Permitir a los operadores de ductos responder una serie de preguntas interesantes
La mejor manera de entender un ducto es realizar algunos experimentos. Antes, los ingenieros lo hacían con equipo especializado, maquetas y observaciones, pero ahora disponemos de simuladores de ductos. Aunque aún existen algunos equipos experimentales a gran escala, la simulación presenta una forma más sencilla de investigar innumerables escenarios de funcionamiento, estudios de expansión y mucho más.
El software de simulación de ductos que dispone el mercado, permite a los operadores responder a una serie de preguntas con sólo pulsar un botón. Los equipos de ingeniería pueden examinar críticamente los resultados de la simulación comparándolos con sus propios valores calculados.
En este artículo, veremos cómo la construcción de modelos dentro de un simulador de ductos se está convirtiendo en una herramienta vital para reducir la incertidumbre y mejorar la eficiencia, abarcando:
- Principales usos de la simulación de ductos
- Diferencia entre los simuladores online y offline
- Cómo la simulación de ductos se ajusta a la construcción de grandes modelo
Principales usos de la simulación de ductos
Un simulador se utiliza tanto en la fase de diseño como en la fase operativa del ducto, ayudando a los ingenieros a responder preguntas importantes y a responderlas de manera informada.
Durante la fase de diseño es posible explorar varios enfoques para cumplir el propósito del diseño del ducto. Estos estudios hidráulicos abarcan todos los aspectos de una amplia gama de escenarios, incluyendo1:
- Diagrama de flujo - trazado de la red y determinación de las condiciones de funcionamiento
- Especificación – selección el material de los ductos o el equipo adecuado de los proveedores
- Filosofía de control: definición de la mejor manera de operar
Cuando el ducto se encuentra operativo, los equipos en la sala de control se pueden ayudar utilizando un simulador de ductos. El simulador puede ayudar tanto en las tareas rutinarias como en las ad hoc, como1:
- Solución de problemas - identificar los problemas y superarlos
- Previsión - anticiparse a las interrupciones y evitar las consecuencias
- Planificación de las operaciones: planificación de las modificaciones de los fluidos y los caudales
- Estudios de ampliación: evaluación de las modificaciones necesarias y de las opciones más rentables
- Capacitación de los operadores: demostrar su competencia a los reguladores
- Optimización – buscar la mejor estrategia o capacidad de eliminación para los cuellos de botella
También puede ser de gran ayuda para planificar escenarios futuros no previstos, por ejemplo, cómo se comportará un ducto utilizado anteriormente para gas natural si se le añade una proporción de hidrógeno. Hay muchas tareas rutinarias para las que la simulación de ductos se ha vuelto indispensable en las aplicaciones en tiempo real. Algunas de ellas se describen en el siguiente vídeo
En última instancia, un simulador de ductos contribuye a resolver problemas en todas las etapas del ciclo de vida de los ductos. Desde el diseño inicial de un nuevo ducto hasta el apoyo diario a las operaciones y la respuesta a nuevas preguntas, como la adaptación a los retos que presenta la transición energética.
La diferencia entre simuladores online y offline
Los simuladores de ductos, como Atmos Simulation (SIM) Suite, utilizan el mismo modelo subyacente para simular distintos tipos de escenarios. Existen tres categorías principales de aplicaciones, a saber:
- Aplicación offline (basada en restricciones)
- Aplicación online (basada en valores medidos)
- Aplicación de previción (basada en el modelo online y la oferta/demanda futura)
Los escenarios offline son utilizados por los ingenieros para realizar trabajos de investigación. Estas simulaciones responden a preguntas como:
- ¿Cómo infraestructuras existentes harán frente al aumento de los flujos para satisfacer la demanda energética?
- ¿Cómo gestionar los imprevistos como los cortes o los fallos de suministro, sin que se produzcan interrupciones?
- ¿Cómo dar seguimiento y mantener la calidad de los productos para garantizar que las entregas a los clientes se ajusten a las especificaciones?
La simulación offline también una excelente herramienta para la capacitación del personal de la sala de control, tanto para nuevos miembros como los ya existentes. Dado que los simuladores hidráulicos imitan el sistema de control de ductos, funcionan para presentar escenarios operativos normales y anormales, lo que ayuda a los operadores de ductos a entender la información mostrada en el sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA por sus siglas en inglés).
