CapÃtulo 1 : Ingeniería de seguridad
La ingeniería es una materia que garantiza que los sistemas de ingeniería ofrezcan niveles adecuados de seguridad. Una de las disciplinas de la ingeniería es la ingeniería de seguridad. Dentro del ámbito de la ingeniería industrial y la ingeniería de sistemas, así como en el subcampo de la ingeniería de seguridad de sistemas, tiene una fuerte conexión. Incluso en el caso de que fallen los componentes individuales, la ingeniería de seguridad garantiza que un sistema crítico para la vida siga funcionando según lo previsto.
Hay dos categorías distintas que se pueden utilizar para clasificar las técnicas de análisis: métodos cualitativos y enfoques cuantitativos. Encontrar relaciones causales entre un peligro a nivel del sistema y fallas de componentes específicos es el objetivo de ambos enfoques, que están relacionados entre sí. La pregunta "¿Qué debe salir mal, de modo que pueda ocurrir un peligro para el sistema?" es el punto central de los enfoques cualitativos, mientras que el objetivo de los métodos cuantitativos es proporcionar cálculos de la probabilidad, las tasas y/o la gravedad de los efectos.
Por otro lado, la complejidad de los sistemas tecnológicos, que incluye cosas como mejoras en el diseño y los materiales, inspecciones planificadas, diseño infalible y redundancia de copias de seguridad, reduce el riesgo y, al mismo tiempo, aumenta los costos. Dependiendo de las circunstancias, el riesgo puede reducirse a niveles que sean tan bajos como sea razonablemente posible (ALARA) o tan bajos como sea realista (ALAPA).
Tradicionalmente, las técnicas de análisis de seguridad se han basado exclusivamente en el conocimiento y la experiencia del ingeniero de seguridad que realiza el estudio. A lo largo de los últimos diez años, las metodologías basadas en modelos, como el STPA (Análisis de Procesos Teóricos de Sistemas), han ganado un protagonismo significativo. Por otro lado, las técnicas basadas en modelos, a diferencia de los métodos tradicionales, se esfuerzan por deducir vínculos entre causas y consecuencias a partir de algún tipo de modelo del sistema.
FMEA, que significa análisis de modo de falla y efectos, y FTA, que significa análisis de árbol de fallas, son las dos metodologías de modelado de fallas que se utilizan con mayor frecuencia. De la misma manera que la evaluación probabilística de riesgos hace uso de estas metodologías, son solo métodos para localizar problemas y desarrollar estrategias para hacer frente a las fallas. Uno de los primeros estudios que utilizó este método en una instalación nuclear comercial fue la investigación WASH-1400, que a veces se conoce como la investigación de seguridad del reactor o el Informe Rasmussen. Este estudio se destacó por su carácter exhaustivo.
El análisis modal de fallos y efectos, también conocido como FMEA, es un proceso analítico inductivo que se realiza de abajo hacia arriba. Se puede llevar a cabo tanto a nivel funcional como a nivel de piezas. El proceso de análisis de modos y efectos de fallas funcionales (FMEA) implica determinar los modos de falla para cada función en un sistema o equipo, generalmente con la ayuda de un diagrama de bloques funcional. Durante el proceso FMEA de piezas, se determinan los modos de falla para cada componente que se considera una pieza (por ejemplo, una válvula, una conexión, una resistencia o un diodo). Se explica el modo de error y se atribuye una probabilidad a los impactos del modo de error. Esta probabilidad está determinada por la tasa de fallas y la relación de modos de falla de la función o componente. Para el software, esta cuantificación es un desafío, ya que es difícil determinar si existe o no un defecto, y los modelos de falla que se utilizan para los componentes de hardware no se aplican. Las variables como la temperatura, la antigüedad y la variabilidad de fabricación tienen un impacto en una resistencia, pero no tienen impacto en el software.
Es posible combinar modos de error que tienen los mismos efectos y describirlos en un documento llamado Resumen de efectos del modo de error. Combinado con el análisis de criticidad, el análisis modal de fallas y efectos (FMEA) se denomina análisis de modo de fallos, efectos y criticidad (FMECA).
El análisis del árbol de errores, a menudo conocido como FTA, es un enfoque de análisis lógico y de arriba hacia abajo. Cuando se utiliza FTA, los eventos primarios desencadenados por factores como errores de componentes, errores humanos y eventos externos se siguen a través de puertas lógicas booleanas hasta que alcanzan un evento superior no deseado. Esto puede ser algo como un accidente aéreo o la fusión del núcleo de un reactor nuclear. Además de garantizar que se hayan cumplido los objetivos de seguridad, el propósito de este esfuerzo es encontrar estrategias para reducir la probabilidad de que ocurran los principales incidentes.
