Master Thesis ǀ Tesis de Maestría
submitted within the UNIGIS MSc programme presentada para el Programa UNIGIS MSc
at/en
Interfaculty Department of Geoinformatics- Z_GIS Departamento de Geomática – Z_GIS University of Salzburg ǀ Universidad de Salzburg
Aplicación de cubos espacio-
temporales en procesos de integridad del transporte de petróleo
Spatiotemporal cubes applied to integrity process at oil transport
by/por
Ing. Cristian Andrés Galindo Londoño
1123787
A thesis submitted in partial fulfilment of the requirements of the degree of
Master of Science (Geographical Information Science & Systems) – MSc (GIS)
Advisor ǀ Supervisor:
Leonardo Zurita Arthos PhD
Bogotá D.C. - Colombia, 20/06/2016
COMPROMISO DE CIENCIA
Por medio del presente documento, incluyendo mi firma personal certifico y aseguro que mi tesis es completamente el resultado de mi propio trabajo. He citado todas las fuentes que he usado en mi tesis y en todos los casos he indicado su origen.
Bogotá D.C. - Colombia,20/06/16 Cristian Andrés Galindo Londoño
RESUMEN
Los cambios que se presentan en las tuberías de transporte de petróleo y gas generados por corrosión, agentes externos y uso, son recopilados a través de revisiones físicas de dichas tuberías. Estas revisiones son conocidas como inspecciones en línea (ILI), las cuales arrojan una colección de datos sensibles al tiempo y geo localizados. Son éstos datos la base para la toma de decisiones acerca del mantenimiento, rehabilitación y operación de las tuberías. La viabilidad de tener la capacidad de visualizar dichos cambios a través de un cubo espacio- temporal es el objeto de estudio en este documento. Por medio del uso de la metodología conocida como “Design Science Research in Information Systems” y basado en la metodología ágil de desarrollo de software llamada SCRUM se define el proceso de diseño, implementación y pruebas de un artefacto que permite la elaboración de cubos espacio- temporales basados en los datos arrojados por las inspecciones en línea. La visualización en 3D de las inspecciones en línea permite una apreciación de la evolución en el tiempo tanto de los procesos corrosivos inherentes a la tubería como de los procesos de mantenimiento y rehabilitación de la misma. El artefacto elaborado –Add-In para ArcGIS Desktop– permite observar la aplicabilidad del concepto de cubo espacio-temporal en el campo del transporte de petróleo y gas, específicamente a través de la integración de este artefacto como una extensión de un Sistema de Información Geográfica (SIG) existente, proporcionando así un medio de interoperabilidad con repositorios de datos ya creados en la industria del transporte de petróleo y gas, pero centra su funcionamiento en los repositorios basados en las especificaciones del modelo de datos para tuberías ArcGIS (APDM). El concepto del cubo espacio-temporal aplicado a las tuberías de transporte de petróleo y gas proporciona una visualización comprensiva de los procesos involucrados en el ciclo de integridad con respecto a comportamientos corrosivos en las tuberías de hidrocarburos, permitiendo al ingeniero de integridad la valoración tanto del progreso de los deterioros como de la efectividad de las medidas de mitigación.
Palabras Claves: Tuberías, cubo, integridad, corrosión, petróleo.
ABSTRACT
The conditions of oil and gas pipelines change in time due to corrosion, external agents and use. These changes are identified through internal physical inspections called in-line inspections (ILI). They give a set of time-aware and geo-coded data. These data are the starting point in order to take informed decisions about maintenance, rehabilitation and operation of pipelines. Investigating the feasibility of visualizing these changes in a pipeline through a spatiotemporal cube is the main objective of this investigation. Using the "Design Science Research in Information Systems" methodology and applying the agile methodology of software development known as SCRUM, this thesis defines the design process, implementation steps and carries out tests for building an artifact to carry out elaboration of spatiotemporal cubes based on the data from in-line inspections. A 3D visualization of in-line inspections gives an overview of time evolution of the corrosive processes in the pipeline, as well as the maintenance and rehabilitation activities applied to the pipeline. The artifact – ArcGIS Desktop Add-In– gives the opportunity to observe the application of the spatiotemporal cube concept in the field of oil and gas transport. The integration of the artifact as an extension of a geographic information system (GIS) provides a way to integrate existing data repositories already created by the oil and gas industry, such as the data repositories based on the ArcGIS Pipeline Data Model (APDM) specifications. Hence, the spatiotemporal cube concept applied to oil and gas pipelines gives a comprehensive visualization of the integrity process related with corrosion that affects the pipelines. It allows the integrity engineers the assessment of the pipeline deterioration, as well as the effectiveness of mitigation procedures
Keywords: Pipelines, spatiotemporal cube, integrity, corrosion, oil.
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ... 11
1.1. ANTECEDENTES ... 11
1.2. OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN ... 12
1.2.1. Objetivo General ... 12
1.2.2. Objetivos Específicos ... 13
1.2.3. Preguntas De Investigación ... 13
1.3. HIPÓTESIS ... 13
1.4. JUSTIFICACIÓN... 14
1.5. ALCANCE ... 17
2. REVISIÓN DE LA LITERATURA... 18
2.1. MARCO HISTÓRICO ... 18
2.2. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL ... 20
2.2.1. Geografía temporal ... 21
2.2.2. Estructura de oleoductos ... 26
2.2.3. Pigging ... 30
2.2.4. ArcGIS Desktop Add-In ... 33
2.3. MARCO METODOLÓGICO... 35
2.3.1. Metodología de construcción del artefacto ... 36
3. METODOLOGÍA ... 44
3.1. ESQUEMA METODOLÓGICO ... 44
4. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ... 51
4.1. RESULTADOS ... 51
4.1.1. Contexto del producto ... 51
4.1.2. Características del usuario ... 52
4.1.3. Supuestos ... 52
4.1.4. Restricciones ... 52
4.1.5. Dependencias ... 52
4.1.6. Requerimientos ... 53
4.1.7. Definición del Dominio ... 54
4.1.8. Bocetos Interfaz de Usuario ... 56
4.1.9. Establecimiento del ambiente de desarrollo ... 59
4.1.10. Implementación ... 60
4.1.11. Fase de Pruebas ... 63
4.2. DISCUSION ... 66
5. CONCLUSIONES ... 71
6. REFERENCIAS ... 73
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Cubo espacio-temporal con elementos de la geografía temporal ... 24
Figura 2. Clasificación de tuberías e instalaciones ... 28
Figura 3. Clasificación de inspecciones en línea. ... 32
Figura 4. Modelo en cascada ... 37
Figura 5. Modelo V ... 38
Figura 6. Modelo del Proceso MSF ... 39
Figura 7. Esquema metodológico basado en la "DSR in Information Systems". ... 45
Figura 8. Mapa de líneas de prueba. ... 50
Figura 9. Diagrama de componentes. ... 54
Figura 10. Diagrama de Dominio. ... 55
Figura 11. Diagrama de Clases. ... 56
Figura 12. Boceto de interacción del usuario. ... 56
Figura 13. Boceto de la herramienta para la visualización de un cubo espacio-temporal. ... 57
Figura 14. Implementación patrón MVVM. ... 61
Figura 15. Interfaz de configuración de la conexión. ... 62
Figura 16. Ventana de visualización de ILI ... 63
Figura 17. TestManager: Ejecución caso de prueba - conectividad a geobase de datos. ... 64
Figura 18. Resumen de resultados: Aplicación de pruebas usando TestManager. ... 65
Figura 19. Resultados detallados pruebas del Add-In. ... 66
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Características generales de metodologías de creación de software. ... 42 Tabla 2. Proceso, equipo y complejidad según metodologías de creación de software. ... 43 Tabla 3. Comparación de metodologías por curva de aprendizaje, herramientas y soporte. 43 Tabla 4. Requerimientos funcionales. ... 53 Tabla 5. Desglose de requerimientos. ... 58 Tabla 6. Planeación de desarrollo de artefacto por iteraciones. ... 60
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GLOSARIO
APDM: ArcGIS Pipeline Data Model - Modelo de datos para el almacenamiento de la información que describe un sistema de tuberías usado para el transporte de gas y petróleo.
