Recibido: 08/09/2025
Aprobado: 07/02/2026
Ciencia y Reflexión - Revista Científica Multidisciplinaria
ISSN 3045-5537 (en línea) Enero-Marzo, 2026, Volumen 5, Número 1 Pág. 332
DOI: https://doi.org/10.70747/cr.v5i1.771
Diseño e Implementación de un Sistema para Fortalecer la
Seguridad de Procesos en una Unidad Recuperadora de
Vapores
Eduar Condia Diaz
https://orcid.org/0000-0001-8915-3377
econdiad@unadvirtual.edu.co
Investigador Independiente
Puerto Gaitán-Colombia
RESUMEN
En el contexto de la creciente complejidad operativa y los requisitos regulatorios de la
industria de hidrocarburos, la seguridad de procesos se ha consolidado como un eje
fundamental para la prevención de incidentes mayores. Este artículo presenta un estudio
aplicado sobre el diseño e implementación de un Sistema Instrumentado de Seguridad
(SIS) en la Unidad Recuperadora de Vapores (VRU) de una planta de procesamiento de
crudo. La investigación integra las metodologías HAZOP y LOPA para la identificación,
análisis y mitigación de riesgos, siguiendo las directrices de la norma IEC 61511. El
objetivo fue establecer un SIS como capa independiente de protección capaz de detectar
desviaciones críticas y llevar el proceso a un estado seguro de forma automática. Los
resultados evidencian una reducción del riesgo operacional superior al 80 %, un
incremento en la confiabilidad del sistema y un cumplimiento óptimo de los estándares
internacionales de seguridad funcional. Estos hallazgos posicionan la seguridad de
procesos como eje estratégico de la sostenibilidad industrial y la gestión rigurosa de
riesgos en la industria de hidrocarburos.
Palabras clave: seguridad de procesos, sistemas instrumentados de seguridad, análisis de
riesgos, evaluación de riesgos, unidades de recuperación de vapor
Los autores declaran no tener conflicto de intereses.
El Editor y los Revisores declararon no tener conflicto de intereses.
Licencia:
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Design and Implementation of a Safety Instrumented System
(SIS) to Strengthen Process Safety in a Vapor
ABSTRACT
In the context of the increasing operational complexity and regulatory requirements of
the hydrocarbon industry, process safety has become a fundamental axis for the
prevention of major incidents. This article presents an applied study on the design and
implementation of a Safety Instrumented System (SIS) in the Vapor Recovery Unit (VRU)
of a crude oil processing plant. The research integrates HAZOP and LOPA methodologies
for risk identification, analysis, and mitigation, following the guidelines of IEC 61511. The
objective was to establish a SIS as an independent layer of protection capable of detecting
critical deviations and automatically bringing the process to a safe state. The results
demonstrate an operational risk reduction of over 80%, an increase in system reliability,
and optimal compliance with international functional safety standards. These findings
position process safety as a strategic pillar of industrial sustainability and risk management
in the hydrocarbon industry.
Keywords: process safety, safety instrumented systems, hazard analysis, risk assessment, vapor
recovery units
The authors declare no conflict of interest.
The Editor and the Reviewers declared no conflict of interest.
License:
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INTRODUCCIÓN
La seguridad de procesos representa un componente estructural dentro de la gestión integral
del riesgo industrial y un eje estratégico para alcanzar la sostenibilidad operativa. De acuerdo
con el Centro para la Seguridad de proceso Químicos “(CCPS, 2019)”, la seguridad de
procesos combina la identificación sistemática de peligros, la evaluación cuantitativa del
riesgo y la implementación de controles específicos, técnicos, administrativos y
organizacionales que aseguran la reducción de la probabilidad y severidad de eventos
mayores. Un enfoque basado en estos principios permite construir entornos industriales más
resilientes, confiables y alineados con la gestión sostenible de la producción.
En el caso específico de las Unidades Recuperadoras de Vapores (VRU), se han identificado
brechas técnicas asociadas a la ausencia de interlocks automáticos, dependencia de acciones
manuales y limitada redundancia en instrumentos críticos, lo que incrementa la probabilidad
de sobrepresiones, fugas y emisiones no controladas.
Registros preliminares de operación evidenciaron desviaciones recurrentes de presión y
paradas no programadas, lo que puso de manifiesto la necesidad de una capa de protección
independiente y automática.
