios de repuestos para sistemas críticos deben considerar que eventos sísmicos mayores pueden afectar múltiples componentes simultáneamente, requiriendo disponibilidad de repuestos en cantidades superiores a las típicamente requeridas para mantenimiento normal. Esta consideración es particularmente importante para componentes sísmicamente calificados que pueden tener tiempos de entrega extendidos.
Los procedimientos de mantenimiento post-sismo deben incluir protocolos específicos para verificación de integridad de sistemas después de eventos sísmicos significativos. Estos procedimientos deben priorizar sistemas críticos de seguridad y proporcionar métodos eficientes para verificar funcionalidad sin requerir pruebas extensivas que podrían ser peligrosas en el contexto post-sismo.
Futuro de la automatización sísmica en Chile
La evolución de tecnologías de automatización específicamente diseñadas para entornos sísmicos está creando nuevas oportunidades para mejorar aún más la resiliencia de refinerías chilenas. Las tecnologías emergentes como sensores sísmicos integrados, sistemas de respuesta adaptiva, y algoritmos de machine learning para predicción sísmica están comenzando a ser implementadas en aplicaciones industriales críticas.
Los sistemas de alerta temprana sísmica que pueden proporcionar segundos o minutos de advertencia antes de la llegada de ondas sísmicas intensas están siendo integrados con sistemas de control de refinería para permitir respuestas automatizadas que pueden minimizar daños y riesgos. Estos sistemas pueden ejecutar secuencias de paro preventivo que posicionan la refinería en un estado seguro antes de la llegada de movimiento sísmico intenso.
Las tecnologías de comunicación por satélite están proporcionando capacidades de respaldo de comunicación que pueden mantener conectividad incluso cuando infraestructura terrestre está dañada por eventos sísmicos. Estas tecnologías están siendo integradas con sistemas de control para proporcionar capacidades de monitoreo y control remoto durante períodos de recuperación post-sismo.
Los desarrollos en materiales de construcción y técnicas de instalación están creando oportunidades para sistemas de automatización que son inherentemente más resistentes a efectos sísmicos. Estos desarrollos incluyen nuevos materiales para gabinetes y envolventes, técnicas de montaje que proporcionan mejor aislamiento sísmico, y diseños de sistemas que incorporan flexibilidad sísmica desde las etapas de diseño inicial.
Conclusiones y recomendaciones estratégicas
La implementación de sistemas de automatización que cumplan tanto con normativas SEC como con requisitos sísmicos en refinerías chilenas representa una oportunidad única para establecer nuevos estándares de resiliencia operacional en la industria petrolera global. La combinación de tecnologías avanzadas de control, instrumentación de precisión, válvulas sísmicamente calificadas, sistemas de protección de alta integridad, y tecnología para aplicaciones en atmósferas peligrosas puede crear instalaciones que no solo cumplen con los requisitos regulatorios más exigentes, sino que también establecen nuevos benchmarks para operación segura en entornos sísmicamente activos.
La experiencia chilena en el desarrollo de estas tecnologías puede servir como modelo para otras regiones sísmicamente activas alrededor del mundo, posicionando a Chile como líder en el desarrollo de tecnologías de automatización resilientes. Las refinerías ENAP que adopten enfoques proactivos hacia la implementación de estas tecnologías no solo mejorarán su cumplimiento regulatorio y seguridad operacional, sino que también contribuirán al desarrollo de mejores prácticas que pueden beneficiar a la industria global.
La integración cuidadosa de consideraciones sísmicas en todas las etapas de diseño, implementación y mantenimiento de sistemas de automatización puede crear instalaciones que mantengan funcionalidad crítica incluso bajo las condiciones más demandantes. Esta resiliencia no solo protege inversiones de capital significativas, sino que también asegura la continuidad de suministro de combustibles que es crítica para la economía y seguridad energética de Chile.
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Fuente: Automatización crítica para refinerías chilenas: Soluciones que cumplen normativas SEC y sísmicas
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