Una de las aplicaciones de los análisis probabilista de seguridad de mayor utilidad práctica, es la realización de los estudios de importancia. Estos tienen como objetivo determinar el aporte relativo de cada componente o sistema al riesgo (probabilidad del suceso no deseado) calculado desde el punto de vista del diseño, la operación u otros aspectos.
Este aporte se expresa de forma cuantitativa por medio de las medidas de importancia En general las medidas de importancia (conocidas más de una decena en la literatura) evalúan el impacto que un determinado factor tiene sobre el riesgo global.
De manera genérica se expresa como:
Aunque el concepto de indisponibilidad y su cuantificación se aplican sólo a componentes o sistemas a la espera, el término se acostumbra a usar para identificar diferentes tipos de análisis, como por ejemplo al análisis de indisponibilidad instantánea o media, que pueden conjugar regímenes de espera y operación. Se utiliza comúnmente además en la definición de las medidas de importancia, como veremos a continuación. De modo general, tres de las medidas de importancia más empleadas en estos análisis, son :
4.1.1.1. Medida de importancia Fussel-Vesely.
Esta medida de importancia, cuando se define para un componente dentro de un sistema, es la suma de las probabilidades de cada uno de los conjuntos mínimos donde está presente el componente, dividida entre la probabilidad total de falla del sistema de referencia, o sea, representa el aporte relativo de indisponibilidad de dicho componente a la indisponibilidad total del sistema.
Esta medida de importancia es siempre menor que la unidad y se expresa como:
Σ
Qcmi FV = [4.1.1] Qm Importancia del factor sobre el riesgoContribución del factor al riesgo ó cambio del riesgo
introducido por el factor
donde:
Σ
Qcmi Suma de las probabilidades de los conjuntos mínimosdonde se encuentra el componente i.
Qm Indisponibilidad media del sistema.
4.1.1.2. Medida de importancia de Reducción del Riesgo.
Esta medida de importancia da un criterio de cuanto puede disminuir el riesgo global, si el componente objeto del análisis fuera perfecto, es decir que su probabilidad de falla es igual a cero. En el sistema ARCON se determina de dos formas: por la fórmula del cociente y la fórmula de la resta.
De la primera fórmula se obtienen siempre valores mayores que la unidad y su expresión es la probabilidad de falla del sistema dividida entre la probabilidad de falla del mismo con el componente completamente disponible ( estado perfecto o indisponibilidad del componente igual a cero), esto se expresa como:
Qmedia
RRW = [4.1.2]
Qmedia(Pi= 0) donde
Qmedia(Pi=0) - Es la Qmedia con el componente i en perfecto estado.
La segunda fórmula (de la resta) se calcula mediante la diferencia entre la probabilidad de falla del sistema y la probabilidad de falla del mismo cuando la componente se encuentra en estado perfecto. Esto es:
RRW = Qmedia - Qmedia(Pi=0) [4.1.3]
Esta medida debe ser siempre mayor que cero. En el caso que sea igual a cero, significa que el componente objeto de análisis no está presente en ninguno de los conjuntos mínimos del sistema. Cuanto menos aporte relativo tenga el componente en el sistema, menor será el valor de la importancia. Esta medida de importancia proporciona una información muy útil en el proceso de selección de los componentes y en el establecimiento de la configuración de los sistemas durante la etapa de diseño, pues permite agrupar en un orden jerárquico el grupo de elementos cuya mejora aporta un beneficio sustancial en la disminución del riesgo global de los sistemas analizados. 4.1.1.3. Medida de importancia de incremento del riesgo.
Esta medida de importancia da un criterio de cuanto puede aumentar el riesgo global, si el componente objeto de análisis es totalmente imperfecto, o sea, suponiendo que su probabilidad de falla es igual 1.
Las fórmulas son las siguientes: - cociente,
Qmedia(Pi= 1)
RAW = [4.1.4] Qmedia
- resta,
RAW = Qmedia(Pi=1) - Qmedia [4.1.5]
Ambas expresiones son útiles para evaluar el aporte relativo de cada uno de los componentes por separado al incremento del riesgo de un sistema, partiendo de que estos componentes se encuentran fallados o fuera de servicio. En la práctica esta medida permite dirigir los esfuerzos hacia aquellos elementos de mayor impacto sobre el riesgo (indisponibilidad) durante la actividad de explotación.
4.1.1.4. Estudios de Priorización.
Dentro del amplio espectro de aplicaciones de APS, los estudios de priorización constituyen una de las herramientas prácticas que más utilidad reportan en el aumento de la disponibilidad operacional de instalaciones industriales.