Framework: Conjunto estandarizado de conceptos, prácticas y criterios para enfocar un tipo de problemática particular que sirve como referencia, para enfrentar y resolver nuevos problemas de índole similar.
ILI: Inspección en línea es el proceso mediante el cual una tubería es revisada desde su parte interior utilizando dispositivos de inspección llamados PIG o Smart PIG para evaluar la condición de la tubería.
SCC: Se conoce como corrosión bajo tensiones. Se presenta cuando un metal está sometido simultáneamente a la acción de un medio corrosivo y de tensiones mecánicas de tracción.
WPF: Tecnología de Microsoft, presentada como parte de Windows Vista. Permite el desarrollo de interfaces de interacción en Windows tomando características de aplicaciones Windows y de aplicaciones web.
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ACRÓNIMOS
APDM ArcGIS Pipeline Data Model.
ASME American Society of Mechanical Engineers.
DSR Design Science Research.
EDA Análisis exploratorio de datos.
ERP Enterprise Resource Planning.
GPS Sistema de posicionamiento global.
IDE Integrated Development Environment.
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers.
ILI In-Line Inspection.
ISO/IEC International Standards Organization/International Electrochemical Commission.
IT Tecnologías de la información.
MSF Microsoft Solution Framework.
MVVM Modelo-Vista-Vista del Modelo
PIG Herramientas de inspección inteligentes.
PODS Pipeline Open Data Standard.
PPDM Public Petroleum Data Model.
RUP Rational Unified Process.
SCC Corrosión bajo tensión.
SI Sistemas de Información.
SIG Sistema de Información Geográfica.
SSDM Seabed Survey Data Model.
STC Space-Time Cube.
UPDM Utility and Pipeline Data Model.
WPF Windows Presentation Foundation.
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1. INTRODUCCIÓN
1.1. ANTECEDENTES
El transporte de petróleo y gas que se realiza a través de tuberías es una actividad susceptible a ser interrumpida por daños debido a la corrosión y a modificaciones en la estructura de la tubería como deformaciones o pérdida del grosor de las paredes de la tubería. Este tipo de interrupciones producen en algunos casos fugas del contenido a transportar y otras veces van acompañadas de grandes explosiones y daños colaterales en las comunidades circundantes.
En la mañana del 29 de julio de 1995, una llamarada de fuego se presentó al suroeste de Rapid City – Manitoba, Canadá. Una fisura existente producida por corrosión bajo tensión cedió y como consecuencia, una fuerte explosión tuvo lugar dando inicio al fuego. El fuego se propagó a la estación de compresión, dejando el sistema de comunicaciones destruido, generando una dificultad para la suspensión del flujo de gas. Posteriormente el fuego se propagó desde la línea principal hasta una línea secundaria haciendo que ésta se debilitara y momentos después ardiera en llamas. El fuego ardió por aproximadamente 2 horas (T. S.
B. of C. Government of Canada, 1995).
La investigación posterior a cargo del Transportation Safety Board (1995) concluyó que los sistemas de adquisición de datos y el control de supervisión funcionaron erráticamente, demorando la orden de suspensión de fluido y el aislamiento de las tuberías.
The Council of Canadians (2015) dejo ver en su documento informativo que aproximadamente la mitad de las rupturas a través de las tuberías de petróleo son el resultado de corrosión y fisuras por tensión, corrosión externa y fallas en los revestimientos y las soldaduras de la tubería.
12 El National Petroleum Council (2011)de Estados Unidos se pronunció diciendo que con el tiempo problemas de integridad se harán más comunes a medida que aumente la edad de las tuberías y citó la corrosión externa como uno de los principales desafíos. También estableció que tuberías que operan fuera de sus parámetros de diseño tales como aquellas que transportan productos para las que no fueron diseñadas inicialmente, o tuberías de gran caudal están en mayor riesgo de presentar problemas de integridad en el futuro debido a la naturaleza de su operación.
Incidentes como el anteriormente mencionado y otros como la explosión cerca de Beardmore Northern, Ontario en 2011, que dejó un gran cráter después del agrietamiento por corrosión bajo tensión que debilitó la tubería (Government of Canada, 2011), y la explosión en 2009; también por agrietamiento por corrosión bajo tensión, que dejó un cráter de 20 metros y un incendio que tomó dos días para extinguir (T. S. B. of C.
Government of Canada, 2010) nos dan una perspectiva de lo que sucede cuando los procesos de integridad en una tubería no se llevan a cabo según las regulaciones establecidas por los entes de vigilancia.
En el norte de Alberta, en 2009, otra ruptura generada por corrosión externa produjo llamas de 50 metros en el aire y destruyó una zona boscosa de dos hectáreas cerca del Dene Tha, Chateh – Canadá (Hildebrandt, 2014).
Un informe de National Energy Board citó la corrosión como la causa de otras seis rupturas y 16 fugas en la misma tubería antes de 2009(N. E. B. Government of Canada, 2013).
1.2. OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN
1.2.1. Objetivo General
Comprobar la aplicabilidad de cubos espacio-temporales para apreciar cambios en una tubería de transporte de petróleo y gas.
13 1.2.2. Objetivos Específicos
Investigar la aplicabilidad del concepto de los cubos espacio-temporales para apreciar cambios en una tubería de transporte de petróleo y gas
Visualizar datos almacenados en una geobase de datos correspondientes a inspecciones en línea de una tubería de transporte de petróleo y gas.
Visualizar inspecciones en línea de una tubería de transporte de petróleo y gas por medio de un cubo espacio-temporal.
1.2.3. Preguntas De Investigación
¿Es viable la utilización de cubos espacio-temporales para la visualización de los cambios en las tuberías de transporte de petróleo y gas con respecto a su forma y cambios en los procesos de corrosión?
¿Se puede construir una herramienta de software que permita visualizar las características de una tubería de transporte de petróleo y gas, que han sido identificadas por las inspecciones en línea realizadas a dicha tubería?
¿La visualización de los datos de una inspección en línea a través de un cubo espacio- temporal permite extraer información del estado de la tubería de transporte de petróleo y gas?
1.3. HIPÓTESIS
El concepto de los cubos espacio-temporales es adecuado para apreciar cambios en una tubería de transporte de petróleo y gas. Esto se puede llevar a cabo, a través de una herramienta de software que se crea para visualizar información espacio-temporal, usando los datos correspondientes a inspecciones en líneas almacenados en una geobase de datos, implementando el modelo de datos para tuberías de ArcGIS (ArcGIS Pipeline Data Model – APDM).
14 1.4. JUSTIFICACIÓN
La gestión de la integridad de las tuberías es un proceso para valorar y mitigar riesgos dentro del esfuerzo para reducir la probabilidad y las consecuencias de incidentes.
Modernas herramientas de alta resolución para inspecciones en línea (ILI) pueden detectar con precisión, reportar y dimensionar, incluso las imperfecciones más pequeñas en las tuberías. Como un informe ILI puede contener varios miles de anomalías, la gestión eficaz de los datos de ILI es esencial en la determinación de un programa económico de reparación. Las mejoras en las ILI y la tecnología de la informática, junto con la aparición de normas de calidad para el servicio, han creado una oportunidad para avanzar en la evaluación de la integridad de las tuberías para gas y petróleo.
