MODELO DE SIMULACIÓN DE OPERACIONES PORTUARIAS

Este trabajo describe un modelo de simulación de operaciones portuarias para un puerto que atiende plataformas petroleras ubicadas en la costa brasileña. Se realizaron experimentos para probar diferentes políticas operativas y estratégicas. Además, se abordaron temas relacionados con la demanda y el perfil de la flota y sus efectos en el rendimiento del sistema.

La operación de las plataformas de abastecimiento requiere grandes inversiones y tiene costos de operación muy altos, especialmente en lo que se refiere a los viáticos que se pagan para apoyar a las embarcaciones y la operación del puerto que atiende a estas embarcaciones. En este sistema, el uso eficiente de los recursos es fundamental.

Es en este escenario que surge la necesidad de desarrollar instrumentos capaces de hacer frente a esta complejidad, ya través de los cuales sea posible determinar con mayor precisión las necesidades de expansión de capacidad por el aumento de la demanda, como se puede apreciar en [2]. Además, tales instrumentos permiten evaluar posibles alternativas en la disposición de los recursos actuales e incluso en la evaluación de los efectos de cambios en el modus operandi y en la tecnología utilizada en este sistema.

Este trabajo reporta algunos aspectos del desarrollo de una herramienta diseñada para apoyar la planificación de capacidad de una terminal portuaria para soportar operaciones off-shore. La técnica empleada fue la simulación computacional, la cual se aplica cuando las relaciones que componen el sistema en estudio no son lo suficientemente simples como para utilizar métodos de optimización. Además, permite estudiar el funcionamiento de sistemas como el puerto en cuestión, la forma en que funciona actualmente y también la forma en que podría llegar a funcionar, explorando el concepto de análisis what-if. Tal enfoque se vuelve muy útil cuando se estudia la adopción de nuevas tecnologías, cuando se experimenta con nuevos arreglos de recursos y cuando el costo de implementar un nuevo proceso (implementar y observar su desempeño) es demasiado alto para asumir el riesgo de falla.

II - MODELIZACIÓN

El modelo computacional, desarrollado con el software ARENA, simula la operación de un puerto que atiende embarcaciones que transportan insumos a plataformas de exploración y producción de petróleo. Las embarcaciones son los “clientes” del puerto, los cuales tendrán un mayor o menor tiempo de servicio, dependiendo de la cantidad y tipo de recursos disponibles, así como de la disponibilidad de materiales requeridos por las embarcaciones al momento de su arribo.

BUQUES

Las embarcaciones se dividen en categorías que difieren según algunas características básicas como la tasa de llegada, el tamaño, etc. y que determinan un mayor o menor aprovechamiento de los recursos portuarios. Las categorías son:

• Suministros: embarcaciones que utilizan grúas, montacargas y carretas para cargar y descargar sus materiales. También abastecen carga no sólida como agua, diesel y lodo, a través de mangueras conectadas a los muelles de amarre.

• Graneleros: buques que transportan predominantemente carga no sólida, a granel, utilizando mangueras y no grúas.

• Exclusivo: embarcaciones que tienen operaciones diferentes a las demás. Los buques dedicados normalmente están amarrados más tiempo en los muelles, sin embargo, utilizan grúas y mangueras con mucha menos intensidad.

LOS MATERIALES

Los materiales, como hemos visto, se pueden clasificar en sólidos y no sólidos. Estos últimos utilizan mangueras para ser cargados y los otros utilizan grúas, montacargas y remolques. Entre los materiales no sólidos se encuentran el agua, el diesel, el lodo de barita, la bentonita y el cemento.

Los materiales sólidos se dividieron básicamente en dos clases, denominadas “cubierta” y “tubos”. Material de cubierta es el que se encuentra en forma de contenedores, canastas metálicas, tarimas y otras formas que se transportan sobre la cubierta de la embarcación. Las tuberías también se transportan sobre cubierta, pero se diferencian del material de cubierta por el tiempo necesario para cargar y descargar un remolque: al ser más difíciles de manejar, la operación lleva más tiempo.

LOS RECURSOS

Trailers – Hay un pool de trailers, es decir, un área donde se concentran los trailers, donde se estacionan cuando no se usan. A medida que son solicitados, los camiones comienzan a operar, desplazándose por todos los sectores del puerto. Si el número de camiones es insuficiente para cumplir con el número de solicitudes, estas (las solicitudes) entran en una cola y esperan la liberación de un camión.

Grúas: las grúas, o servidores, manejan carga desde embarcaciones hasta remolques, o viceversa. La distribución que representa el tiempo de funcionamiento de estos servidores se calculó considerando la carga (o descarga) completa de un remolque.

Atracaderos - Son los lugares donde atracan las embarcaciones. El número de atracaderos influye en el tiempo medio de carga de los buques porque cuantos más atracaderos haya, más buques estarán adelantando la carga de materiales no sólidos. Cabe señalar que puede haber más cunas que grúas.

LUGARES DE OPERACIÓN

Los materiales descargados/cargados en los buques tienen como destino/procedentes determinados puntos del recinto portuario. Estos lugares pueden estar más lejos o más cerca del muelle, donde se encuentran las embarcaciones. Si están cerca, el tiempo de viaje de un remolque desde esta ubicación hasta el muelle será más corto y, por lo tanto, el tiempo para descargar/cargar todo el buque también será más corto, lo que puede requerir de 10 a 30 remolques. Por el contrario, si el lugar de operación está muy lejos del muelle, más tiempo se moverán los remolques y menor será la disponibilidad general de remolques, que operan en una piscina.

