¿Por qué hay fugas en un ducto?
Las fugas son eventos que nunca queremos que sucedan en los ductos, aún así, ocurren de manera regular. Para mitigar los efectos de una fuga, es fundamental no sólo elegir el sistema de detección de fugas adecuado, sino también comprender por qué se producen fugas en los ductos.
Existe una serie de factores que pueden contribuir a que se produzcan las fugas, algunos más evidentes que otros, pero generalmente las causas de fugas se pueden clasificar en:
- Excavación y fuerza exterior
- Material y equipo
- Corrosión externa e interna
- Causas operativas
- Causas naturales
- Otras causas
Aunque una fuga en un ducto puede ser el resultado de un daño interno, normalmente son las fuerzas externas las causantes de estos eventos.
La severidad de una fuga también depende de la configuración del ducto y del fluido que transporta. Aunque las tuberías de agua tienen 200.000 fugas al año en EE.UU. y los ductos de líquidos peligrosos tienen aproximadamente 300 fugas al año, el impacto de estos últimos es peor. Los derrames de petróleo deben limpiarse y los líquidos volátiles suponen una amenaza inmediata si forman una nube de gas inflamable. Sólo hay que echar un vistazo a los eventos históricos de fugas para comprender sus consecuencias y apreciar la importancia de un sistema eficaz de detección de fugas en ductos.
Detección de fugas sin un modelo
En un ducto con una sola entrada y salida, existen muchas maneras de detectar una fuga sin la necesidad de construir, mantener y simular un modelo transitorio completo.
Atmos Pipe, un sistema de balance de volumen estadístico, es un ejemplo de solución no basada en modelos que ha logrado un éxito extraordinario como sistema de detección de fugas. Utiliza tanto el método de tiempo de vuelo como el de fricción para localizar fugas en un radio de pocos kilómetros.
En los últimos años, Atmos Wave ha localizado tomas ilegales con una precisión de unos pocos metros en ductos de crudo y multiproductos donde se detectan robos. Funciona con tecnología de ondas de presión negativas y muestreo de datos de alta velocidad de los sensores de presión dinámica.
Pero cuando se trata de redes complejas de gasoductos, un Modelo Transitorio en Tiempo Real (RTTM por sus siglas en inglés) es un método eficaz para la detección de fugas.
Introducción a la detección de fugas de gas utilizando el modelo transitorio en tiempo real
La compresibilidad de un gas significa que la velocidad del sonido es menor en un ducto de gas que en uno de líquido. El gas también tiene una densidad menor e incluso un ligero cambio de presión puede provocar un gran cambio en el flujo. Los cambios de presión suficientemente grandes en un gasoducto pueden crear una onda de choque con un flujo estrangulado (flujo crítico) que puede provocar fugas.
Los gasoductos presentan transitorios frecuentes, que el capítulo 9 de "The Atmos book of simulation" trata con mayor detalle, por lo que un sistema de detección de fugas que utilice en un modelo de transitorios en tiempo real bien configurado es una forma eficaz de detectar una fuga en un ducto de gas complejo y evita la necesidad de utilizar perros rastreadores, barcos y helicópteros, que son lentos y costosos.
¿Qué necesita un RTTM para funcionar?
La ventaja de un modelo transitorio en tiempo real es que se basa en una simulación física precisa para identificar con exactitud las fugas y evitar inundar a los operadores de ductos con falsas alarmas. Esto significa que un sistema de detección de fugas basado en un modelo sólo funcionará si el modelo cuenta con una descripción física completa de la red de ductos. Además, los RTTM precisos requieren que la presión, el flujo y la temperatura del ambiente se midan en cada entrada y salida para facilitar las capas que describen el ducto, el aislamiento y el entorno
Figura 2: Instrumentación que normalmente se requiere para la detección de fugas basada en un modelo
Para llevar a cabo la detección de fugas de forma eficaz, un modelo transitorio en tiempo real sólo es fiable supervisando una región determinada si todas las entradas y salidas de un ducto cuentan con mediciones válidas y de buena calidad tanto del caudal como de la presión.
¿Cómo funciona un Modelo Transitorio en Tiempo Real (RTTM)?
Para evitar las falsas alarmas, el RTTM puede, gradualmente, aprender las discrepancias persistentes en los medidores de flujo, haciendo que las lecturas corregidas coincidan durante un período constante y sin fugas. Cualquier desequilibrio en el flujo, entrada menos salida, debería causar un cambio en el inventario.
Las presiones pueden ser convertidas en inventario modelado, este dato se compara con el último inventario calculado para observar cómo ha cambiado. Cuando se produce una fuga, la sección del ducto correspondiente se despresuriza. Este cambio en el inventario ya no tiene en cuenta el desequilibrio de flujo medido y se detecta una discrepancia porque el inventario deducido por la presión cae por debajo de las expectativas.
Con este método se pueden detectar fugas incluso cuando el caudal de entrada no supera el de salida, pero el éxito de este método depende de que la deducción del inventario modelada por la presión, trabaje en paralelo con el RTTM.
Modelo de localización de fugas que sólo utiliza presión
Similar al detector de fugas, la localización de fugas de Atmos SIM utiliza las mismas entradas pero trabaja en secciones delimitadas por medidores de presión. Los sistemas de localización de fugas son más sensibles a las fluctuaciones de presión que un detector de fugas porque calculan el inventario y el caudal en sus secciones.
La localización de fugas de Atmos SIM utiliza un algoritmo que se demostró éxito en la localización de fugas durante transitorios hidráulicos en ductos de líquidos. Experimentos posteriores han encontrado que una versión ligeramente modificada del algoritmo también es preciso para localizar fugas en gasoductos
Figura 3: El localizador estima la ubicación de una fuga dentro del ducto
Localizar fugas con precisión
Al igual que un piloto de avión se le complica responder a una cantidad abrumadora de avisos, un operador de ductos inundado de falsas alarmas no encontrará ninguna de ellas útil.
Utilizar un modelo transitorio en tiempo real para localizar fugas, asegura una estimación precisa del tamaño y de la localización de la fuga, también una disminución en las interrupciones de las operaciones rutinarias del ducto.
Para más información sobre cómo el RTTM junto con la simulación de ductos puede localizar eficientemente las fugas, lea el capítulo diez del libro “The Atmos book of pipeline simulation”.
Referencias
1 “The Atmos book of pipeline simulation”