Mario Castillo•
Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia

Álvaro Mendoza
Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia

Sergio Cabrales
Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia

Abstract

La Empresa Colombiana de Petróleos ECOPETROL S.A. había finalizado la construcción de un poliducto nuevo y debía seleccionar la mejor alternativa para la operación durante los siguientes 20 años del sistema de poliductos que permite el transporte y suministro del combustible a la capital del país. Este trabajo presenta una Metodología de Análisis de Decisiones soportada en modelos de simulación de MonteCarlo, análisis de riesgo y Proceso Analítico Jerárquico, la cual utiliza criterios cuantitativos y cualitativos para seleccionar la mejor alternativa.

Keywords: Poliducto, Análisis de Decisiones, Análisis de Riesgo, Simulación de MonteCarlo, Proceso Analítico Jerárquico.

1. INTRODUCCIÓN

Este trabajo presenta la metodología de decisiones desarrollada para ayudar a la Vicepresidencia de Transporte de ECOPETROL a tomar una decisión acerca de la mejor alternativa para la operación del sistema de poliductos para el transporte y suministro del combustible a Bogotá y sus áreas de influencia durante los próximos años. Es un problema de decisión complejo debido a su impacto económico, al gran número de alternativas a considerar y al alto nivel de incertidumbre generado por la presencia de variables como la demanda y el hurto de combustible.
Para solucionar el problema se utilizó una metodología general de análisis de decisiones, diseñada por Castillo [1]. Utilizando esta metodología, se estructuró el problema, definiendo los principales aspectos, actores y variables, así como los criterios de decisión y las alternativas de solución del mismo, tal como se resume en la sección 2.1. Una vez estructurado el problema, se diseñó una metodología de análisis específica para solucionar el problema, utilizando Modelos de Simulación de Montecarlo y Proceso Analítico Jerárquico (PAJ), la cual se describe en la sección 2.2. Por último, en la sección 2.3 se presentan los principales resultados que se obtuvieron en el estudio.

2. METODOLOGÍA PARA DETERMINAR LA MEJOR ESTRATEGIA DE OPERACIÓN DE UN SISTEMA DE POLIDUCTOS

2.1 Estructuración del Problema

De acuerdo con estimaciones realizadas por ECOPETROL en el año 1995, la capacidad de los poliductos utilizados para suministrar combustible a Bogotá (sistema Salgar – Mansilla), estaría copada para el año 1997, ocasionando problemas para satisfacer los incrementos de demanda de Bogotá y su área de influencia. Adicionalmente, se consideraba estratégicamente importante contar con una ruta de transporte alterna que mejorara la confiabilidad del sistema. Por estas dos razones principales, en el año 1995 se aprobó el proyecto de construcción de un nuevo poliducto, que en adelante llamaremos Poliducto de Oriente, con una inversión del orden de US $150 millones.
En el año 2003 el poliducto nuevo estaba terminado y la demanda de Bogotá y su área de influencia era bastante inferior a la estimada, y podía ser atendida con el sistema antiguo, razón por la cual no era fácilmente justificable su entrada en operación. En este contexto, ECOPETROL debía tomar una decisión acerca de la mejor alternativa para la operación del sistema de poliductos que permiten el transporte y suministro del combustible a Bogotá y sus áreas de influencia durante los próximos años. En la Figura 1 se presenta un esquema de los sistemas de abastecimiento de combustible a Bogotá.

Fig. 1 Sistemas de abastecimiento a Bogotá

En el año 2003 ECOPETROL, siguiendo la recomendación de un grupo de asesores de la Universidad de los Andes, decidió dejar el Poliducto de Oriente en stand by teniendo en cuenta el alto costo que generaba la operación de este poliducto.
En el año 2006 ECOPETROL, con la asesoría de la Universidad de los Andes, analizó nuevamente el problema de operación del sistema de poliductos teniendo en cuenta el cambio en algunas variables relevantes del problema. La decisión debía ser tomada teniendo en cuenta que el problema involucraba varios aspectos, tales como el económico, el comercial, el técnico, la imagen institucional y la regulación, que generaban un alto número de variables relevantes para el análisis del problema tales como costos operativos y de mantenimiento, costos laborales, inversiones adicionales, demanda y hurto de combustibles, entre otras.
Los criterios de decisión definidos inicialmente por el grupo decisor para evaluar las diferentes alternativas fueron Confiabilidad Global, relacionada con la capacidad disponible y la flexibilidad operativa, el Riesgo Geológico en la estación Villeta, el cual podría afectar la operación del sistema Salgar – Mansilla, y el Desempeño Económico medido por el valor presente neto (VPN) y el riesgo económico del costo total.
Para estructurar las alternativas de decisión, se identificaron inicialmente las variables de decisión involucradas en el problema:

