RAPIDS™ Technical Report — Failure Event Characterization (FEC)
Structured technical characterization of the Pump 042J failure event within the CP6 360K HPS-042 Water Injection System | Client Release — Issued for Review & Comment
JR Engineering Company
RAPIDS™ Reliability Engineering Framework
Frontera Energy Colombia
RAPIDS™ Reliability Engineering Framework
Frontera Energy Colombia
14 de January de 2026
Executive Summary
El presente documento corresponde a un RAPIDS™ Technical Report, desarrollado en una fase Pre-RCA, cuyo objetivo es caracterizar y delimitar técnicamente la falla ocurrida en la Bomba HPS-042J del HPS-042 Water Injection System, el 09 de marzo de 2025, mediante la integración de evidencia operativa de alta resolución, análisis tiempo–frecuencia, comparación entre unidades en operación paralela y validación contra evidencia física de teardown.
El análisis se desarrolla en el contexto de una hipótesis técnica externa que atribuye la falla catastrófica de la Bomba J a un evento operacional previo de naturaleza hidráulica o sistémica, potencialmente inducido por perturbaciones en el sistema de inyección. Dicha hipótesis plantea la existencia de un mecanismo de daño inducido o diferido, con origen fuera de la unidad afectada.
A partir de la reconstrucción cronológica del evento, el análisis del comportamiento dinámico antes, durante y después de la falla, y la comparación directa con las unidades HPS-042I y HPS-042K, se evaluó si el comportamiento observado es compatible con un evento externo detonante, o si corresponde a un proceso mecánico interno, progresivo y localizado.
Los resultados muestran que la falla de la Bomba HPS-042J se desarrolló como un proceso progresivo, con una ventana de escalamiento dinámico observable de aproximadamente 4.9 minutos, caracterizada por incremento sostenido de vibración, desacoplamiento mecánico–eléctrico y propagación interna del daño. No se identificaron respuestas simultáneas, firmas espectrales equivalentes ni cambios de régimen en las unidades paralelas que indiquen una perturbación sistémica común.
La evidencia física del teardown confirma un patrón de daño altamente localizado, concentrado en el cojinete radial de base, de un total de doce, con los componentes restantes en condición aceptable. Este patrón es incompatible con mecanismos hidráulicos externos súbitos o con fallas sistémicas de lubricación, y es consistente con un escenario de carga radial localizada y pérdida progresiva de rigidez efectiva.
La integración de evidencia operativa y física indica que la secuencia observada es compatible con los modos de falla VIB → LOO → BRD y con los mecanismos físicos Wear → Overheating → Sticking (Seizure) → Breakage, conforme a la taxonomía ISO 14224:2016.
En consecuencia, dentro del alcance de este análisis Pre-RCA, la hipótesis de una falla inducida por un evento operacional externo no resulta compatible con el comportamiento observado. Interpretaciones alternativas asociadas a condiciones latentes preexistentes de naturaleza estructural o de instalación en la Bomba J resultan más consistentes con la evidencia integrada, aunque su confirmación definitiva requiere una Root Cause Analysis (RCA) formal.
Este informe tiene como propósito delimitar técnicamente el evento, acotar el espacio causal y soportar la toma de decisiones técnicas bajo incertidumbre. No constituye una determinación definitiva de causa raíz, un peritaje técnico ni una asignación de responsabilidades.
1. Introducción
1.1 Contexto del Evento
La Unidad HPS-042J, una bomba multietapa de 2.500 HP instalada en el sistema CP6 360K HPS-042 Water Injection System, entró en operación el 02 de agosto de 2024, acumulando 192 días de servicio continuo hasta la ocurrencia del evento de falla el 09 de marzo de 2025.
El evento se materializó como una fractura catastrófica del eje a nivel del cojinete de base, resultando en la indisponibilidad de la unidad por un periodo aproximado de 72 días.
Como parte de las actividades posteriores al evento, el proveedor OEM (Halliburton) realizó un análisis de teardown, concluyendo preliminarmente que la falla estaría asociada a un evento externo a nivel de PAD, descrito como un posible golpe de ariete o contrapresión, capaz de generar vibraciones excesivas y la detención instantánea de múltiples unidades del sistema.