Atmos Trainer, es un sofisticado módulo de puntuación y calificación para operadores de Atmos SIM, capaz de emular una gran variedad de escenarios. Por ejemplo, un cliente en Reino Unido lo ha incorporado en su red de ductos con múltiples entradas y salidas. Fue un proyecto complejo, ya que el cliente exigía que el simulador de ductos se asemejara a la forma real que el SCADA tendría en campo, para que sus operadores pudieran entrenar con seguridad en un entorno realista fuera de línea. La emulación de las operaciones de la red de ductos implicó la simulación no sólo del sistema hidráulico, sino también de una representación de los controladores lógicos programables (PLC) en más de 20 estaciones. La experiencia de los especialistas garantizó que el sistema respondiera correctamente a las órdenes de los operarios a través de las pantallas del sistema SCADA y manejara una gran variedad de escenarios operativos.
Una aplicación online actualiza todos los cálculos basándose en los datos de los medidores en vivo. Un Modelo Transitorio en Tiempo Real (RTTM por sus siglas en inglés) combina estadísticas con física de alta fidelidad para encontrar un conjunto coherente de presiones, temperaturas y caudales. Puede utilizarse como instrumento virtual en lugares que carecen de medidores. Calcula el paquete de líneas o el inventario de cada sección del ducto. El RTTM puede proporcionar un seguimiento de la calidad del gas y del dispositivo de inspección de ductos (PIG) con su hora estimada de llegada y también puede realizar la detección de fugas.
La previsión del comportamiento futuro es una ventaja clave que el software de simulación puede aportar aprovechando los estados en línea guardados para iniciar escenarios especificados por el usuario, conocidos como look-aheads. Las previsiones permiten a los operadores de ductos determinar la vialidad de un plan programado, entender lo que sucederá si el ducto continúa operando en su estado actual, o evaluar las consecuencias de eventos hipotéticos. Esta funcionalidad ha permitido a un cliente predecir las tendencias de presión basadas en la demanda, así como la producción de gas hasta 48 horas en el futuro, ayudando a optimizar los programas de explotación. El modelado predictivo también puede utilizarse para ver si es probable que los escenarios futuros sobrepasen las condiciones de funcionamiento seguras.
¿Cómo la simulación de ductos se ajusta con la construcción de grandes modelos
La topología de una red de ductos rara vez es sencilla. Atmos SIM es intuitivo y permite a los usuarios construir modelos en una hoja solo con arrastrar y soltar, permitiendo generar una buena representación. Esta abstracción de alto nivel permite al usuario construir un modelo con el nivel de detalle adecuado para simular su ducto, más que un esquema, pero menos que un dibujo de ingeniería totalmente detallado.
Figura 1: Una abstracción de alto nivel como bloque esquemático en un diagrama de flujo del proceso (PFD) junto con un diagrama simplificado de ductos (SPD) configurado en Atmos SIM y un diagrama detallado de ductos e instrumentación (P&ID), todos representan la misma estación
Las simulaciones son tan buenas como los modelos en los que se basan, y aunque ningún modelo es nunca una versión completa de la realidad, un modelo bien construido permite a un simulador de ductos alcanzar resultados increíblemente precisos, incluso con un notable grado de simplificación y abstracción1. Esto significa que estamos seguros de que un modelo más sencillo, que conserva los parámetros importantes e ignora cuidadosamente lo que no importa, produce resultados precisos de forma fiable y rápida. Además, un software de simulación versátil como Atmos SIM ofrece una flexibilidad increíble para ejecutar una serie de escenarios utilizando el mismo modelo físico compartido del ducto, lo que da al usuario una gran libertad para experimentar y explorar.
Referenias
1 ”The Atmos book of pipeline simulation”
Descargue el capítulo uno en inglés Obtenga el libro en inglés
¿Listo para el caítulo dos?
El segundo capítulo trata de los componentes básicos de una simulación eficaz de ductos. Características como la malla espacial adaptativa son conocidas por hacer que los simuladores de ductos sean más rápidos, precisos y fiables para los operadores.