- Decisión 1. Operación del Poliducto de Oriente: se debe decidir si se opera el Poliducto de Oriente inmediatamente o si se mantiene en stand by y se opera sólo cuando el sistema Salgar-Mansilla no tenga la capacidad suficiente para satisfacer la demanda de Bogotá.
- Decisión 2. Eliminación de la Estación Villeta: se debe decidir si se sigue operando el sistema Salgar-Mansilla con la estación Villeta o si se elimina esta estación, en cuyo caso se podría repotenciar otra estación o crear una nueva estación.
- Decisión 3. Construcción de la Interconexión Mansilla-Tocancipá: se debe decidir si se construye o no la interconexión entre Mansilla y Tocancipá, los puntos terminales de los dos sistemas.
- Decisión 4. Distribución en Tocancipá: se debe decidir si se distribuye combustible en Tocancipá para satisfacer la demanda del norte de Bogotá.

Si se combinaran todas las decisiones se generarían 32 alternativas, que es un número muy grande de alternativas teniendo en cuenta el rigor y el nivel de detalle del proceso de evaluación de las mismas. Es necesario, por tanto, definir una metodología que permita evaluar de una manera eficiente estas alternativas.

2.2 Metodología de Análisis de las Alternativas

Para analizar las diferentes alternativas identificadas se diseñó una metodología específica que consta de 4 pasos, la cual se presenta en la Figura 2.

Fig. 2 Metodología de análisis de las alternativas

En el paso 1, Obtención de las Alternativas a Evaluar Económicamente, conjuntamente con el grupo de trabajo de ECOPETROL, se estableció un orden apropiado de las decisiones para estructurar las alternativas y luego se eliminaron aquéllas que no cumplían de manera evidente con alguna de las restricciones de tipo técnico o económico.
En el paso 2, Evaluación Económica de las Alternativas, se realizó una primera evaluación económica del conjunto de alternativas que subsistieron al proceso de selección de la etapa anterior, y se realizó un análisis de sensibilidad sobre las principales variables, tales como la demanda y el hurto de combustibles, para determinar su efecto sobre el VPN del costo de las alternativas.
En el paso 3, Evaluación Económica y Análisis de Riesgo de las Alternativas, se elaboró un modelo de Simulación de MonteCarlo incorporando el comportamiento aleatorio de la demanda y del hurto de combustible para evaluar el VPN del costo de las diferentes alternativas y el riesgo asociado a cada una de ellas.
Finalmente, en el paso 4, Evaluación Global y Selección de la Mejor Alternativa, se construyó un modelo final de decisión utilizando PAJ para evaluar las alternativas teniendo en cuenta los criterios de decisión cuantitativos y cualitativos definidos por el grupo de ECOPETROL.

2.3 Resultados

En el paso 1 se estableció un orden de análisis de las decisiones de acuerdo con su importancia y se cosntruyeron unas alternativas iniciales de decisión. Luego se eliminaron algunas de estas alternativas teniendo en cuenta algunas restricciones técnicas y económicas para obtener un grupo final de 8 alternativas, las cuales se presentan en la Figura 3.

Fig.3 Alternativas para la evaluación económica

En el paso 2 se construyó un modelo determinístico en Excel para calcular el VPN de las 8 alternativas finales bajo diferentes escenarios de la demanda y el hurto de combustibles. Para la demanda se definieron diferentes escenarios acerca de su comportamiento durante los siguientes 20 años, algunos de los cuales consideraban un crecimiento constante durante todo el período, otro correspondía al pronóstico de la empresa y otros fueron generados asumiendo que la demanda se podía modelar por medio de un Movimiento Browniano, teniendo en cuenta que los datos históricos cumplían todos los supuestos necesarios para utilizar este tipo de modelo. En el caso del hurto de combustible también se definieron varios escenarios: uno, asumiendo un nivel de hurto nulo, otro asumiendo un nivel de hurto (medido en barriles diarios) constante durante los 20 años del horizonte de análisis, y el otro suponiendo un nivel inicial de hurto que iría disminuyendo de acuerdo con las metas establecidas por ECOPETROL.
Al analizar el VPN del costo de las diferentes alternativas se pudo observar que, en términos generales, el VPN de las alternativas se veía más afectado por cambios en la demanda que por cambios en el hurto de combustible.
En el paso 3 se construyó un modelo de simulación de MonteCarlo utilizando Crystal Ball y al observar el comportamiento de las alternativas, se confirmó que la variable demanda tiene un impacto mayor que el del hurto de combustible en el valor esperado y el riesgo del VPN del costo. Para la valoración del riesgo asociado al VPN del costo de cada una de las alternativas se utilizó el concepto de Value at Risk (VaR), definido como la máxima pérdida que se puede obtener con respecto a un costo objetivo con cierto nivel de confiabilidad.
En la Figura 4 se observa que al analizar tanto el VPN del costo como el riesgo asociado, las alternativas A1, A4, A5 y A8 presentan un mejor desempeño que las alternativas A2, A3, A6 y A7, con una diferencia en el valor esperado del VPN del orden de $100.000 millones (equivalentes a US $40 millones). Esta diferencia se debe básicamente a que el primer grupo se ahorra los costos de operación y hurto de combustible del Poliducto de Oriente durante algunos años al esperar que la demanda supere la capacidad del sistema Salgar – Mansilla para empezar a operarlo.