Los procedimientos de priorización se basan en: - Contribución de conjuntos mínimos.
- Medidas de importancia de riesgo.
Los estudios de priorización basados en importancia constituyen una aplicación particular de los análisis de importancia. La característica distintiva de los análisis de importancia habitualmente realizados por otros sistemas en el mundo es que el ordenamiento de los contribuyentes según su importancia se realiza sin tener en cuenta ningún atributo, por lo que resulta imposible identificar el aporte de determinados modelos, parámetros u otras características específicas (tiempo entre pruebas, tiempo permisible fuera de servicio, mantenimientos, tipo de componente, etc) a la frecuencia del suceso no deseado o a la indisponibilidad operacional de la instalación.
Cuando se realizan estudios de priorización es posible determinar claramente la influencia sobre la frecuencia del suceso no deseado o la indisponibilidad operacional de la instalación, del atributo escogido como parámetro para realizar la priorización. Para la implementación de los estudios de priorización por importancia se han desarrollado
determinados procedimientos según el atributo seleccionado para el mismo. Estos atributos son:
- Tiempo entre pruebas. - Mantenimiento.
- Modelo de componente.
- Tiempo permisible fuera de servicio (AOT). - Sin atributo.
Cuando se realiza un estudio de priorización dado con el objetivo de identificar la contribución de algún atributo (tiempo entre pruebas, AOT y otros ) a la indisponibilidad del sistema, es indispensable realizar una selección de los componentes, que por su influencia en el atributo deben ser incluidos en el análisis y separar dentro de los modelos de cálculo de cada componente, aquellos términos relacionados con el atributo en cuestión.
En los estudios tradicionales de APS, la modelación de los componentes-modos de fallas se realiza explícitamente, es decir están separados los contribuyentes que representan indisponibilidad durante las pruebas, fallas ocultas y mantenimientos correc-tivos . Este aspecto, aunque simplifica los estudios por parámetros medios, complica la ejecución de estudios de indispo-nibilidad instantánea, ya que se pierde la continuidad de la función que describe la indisponibilidad de un componente en el que se conjuguen todas estas características de fallas.
Esto significa, que en los estudios de priorización generalmente realizados, basta con seleccionar para los análisis aquellos componentes, cuyas características corresponden al atributo por el que se prioriza; mientras que en ARCON, adicionalmente a lo anterior, el sistema realiza (de forma automática) la selección en el modelo de indisponibilidad media de los componentes sujetos a priorización de los términos que corresponden al atributo en cuestión.
El significado de esta afirmación se explica detalladamente para cada caso en la siguiente tabla:
Priorización por Elementos a tener en cuenta y términos de la fórmula que se consideran
Tiempo entre pruebas Se realiza sólo para elementos probados periódicamente (Tipo 4 según ARCON). Se tiene en cuenta el término de la fórmula Qcomp=Pnt(ç“/Tp) (ver [2.4.10]) , que es el aporte de las pruebas a la Qmedia. La priorización se realiza por RRW, yaque la misma expresará en este caso cuanto disminuye el riesgo cuando se logra reducir a cero la indisponibidad durante la prueba (prueba perfecta). La fórmula de la RRW en este caso es idéntica a la fórmula de la resta ya explicada y sólo se tienen en cuenta los parámetros:
Qmedia del sistema - Qmedia de los CM con componentes tipo 4, considerando para la Qcomp. sólo el término de la fórmula anteriormente explicado.
Qmedia(Pi=0) - Qmedia del sistema,explicada en este aspecto pero considerando probabilidad cero para el componente i tipo 4.
Mantenimiento Sólo se consideran los elementos que se afectan con los mantenimientos. Para ARCON son los tipos 3, 4 y 6. En cada caso los términos que se tienen en cuenta son:
R
Tipo 3 Qcomp = (ver [2.4.7]) R + µ
Tipo 4 Qcomp= q = 1/2 Rdet*(Tp-τ)+
+Rdet(Tr+Phe(Tp-τ-Tr)
+1-(1/RnoT)(1-EXP(-RnoT))
+ qad (ver [2.4.15])
donde:
Rdet=(1-Inef).R;Rno=Inef.R;
Tipo 6 Qcomp= ç“m/Tm
La priorización se realiza por la medida RRW. Para los componentes tipo3 y 4 la RRW indica en cuanto se reduce el riesgo de realizarse un efectivo mantenimiento en los componentes analizados que fuera capaz de llevar su indisponibilidad a cero. Para los componentes tipo 6 la RRW representa la reducción de riesgo que se logrará si se redujera a cero la indisponibilidad del componente Los aspectos sobre el cálculo de la Qmedia y de la RRW siguen las mismas reglas anteriores pero adaptadas a es-tos tipos de componentes.