Un ambiente visual para la representación de las inspecciones en línea a través de un cubo espacio-temporal definitivamente contribuirá a mejorar la comprensión y entendimiento de los comportamientos de los datos geo-espacio-temporales generados por los procesos de corrosión que se dan dentro de una tubería para el transporte de petróleo y gas.
Los cambios presentados por la tubería, visualizados desde la perspectiva de un cubo donde convergen las dimensiones tiempo y espacio son la ventana de análisis inicial para la detección de patrones en los procesos corrosivos. Así mismo permite una verificación de la efectividad de las tareas de recuperación y rehabilitación de tuberías y su ciclo de vida El uso de técnicas de visualización como cubos espacio-temporales permitiría al ingeniero de integridad tener una perspectiva de fácil entendimiento sobre el estado actual de la tubería y su proceso de cambio a través del tiempo. Dicho estado se deriva de cambios en las características que describe la tubería; de allí que obtener acceso a una visualización comprensible de los datos relevados por un dispositivo de ILI, dan la capacidad al ingeniero de integridad para generar un conjunto de estrategias, acciones y planes que ayuden a mitigar el riesgo asociado con la posible ruptura y los daños causados por un defecto en la tubería, que por lo general son defectos que han evolucionado a través del tiempo.
El desempeño de las herramientas de ILI representa su capacidad para identificar y valorar la pérdida de tamaño de la pared, defectos planares (grietas), abolladuras y defectos de
15 fabricación. Se representa por un número de parámetros que incluyen: La probabilidad de detección, la probabilidad de identificación correcta, probabilidad de falsa llamada, valor predictivo positivo y la tolerancia de tamaño. Una evaluación realista de estos parámetros es esencial para el uso eficaz de los datos ILI para gestionar la integridad de la tubería con respecto a varios tipos de defectos. La recolección de estos datos desde una herramienta ILI se realiza periódicamente sobre la sección o incluso toda una tubería; generando de esta manera, un conjunto de datos que evoluciona con la información necesaria para la toma de decisiones y acciones en relación con el mantenimiento de la canalización.
Teniendo en mente que todas las tuberías son susceptibles a la posibilidad de daño por corrosión y que este es un proceso dependiente del tiempo que apunta al adelgazamiento gradual de las paredes de las tuberías; que, si no es corregido a tiempo, eventualmente causará una falla en la pared de la tubería. Dada la naturaleza de la corrosión, la probabilidad de fallo aumentaría con el tiempo.
Una manera de determinar si una característica de falla identificada en la tubería está creciendo es realizar una comparación con anteriores ILI, el análisis de las condiciones de funcionamiento entre las inspecciones. Algunas herramientas en el mercado proveen la capacidad de comparar dos ILI separadas en el tiempo, a partir de las características identificadas en la tubería sobre un contexto linear, mas no sobre un contexto geográfico.
El ingeniero de integridad estará en capacidad de tomar decisiones más acertadas si cuenta con la posibilidad de apreciar cómo los cambios en la tubería dentro de un ámbito espacio- temporal se han gestado. La visualización de los datos recolectados a través de las ILI, es una ventana al reconocimiento de patrones en el surgimiento de amenazas en las tuberías.
La visualización de las ILI a través de cubos espacio-temporales podría soportar la comparación de propiedades espaciales, temporales y dinámicas que afecten las tuberías involucradas en el transporte de gas y petróleo. Los cambios en los atributos que describen los aspectos físicos de la tubería son el medio para que el ingeniero de integridad identifique la posible afectación de la misma por efectos de la corrosión.
La visualización de los cambios dentro de un espacio de tiempo en un cubo espacio- temporal es una evidencia de como las medidas de mitigación, prevención y reparación
16 afectan la tubería. No es solo la oportunidad de identificar los niveles de degradación de eficiencia de la tubería; por el contrario, es una ventana a las características que indican que la tubería se encuentra en un estado aceptable para la operación bajo los niveles de productividad esperados.
La superposición de la información de las ILI es útil para la comparación de las características temporales, espaciales y dinámicas de la tubería a través del tiempo.
Amenazas dependientes del tiempo incluyen la corrosión interna y externa, así como corrosión bajo tensión. Estas son las principales amenazas dirigidas por evaluaciones constantes y periódicas, incluidas las herramientas de inspección en línea, evaluación continua y; en algunos casos, las pruebas de presión. Una revisión de la historia de la presión de operación para tuberías de transmisión de gas indica que los ciclos de presión son mínimos tanto en magnitud y frecuencia. Por lo tanto, los segmentos de tubería no han experimentado fatiga cíclica. En consecuencia, dado que estas amenazas no se están produciendo, la amenaza de un defecto de fabricación se considera estable.
Frente a lo expuesto anteriormente, una herramienta que facilite la visualización de los datos recolectados a través de los diferentes métodos de inspección en línea de tuberías de petróleo y gas se hace necesaria. La celeridad con que el ingeniero de integridad pueda extraer información proveniente de datos geo-referenciados provenientes de las herramientas de inspección en línea, es factor decisivo para la toma de decisiones y elaboración de planes de mitigación, rehabilitación y recuperación de tuberías de transporte. Ésta celeridad depende en gran medida de las herramientas involucradas y la cantidad de procesos que se deben llevar a cabo para la interpretación de los datos existentes, de allí que un artefacto que reduzca el tiempo empleado para el análisis visual de los datos recolectados ayudará a reducir el tiempo requerido por el ingeniero de integridad para cumplir con su cometido.
17 1.5. ALCANCE
Se espera con este trabajo analizar la validez de la utilización de cubos espacio-temporales en el análisis visual de los cambios que sufre a través del tiempo una tubería para el transporte de petróleo y gas.
Para cumplir con lo propuesto se llevará a cabo la elaboración de una herramienta de software que construya una representación en 3D de la tubería y de sus cambios.
Las características que describen la tubería; así como los datos referentes a los cambios que sufre la misma, serán almacenadas en una geobase de datos relacional que implementará el modelo de datos para tuberías de ArcGIS. Aunque existen otros modelos o estándares que permiten el almacenamiento estructurado de estos datos, no es un factor decisivo en el proceso de investigación la variación del modelo o estándar de almacenamiento usado.
Dada la sensibilidad de los datos por parte de las empresas transportadoras de petróleo, gas y sus derivados, los datos utilizados en este estudio serán fabricados siguiendo las características descritas en el modelo de datos para tuberías de ArcGIS, así como las plantillas de datos que los operadores de dispositivos de inspección en línea utilizan para entregar los resultados de sus operaciones.
Se creará un prototipo que en conjunto con la herramienta comercial ArcDesktop, funcionando como un Add-In, permita la visualización de los datos anteriormente descritos.
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2. REVISIÓN DE LA LITERATURA
2.1. MARCO HISTÓRICO
Desde principios de siglo, algunos autores han sugerido el uso de modelamiento espacio- temporal para la comprensión de los conceptos espacio-tiempo. Así mismo el modelamiento de abstracciones como estados, eventos y episodios tal y como se usan en dominios específicos. Uno de los procesos específicos mencionados es la visualización de trayectorias utilizando el concepto desarrollado por Hägerstrand y sustentado por Andrienko (Koua y Kraak, 2004).
Pero no solo ha sido esta la aplicación de los cubos espacio-temporales de la cual se tenga conocimientos, esta herramienta ha demostrado gran versatilidad en varios ámbitos: Un trabajo que llama la atención utiliza cubos espacio-temporales para la restauración de videos antiguos que presentan líneas o rayones, así como la recuperación de datos perdidos en la digitalización de videos (Kumar, Gupta, y Venkatesh, 2014).