La presente evaluación técnica se desarrolla en respuesta directa a dichas afirmaciones, mediante el análisis integrado de evidencia operativa de alta resolución y evidencia física documentada.
1.2 Propósito y Alcance
Este documento presenta la caracterización técnica de la falla de la Unidad HPS-042J, ocurrida el 09 de marzo de 2025, mediante la integración de datos operativos de alta resolución (2 Hz – 0,5 s) y evidencia física obtenida durante el teardown.
El propósito del análisis es:
Establecer qué ocurrió, mediante la identificación de modos de falla observables, conforme a la taxonomía de ISO 14224:2016 (Anexo B.2.6).
Describir cómo evolucionó el evento, a través de la caracterización de mecanismos de falla, integrando evidencia dinámica y física (ISO 14224, Anexo B.2.2).
Delimitar hipótesis técnicas de causa de falla, en términos de clasificaciones ISO 14224, como insumo para una eventual investigación posterior de causa raíz (ISO 14224, Anexo B.2.3).
Este documento corresponde a una fase Pre-RCA y no constituye un Análisis de Causa Raíz formal, ni evalúa responsabilidades contractuales, operativas o de gestión. Su objetivo es proporcionar una base cuantitativa, trazable y verificable, que permita sustentar técnicamente procesos de decisión o investigaciones posteriores.
El análisis se limita exclusivamente a la evidencia asociada al evento de falla ocurrido a las 11:23 del 09-mar-2025. Evaluaciones de eventos operacionales previos o posteriores se desarrollan en documentos independientes.
| Alcance del Estudio | |
| Elemento | Descripción |
|---|---|
| Unidad | HPS-042J – Bomba multietapa 2.500 HP (Halliburton HPS ST2500) |
| Resolución de Datos | 2 Hz (0,5 s) — resolución 100× superior al registro histórico (1/min) |
| Ventana de Análisis | 642 s previos a la falla (≈10,7 minutos) |
| Fase del Estudio | Pre-RCA | Caracterización técnica para investigación posterior |
| Datos: SCADA CP6 @ 2 Hz │ Evidencia física: Teardown Halliburton (2025) | |
1.3 Marco de Referencia — ISO 14224:2016
La caracterización de la falla se estructura conforme al marco de clasificación establecido en la ISO 14224:2016, el cual distingue entre modos de falla, mecanismos de falla y causas de falla, manteniendo una separación explícita entre observación, evidencia física e hipótesis técnica.
| Marco de Clasificación ISO 14224 — Anexo B | ||
| Nivel ISO | Qué caracteriza | Tratamiento en este documento |
|---|---|---|
| B.2.6 Modos de falla (observable) | VIB → LOO → BRD | Caracterizado mediante evidencia operativa cuantitativa |
| B.2.2 Mecanismos de falla (evidencia física) | Desgaste → Sobrecalentamiento → Atascamiento → Rotura | Corroborado con evidencia física del teardown |
| B.2.3 Causas de falla (hipótesis técnica) | Clasificación técnica para investigación posterior | Delimitado como hipótesis Pre-RCA |
| Referencia: ISO 14224:2016 — Petroleum, petrochemical and natural gas industries | ||
2. Alcance y Exclusiones
2.1 Alcance del Análisis
El presente Technical Report — Pre-RCA se desarrolla con el objetivo de realizar una caracterización técnica estructurada de la falla de la Unidad HPS-042J, ocurrida el 09 de marzo de 2025, mediante la integración de datos operativos de alta resolución y evidencia física obtenida durante el teardown.
El análisis se enfoca en la identificación y caracterización de modos y mecanismos de falla, conforme a la taxonomía establecida en ISO 14224:2016, y en la delimitación técnica de hipótesis de causa raíz potenciales, como insumo para una investigación RCA formal posterior.
Dentro de este marco, el alcance del análisis incluye:
- Caracterización del comportamiento dinámico previo a la falla, a partir de variables operativas medidas (vibración, potencia, torque y velocidad).
- Identificación de patrones temporales y transitorios relevantes asociados a la degradación y colapso del equipo.
- Integración y contraste de la evidencia operativa cuantitativa con la evidencia física documentada en el teardown.
- Clasificación estructurada de:
- Modos de falla observables.
- Mecanismos de falla compatibles con la evidencia física.
