Beneficios y aplicaciones de la impresión 3D en la industria del petróleo y el gas

Una de las mayores áreas de potencial sin explotar para la fabricación aditiva es la industria del petróleo y el gas. Relativamente lenta en la adopción de tecnologías aditivas, la industria del petróleo y el gas está rezagada con respecto a industrias como la automotriz y la aeroespacial en la búsqueda de casos de uso aplicables para la fabricación aditiva.

Sin embargo, dado que la industria se enfrenta a serios desafíos, desde la volatilidad de los precios del petróleo hasta el cambio a fuentes de energía alternativas, la necesidad de reducir los costos operativos es cada vez más pertinente para las partes interesadas de la industria.

Desde el desarrollo de productos hasta el mantenimiento de equipos y más, hemos identificado cuatro oportunidades clave en las que la industria puede aprovechar al máximo la tecnología de impresión 3D.

Desarrollo de productos más rápido y flexibilidad de diseño

Uno de los principales beneficios de la impresión 3D es su capacidad para acelerar el proceso de desarrollo de productos. Con la fabricación aditiva, los diseñadores e ingenieros de productos pueden visualizar, desarrollar y validar sus diseños de forma rápida y rentable.

Esta ventaja puede ser aprovechada por la industria del petróleo y el gas para reaccionar mejor a las oportunidades en los mercados emergentes y evaluar cualquier riesgo o falla potencial en la etapa de diseño, antes de la producción.

Ya se han sentado precedentes en este ámbito: las empresas multinacionales han utilizado la impresión 3D para crear con éxito un prototipo de boya para una estación de perforación de petróleo y gas.

Mediante el uso de la impresión 3D para producir el prototipo en miniatura, los ingenieros pudieron producir versiones de plástico del prototipo en el espacio de cuatro semanas, a diferencia de los meses que tardaba la fabricación convencional.

Los ingenieros también pudieron evaluar cómo mejorar los componentes y establecer la secuencia de montaje más eficiente antes de construir la boya real.

Otro ejemplo: se ha producido un quemador impreso en 3D para una turbina de gas industrial. Gracias al proceso de fabricación aditiva, el quemador se podía producir en una sola pieza en lugar de fabricarse en 13 piezas separadas para soldar entre sí.

Esta mejora en el diseño ayudará a prolongar la vida útil del componente y, en última instancia, de la turbina de gas. Del mismo modo, se desarrolló un quemador para una turbina de gas utilizando fabricación aditiva para reducir la fase de desarrollo y validación en un 50%.

La impresión 3D requerirá que las empresas de petróleo y gas se replanteen los enfoques tradicionales del diseño, con el beneficio adicional de producir componentes complejos con un rendimiento mejorado.

Sin embargo, los beneficios de este cambio son enormes: desde ciclos de desarrollo de productos más cortos hasta un mayor ahorro de material.

Producción rentable y de bajo volumen

Aunque la industria del petróleo y el gas ha tardado en adoptar la impresión 3D para la fabricación, la tecnología es muy prometedora para la industria. Debido a los altos costos de las herramientas y a la necesidad de plazos de entrega más largos, la fabricación tradicional no suele ser adecuada para la producción de bajo volumen. La fabricación aditiva puede ayudar a reducir significativamente los plazos de entrega (por ejemplo, entregar piezas en días en lugar de semanas) al tiempo que reduce los costes de fabricación.

Por ejemplo, la fabricación aditiva se puede utilizar para producir pequeñas cantidades de piezas complejas especialmente diseñadas, al tiempo que se hace un uso eficiente de los materiales. Se cree que la impresión 3D puede revolucionar la producción de numerosos componentes, incluidas bombas de turbina de gas de alto valor, turbomaquinaria, válvulas y boquillas.

Reparación más rápida de componentes de alto valor

El tiempo de inactividad planificado o no planificado debido al mantenimiento de los equipos puede ser costoso, especialmente en plataformas remotas o en alta mar. Una vez más, la impresión 3D puede marcar la diferencia.

Algunas tecnologías aditivas, como la deposición directa de energía, se pueden utilizar no solo para producir componentes complejos hechos a medida, sino también para reparar o refabricar equipos desgastados de manera eficiente. La aplicación de la tecnología a componentes obsoletos o dañados, como ejes, válvulas y bombas, puede aumentar su vida útil y rendimiento, reduciendo así los costos generales de operación y mantenimiento.

Simplificación de cadenas de suministro complejas

La fabricación aditiva podría tener un impacto positivo en la gestión de la cadena de suministro dentro de la industria del petróleo y el gas. Uno de los principales beneficios es el cambio a inventarios digitales y la producción bajo demanda de piezas de repuesto.