Los análisis de datos geoespaciales dependientes del tiempo requieren del correcto entendimiento de la distribución de los patrones de cambio y las relaciones entre los atributos de los datos con respecto, al espacio y al tiempo. Se mostró un ejemplo de visualización 3D que representa la variación en el tiempo de los datos y una adaptación de los sistemas de cubos espacio-temporales para generar las distribuciones espacio- temporales de los datos en un mapa geográfico. Aun así se hace notar, la desafiante tarea de poder visualizar de una manera holística las distribuciones espacio-temporales en datos geoespaciales que varían con el tiempo (Thakur y Hanson, 2010).
Los cubos espacio-temporales muestran el movimiento de un individuo con una línea trazada en el espacio tridimensional con los ejes XY que representan la ubicación y el eje Z representa el tiempo. Partiendo de esa representación, se ha utilizado para la visualización
19 del movimiento de poblaciones. Un ejemplo de este uso y que extiende las capacidades del cubo espacio-temporal al mezclarlo con mapas de flujo y mapas de flujo continuo donde el uso de flechas en clúster logra mostrar los lugares de población, direcciones, velocidades y volúmenes de una manera intuitiva. También viene con un parámetro que puede operar de forma explícita la precisión frente a la simplicidad, lo que permite que las imágenes se generen con un nivel deseado de complejidad, lo que es computacionalmente eficiente de calcular, incluso cuando se trata de millones de individuos. Además, se presentan las flechas sobre una malla 3D cuya "altura" representa la densidad de población que podrían mostrar la interacción entre la densidad de población y el movimiento (Kwan, Arrowsmith, y Cartwright, 2011).
Un interesante trabajo, fue el presentado por Orellana, Bregt, Ligtenberg, y Wachowicz (2012), donde se propuso una manera de explorar los movimientos colectivos de los visitantes de un área natural recreativa, basados en los datos GPS. En este trabajo, se definió el concepto de movimiento colectivo como las propiedades agregadas del movimiento de muchas personas en un espacio y tiempo determinado, no el movimiento de grupos específicos de personas que se desplazan juntas. La representación del flujo de los visitantes a un área recreacional; definido como el movimiento agregado de la gente visitando diferentes lugares y una secuencia generalizada, sin tener en cuenta la ruta seguida por cada individuo. Este flujo fue representado a través de un cubo espacio- temporal modificado para que el orden de secuencia de las visitas estuviera representado en el eje Z. Esta representación visual muestra la estructura general del flujo a nivel global, así como la parte local del movimiento, los elementos individuales del flujo representan las relaciones entre los lugares. Esto ayuda al análisis de la forma en que las personas utilizan la zona e interactúan con diferentes características geográficas (Orellana et al., 2012).
En otro campo de estudio vamos a encontrar casos como el del análisis del movimiento ocular: Al analizar los datos de movimiento ocular, métodos de análisis regulares a menudo no tienen en cuenta la dimensión temporal más que el habitual. Tres componentes esenciales constituyen los datos de movimiento ocular: Posición de la fijación (X, Y) además el momento de la fijación (T), estos son exactamente los mismos tres componentes que conforman el cubo espacio-temporal de Hägerstrand. Analizar la dinámica de movimientos
20 oculares es un reto, en particular con los estímulos dinámicos y cambiantes. De allí que se explora la posibilidad de utilizar un STC para visualizar los datos del movimiento ocular que permite una mejor exploración de los datos en las tres dimensiones pertinentes; la posición de la fijación (X, Y) y el tiempo de fijación (T) (Nossum, 2013).
Los cubos espacio-temporales han sido utilizados en campos como la arqueología, donde se demostró que la facilidad de uso del cubo espacio-temporal permite clasificar eventos (Feliciano Santiago, 2008), donde uno de los principales intereses sería la visualización de los mismos de acuerdo con las culturas a las cuales pertenecían dentro de un campo de estudio.
Es posible llevar el cubo espacio-temporal a otros niveles. Uno de ellos es el cubo multivariado. Un ejemplo claro del uso de este tipo de cubos espacio-temporales se evidenció en la representación de datos epidemiológicos llevado a cabo por Nguyen, V.P.
Tran., Ngo, T. Tran y L (2013) donde incluían tiempo, ubicación y dimensión, donde la ubicación es la zona epidémica, y la dimensión el número de persona infectadas. El uso de este cubo no solo permitió la detección del estado de una epidemia, sino también responder a tareas analíticas basadas en gráficos de visualización de la tabla de datos. El cubo multivariado para la visualización de datos epidémicos permite determinar un componente de la tríada "Qué - Dónde - Cuándo" cuando se tienen los otros dos.
2.2. MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL
Los procesos que definen la integridad de una tubería involucrada en el transporte de gas y petróleo requieren el uso de conjuntos de datos provenientes de la revisión física de dicha tubería. Estos conjuntos de datos son obtenidos periódicamente con el fin de analizar los cambios que en la tubería se presentan. Las revisiones físicas que se efectúan sobre las tuberías se conocen como ILI. Esta colección de datos sensibles al tiempo y geo localizados es la base para la toma de decisiones acerca del mantenimiento y operación de las tuberías (Walker, 2010).
Las ILI – ya sean geográficamente localizadas o a través de referenciamiento lineal – proveen datos que incluyen índices de corrosión, presión máxima permitida de
21 funcionamiento, deformaciones por flexión, etc. Estos datos son recabados por PIG’s, que circulan dentro de las tuberías detectando cambios físicos que puedan comprometer la integridad de la tubería, tales como reducciones en el grosor de las paredes causadas por corrosión. Usada adecuadamente, este tipo de tecnología permite medir la localización de este tipo de problemas a lo largo de miles y miles de millas de tuberías enterradas, de la misma manera que su severidad (Walker, 2010).
Ya algunos trabajos como el de Andrienko G, Andrienko N, Schumann, y Tominski (2014, p.
157) mencionan el uso de cubos espacio-temporales, como una técnica en la representación de trayectorias. Podría pensarse en el uso de dichos cubos para la representación de las tuberías de transporte de hidrocarburos. Ahora bien, nuevos enfoques en la representación geográfica son requeridos para una efectiva extracción de características en conjuntos grandes de datos geoespaciales y para la representación de las estructuras y procesos subyacentes (Koua y Kraak, 2004).
Thakur y Hanson (2010) enuncian que la aplicación primordial de los cubos espacio- temporales es la visualización de datos basados en eventos, datos similares a los recolectados a través de las ILI. También hacen notar que se han utilizado para la visualización de datos variantes en el tiempo, que están asociados con un dominio lineal continuo y temporal; estas son características en las cuales los cambios que suceden en las tuberías debido a la corrosión y factores externos, encajan a la perfección.
Conjuntos de datos temporales son omnipresentes, pero muy difíciles de visualizar, especialmente conjuntos de datos ricos que involucran más de una dimensión, además del tiempo. De allí que en algunos estudios se propone una manera simple de describir visualizaciones temporales basado en las conceptos de los cubos de espacio-tiempo (Bach, Dragicevic, Archambault, Hurter, y Carpendale, 2014).
2.2.1. Geografía temporal
Un SIG provee una serie de herramientas, entre las cuales algunas se enfocan en la ubicación de los elementos, y estos sistemas están orientados a responder las preguntas Qué y Dónde. Pero no podemos cerrar los ojos al hecho de que los usuarios de los SIG
22 apuntarán a solucionar las preguntas Qué, Dónde y Cuándo (N. Andrienko, Andrienko, y Gatalsky, 2003).
El framework desarrollado por Peuquet (1994) incluye los tres componentes básicos de los datos espacio-temporales: Ubicación, tiempo y objetos; los cuales le permiten al usuario el componer las preguntas necesarias para lidiar con los procesos espacio-temporales:
Cuándo + Dónde → Qué: Describe el objeto o conjunto de los mismos que están presentes en una ubicación o conjunto de ubicaciones definidas a un tiempo o grupo de tiempo dados.