- Hipótesis técnicas de causas raíz, delimitadas pero no cerradas.
- Análisis comparativo con unidades paralelas (I–J–K), con el fin de discriminar entre comportamientos localizados y condiciones sistémicas de operación.
Eventos operacionales externos al equipo, cambios de configuración del sistema o perturbaciones transitorias se consideran únicamente como contexto operacional, en la medida en que contribuyan a interpretar la evidencia disponible, sin constituir por sí mismos el objeto del análisis.
El presente documento corresponde a una fase Pre-RCA, conforme al RAPIDS™ Reliability Engineering Framework, y tiene como propósito reducir la incertidumbre técnica, establecer límites claros de interpretación y preparar el terreno para una investigación RCA formal.
2.2 Exclusiones y Limitaciones
El presente documento no constituye, ni debe interpretarse como:
- Un Análisis de Causa Raíz (RCA) completo.
- Un dictamen forense, peritaje técnico o determinación de responsabilidades.
- Una evaluación contractual, legal o de cobertura de garantías.
- Una certificación de integridad mecánica o aptitud para el servicio.
- Una validación o invalidación concluyente de hipótesis relacionadas con diseño, fabricación, instalación o montaje.
Asimismo, el análisis se encuentra condicionado por las siguientes limitaciones:
- Dependencia de la calidad, resolución y disponibilidad de los datos operativos históricos.
- Ausencia de mediciones directas de condición interna del equipo durante la operación.
- Imposibilidad de reproducir experimentalmente el evento de falla.
- Interpretación de evidencia física limitada a la documentación disponible del teardown.
Cualquier inferencia que exceda el alcance aquí definido deberá ser desarrollada dentro del marco de una investigación RCA formal, con alcance, metodología y objetivos explícitamente establecidos.
3. Fuentes de Datos y Preparación
3.1 Fuentes de Datos
El presente análisis integra múltiples fuentes de información técnica, clasificadas según su naturaleza y rol analítico dentro del proceso Pre-RCA, conforme al RAPIDS™ Reliability Engineering Framework.
3.1.1 Datos Operativos Dinámicos
La base cuantitativa principal del análisis corresponde a datos operativos históricos de alta resolución, extraídos directamente del sistema Historian PI / SCADA CPE6 de Frontera Energy.
- Fuente: Frontera Energy (2025) [11]
- Frecuencia de muestreo: 2 Hz (0,5 s)
- Duración analizada: ~10 minutos (1.201 registros)
- Variables: Vibración, presión, caudal, velocidad (VSD), potencia eléctrica y señales de control.
Estos datos constituyen la única fuente utilizada para la caracterización dinámica y temporal del evento, incluyendo la identificación de transitorios, escalamiento de variables y colapso operacional.
3.1.2 Evidencia Física — Teardown
Como fuente complementaria e independiente, se utilizó la evidencia física obtenida durante el teardown de la Unidad HPS-042J, ejecutado por el fabricante del equipo.
- Fuente: Halliburton (2025) [10]
- Tipo de información: Inspección visual, mediciones dimensionales, registro fotográfico y diagnóstico post-falla.
- Rol analítico:
- Validación de mecanismos de falla compatibles con la evidencia
operativa.
- Correlación física de modos y mecanismos conforme a ISO 14224.
- Validación de mecanismos de falla compatibles con la evidencia
operativa.
La evidencia de teardown no se emplea para inferir secuencias temporales, sino exclusivamente como elemento de validación cruzada frente a los patrones dinámicos observados en los datos operativos.
3.1.3 Documentación Técnica y Registros Históricos
Adicionalmente, se revisó documentación técnica histórica relevante para contextualizar el evento y acotar hipótesis técnicas.
- Fuente: Frontera Energy (2024–2025) [12]
- Contenido:
- Registros de alineación.
- Mediciones de vibración históricas.
- Registros de mantenimiento y eventos operativos previos.
- Registros de alineación.
Esta información se utiliza únicamente como contexto técnico y no forma parte del análisis estadístico ni dinámico primario.
Un resumen estadístico completo del dataset operativo, así como la caracterización por fases, se presenta en el Anexo A — Estadísticos Dataset @2Hz.
