O que é um estudo paramétrico?
Um estudo paramétrico é uma série de simulações automatizadas com parâmetros variáveis em que o intervalo de parâmetros e quaisquer restrições podem ser definidos. Os estudos paramétricos permitem analisar os resultados calculados da simulação que são de interesse específico e apresentar esses resultados em um formato conciso para avaliação.
Um estudo paramétrico requer o seguinte:
- Objetivo do projeto
- Parâmetros indicados para uso na simulação
- Intervalos de parâmetros identificados
- Critérios de projeto especificados
- Várias configurações geradas
Na maioria dos aplicativos de simulação, esse tipo de estudo requer várias configurações, sendo que cada configuração contém uma variação nos parâmetros de entrada. As simulações são executadas simultaneamente e os resultados são pós-processados manualmente. Mesmo para um estudo simples, como a avaliação de um caso com dez variações em um parâmetro principal, por exemplo, dez modos diferentes de operação do compressor em uma rede de gás, essa pode ser uma tarefa demorada e trabalhosa, principalmente se for necessário refinar ainda mais os parâmetros ou as restrições de projeto até que os resultados sejam satisfatórios.
O Atmos SIM oferece uma solução para os problemas enfrentados na realização de estudos paramétricos, fornecendo a capacidade de configurar vários cenários em uma única configuração, executando as simulações em paralelo e apresentando os resultados em um formato amigável e de fácil leitura.
In this article we are going to look at the following two examples of how to conduct a parametric study in Atmos SIM:
- Exemplo de caso 1 - análise de sobretensão de desligamento de emergência (ESD) com tempos de válvula variáveis
- Exemplo de caso 2 - análise da capacidade da rede com diferentes misturas de hidrogênio/gás natural
Exemplo de caso 1
Um duto A-B simples com uma bomba a montante e duas válvulas de isolamento pode ser vista na figura 1 abaixo:
Figura 1: duto do exemplo de caso um
Variáveis a serem modificadas
- Tempo de viagem da válvula US
- Tempo de deslocamento da válvula DS
Intervalo variável de 1 segundo a 60 segundos e resolução variável de um segundo.
Variável a ser analisada
Pressão máxima de sobretensão no duto. Um cenário é criado para o primeiro caso por meio da GUI do Atmos SIM, conforme mostrado na figura 2 abaixo:
Figura 2: criação de cenário
Em seguida, é criado um perfil de tempo para variar a posição da válvula em um período de um segundo.
Figura 3: criação do perfil de tempo
Isso é repetido para todos os 60 casos usando a ferramenta de cenário:
Figura 4: vários cenários criados em uma única configuração
A próxima etapa é a execução das simulações. Na maioria dos aplicativos, seria necessário abrir cada um dos 60 arquivos de simulação e executar as simulações, mas o Atmos SIM oferece uma ferramenta dedicada para executar vários cenários em paralelo.
O Atmos Surge Analysis é um módulo adicional disponível como um complemento do Atmos SIM Offline. O Atmos SIM Offline tem uma ampla gama de funcionalidades e pode ser usado para o projeto de tubulações, dimensionamento e localização de equipamentos, projeto operacional, ajuste operacional e treinamento.
O módulo Surge Analysis do Atmos SIM foi desenvolvido para simplificar e automatizar o processo de envio de um relatório detalhado às autoridades competentes, conforme exigido por lei. O foco único por trás de seu desenvolvimento levou à ferramenta definitiva para a análise de sobretensões. Ele funciona programando a execução de uma série de cenários, como o fechamento de válvulas e o acionamento de bombas. A programação é então executada e os dados de cada cenário são analisados quanto aos critérios de aprovação e falha. Em seguida, um relatório é gerado automaticamente, onde os dados são exibidos graficamente em tendências, os pontos de pressão máxima da tubulação são localizados e os tempos de acionamento da bomba são identificados.
Saídas do sistema do módulo Atmos Surge Analysis
Um relatório completo é gerado automaticamente no Microsoft® Word, PDF ou em outros formatos. Isso inclui gráficos e tabelas que podem ser facilmente adicionados a outros estudos e relatórios, como documentação de saúde e segurança.
Figura 5: Ferramenta Atmos Surge Analysis e saída do relatório
Exemplo de caso 2
Um estudo paramétrico usando o Atmos SIM não se limita à análise de sobretensão. Neste segundo caso, analisaremos as implicações de misturas variadas de hidrogênio na capacidade de uma rede de gás.
Há pouca dúvida de que o transporte de misturas de hidrogênio terá um impacto significativo no setor de dutos. Durante anos, as operadoras procuraram atender à demanda futura de energia usando gás natural de fontes tradicionais, produção doméstica, gás importado e GNL, mas o cenário agora mudou.
Uma mistura de 25% de hidrogênio reduzirá o valor de aquecimento do gás natural em aproximadamente 15% ou, em outras palavras, a demanda volumétrica precisará aumentar em mais de 15% para atender à demanda atual de energia. A infraestrutura de gasodutos existente dará conta do recado? Usaremos um estudo paramétrico do Atmos SIM para descobrir.
Figura 6: rede de transmissão teórica
Aqui temos uma rede de transmissão teórica, que atualmente transporta gás natural e que poderá ser reaproveitada para transportar misturas de hidrogênio/gás natural. O que precisamos saber é: a rede pode lidar com a demanda futura prevista e como a concentração de hidrogênio afetará a capacidade da rede?
Há três considerações fundamentais para entender como a rede lidará com a demanda futura e como o hidrogênio afetará a capacidade da rede. São elas:
- Locais de fornecimento
- Topologia da rede
- Requisitos de pressão de demanda
O estudo paramétrico a ser realizado é uma simulação de rede de gás transiente para misturas variáveis de hidrogênio. Nesse caso, foram consideradas quatro concentrações diferentes de hidrogênio, mas um estudo mais detalhado abrangendo 0-100% de hidrogênio poderia ser realizado facilmente.
O caso inicial usa a quantidade máxima diária (MDQ) atual em todas as demandas.
A demanda total é aumentada a cada 24 horas, dividida de acordo com o estado inicial. O Atmos SIM facilita essa tarefa com grupos de demanda. Quando a restrição de pressão mínima é violada, a demanda é reduzida para manter a pressão. O ponto em que isso acontece é considerado como capacidade máxima.
A Figura 7 demonstra que a capacidade máxima é reduzida à medida que a concentração de hidrogênio aumenta, calculando as capacidades como:
- 100% natural gas 900 Tj/day
- 10% hydrogen 850 Tj/day
- 25% hydrogen 750 Tj/day
- 50% hydrogen 700 Tj/day
Figura 7: capacidade máxima da mistura de hidrogênio calculada pelo Atmos SIM (vermelho 0%, verde 10%, azul 25% e laranja 50%)
Um futuro mais claro para as operações de dutos
A incorporação de estudos paramétricos nas operações de dutos permite que os operadores de dutos planejem uma série de cenários por meio do uso de simulações em que todas as restrições podem ser definidas. Depois de receber os parâmetros de entrada necessários, um estudo paramétrico usa um software de simulação para realizar simulações automatizadas, economizando tempo e esforço da equipe da tubulação no processo.
O Atmos SIM, em particular, tem o recurso de configurar vários cenários em uma única simulação e, como visto nas Figuras 1 e 2, pode realizar estudos paramétricos para auxiliar na análise de surtos e na avaliação da capacidade da rede.