Cuándo + Qué → Dónde: Describe la ubicación o conjunto de las mismas ocupadas por un objeto u objetos dados a un tiempo o grupo de tiempos dados.
Dónde + Qué → Cuándo: Describe un tiempo o grupo de tiempos en los cuales un objeto o conjunto de los mismos ocuparon una ubicación o grupo de ubicaciones definidas.
Ujang y Rahman (2013) plantean que la respuesta a la pregunta Cuándo puede ser enfocada a una situación que ya sucedió (Información 3D histórica) o a una situación que tendrá lugar en el futuro (Planeación y predicción 3D). La pregunta que se plantea relativa al Cuándo, está relacionada con un intervalo de tiempo, en el cual se espera observar un cambio ya sea espacial o de atributos puntuales del objeto de estudio.
Los objetos temporales 3D son posibles de clasificar de varias maneras, las características de un objeto que se dice ser dinámico pueden ser definidas de varias formas (Ujang y Rahman, 2013):
Objetos en movimiento: Los objetos pueden ser creados y destruidos y son libres para moverse y cambiar sus atributos.
Campos dinámicos: Cada punto del espacio-tiempo tiene un valor para cualquier número de campos.
Objetos elásticos estáticos: Los objetos pueden ser creados y destruidos, estos objetos tienen extensión y atributos dinámicos.
Objetos en movimiento elásticos: Los objetos pueden ser creados, destruidos, desplazados y cambiar su extensión.
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Objetos en movimiento elásticos con variación interna: Mezcla de campos y objetos dinámicos.
Híbridos: Cualquier combinación de los puntos de vista anteriores.
Los objetos observados en las ILI se acomodan a la descripción de los objetos de campos dinámicos, ya que para cada punto en las trayectorias de las tuberías los campos de la información recolectada por los marranos de inspección tienen un valor especifico.
Como ya lo mencionaron K. Rao, Govardhan y Rao (2011) los objetos espaciales son caracterizados por su posicionamiento; su forma y sus atributos espaciales, los atributos espaciales son las propiedades del espacio sobre el cual los objetos se ubican, de allí que cualquier objeto situado sobre ciertas posiciones, heredará los atributos del área en el cual están ubicados. Los objetos espacio-temporales capturan simultáneamente los aspectos espaciales y temporales de los datos y manejan el cambio de las geometrías a través del tiempo. De una manera simple pueden ser representados por una tupla de cuatro elementos: ObjectID, geometría, tiempo y atributos.
Los cubos espacio-temporales son un concepto introducido por Hägerstrand (1970) como parte de un modelo espacio-temporal, en el cual también se incluían los caminos o trayectorias espacio-temporales. Así mismo y de manera explícita se definió un método llamado el “acuario espacio-temporal” con el propósito de representar las personas en el espacio y el tiempo. El ambiente de modelamiento allí descrito toma la forma de un cubo;
donde los dos ejes horizontales son usados para representar las coordenadas geográficas (X, Y) y donde el eje vertical se usa para representar la dimensión del tiempo, como se aprecia en la Figura1.
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Figura 1. Cubo espacio-temporal con elementos de la geografía temporal (Moore, Whigham, Holt, Aldridge, y Hodge, 2003).
El cubo espacio-temporal permite la visualización de los siguientes elementos geográficos:
Lifeline: Trayectoria que describe el movimiento de un objeto, donde la pendiente de la línea representa la velocidad del movimiento.
Prism: Indica la ubicación de que puede llegar a tener un objeto en cierto periodo de tiempo.
Bundle: Grupo de algunas ubicaciones de las trayectorias que representan una posible interacción.
Station: Línea vertical que representa un objeto estacionario en el tiempo, la mayoría de veces se representa como un cilindro vertical.
Domain: Área de control que cumple una función de contenedor para restringir los objetos dentro o fuera de un perímetro definido.
La geografía temporal centra sus estudios en el comportamiento espacio-temporal de los individuos, pero en su desarrollo no se ha limitado solo a ellos. La geografía temporal de Hägerstrand ve el tiempo y el espacio como dos entidades inseparables. Los caminos descritos por un objeto que se desplaza a través del tiempo se conocen como trayectorias espacio-temporales (Kraak, 2003).
25 Hedley (1999), dentro de un ambiente SIG desarrolló una aplicación para la exposición a peligros radiológicos. Algunos marcos de trabajo de objetos en movimientos como los propuestos por Hornsby y Egenhofer (2002) tienen como objeto de estudio las trayectorias espacio-temporales.
La Geovisualización integra enfoques de visualización científica, cartografía, análisis de imágenes, visualización de la información, EDA y los SIG para proporcionar la teoría, métodos y herramientas para la exploración visual, análisis, síntesis y presentación de los datos geoespaciales (MacEachren y Kraak, 2001). En este contexto, Kraak (2003) también menciona que se requiere que el diseño cartográfico y la investigación presten atención a las interfaces de interacción persona-ordenador, y revivir la atención para la usabilidad de sus productos.
Un cubo espacio-temporal es una representación conceptual que ayuda a pensar en técnicas de visualización de datos temporales, no solo en visualizaciones 3D. Renderización en 3D es esencialmente una operación de aplanamiento del cubo, pero no desde sus ejes, en su lugar se hace de un plano que no es ortogonal a los ejes principales del cubo; esta operación puede involucrar proyección no-ortográficas, 3D shading, etc. (Bach et al., 2014).
El cubo espacio-temporal ofrece buenas oportunidades visuales para el estudio de la relación entre el tiempo, el espacio y las variables adicionales. Especialmente la opción de cambiar las variables a lo largo de los ejes de cubos hace que sea una buena herramienta.
Sin embargo, las vistas adicionales pueden aclarar la naturaleza de las trayectorias espacio- temporales visualizadas. Un estudio (Gatalsky, Andrienko, y Andrienko, 2004) mostró que la visualización de cubos espacio-temporales permite detectar secuencias de eventos que ocurrieron cerca en el espacio dentro de intervalos cortos de tiempo. Sin embargo, la visualización del cubo sería menos útil sin el enlace a un mapa resaltando simultáneamente los símbolos correspondientes.
Frente a lo anterior, Kristensson et al (2013) encontraron que el cubo espacio-temporal es una herramienta que dificulta al usuario novato el responder correctamente preguntas simples del Qué, Cómo y Cuándo, pero reduce el tiempo de respuesta en usuarios novatos
26 al responder preguntas que requieren un entendimiento holístico de los patrones espacio- temporales en conjunto de datos. Estos resultados demostraron que el uso de los cubos espacio-temporales proporcionan una ventaja en la transmisión de datos espacio- temporales complejas a los usuarios. Adicional a ello el estudio conducido por Kveladze y Kraak (2012) encontró que expertos en geografía humana que no tenían experiencia con cubos espacio-temporales, al usarlos vieron nuevas oportunidades de uso para esta herramienta debido a la visualización de los datos desde una perspectiva diferente, adicional a ello se probó que los expertos identificaron beneficios al trabajar con los cubos espacio-temporales.
Las aplicaciones espacio-temporales se pueden clasificar en tres grandes categorías (Pfoser y Tryfona, 1998) basadas en el tipo de datos que manejan: Aplicaciones que tratan con el cambio de ubicación de los objetos espaciales con el tiempo. Las aplicaciones que tratan con el cambio de forma de los objetos espaciales con el tiempo. Las aplicaciones que tratan con tanto cambio de ubicación y forma de los objetos espaciales con el tiempo. Además a lo anteriormente expuesto, los procesos de administración de información espacio- temporal se enfrentan a nuevos requerimientos de modelamiento (Rao et al., 2011) como la necesidad de la representación de objetos con una posición en el espacio y una existencia a través del tiempo. Como ejemplo de ello tenemos las tuberías de transporte de petróleo y gas, que ocupan cierta parte del espacio a determinado tiempo dentro de los sistemas de información del manejo de integridad de transporte de petróleo y derivados.