3.2 Ventanas Temporales de Análisis
La ventana temporal analizada fue seleccionada con el objetivo de capturar de manera íntegra la evolución dinámica previa, durante y posterior a la falla de la Unidad HPS-042J.
La ventana comprende:
- Condición previa en régimen cuasi-estacionario, correspondiente a un periodo de operación estable prolongada (>1 hora).
- Fase de transición y escalamiento dinámico, donde se observan desviaciones progresivas de variables clave.
- Evento de falla y colapso operacional, identificado por cambios abruptos en vibración, potencia y velocidad.
- Periodo post-evento inmediato, utilizado exclusivamente para confirmar el estado posterior a la ruptura.
Para efectos analíticos, la ventana fue segmentada en fases operativas discretas, definidas a partir de cambios observables en el comportamiento dinámico del sistema. Estas fases se emplean como herramienta descriptiva y analítica, no como categorías causales.
La definición formal de las fases, su duración y sus métricas estadísticas asociadas se documentan en el Anexo A.1 — Resumen Estadístico por Fase Operativa.
3.3 Preparación y Tratamiento de Datos
Previo al análisis, los datos fueron sometidos a un proceso de preparación estructurado, orientado a asegurar consistencia, comparabilidad y trazabilidad, conforme al RAPIDS™ Reliability Engineering Framework.
Las principales etapas del tratamiento de datos incluyeron:
- Verificación de integridad y completitud, confirmando ausencia de valores faltantes o discontinuidades temporales.
- Sincronización temporal de todas las variables a una base común de 2 Hz.
- Normalización relativa de variables seleccionadas respecto a un promedio inicial en régimen estable, con fines comparativos.
- Segmentación temporal en fases operativas, basada en criterios observables de comportamiento dinámico.
- Cálculo de métricas estadísticas descriptivas, incluyendo media, desviación estándar y coeficiente de variación, para cada fase.
No se aplicaron técnicas de filtrado agresivo, suavizado artificial ni transformaciones que alteraran el contenido físico de las señales. El tratamiento de datos se limitó a operaciones reversibles y trazables, preservando la fidelidad de la evidencia original.
Los resultados estadísticos derivados de este proceso se presentan de manera detallada en el Anexo A, y constituyen la base cuantitativa para los análisis desarrollados en las secciones posteriores.
4. Metodología de Caracterización Técnica (Pre-RCA)
4.1 Enfoque General RAPIDS™ — Failure Characterization
La metodología aplicada corresponde a un RAPIDS™ Technical Failure Characterization, desarrollada en el marco de una fase Pre-RCA, orientada a reconstruir técnicamente la evolución del evento de falla de la Unidad HPS-042J a partir de evidencia operativa cuantitativa y validación física independiente.
A diferencia de un Operational Disturbance Assessment (ODA), este análisis se centra en:
- La identificación de modos de falla observables,
- La caracterización de mecanismos de falla compatibles, y
- La delimitación estructurada de hipótesis de causa raíz potencial,
sin asignar causalidad definitiva ni responsabilidad técnica.
El enfoque RAPIDS™ se basa en la integración secuencial de evidencia, preservando la trazabilidad entre datos, patrones dinámicos y validación física, conforme a ISO 14224:2016.
4.2 Criterios de Evaluación Técnica
La caracterización técnica del evento se desarrolla a partir de criterios observacionales y cuantitativos, incluyendo:
- Cambios progresivos en el régimen operativo, identificados mediante análisis de tendencias y variabilidad.
- Escalamiento dinámico de variables críticas, particularmente vibración, potencia y torque estimado.
- Transiciones entre fases operativas, desde operación estable hasta colapso mecánico.
- Coherencia interna entre señales mecánicas, eléctricas y de control, sin requerir modelos internos del equipo.
Estos criterios permiten diferenciar entre: - Fluctuaciones normales de operación, - Condiciones de inestabilidad progresiva, y - Comportamientos compatibles con daño mecánico en desarrollo.
4.3 Análisis Comparativo y Contextualización Operacional
El análisis incorpora una evaluación comparativa con el objetivo de aislar el carácter local del evento y evitar interpretaciones sistémicas no sustentadas.
Se consideran:
- Comparación entre fases temporales consecutivas de la Unidad J.