El marco conceptual del estudio se fundamenta en los principios de seguridad funcional
establecidos en la norma IEC 61511, complementados con las guías del CCPS “(2019)” sobre
capas independientes de protección. En Colombia, la Resolución 40317 de la ANH y los
lineamientos de la ANLA refuerzan la necesidad de integrar soluciones técnicas que mitiguen
riesgos operacionales y ambientales, alineando el marco internacional con la regulación
nacional. En el contexto de la industria de hidrocarburos, las condiciones de alta presión,
temperatura y volatilidad de los fluidos procesados exigen la adopción de Sistemas
Instrumentados de Seguridad que funcionen como capas de protección independientes y
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automáticas. Estos sistemas son capaces de detectar desviaciones críticas y devolver el
proceso a un estado seguro sin intervención humana directa.
La implementación de un SIS en una VRU no solo reduce la probabilidad de eventos mayores,
sino que contribuye directamente a la sostenibilidad al disminuir emisiones fugitivas, mejorar
la eficiencia operativa y reducir paradas no programadas, fortaleciendo simultáneamente la
confiabilidad del proceso.
Objetivo general: En coherencia con lo anterior, el objetivo general de esta investigación es
diseñar e implementar un sistema de protección para una Unidad Recuperadora de Vapores,
basado en los principios de seguridad funcional, mediante el análisis de riesgos y la
identificación de funciones instrumentadas críticas.
METODOLOGÍA
La investigación adoptó un enfoque aplicado de carácter ingenieril–cuantitativo, orientado al
diseño y validación de un Sistema Instrumentado de Seguridad en una VRU seleccionada por
su criticidad operativa y antecedentes de desviaciones recurrentes. Se combinó la revisión
bibliográfica, la observación en campo, la experimentación aplicada y el análisis comparativo,
lo que aseguró la validez científica del estudio y su aplicabilidad práctica. La confiabilidad de
los datos del diagnóstico técnico se garantizó mediante la triangulación de fuentes: revisión de
P&ID actualizados, reportes históricos de incidentes, registros de mantenimiento y entrevistas
estructuradas con personal operativo y técnico.
El método se estructuró en cuatro fases articuladas con el ciclo de vida de la norma IEC 61511,
consolidando la trazabilidad entre los objetivos, las tareas realizadas y los resultados. La
selección de esta VRU se fundamentó en la evidencia inicial de fallas en salvaguardas
existentes, ausencia de redundancia y necesidad de automatización independiente para
cumplir criterios ALARP
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El proceso metodológico se estructuró en cuatro fases interrelacionadas. En la primera fase
se llevó a cabo un diagnóstico técnico exhaustivo basado en la revisión de diagramas P&ID,
reportes históricos de incidentes, auditorías internas y entrevistas con operadores y técnicos
de mantenimiento. Este levantamiento permitió identificar las salvaguardas existentes, evaluar
su desempeño real y reconocer brechas significativas frente a los requisitos de seguridad
funcional. A partir de esta información se estableció una línea base que orientó la selección de
las funciones instrumentadas críticas y la priorización de mejoras en la arquitectura del
sistema.
Las metodologías HAZOP y LOPA fueron seleccionadas por su complementariedad: HAZOP
permitió una identificación sistemática de desviaciones del proceso, mientras que LOPA
proporcionó una cuantificación semicuantitativa del riesgo y la determinación objetiva del
nivel SIL requerido, conforme a IEC 61511. El estudio HAZOP se realizó por nodos
funcionales, analizando desviaciones relacionadas con presión, temperatura, nivel y caudal.
Para cada desviación se identificaron causas probables, consecuencias posibles y señales de
alerta temprana. Posteriormente, el análisis LOPA permitió cuantificar los riesgos al estimar
frecuencias base, evaluar la efectividad de las salvaguardas existentes y estimar la probabilidad
de falla en demanda (PFDavg) de las funciones críticas. Para ello, se empleó el software
exSILentia, que permitió modelar el comportamiento de los sensores, la lógica de control y
los elementos finales mediante parámetros como la tasa de fallas de cada dispositivo, la
cobertura diagnóstica, los intervalos de prueba y la arquitectura de redundancia. Los
resultados de estas simulaciones indicaron la necesidad de implementar funciones con
requerimientos equivalentes a SIL 2 para garantizar que el riesgo residual se mantuviera dentro
de los criterios ALARP.
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En la tercera fase se desarrolló el diseño del sistema de protección, definiendo las Funciones
Instrumentadas de Seguridad (SIF), la arquitectura lógica del sistema y los equipos asociados.