Fig. 4 VPN vs. VaR para las ocho alternativas

En el paso 4, debido a la falta de información razonablemente precisa para evaluar las alternativas con respecto al criterio Riesgo Geológico de Villeta se decidió analizar, utilizando un PAJ, dos grupos de alternativas con respecto a los criterios Confiabilidad Global y Desempeño Económico. El grupo 1 con las alternativas que mantienen en operación la estación Villeta, y el grupo 2 con aquéllas que no incluían dicha estación. En el grupo 2, se eliminaron del análisis las alternativas A3 y A7, ya que el grupo decisor determinó que éstas eran dominadas en el aspecto confiabilidad por las alternativas A4 y A8, respectivamente, por tener estas últimas una mayor capacidad y una mayor flexibilidad operativa y teniendo en cuenta, adicionalmente, que este dominio también se presentaba en el aspecto económico.
El grupo decisor estableció un peso de 0.4 para confiabilidad global y 0.6 para desempeño económico y elaboró las matrices de comparación por pares de las alternativas con respecto a estos dos criterios. Los resultados de la evaluación de las alternativas de cada grupo con respecto a la meta global de lograr la mejor operación del sistema de poliductos, se presentan en la Figura 5.

Fig. 5 Resultados de la evaluación global de las alternativas para cada uno de los grupos

3. CONCLUSIONES

- El diseño y la aplicación de una metodología estructurada de análisis de decisiones fue fundamental para reducir de manera sistemática el número inicial de alternativas y evaluarlas detalladamente teniendo en cuenta criterios cuantitativos y cualitativos.
- El comportamiento futuro de la demanda de combustibles tiene mayor impacto que el hurto de combustible, ya que determina el año de entrada del Poliducto de Oriente ocasionando cambios importantes en el VPN esperado y el riesgo de las alternativas que mantienen el Poliducto de Oriente en stand by.
- Es necesario realizar un estudio detallado de la situación de Villeta para determinar la probabilidad de ocurrencia y el potencial impacto de una situación crítica asociada al riesgo geológico de dicha estación.
- Si el estudio de Villeta recomienda que esta estación puede seguir operando, la mejor alternativa sería la alternativa A5, la cual considera mantener el Poliducto de Oriente en stand by hasta que la demanda requiera su operación y, adicionalmente, construir la interconexión Mansilla-Tocancipá.
- Si el estudio recomienda eliminar la estación de Villeta, la mejor alternativa sería la alternativa A8, la cual considera construir una nueva estación y la interconexión, y mantener el Poliducto de Oriente en stand by hasta que la demanda requiera su operación.
- En las mejores alternativas de cada uno de los escenarios (con Villeta, sin Villeta), el año esperado de entrada del Poliducto de Oriente es 2015.

El trabajo presentado en este artículo muestra la relevancia de la aplicación formal de metodologías y modelos de análisis de decisiones en la evaluación de decisiones de alto impacto en empresa públicas y privadas, y los importantes ahorros que este tipo de análisis pueden representar para una empresa.

4. BIBLIOGRAFÍA

[1] M. Castillo, Toma de Decisiones en las Empresas: Entre el Arte y la Técnica. Metodologías, Modelos y Herramientas, Próximo a publicarse.

[2] J. Evans, D. Olson, Introduction to Simulation and Risk Analysis, Prentice Hall, 1998.

[3] D. Luenberger, Investment Science, Oxford University Press, 1998.

[4] T. Saaty, L. Vargas, Decisions Making in Economic, Political, Social and Technological Environments with the Analytic Hierarchy Process, Universit