- Comparación operacional con Unidades paralelas I y K, operando bajo condiciones de proceso equivalentes.
- Evaluación de redistribuciones de carga y respuesta del sistema de control, únicamente como contexto operacional, no como mecanismo causal primario.
Este enfoque permite distinguir comportamientos específicos de la Unidad J frente a respuestas normales del sistema HPS-042.
4.4 Limitaciones Metodológicas
La metodología aplicada reconoce explícitamente las siguientes limitaciones:
- Dependencia de datos operativos históricos disponibles, aun cuando de alta resolución.
- Ausencia de mediciones directas de condición interna durante la operación.
- Imposibilidad de reproducir experimentalmente la secuencia exacta del evento.
- Carácter no probabilístico ni predictivo del análisis.
En consecuencia, los resultados de este documento no constituyen un RCA, sino una base técnica estructurada y verificable para su ejecución posterior, conforme al RAPIDS™ Reliability Engineering Framework y a la norma ISO 14224:2016.
5. Análisis de Resultados
5.1 Visión General
El análisis de la falla de la unidad HPS-042J integra evidencia física obtenida durante el teardown con datos operacionales de alta resolución (2 Hz / 0.5 s) correspondientes a los últimos 8.4 minutos previos a la fractura del eje.
La reconstrucción cronológica del evento, basada en la evolución de variables normalizadas y en el análisis espectral en el dominio frecuencial, permite identificar tres fases operativas diferenciadas:
Operación estable (0.0–2.0 min): régimen estacionario, sin anomalías dinámicas relevantes.
Escalada progresiva (2.0–7.8 min): aparición secuencial de inestabilidades mecánicas, iniciando en el conjunto Upper, propagándose al Lower y manifestándose finalmente en HTC.
Colapso catastrófico (7.8–8.4 min): pérdida abrupta de grados de libertad mecánicos, atascamiento del cojinete radial de base y fractura del eje por sobrecarga torsional.
Esta segmentación temporal constituye la base para la interpretación integrada de patrones dinámicos, mecanismos físicos y modos de falla desarrollada en las secciones siguientes.
El análisis tiempo–frecuencia indica que la transición desde frecuencias discretas subsíncronas (0.2–0.5 Hz) hacia una banda ancha continua (0.1–0.8 Hz), observada alrededor del minuto 5.2, marca un umbral de irreversibilidad mecánica, precediendo en aproximadamente 3.2 minutos la fractura torsional del eje.
La caracterización conforme a ISO 14224 permite establecer una secuencia coherente de mecanismos de falla, consistente con la evidencia dinámica y física observada:
Empuje axial descendente inducido mecánicamente (1.2 Axial Loads) ↵
Contacto impulsor–difusor (2.4 Wear) ↵
Sobrecalentamiento del cojinete radial de base (2.7 Overheating) ↵
Atascamiento con acumulación de torsión elástica (1.6 Sticking) ↵
Ruptura por sobrecarga torsional (5.1 Overload)
Esta secuencia describe la evolución mecánica interna del evento y, de forma consistente con la evidencia comparativa y espectral, no implica causalidad hidráulica externa.
5.2 Evolución Integrada: Factores Normalizados y Dominio Frecuencial
La gráfica consolidada integra el comportamiento dinámico normalizado (panel superior) con su evolución espectral en el dominio frecuencial (panel inferior), permitiendo una lectura vertical sincronizada que relaciona de manera directa la respuesta operacional observada (qué ocurre) con su manifestación física interna (cómo se manifiesta a nivel frecuencial).
Esta representación integrada proporciona un marco analítico robusto para:
- correlacionar variaciones en factores dinámicos normalizados con cambios en el contenido espectral,
- identificar la aparición y evolución de componentes subsíncronas asociadas a pérdida progresiva de estabilidad mecánica,
- y delimitar ventanas temporales objetivas de intervención operativa, previas al establecimiento de un estado de daño mecánico irreversible.
La lectura conjunta de ambos dominios permite distinguir entre fluctuaciones operativas benignas y patrones dinámicos consistentes con mecanismos de degradación activa, fortaleciendo la trazabilidad entre evidencia instrumental y la interpretación física del proceso de falla.
5.2.1 HPS HTC
5.2.2 HPS Lower
5.2.3 HPS Upper