En regiones remotas y en alta mar, donde el suministro de piezas de repuesto es limitado o donde es probable que los problemas logísticos causen retrasos, la capacidad de producir piezas en el momento de la necesidad podría ayudar a reducir significativamente el tiempo y los gastos asociados con el abastecimiento de piezas de repuesto o de repuesto.

Además, los operadores de petróleo y gas mantienen actualmente grandes inventarios de piezas de repuesto para minimizar el tiempo de inactividad no planificado en caso de fallo de los componentes.

Con la fabricación aditiva, muchas piezas de repuesto, por ejemplo, para equipos heredados, se pueden aplicar ingeniería inversa para crear un inventario digital para la producción bajo demanda, reduciendo así el inventario de almacén y los costos de almacenamiento.

A largo plazo, la fabricación bajo demanda y el almacenamiento de archivos digitales podrían transformar la cadena de suministro y la red de distribución dentro de la industria.

Principales desafíos para una adopción más amplia de la impresión 3D en la industria del petróleo y el gas

Hasta la fecha, la adopción de la impresión 3D en la industria del petróleo y el gas ha sido limitada. En una industria típicamente reacia al riesgo, actualmente hay una falta de infraestructura de fabricación para integrar completamente la fabricación aditiva en el proceso de fabricación y la cadena de suministro.

Otro reto es la certificación y cualificación de las piezas. Garantizar un proceso de fabricación repetible y fiable es fundamental para una industria estrictamente regulada, y las piezas impresas en 3D deben cumplir con estrictos estándares de calidad.

Por esta razón, es fundamental que las empresas consideren formas de garantizar la repetibilidad de la producción para mejorar la confianza en las piezas impresas en 3D y agilizar el camino hacia la certificación. Esto debe incluir un marco regulatorio sólido, una planificación de la producción digital y una automatización y conectividad avanzadas.

Para mejorar la cualificación de la fabricación aditiva en los sectores del petróleo y el gas y el sector marino, varios Proyectos Conjuntos de Innovación (JIP) reunieron a 20 socios de todos los sectores. Concluidos en 2020, los JIP han logrado avances significativos en el desarrollo de directrices de calificación y un modelo económico para la fabricación aditiva en la industria del petróleo y el gas.

En particular, esto último puede ser un desafío para las empresas de petróleo y gas. El problema clave en el desarrollo de un modelo económico para la adopción de la fabricación aditiva radica en identificar los casos de uso adecuados para la impresión 3D.

En otras industrias, los fabricantes generalmente han optado por imprimir piezas muy complejas que se necesitan en lotes pequeños. Sin embargo, este enfoque no siempre es adecuado para la industria del petróleo y el gas, debido a la complejidad de su cadena de suministro. Por eso es esencial que la industria desarrolle su propio marco de impresión 3D para identificar casos y tecnologías adecuados. Se necesitarán usuarios tempranos para allanar el camino para este camino, como ha sido el caso en las industrias aeroespacial y automotriz.

Superar los desafíos de la impresión 3D en la industria del petróleo y el gas

Sin embargo, como lo demuestran los sectores aeroespacial y automotriz, los beneficios de la fabricación aditiva superan con creces el desafío de desarrollar un enfoque estratégico de la tecnología. A medida que la industria del petróleo y el gas busca mejorar la eficiencia operativa, las tecnologías disruptivas, como la fabricación aditiva, ocuparán cada vez más un lugar central.

La industria tendrá que centrar sus esfuerzos de transformación en tres enfoques clave:

• • desarrollar su propio «marco específico para la fabricación aditiva» para gestionar la diversidad de tecnologías aditivas e identificar casos de uso apropiados;
• • Tratar de desarrollar alianzas y colaboraciones con empresas especializadas para resolver problemas tecnológicos;
• • Las inversiones en instalaciones de fabricación aditiva y centros de investigación ayudarán a construir la infraestructura necesaria para garantizar la adopción a largo plazo de la tecnología.

En general, la fabricación aditiva podría permitir a las empresas de la industria del petróleo y el gas optimizar los procesos operativos, lograr ahorros significativos de costos y crear formas nuevas y más eficientes de desarrollar, fabricar y mantener equipos.

La impresión 3D podría convertirse en una tecnología común en instalaciones en el extranjero o centros regionales que innoven las operaciones de la cadena de suministro. Durante la próxima década, a medida que se identifiquen aplicaciones y surjan nuevas oportunidades con los materiales y tecnologías de impresión 3D, la industria del petróleo y el gas se abrirá a los beneficios de la impresión 3D y los capitalizará.