Al aplicar el teorema de Morgan a los árboles de éxito, que están directamente relacionados con los diagramas de bloques de confiabilidad, se pueden generar árboles de fallas, que son un inverso lógico de los árboles de éxito. Los árboles de fallas se pueden obtener aplicando el principio de Morgan.
Se puede implementar un TLC cualitativo o cuantitativo. Es posible realizar un análisis de árboles de fallas cualitativas para conjuntos de corte mínimos en situaciones donde se desconoce la probabilidad de falla y evento. Por ejemplo, si se incluye un solo evento base en cualquier conjunto de corte mínimo, el evento superior puede ser el resultado de un solo error. Para calcular la probabilidad máxima de un evento, se utiliza el FTA cuantitativo, y por lo general requiere la utilización de software de computadora como CAFTA, que es desarrollado por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica, o SAPHIRE, que es desarrollado por el Laboratorio Nacional de Idaho.
Los árboles de fallas y los árboles de eventos se utilizan en ciertos sectores económicos. Comenzando con un iniciador no deseado (como la pérdida de un suministro crítico o la falla de un componente, por ejemplo), un árbol de eventos procede a seguir los posibles eventos adicionales del sistema hasta una serie de consecuencias finales. A medida que se tiene en cuenta cada nueva ocurrencia, se agrega un nuevo nodo al árbol y las probabilidades de seleccionar cualquiera de las ramas se dividen entre los dos nuevos nodos. Cuando esto ocurre, es posible ver la probabilidad de una variedad de "eventos principales" que son el resultado del evento inicial.
Con el fin de garantizar la seguridad de los sistemas y plataformas de producción en alta mar, el sector del petróleo y el gas en alta mar emplea un proceso conocido como análisis cualitativo de sistemas de seguridad. A lo largo de la fase de diseño, el análisis se utiliza para identificar los peligros de la ingeniería de procesos y los métodos de mitigación de riesgos. Esta actividad se lleva a cabo durante toda la fase de diseño. El proceso se describe en la Práctica Recomendada 14C del Instituto Americano del Petróleo, que se titula "Análisis, diseño, instalación y prueba de sistemas básicos de seguridad de superficie para plataformas de producción en alta mar".
El método emplea técnicas de análisis del sistema para determinar los requisitos de seguridad que deben cumplirse para salvaguardar cualquier componente individual del proceso, como un recipiente, una tubería o una bomba. Las necesidades de seguridad de los componentes separados se incorporan a un sistema de seguridad integral de la plataforma. Este sistema incluye sistemas de apoyo a emergencias como la detección de incendios y gases, así como sistemas de contención de líquidos.
En la etapa inicial del estudio, se identifican los componentes específicos del proceso. Estos componentes pueden incluir líneas de flujo, cabezales, recipientes a presión, recipientes atmosféricos, calentadores de fuego, componentes calentados por escape, bombas, compresores, tuberías e intercambiadores de calor. Las líneas de flujo también son un componente del proceso. Se realiza un análisis de seguridad en cada componente con el fin de determinar la ocurrencia de ocurrencias desfavorables (como la falla del equipo o el alteramiento del proceso, entre otras cosas) que requieren protección. Como resultado del análisis, se identifica una condición detectable, como una presión excesiva. A continuación, esta condición se utiliza para iniciar acciones destinadas a prevenir o limitar el impacto de eventos no deseados. A continuación se enumeran los componentes que se incluyen en una Tabla de Análisis de Seguridad (SAT) designada para recipientes a presión.
El flujo de entrada es mayor que el flujo de salida
Soplado de gas (que se origina en la dirección aguas arriba)
Incapacidad para manejar la presión
Aumento de la temperatura
Un excedente de aporte de calor
El flujo de líquida
Salida de líquido que está bloqueada o restringida
Imposibilidad de ajustar el nivel
La baja presión, el soplado de gas, las fugas y el exceso de temperatura son algunos de los eventos más desagradables que pueden ocurrir en un recipiente a presión. Estos sucesos, junto con las condiciones que están vinculadas a ellos y que se pueden detectar, también son indeseables.
Después de la identificación de los eventos, causas y condiciones que se pueden detectar, la etapa subsiguiente del enfoque implica la utilización de una lista de verificación de análisis de seguridad (SAC) dentro de cada componente. La siguiente es una lista de los dispositivos de seguridad que pueden ser necesarios o las circunstancias...