2.2.2. Estructura de oleoductos
2.2.2.1. Definición de un sistema de tuberías
Los productos generados a través de la explotación petrolífera, tales como el petróleo crudo y el gas natural requieren ser transportados del punto de extracción a las plantas de refinamiento. Las empresas operadoras de transporte de hidrocarburos, se pueden basar en diferentes medios, pero uno de ellos –el más usado- son los sistemas de tubería.
27 Como Truyols (2008) lo plantea, el transporte a través de las tuberías es el manejo de fluidos, o en su efecto materiales fluidificados, de una manera continua a través de una tubería que hace el papel de vehículo y de vía al mismo tiempo.
El trasporte de hidrocarburos a través de tuberías comienza a mediados del siglo XIX, en Estados unidos de América en 1865 (Truyols, 2008) haciendo de éste uno de los medios predominantes de transporte de materiales derivados del petróleo. El propósito de este medio es el de llevar una cantidad de producto del sitio A al sitio B con el menor costo posible y sin alterar las características de calidad del producto que se está movilizando.
Esta forma de transporte se caracteriza por su bajo consumo de energía comparado con otros modos de transporte, ya que no se involucran los llamados pesos muertos ni el retorno de medios en vacío.
Una tubería se considera como “Todas las partes de las instalaciones físicas a través de las cuales el gas se mueve durante su transporte, incluyendo tuberías, válvulas, uniones, arandelas (incluyendo la tornillería y las juntas), reguladores, buques de transporte, amortiguadores de pulsaciones, válvulas de alivio, y otros accesorios conectados a la tubería, compresores, estaciones de medición, estaciones reguladoras y ensamblajes fabricados. Incluidos dentro de esta definición están las líneas de transmisión de gas y recolección, incluyendo accesorios, que están instalados en alta mar, para el transporte de gas desde las instalaciones de producción a lugares en tierra y a equipos de almacenamiento de gas del tipo tubería sellada, que se fabrican o se forjan de tuberías o son fabricados a partir de tuberías y uniones.” (American Society of Mechanical Engineers, 2013a). La definición anterior que se encuentra en la norma para tuberías de gas, también aplica para oleoductos. Además las operaciones que realizan las tuberías de petróleo y gas son en esencia iguales; ya que cumplen con la misma función, presentan los mismos servicios y siguen las mismas leyes de la física (Miesner, 2006).
Miesner (2006) también enuncia que las tuberías han sido subcategorizadas por la industria en Crude Oil Gatering Lines y Crude Oil Main Lines, y de forma paralela las líneas de gas se clasifican como Natural Gas Gathering Lines, Natural Gas Transmission Lines y Local Distribution Lines, como se observa en la Figura 2.
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Figura 2. Clasificación de tuberías e instalaciones (Miesner, 2006, p. 2).
Están disponibles para la industria petrolera una serie de estándares que pretenden definir las estructuras de los modelos de datos, los sistemas de referencia de coordenadas y los metadatos asociados a los anteriores.
En el sector petrolero encontramos los siguientes estándares:
2.2.2.2. Public Petroleum Data Model (PPDM)
Este estándar es desarrollado y mantenido por la asociación PPDM, la cual es una sociedad sin ánimo de lucro cuya misión radica en el desarrollar y mantener estándares para la industria petrolera. Muchas empresas del sector energético y petrolero han adoptado estos estándares para gestionar los datos corporativos de una manera neutral y ajena a cualquier vendedor. Esto ha permitido a las compañías desarrollar un almacenamiento único para todos los datos corporativos los cuales pueden ser integrados con gran variedad de productos y servicios (Professional Petroleum Data Management (PPDM) Association., 2014).
29 2.2.2.3. Pipeline Open Data Standard (PODS)
Esta es una iniciativa independiente, de un modelo de base de datos que se aplica a los sistemas de tuberías utilizados para la adquisición, transmisión y distribución de gasolina y otros líquidos, al mismo tiempo que gas natural. La asociación PODS, asociación sin ánimo de lucro, fue la creadora de este estándar y es la encargada de mantener estándares para los datos y los formatos de intercambio de información en la industria de las tuberías.
2.2.2.4. Seabed Survey Data Model (SSDM)
Las compañías petroleras y de gas buscan gestionar la información de datos recolectados en el lecho marino basados en prácticas y principios de administración de geo información sonora. La asociación internacional de productores de petróleo y gas crearon una fuerza de trabajo para la creación de un modelo de datos SIG para la recolección de datos del lecho marino, el SSDM puede ser usado como un estándar para el intercambio de datos o como un modelo para la gestión de los datos de lecho marino al interior de las mismas compañías (OGP’s Geomatics Committee, 2014).
2.2.2.5. ArcGIS Pipeline Data Model (APDM)
Esta plantilla de base de datos está diseñada para el almacenamiento de información perteneciente a las características encontradas en las tuberías de extracción y transmisión, especialmente aquellas usadas en los sistemas de transporte de líquidos y gases. Dicha plantilla está expresamente diseñada para la implementación de ella sobre una geo base de datos ArcGIS, la cual se procederá a usar con herramientas ESRI. Esta plantilla está concebida para ser implementada por usuarios ArcGIS más que como un estándar transversal a cualquier plataforma.
Los principales mandatos que rigieron APDM determinaban que éste fuera un punto de partida, no de finalización. Definía objetos y atributos centrales que describían de manera efectiva el manejo de stationing, además de un conjunto de objetos en los cuales, la mayoría por no decir todas, las características que definen un sistema de tuberías pueden ser categorizadas. Partiendo de lo anterior cualquier compañía podría agregar características al modelo, modificar las características existentes en el modelo, o si es necesario quitar aquellas características que no se ajustaran al negocio. Teniendo en cuenta que fue diseñado para trabajar con tuberías que usan posicionamiento por
30 stationing y coordenadas XY para ubicar la posición de características a lo largo de la tubería, este modelo permite el uso de características y bondades de productos ESRI tales como: Múltiples formas de referenciamiento lineal, tecnologías de medición y procesos de ruteo, organización de las características de la tubería de una manera jerárquica/geográfica, enlazamiento a sistemas externos como ERP, sistemas gestores de documentación y sistemas gestores de tareas (APDM Standing Committee, 2014).
El método principal para personalizar y acceder a los datos almacenados en APDM es a través de la tecnología de la base de ESRI ArcGIS y su modelo de componente subyacente, ArcObjects ™. Aunque el contenido y la tecnología subyacente de las PODS, ISAT e ISPDM y la APDM son similares, los métodos de acceso utilizados para manipular la estructura y el contenido de estos modelos son muy diferentes (ESRI, 2014b).
APDM se inició en 2002. La propiedad intelectual del APDM es propiedad de ESRI. La última versión de APDM fue la versión 5.0 lanzada en el año 2012, y durante la Esri Petroleum GIS Conference que se llevó a cabo en Houston, Texas, del 7 al 8 de mayo de 2013 se hizo el anunció del lanzamiento de la versión 6.0 (Veenstra, 2013).
2.2.3. Pigging
Un PIG o marrano es un instrumento que se introduce en una tubería y viaja a través de ella, usando el fluido como medio para cumplir con una función específica dentro de la tubería, esta funcionalidad puede ser (a) de utilidad, que llevan a cabo funciones tales como la limpieza, la separación de los productos en línea o deshidratación de la línea; (b) los de inspección en línea que se utilizan para proporcionar información sobre la condición de la tubería y la extensión y localización de cualquier problema (tal como la corrosión por ejemplo) y (c) los cerdos de destinación especial, tales como tapones para el aislamiento de tuberías (The Pigging Products and Services Association, 2014).