Las ubicaciones operativas (figura 1) son el pre-embarque en cubierta, el pre-embarque en tubo, los contratistas, el parque de tubos y el retropuerto. El lugar más alejado es el tube park, a unos 120 minutos del muelle y el más cercano es la plataforma de preembarque, que está a 5 minutos.

III - EXPERIMENTACIÓN Y RESULTADOS OBTENIDOS

Luego de modelado el sistema, se procedió a la validación del modelo, el cual, según [1] y [3], es fundamental para realizar experimentos que conduzcan a respuestas representativas para el sistema en estudio. Tras la validación, se llevó a cabo una serie de experimentos, de los cuales se seleccionaron 2 como ejemplo. Tratan de verificar el comportamiento del sistema portuario ante cambios en la demanda (llegada de buques) y en la flota de buques que operan en el puerto, respectivamente.

Experimento A – El objetivo principal de este experimento se refiere al estudio de alternativas de inversión que apunten a adecuar la capacidad del puerto al posible aumento del número de plataformas servidas. Como consecuencia inmediata de este aumento, tiende a aumentar el número de buques que llegan diariamente a puerto. Para ello, es necesario estructurarse de manera que el nivel de servicio (tiempo de atención) no se vea comprometido. Las alternativas analizadas fueron:

• Alternativa 1: Sacar las embarcaciones exclusivas del puerto, liberando así más recursos para otras embarcaciones.

• Alternativa 2: Duplicar el número de servidores (equipos para el manejo de carga y descarga de embarcaciones a remolques). Actualmente se utilizan grúas, pero a través del modelo se puede considerar la instalación de diferentes equipos como puentes grúa, que podrían cargar y descargar varias embarcaciones simultáneamente.

• Alternativa 3: Similar a la alternativa 2, pero incluyendo además la duplicación de atraques, es decir, duplicar el número de embarcaciones que pueden ser abastecidas simultáneamente con agua, gasoil, graneles y fluidos.

La figura 2 muestra la estancia media de los buques de suministro para la situación actual y para cada una de las alternativas, utilizándose diferentes tasas de llegada en los experimentos. La alternativa 1 (retirada de embarcaciones exclusivas del puerto), en relación con la situación actual, presenta una reducción significativa en la estadía promedio de las embarcaciones de abastecimiento solo a partir de un incremento del 15% sobre la tasa de arribo actual. Aumentando la tasa de llegada en un 5% y un 10%, la reducción de tiempo promedio no supera 1 hora.

Experimento B: este experimento tiene como objetivo evaluar el efecto de cambiar el perfil de la flota en las operaciones portuarias. Los experimentos realizados evaluaron la operación con una flota homogénea de 380m2, es decir, todos los buques de suministro se convirtieron a un área estándar.

Básicamente, se adoptaron los mismos supuestos que en el experimento anterior, a excepción de la tasa de llegada de buques de suministro, que se corrigió para adaptarse a una flota homogénea con una superficie de cubierta de 380 m2. La tasa de arribo de esta flota aumentó a 4,57 buques/día.

En la figura 3 podemos ver que sólo tras el aumento del 15% en la tasa de llegada de los buques se vuelve representativa la diferencia en el tiempo medio de estancia de los buques de abastecimiento, con una reducción de 6,8h, en relación a la situación actual. Para un aumento significativo de la demanda (30%), se obtuvo una diferencia de 31 horas en la estancia media.

IV.CONCLUSIÓN

Los experimentos demostraron que la simulación de operaciones portuarias permitió identificar el punto de saturación del puerto, es decir, hasta qué demanda el puerto podría atender un cierto nivel de servicio. Además, se pudo identificar si había alguna ventaja en trasladar embarcaciones exclusivas a otro puerto.

A través del modelo también se probó la posibilidad de reestructurar el perfil de la flota. El resultado indicó que este cambio no sería efectivo para un aumento de la demanda de hasta un 10%. Los otros experimentos buscaron responder preguntas relacionadas con las inversiones necesarias para mejorar el nivel de servicio. Se evaluaron las características tecnológicas de los equipos, así como los cambios en las características operativas del sistema. Se vio el dimensionamiento de los recursos para contemplar no solo cuestiones tecnológicas, sino también la cantidad a utilizar.

En general, el modelo de simulación de operaciones portuarias contribuyó al estudio de numerosas situaciones operativas e incluso estratégicas. Con esto, el decisor cuenta con información que le permite dimensionar adecuadamente el puerto.

V - BIBLIOGRAFÍA

BANCOS, J.; CARSON II, JS; NELSON, BL, Discret-Event System Simulation, 2.ª ed., Prentice-Hall, 1996.

DARZENTAS, J.; SPYROU, T., Tráfico de transbordadores en las islas del Egeo: un estudio de simulación, Journal of the Operational Research Society, V.47, 1996, págs. 203-216.

LAW, AM, KELTON, WD, Modelado y análisis de simulación. 2ª ed., McGraw-Hill, 1991.

SYSTEMS MODELING CORPORATION, ARENA User's Guide, 1996.

Autores: Leonardo Lacerda, Eduardo Saliby, Paulo Nazario y Marcelo Lara