Tiempo permisible fuera de servicio (AOT)
En este caso sólo se consideran los elementos con posibilidad de salir fuera de servicio de acuerdo a las especificaciones técnicas de la instalación. Para ARCON estos son los tipos 4 y los tipos 1 y 3 que el usuario considere necesario y a los cuales ha asignado un valor de AOT en la base de datos.
La medida seleccionada para priorización es la RAW, que significa cuanto se incrementa el riesgo cuando el componente está fuera de servicio. El valor RAW se calcula tal como se plantea en la fórmula [4.1.5].
Sin atributo La priorización sin atributo como su nombre indica se realiza sin ninguna eliminación de tipos de componentes. Se priorizan las contribuciones partiendo de la medida RRW que se calcula de acuerdo a la fórmula [4.1.3] . En este caso la priori- zación se realiza atendiendo al impacto global que tiene cada componente sobre la reducción del riesgo, sin separar las contribuciones debidas a uno u otro factor. Por modelo de componente Para priorización por modelo de componente se puede
utilizar el campo sistema, sí dentro del mismo se ha hecho la descripción del modelo de componente. Como modelo se entiende válvula eléctrica, neumática, bomba eléctrica, diesel y otros. Esta priorización se basa también en la RRW de cada componente. Esta opción en ARCON se encuentra en desarrollo. En dependencia de la resolución de la base de datos, estos análisis se pueden llevar hasta el nivel de priorización de componentes según el diseño y/o fabricante de los mismos
Cuando se realiza un estudio de priorización a partir de determinado atributo específico, el cálculo de la medida de importancia a utilizar se adecúa al atributo objeto de priorización.
Cuando se trata de realizar un estudio de priorización la posibilidad de su ejecución es simple, si se parte del hecho de que los procedimientos están elaborados correctamente. Lo novedoso en este caso resulta la implementación de los estudios de priorización por importancia, directamente dentro de un sistema de APS combinado con todas las posibilidades que caracterizan al sistema ARCON ( análisis de indisponibilidad media e instantánea, análisis de sensibilidad, ,puntos aislados del tiempo, etc ).
Los estudios de priorización por importancia, que se han previsto dentro del sistema ARCON como una opción particular del Análisis de Importancia, fueron enumerados en el desarrollo de este aspecto.
Las ventajas que reporta el análisis dentro del sistema son evidentes:
1. Realización de los estudios de priorización utilizando el sistema directamente y documentación inmediata de estos resultados con los listados, según se establece en los procedimientos de priorización de los mayores y menores contribuyentes al impacto al riesgo.
2. Ensayar posibles medidas de reducción de la contribución al impacto al riesgo de los mayores contribuyentes cambiando las bases de datos y realizando nuevos estudios de priorización.
3. Combinar los estudios de priorización con otras potencialidades existentes en el sistema, como análisis de sensibilidad lo que contribuye a la optimización de los parámetros más sensibles de los componentes prioritarios.
Para culminar el desarrollo de este epígrafe se presenta una tabla de priorización de contribuyentes tomando como atributo el tiempo entre pruebas, obtenida con el sistema ARCON, para un sistema tecnológico de seguridad. En estudios de priorización al nivel de parte o de todo el APS o de estudios de disponibilidad de planta, se observan diferencias notables entre los mayores y menores contribuyentes, lo que permite categorizarlos por grupos de impacto al riesgo. Este análisis realizado, a los niveles anteriormente mencionados, permite descartar los contribuyentes de menor impacto de acuerdo al atributo utilizado durante la priorización y centrar la atención en los mayores contribuyentes.
A continuación se presenta una tabla de priorización por tiempo entre pruebas para un sistema de seguridad de una Central Nuclear.
COMPONENTES RRW % RRW %Acum 38 LF-TH23S01-O 9.69E-6 17.33 9.96E-6 17.33 12 LF-TH43S01-O 9.69E-6 17.33 1.93E-5 34.66 20 LF-TH63S01-O 9.69E-6 17.33 2.90E-5 51.99 5 LF-TH21D01-S 8.60E-6 15.38 3.76E-5 67.38 27 LF-TH41D01-S 8.60E-6 15.38 4.62E-5 82.76 45 LF-TH61D01-S 8.60E-6 15.38 5.48E-5 98.14 6 LF-TH20S04-O 1.84E-7 0.33 5.50E-5 98.47 28 LF-TH40S04-O 1.84E-7 0.33 5.52E-5 98.80
Tabla 4.1.1. Priorizacion por tiempo entre pruebas.