¿Qué es un estudio paramétrico?
Un estudio paramétrico es una serie de simulaciones automatizadas con parámetros variables en las que se puede definir el rango de parámetros y cualquier restricción. Los estudios paramétricos permiten analizar los resultados calculados de la simulación que son de interés específico y presentar estos resultados en un formato conciso para su evaluación.
Un estudio paramétrico requiere lo siguiente:
- Objetivo de diseño
- Parámetros nominados para su uso en la simulación
- Rangos de parámetros identificados
- Criterios de diseño especificados
- Diferentes configuraciones generadas
En la mayoría de las aplicaciones de simulación, este tipo de estudio requiere múltiples configuraciones, cada una de las cuales contiene una variación de los parámetros de entrada. Las simulaciones se ejecutan simultáneamente y los resultados se postprocesan manualmente. Incluso para un estudio simple, como la evaluación de un caso con diez variaciones en un parámetro primario, por ejemplo diez modos diferentes de funcionamiento de un compresor en una red de gas, esto puede ser una tarea laboriosa y que requiere mucho tiempo, especialmente si necesita refinar aún más los parámetros o las restricciones de diseño hasta que esté satisfecho con los resultados.
Atmos SIM ofrece una solución a los problemas que se plantean al realizar estudios paramétricos al proporcionar la capacidad de configurar múltiples escenarios en una única configuración, ejecutar las simulaciones en paralelo y presentar los resultados en un formato fácil de usar y de fácil lectura.
En este artículo vamos a ver los siguientes dos ejemplos de cómo realizar un estudio paramétrico en Atmos SIM:
- Ejemplo 1 - Análisis de sobretensión de parada de emergencia (ESD) con tiempo de válvula variable
- Ejemplo 2 - network capacity analysis with varying hydrogen/natural gas blends
Ejemplo 1
En la figura 1 se muestra un ducto sencillo A-B con una bomba aguas arriba y dos válvulas de aislamiento:
Figura 1: ejemplo de un ducto
Variables a cambiar
- El tiempo de vuelo de la válvulaUS
- El tiempo de vuelo de la válvula DS
Intervalo variable de 1 segundo a 60 segundos y resolución variable a un segundo.
Variable por analizar
Máxima sobrepresión en el ducto. Se crea un escenario para el primer caso a través de la interfaz gráfica de Atmos SIM como se muestra en la figura 2 a continuación:
Figura 2: Creación del escenario
A continuación, se crea un perfil temporal para variar la posición de la válvula durante un segundo.
Figura 3: Creación del perfil de tiempo
Esto se repite para los 60 casos utilizando la herramienta de escenarios:
Figura 4: múltiples escenarios creados en una única configuración
La siguiente etapa consiste en ejecutar las simulaciones. En la mayoría de las aplicaciones, esto consistiría en abrir cada uno de los 60 archivos de simulación y ejecutar las simulaciones, pero Atmos SIM ofrece una herramienta específica para ejecutar varios escenarios en paralelo.
El Atmos Surge Análisis es un módulo adicional disponible como complemento de Atmos SIM Offline. Atmos SIM Offline dispone de una amplia gama de funcionalidades y puede utilizarse para el diseño de ductos, el dimensionamiento y la localización de equipos, el diseño operativo, el ajuste operativo y la formación.
El módulo de análisis de sobrepresiones de Atmos SIM se ha creado específicamente para simplificar y automatizar el proceso de presentación de un informe detallado a las autoridades pertinentes, tal y como exige la ley. El enfoque centrado en su desarrollo ha dado lugar a la herramienta definitiva para el análisis de sobretensiones. Funciona programando la ejecución de una serie de escenarios, como cierres de válvulas y disparos de bombas. A continuación, se ejecuta el programa y se analizan los datos de cada escenario en función de criterios de éxito y fracaso. A continuación, se genera automáticamente un informe en el que los datos se muestran gráficamente en forma de tendencias, se localizan los puntos de máxima presión en los conductos y se identifican los tiempos de disparo de las bombas.
Salidas del sistema del módulo Atmos Surge Analisis
Se genera automáticamente un informe completo en Microsoft® Word, PDF u otros formatos. Incluye gráficos y tablas que pueden añadirse fácilmente a otros estudios e informes, como la documentación sobre salud y seguridad.
Figura 5: Salidas y herramienta de análisis de Atmos Surge Analysis
Ejemplo 2
Un estudio paramétrico con Atmos SIM no se limita al análisis de sobretensiones. En este segundo caso estudiaremos las implicaciones de la variación de las mezclas de hidrógeno en la capacidad de una red de gas.
No cabe duda de que el transporte de mezclas de hidrógeno va a tener un impacto significativo en el sector de los ductos. Durante años, los operadores han considerado la posibilidad de satisfacer la futura demanda de energía utilizando gas natural de fuentes tradicionales, producción nacional, gas importado y GNL, pero ahora el panorama ha cambiado.
Una mezcla con un 25% de hidrógeno reducirá el valor calorífico del gas natural en aproximadamente un 15%, o dicho de otro modo, la demanda volumétrica tendrá que aumentar en más de un 15% para satisfacer la demanda energética actual. ¿Será suficiente la infraestructura de ductos existente? Utilizaremos un estudio paramétrico Atmos SIM para averiguarlo.
Figura 6: red de transmisión teórica
Aquí tenemos una red de transporte teórica, que actualmente transporta gas natural, que potencialmente será reutilizada para transportar mezclas de hidrógeno y gas natural. Lo que necesitamos saber es: ¿puede la red hacer frente a la demanda futura prevista y cómo afectará la concentración de hidrógeno a la capacidad de la red?
Hay tres consideraciones básicas para entender cómo la red hará frente a la demanda futura y cómo el hidrógeno afectará a la capacidad de la red. Son las siguientes:
- Ubicaciones de suministro
- Topología de la red
- Requisitos de presión de la demanda
El estudio paramétrico que debe realizarse es una simulación transitoria de la red de gas para mezclas variables de hidrógeno. En este caso se han considerado cuatro concentraciones distintas de hidrógeno, pero podría realizarse fácilmente un estudio más detallado que abarcara del 0 al 100% de hidrógeno.
El caso de partida utiliza la cantidad máxima diaria (CMD) actual en todas las demandas.
La demanda total se incrementa cada 24 horas, dividida según el estado de partida. Atmos SIM facilita esta tarea con grupos de demanda. Una vez violada la restricción de presión mínima, la demanda se reduce para mantener la presión. El punto en el que esto ocurre se considera capacidad máxima.
La figura 7 demuestra que la capacidad máxima se reduce a medida que aumenta la concentración de hidrógeno, calculando las capacidades como:
- 100% gas natural 900 Tj/día
10% hidrógeno 850 Tj/día
25% hidrógeno 750 Tj/día
50% hidrógeno 700 Tj/día
Figura 7: capacidad máxima de la mezcla de hidrógeno calculada por Atmos SIM (rojo 0%, verde 10%, azul 25% y naranja 50%)
Un futuro más claro para los ductos
La integración de estudios paramétricos en las operaciones de los ductos permite a los operadores planificar una serie de escenarios mediante el uso de simulaciones en las que pueden definirse todas las restricciones. Una vez que recibe los parámetros de entrada necesarios, un estudio paramétrico utiliza un software de simulación para realizar simulaciones automatizadas, ahorrando tiempo y esfuerzo al personal del ducto.
Atmos SIM, en particular, permite configurar múltiples escenarios en una simulación y, como se muestra en las figuras 1 y 2, puede realizar estudios paramétricos para ayudar en el análisis de sobretensiones y la evaluación de la capacidad de la red.