La selección de sensores, controladores y elementos finales se realizó con base en criterios de
certificación SIL, compatibilidad con el proceso, confiabilidad operativa, disponibilidad de
repuestos y capacidad diagnóstica. También se consideraron parámetros como el rango
operativo, el historial de fallas de equipos equivalentes, la facilidad de instalación y el
cumplimiento de la IEC 61508. El diseño incorporó una arquitectura redundante 1oo2 para
las variables de mayor criticidad, un PLC de seguridad independiente del sistema de control
básico y válvulas certificadas para aplicaciones de demanda baja.
La cuarta fase correspondió a la validación del sistema mediante pruebas FAT (Factory
Acceptance Test) y SAT (Site Acceptance Test), realizadas primero en banco de pruebas y
luego bajo condiciones operativas reales. Estas actividades permitieron verificar la coherencia
entre la lógica diseñada y la respuesta del sistema, evaluar los tiempos de actuación ante fallas
simuladas, comprobar el funcionamiento de los mecanismos de votación y validar la
comunicación segura entre los distintos componentes del lazo de protección. El proceso de
validación del SIS fue documentado mediante protocolos FAT y SAT, listas de verificación
funcional, registros de pruebas y actas de conformidad, garantizando la trazabilidad y
repetibilidad del diseño, una vez implementado el sistema, se desarrolló un programa de
capacitación orientado a operadores y personal técnico, centrado en los principios de
seguridad funcional, la gestión de alarmas, la operación segura frente a disparos del sistema
y los procedimientos de pruebas periódicas requeridos para mantener el nivel de integridad
de seguridad.
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Tabla 1. Fases del proceso metodológico
Nota: P&ID (Piping and Instrumentation Diagram); SIF (Función Instrumented de Seguridad). Elaboración, a partir las
fases del proceso metodológico aplicado
RESULTADOS
Desde el punto de vista operativo, la implementación del SIS permitió incrementar la
disponibilidad de la VRU del 85 % ±2 % al 97 % ±1 %, valores obtenidos a partir de
simulaciones validadas con datos históricos de operación. Los resultados obtenidos
evidencian una mejora sustancial en el desempeño operativo y en la gestión de la integridad
de la Unidad Recuperadora de Vapores (VRU) tras la implementación del sistema de
protección basado en principios de seguridad funcional. En primer lugar, el diagnóstico inicial
permitió identificar fallas estructurales relacionadas con la falta de redundancia en los
instrumentos de paro, la ausencia de interlocks automáticos y una dependencia elevada de la
intervención manual.
En cuanto al análisis de riesgos, la aplicación de HAZOP evidenció desviaciones críticas
asociadas con incrementos de presión, variaciones de temperatura y fallas en las válvulas de
control. Cuando estas desviaciones se evaluaron mediante la metodología LOPA, se
constató que varias funciones requerían niveles SIL iguales o superiores a SIL 2 para alcanzar
un riesgo residual compatible con los criterios ALARP, que se basan en los rangos de
tolerabilidad del riesgo definidos por la HSE, considerando frecuencias de eventos, severidad
de consecuencias y desempeño de salvaguardas independientes. El uso del software
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exSILentia permitió modelar estas funciones y estimar las probabilidades de falla en demanda,
lo que apoyó la selección técnica de sensores, lógicas de votación y válvulas certificadas.
En términos ambientales, se evidenció una reducción aproximada del 78 % ±5 % en emisiones
de compuestos orgánicos volátiles, debido al mayor control del proceso y a la disminución de
descargas no controladas. Este comportamiento se alineó con los lineamientos regulatorios
establecidos por la ANLA para instalaciones del sector hidrocarburos.
Finalmente, se identificó un beneficio económico derivado de la reducción de paradas no
programadas, lo que representó un ahorro anual cercano al 12 ±2 % en costos operativos
asociados a paradas no programadas. Los valores de disponibilidad reportados corresponden
a resultados de simulación y validación funcional, contrastados con registros operativos
previos.
DISCUSIÓN
La trazabilidad entre resultados y metodología se mantiene a través de las fases de diagnóstico,
análisis de riesgos, diseño y validación del SIS. Los hallazgos del estudio confirman la
efectividad de integrar análisis de riesgos avanzados con herramientas de seguridad funcional
para mejorar la confiabilidad en sistemas de proceso. La notable reducción en la ocurrencia
de desviaciones críticas y el aumento en la disponibilidad operativa sostienen la idea de que
la automatización de las funciones de protección, especialmente en equipos sometidos a alta
variabilidad como las VRU, constituye una estrategia adecuada para controlar riesgos de
impacto mayor.