El nombre de PIG o marrano no tiene una etimología clara, algunos autores como Tiratsoo (1992) plantean que el nombre se le dio debido al sonido que generaban los primeros dispositivos al pasar por la tubería. Otras fuentes hablan del acrónimo ingles de Dispositivo
31 de Intervención de Tuberías – PIG, Pipeline Intervention Gadget (The Pigging Products and Services Association, 2014).
El estándar ASME define ILI como “un método de valoración de integridad usado para localizar y caracterizar preliminarmente las indicaciones de pérdida de metal en una tubería” (American Society of Mechanical Engineers, 2013b, p. 17).
Un tipo de ILI, realizadas con “marranos inteligentes” brindan un conjunto de datos, que al día de hoy pueden llegar a ser suficientes para determinar el estado de una tubería, dándole al operador de la tubería la información necesaria para decidir los procesos de rehabilitación a seguir y las subsecuentes inspecciones para garantizar el correcto funcionamiento de la tubería. Una estrategia de gestión de riesgos podrá ser entonces desarrollada para ayudar a priorizar las anomalías; por tanto, evitando costosas sustituciones de tuberías.
Las ILI complementadas por otras técnicas de inspección aplicadas externamente son actualmente el método de elección para requisitos de inspección. Muchas regulaciones recomiendan o exigen el uso de herramientas inteligentes de ILI (American Society of Mechanical Engineers, 2013b).
Las tecnologías de inspección que se pueden encontrar hoy en día pueden resumirse en el cuadro sinóptico de la Figura 3.
32
Figura 3. Clasificación de inspecciones en línea.
Las ILI proporcionan una serie de informaciones que básicamente son la descripción geométrica de una falla o una anomalía en la tubería. La descripción de dicha anomalía se da por longitud (describe que tan larga es la anomalía), profundidad, amplitud, posición circunferencial (orientación) y posición longitudinal (ubicación de la anomalía a lo largo de la tubería) entre otras.
La evaluación de la integridad e idoneidad de la misma son el propósito de investigaciones que a su vez juegan un papel importante en la definición y optimización del mantenimiento y los posibles procedimientos de rehabilitación. Dos cuestiones de extrema importancia en este contexto son las especificaciones de defectos (probabilidad de detección, probabilidad de identificación) alcanzados y la cuestión de la precisión de la medida (nivel de confianza).
Inspecciones en Línea
Mapeo
Ruta de tubería
Movimiento
Análisis de deformación
Etc.
Inspecciones de Perdida de
Metal
Corrosión
Calibración
Medida de Grosor de pared
Inspección de Fisuras
Agrietamiento por fatiga
Agrietamiento en soldaduras
SCC, HIC
Inspección Geométrica
Falta de redondez
Ovalidades
Hundimientos
33 Cualquier anomalía o defecto deben ser detectados e identificados antes de que tenga un efecto perjudicial sobre la integridad de una determinada línea o sistema de tuberías. La presión interna de un oleoducto inducirá un estado de estrés mecánico en la pared de la tubería. En gasoductos de alta presión las tensiones circunferenciales y axiales suelen ser de mayor relevancia. Como los análisis de esfuerzos nos lo muestran, una reducción en el área de soporte de carga aumentará las tensiones locales. Esta es la razón por la cual la corrosión; en particular, o la pérdida de metal en general tienen un efecto negativo sobre la integridad de una tubería. El soporte de carga área de la sección transversal de la pared de la tubería se reduce y, posteriormente, aumenta la tensión; este es un escenario en el que las tensiones locales en cualquier punto de la línea superan el límite de elasticidad y esta situación se debe evitar. Las grietas deben ser encontradas y de manera ideal, definir su tamaño, antes de que alcancen un determinado tamaño crítico específico. En la mecánica de fracturas este tamaño crítico es el límite entre tener una grieta sub-crítica que se detendrá, si la carga externa se reduce o elimina y el rápido crecimiento de grietas es impulsado por la energía almacenada, independientemente de la carga externa. Si bien la pérdida de metal o grietas no se identifican en el tiempo adecuado pueden producirse inestabilidades plásticas o fracturas. Evaluación de la integridad moderna sigue un enfoque de “aptitud-para-uso”. Una entrada importante que se requiere en el proceso es la geometría de cualquier falla o anomalía presente. Es la misión de la inspección en línea el detectar, medir y localizar las características, proporcionando así la entrada geométrica requerida. Como consecuencia, esta es también la justificación del uso de las inspecciones en línea. Sólo la inspección en línea puede revisar una tubería, ofreciendo una cobertura completa de la superficie de la tubería o el volumen total de la pared del tubo (Barbian y Beller, 2012).
2.2.4. ArcGIS Desktop Add-In
Los Add-In son una manera de agregar funcionalidad a una aplicación; en el caso de ArcGIS Desktop, la creación de Add-Ins se basa en un modelo organizado y centrado en la lógica del negocio. Todas las funcionalidades a las cuales el usuario tiene acceso a través de la interfaz gráfica pueden ser utilizadas a través de código usando referencias a ArcObjects.
Una ventaja adicional de los Add-In creados con ArcObjects es el modelo de entrega e
34 instalación para usuario final, el cual está orientado a una fácil distribución de funcionalidad (Amirian, 2013).
El modelo de Add-In’s para ArcGIS Desktop proporciona al desarrollador un marco declarativo para la creación de un conjunto de personalizaciones convenientemente empaquetadas en un solo archivo comprimido. Los Add-In son añadidos al sistema simplemente copiando a una carpeta conocida. Los complementos también se pueden compartir entre los usuarios dentro de una organización utilizando un recurso compartido de red (ESRI, 2014c).
La documentación técnica de ArcObjects especifica que un Add-In está compuesto por un conjunto de partes, incluyendo la metadata de las mismas en un archivo XML donde se incluye la descripción del mismo Add-In, las personalizaciones que este recibe, imágenes, datos adicionales y código compilado. Todas estas partes están incluidas en un archivo comprimido con la extensión esriaddin.
Para la creación de Add-Ins se utilizan técnicas de programación declarativa e imperativa.
El archivo XML que se mencionó anteriormente es la parte declarativa, y describe todos los aspectos estáticos del Add-In; incluyendo títulos, información sobre herramientas, ayuda, imágenes y datos iniciales de diseño. Esta división en porciones en los aspectos declarativos y de programación incrementa la flexibilidad, reduce y simplifica la carga de codificación en los desarrolladores, y en general hace que el desarrollo y el mantenimiento sea más fácil (ESRI, 2014c).
Dentro de la definición de un Add-In se encuentra el archivo Config.xml ubicado en la raíz del archivo del Add-In, dicho archivo contiene la descripción y la declaración de las personalizaciones definidas. La información de los procesos de localización de dicho archivo, también deben encontrarse allí, siendo uno por cada lenguaje que el Add-In soporte. La mayoría de Add-In también tienen una carpeta Install. Todo en la carpeta de instalación se descomprime en una ubicación temporal en el equipo del usuario. El propósito principal de la carpeta Install es mantener el código ejecutable (la parte activa) del complemento.
35 2.3. MARCO METODOLÓGICO
La metodología conocida como Design Science Research in Information Systems de la cual Hevner y Chatterjee (2010) afirman que los SI buscan la divulgación del conocimiento y que para tal fin se diferencian dos corrientes de la ciencia: Una orientada a los procedimientos y otra orientada al diseño. La ciencia orientada a los procedimientos busca crear y justificar teorías, mientras que la ciencia orientada al diseño se basa en la ingeniería, identifica problemas y crea innovación. Los artefactos de los sistemas de información son construcciones (símbolos y vocabulario), modelos (abstracciones y representaciones), métodos (prácticas y algoritmos) e instancias (prototipos e implementaciones).