Los resultados técnicos concuerdan con estudios recientes como los de Fetisov et al. (2021),
quienes reportan mejoras similares en unidades de recuperación de vapores cuando se
incorporan funciones instrumentadas de seguridad con niveles SIL 2. De igual forma, las
conclusiones presentan paralelos con las observaciones de Wang et al. (2021),
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en las que sistemas de protección automatizados mostraron reducciones significativas en
incidentes operacionales, fortaleciendo simultáneamente la eficiencia energética y la
estabilidad del proceso.
La disminución de emisiones fugitivas observada en este estudio reafirma el vínculo entre
seguridad de procesos y sostenibilidad ambiental. La literatura especializada señala que las
barreras instrumentadas contribuyen no solo a prevenir incidentes, sino también a mantener
condiciones operativas óptimas que reducen la pérdida de materia prima y mejoran el
desempeño ambiental. En este caso, la caída del 78 % en emisiones se alinea con los criterios
de cumplimiento ambiental establecidos en la normativa colombiana.
Desde una perspectiva organizacional, los resultados también demostraron que la puesta en
práctica de un sistema basado en seguridad funcional promueve cambios positivos en la
cultura de seguridad. La reducción de la intervención manual y la claridad en la lógica de
protección permitieron fortalecer las competencias técnicas del personal y fomentar prácticas
basadas en evidencia. Este aspecto es coherente con las recomendaciones del CCPS y la HSE,
que resaltan la importancia de la capacitación continua y del uso de herramientas claves para
la toma de decisiones.
El análisis comparativo con estándares internacionales sugiere que el modelo implementado
es escalable y replicable en otros contextos industriales de la región. La alineación con la IEC
61511 demuestra que, aun en instalaciones con limitaciones de infraestructura, es posible
diseñar sistemas confiables y sostenibles mediante la aplicación sistemática de metodologías
de evaluación de riesgos y selección de equipos certificados. Esto permite proyectar la
implementación de sistemas similares en otras instalaciones de producción, transporte o
refinación, con beneficios técnicos, ambientales y organizacionales comprobables.
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El estudio se desarrolló bajo condiciones operativas controladas, por lo que factores externos
como mantenimientos mayores recientes y cambios en la carga de proceso pudieron influir
en algunos indicadores. Asimismo, los resultados económicos se basan en estimaciones
conservadoras, lo que sugiere la necesidad de estudios longitudinales posteriores.
CONCLUSIONES
El diseño e implementación del Sistema Instrumentado de Seguridad (SIS) en la Unidad
Recuperadora de Vapores representa un hito fundamental en la consolidación de la seguridad
de procesos dentro del sector hidrocarburos colombiano. Este proyecto validó empíricamente
la eficacia de los sistemas SIL 2 para mitigar riesgos de alto impacto, optimizar la confiabilidad
operativa y fortalecer el acatamiento de la normativa nacional e internacional en seguridad
funcional. Los resultados evidencian una disminución superior al 80 % de los riesgos críticos
identificados, un incremento del 14 % en la disponibilidad operativa y una mejora significativa
en la eficiencia energética y ambiental, conforme a las guías de la IEC 61511, el CCPS (2019)
y la ANLA (2023).
Además, la integración del SIS con el sistema SCADA permitió fortalecer la trazabilidad y el
monitoreo en tiempo real, incrementando la capacidad de respuesta frente a desviaciones y
eventos anómalos. Este proceso redujo el tiempo de detección de fallas a menos de dos
segundos y mejoró la capacidad de análisis predictivo, alineándose con los principios ALARP
establecidos por la Health and Safety Executive (HSE). El uso de una arquitectura redundante
1oo2 y componentes certificados garantizó una disponibilidad superior al 97 %, consolidando
una operación más segura, estable y eficiente.
El modelo propuesto también demostró su potencial de replicabilidad en diferentes contextos
industriales, especialmente en instalaciones de producción, transporte y refinación de
hidrocarburos en América Latina. La experiencia obtenida reafirma que la
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inversión en sistemas instrumentados de seguridad genera beneficios tangibles: reducción de
incidentes, optimización de recursos y mayor confianza institucional frente a los entes
regulatorios como la ANH y la ANLA.
Asimismo, este proyecto contribuye al desarrollo de una cultura organizacional más madura
en materia de gestión del riesgo, impulsando la formación de competencias técnicas en
seguridad funcional y fomentando la innovación tecnológica. Su implementación fortalece los
Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) relacionados con energía accesible y no
contaminante, industria e innovación. En conclusión, la seguridad de procesos, cuando se
sustenta en evidencia técnica y se integra con la gestión organizacional, constituye un pilar
estratégico para la sostenibilidad, la competitividad y la excelencia operativa del sector
energético colombiano e internacional.
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