El diseño de investigación científica está orientado tanto a los procesos como a los artefactos, y se describe el proceso de diseño como un ciclo que involucra el desarrollo de artefactos como su evaluación para comprender mejor un problema.
Es así como Hevner y Chatterjee (2010) plantean una guía para la ciencia orientada al diseño en los sistemas de información, la cual incluye: Guía del diseño de artefactos:
Producir artefactos viables en términos de un constructor, un modelo, un método o una inicialización. Relevancia del problema: El objetivo es desarrollar soluciones basadas en tecnología para problemas importantes y relevantes de las organizaciones. Diseñar la evaluación: Utilidad, calidad y eficacia de un artefacto debe ser rigurosamente demostrada a través de una evaluación de los métodos. Estos métodos son: Evaluación, observación, experimentos, pruebas, y descripciones. Contribución de la Investigación: El diseño de artefactos, funciones o metodologías debe ser claro y verificable. Rigor de la investigación:
Generar confianza en la aplicación de métodos rigurosos de construcción y evaluación de diseño de artefactos. Diseño como un proceso de búsqueda: Artefactos efectivos requieren satisfacer la finalidad y el ambiente del problema que quiere solucionar. Comunicar la investigación: Debe ser bien presentada periódicamente tanto en los niveles de tecnología como de gerencia.
El diseño de investigación científica (DSR) (Hevner y Chatterjee, 2010); (March y Smith, 1995) en la investigación de los SI busca desarrollar nuevos conocimientos generalizables acerca de los procesos de diseño, productos de diseño, y artefactos diseñados mientras se
36 resuelven los problemas de organización con nuevas prácticas de trabajo basado en IT.
Aunque DSR es todavía relativamente joven como enfoque de investigación, los profesionales han producido información útil sobre, por ejemplo, gestión de documentos (Wu, Gordon, y Fan, 2010), muestras comerciales (Moon y Ngai, 2010), la mejora del modelo de negocio en las agencias de viajes (Novak y Schwabe, 2009), y los sistemas de colaboración de diseño (Kolfschoten y De Vreede, 2009).
Los objetivos de esta investigación están orientados a la creación de un objeto tecnológico (un prototipo) enmarcado dentro de un SI, el cual apunta a utilizar la información propia y pertinente de organizaciones encargadas del transporte de petróleo y gas. Es válido decir que este trabajo está orientado más a la construcción de un artefacto tecnológico aplicando fundamentos teóricos, que a la validación de una tesis teórica.
La metodología genera un aprendizaje a través de la construcción (Kuechler y Vaishnavi, 2008), y es lo que se espera obtener con los objetivos planteados para el desarrollo de esta investigación.
2.3.1. Metodología de construcción del artefacto
El proceso de construcción de un artefacto de software es descrito por Cataldi (2000) como la obtención de los requisitos del artefacto, el diseño del artefacto en cuestión, diseño preliminar y diseño detallado del mismo, implementación del software , pruebas, instalación en cliente, mantenimiento, y actualización del sistema.
Algunas organizaciones profesionales como el Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) y la International Standards Organization/International Electrochemical Commission (ISO/IEC) han generado publicaciones acerca del ciclo de vida del software entre ellas Standard for Developing Software Life Cycle Proccesses (Estándar IEEE para el desarrollo de procesos del ciclo de vida del software) (IEEE, 1997).
2.3.1.1. Metodologías Tradicionales
El modelo en cascada que se aprecia en la Figura 4, es el más conocido de los modelos de ciclo de vida de software, está basado en un modelo convencional de la ingeniería y está comprendido por las siguientes etapas (Pressman, 2015):
37
Figura 4. Modelo en cascada (Pressman, 2015).
Este modelo, aunque ampliamente conocido ha demostrado tener varias desventajas:
Los proyectos reales en excepcionales casos siguen el flujo secuencial que propone el modelo.
Usualmente, es difícil para el cliente establecer explícitamente al principio todos los requisitos. El ciclo de vida clásico así lo requiere y presenta dificultades en acomodar posibles incertidumbres que pueden existir al comienzo de muchos productos.
El cliente debe tener paciencia. Hasta llegar a las etapas finales del proyecto no estará disponible una versión operativa del programa. Un error importante no detectado hasta que el programa esté funcionando puede ser desastroso.
Ahora bien el Modelo V (Figura 5), propuesto por el ministerio de defensa de Alemania (IABG Information Technology, 1995), es una especialización de modelo anterior propuesto:
Ingeniería y Análisis del Sistema
Análisis de los Requisitos
Diseño
Codificación
Prueba
Mantenimiento
38
Figura 5. Modelo V
(IABG Information Technology, 1995).
Este modelo muestra una similitud con el modelo anterior en su primera mitad, la otra mitad describe un proceso de realización de pruebas asociadas a su contraparte anterior.
Es claramente identificable que este modelo agrega la verificación de cada una de las etapas propuestas en el modelo de cascada.
Las desventajas que se pueden identificar en este modelo como lo comenta Pressman (2015) son: El riesgo es mayor que el de otros modelos, pues en lugar de hacer pruebas de aceptación al final de cada etapa, las pruebas comienzan a efectuarse luego de haber terminado la implementación, lo que puede traer como consecuencia un “roll-back” de todo un proceso que costó tiempo y dinero. A pesar de todo lo antes mencionado, definitivamente se trata de un modelo más robusto y completo que el Modelo de Cascada, y puede producir software de mayor calidad que con el modelo de cascada.
Metodologías basadas en estos modelos como Rational Unified Process (RUP) o Microsoft Solution Framework (MSF) son ampliamente conocidas y enfocan gran parte del esfuerzo
ANALISIS DE REQUERIMIENTOS
DISEÑO DEL SISTEMA
DISEÑO DETALLADO
IMPLEMENTACION DE PROGRAMAS Y PRUEBA UNITARIA
PRUEBA DELSISTEMA
PRUEBA DE ACEPTACION
OPERACION
PRUEBA DE INTEGRACION Plan de
Pruebas Verificar diseño
Plan de Pruebas
Validar requerimientos Plan de
Pruebas
Los planes de prueba son el nexo entre el desarrollo y la verificación
39 en la creación de una extensa documentación del proceso como en el cumplimiento de un plan definido al principio del proyecto.
Rational Unified Process (RUP)
Figueroa, Solis y Cabrera (2008, p. 2) definen que para esta metodología se cuenta con cuatro fases del ciclo de vida: Concepción, elaboración, construcción y transición.
Se identifica como desventajas de esta metodología que al momento de hacer una evaluación de riesgos, esta se vuelve compleja, presenta una flexibilidad que se torna excesiva en algunos proyectos y el cliente debe estar en capacidad de hacer una descripción detallada de los requerimientos para poder acordar un alcance del proyecto (Figueroa et al., 2008).
Microsoft Solution Framework (MSF)
MSF es una metodología propuesta por Microsoft y dentro de su definición se encuentran cinco fases: Visión y alcances, planificación, desarrollo, estabilización e implantación (Figueroa et al., 2008).
La relación de las cinco fases está descrita gráficamente en la Figura 6 y cubre desde el desarrollo de la idea hasta el despliegue del producto.
Figura 6. Modelo del Proceso MSF (Microsoft Technet, 2005).
2.3.1.2. Metodologías ágiles
Los métodos tradicionales y las metodologías que de ellos se desprenden, generan opiniones en pro y en contra; teniendo como base las opiniones en contra de las
