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Inteligencia funcional para distribución de gas natural

      
<span style=font-style: italic;>Artículo tomado de la Revista Colombia, Ciencia y Tecnología de Colciencias Vol. 23 No. 2</span><br/><br/> La empresa Promigas posee tres estaciones de regulación de gas natural en el país, la más grande es La Arenosa, ubicada a las afueras de Barranquilla. Esta cuenta con cinco líneas de salida del combustible, cuatro de ellas hacia la red industrial y domiciliaria de la capital del Atlántico, y una para la central térmica Tebsa S.A, que le permiten suministrar un promedio diario de 137 millones de pies cúbicos de gas. <br/><br/> A pesar de que esta cifra la convierte en una de las proveedoras más importantes del producto en la región, enfrentaba algunas deficiencias en los subsistemas de filtrado, de separación y de regulación del gas, que no le permitían realizar ajustes y monitoreo remoto de sus operaciones, ni hacer un balance adecuado del combustible recibido versus el entregado. Por otro lado, requería un sistema de odorización óptimo para disminuir los riesgos de manipulación del producto en la planta y en el lugar de consumo final. <br/><br/> En vista de esa situación y debido a los aportes que la Universidad del Norte ha hecho en materia de automatización de sistemas productivos, Promigas decidió establecer una alianza estratégica con el grupo Uso Racional de Energía y Medio Ambiente (UREMA) - Línea Control Industrial de Procesos (CIP), para llevar a cabo el rediseño y la automatización de la estación de regulación de gas natural La Arenosa, logrando la optimización y el control de presiones a lo largo de la red de distribución, además de niveles apropiados de seguridad. <br/><br/> En el proyecto, que fue presentado en el 2003 ante el Programa de Energía y Minería de Colciencias y ha sido ejecutado en un 87%, participan cuatro profesores de Ingeniería Mecánica, todos con doctorado, y cuatro estudiantes de la Maestría en Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte. <br/><br/> Se cree que el diseño de un conjunto de sistemas de filtración, separación y regulación de presión, de odorización, de monitoreo local y control remoto de las operaciones, y de manejo de la presión a lo largo de la red de distribución del producto, significará un paso adelante en la adición de inteligencia funcional para el buen desempeño de las estaciones de gas en el país. <br/><br/><br/><br/> Desde 1998, la Universidad del Norte cuenta con el laboratorio de automatización y robótica más moderno de Colombia, que le ha servido de espacio para aportar al mejoramiento de algunos sistemas productivos del departamento del Atlántico. En sus instalaciones opera el Centro de Investigación en Diseño y Producción Inteligente (CIDPI), que reúne entre otros grupos a UREMA. <br/><br/> Los resultados tecnológicos de este colectivo han sido, entre otros, el diseño, la instalación y automatización de un sistema de optimización de tiempo de cocción con pérdida mínima de masa para la empresa Seatech International (Cartagena); la reducción de pérdidas eléctricas y térmicas en la planta de inyección de las industrias Rhymco; y la optimización, rediseño y control de una línea de fabricación de cápsulas blandas, para la fábrica Procaps. <br/><br/> Por su parte, Promigas cuenta con un grupo de ingenieros que ha ejecutado proyectos exitosos en el mejoramiento de la capacidad de transporte del combustible y la actualización tecnológica para el control de las operaciones de dicho sistema. Entre los más destacados se encuentran la instalación y la operación de cuatro estaciones de compresión de gas; el cruce subfluvial del río Magdalena por la técnica de perforación horizontal dirigida, en una longitud aproximada de 1.500 metros en tubería de 32 de diámetro; y el sistema de deshidratación del gas natural instalado en la Estación Ballena. <br/><br/> Desde el mes de junio de 2004, las dos instituciones le apuestan todos sus esfuerzos al proyecto Optimización de operaciones y supervisión inteligente de una estación de regulación y odorización de gas natural. En un comienzo se planeó diseñar subsistemas de filtrado/separación y odorización que optimizaran los recursos (odorizante) y permitieran un monitoreo constante de la operación para la detección temprana de fallas. El sistema de odorización es uno de los más grandes que se haya instalado en Colombia (2.000 galones). <br/><br/> Adicionalmente, se proyectó un sistema de regulación de presión que opere con dos de las tres válvulas existentes, manejando todo el volumen de la estación bajo controladores electrónicos de energía dual. Para mejorar la medición se utilizarían equipos ultrasónicos. La información arrojada por los mismos será empleada para dosificar el nivel de odorizante adicionado al gas natural, efectuar el balance de gas en la ciudad de Barranquilla, además de realizar la facturación del combustible entregado. <br/><br/> En los estudios adelantados por el equipo de investigadores, han sido utilizadas herramientas de diseño y análisis asistido por computador para el modelamiento analítico y con elementos finitos de condiciones de carga estática y dinámica (incluyendo viento y cargas sísmicas) de elementos estructurales de la estación (Ver Figura 1). Estos recursos también se emplean para el diseño y localización basado en modelamiento con CFD (Dinámica Computacional de Fluidos) de los puntos óptimos de inyección de odorizante. <br/><br/> En cuanto a sistemas de control, el proyecto no se queda en diseñar la implementación de un sistema HMI/SCADA, pues sobre esa plataforma se desarrollarán dos aplicaciones. La primera, un optimizador de presiones en la línea, que permita cumplir con todos los requisitos contractuales mientras se opera a la menor presión posible. La segunda aplicación será un supervisor inteligente que incorpore reglas empíricas y lógica-causal para lograr la detección temprana de condiciones de falla y sus causas potenciales. <br/><br/><br/><br/> Promigas y la Universidad del Norte están seguros de que el proyecto tendrá un impacto significativo entre los clientes conectados a la red de gas en Barranquilla, debido a que al contar con un sistema de control que tiene retroalimentación de los consumidores más importantes, podrá garantizarles una presión efectiva de acuerdo con sus necesidades. En la actualidad el sistema opera la red de Barranquilla con una presión prácticamente constante, por lo general mayor que la requerida. <br/><br/> El proyecto incluye el diseño e implementación de un optimizador en tiempo real basado en modelos dinámicos de presión de la red, de manera que en cada momento se regule la presión de entrega a la mínima que garantice el cumplimiento de especificaciones, con un margen de seguridad determinado con lógica difusa a partir del flujo total en el sistema. <br/><br/> El principal reto fue el modelamiento dinámico de presiones de la red en los puntos de consumo. Este análisis requirió la instrumentación y monitoreo de nuevos puntos en la red de distribución de gas natural, y el trabajo en equipo de personal de Promigas y la Universidad del Norte. <br/><br/> Igualmente, la empresa se beneficiará al operar de manera eficiente sus redes de distribución y brindar un gas de mejor calidad y fácilmente detectable. Esto último será posible gracias a un sistema de verificación de concentración de odorizante que se ejecuta periódicamente en campo. A la vez incrementará la seguridad en la distribución del gas, ya que le dará la posibilidad a los usuarios de detectar fugas de bajo flujo en sus instalaciones. <br/><br/> En relación con la medición, este proyecto permitirá reducir la incertidumbre existente en los sistemas actuales, lo cual llevará a detectar de manera inmediata si se le está facturando en exceso a los clientes. En la actualidad esto no es posible, pues los medidores a la salida de la estación manejan incertidumbres similares o inferiores a la de los instalados en los puntos de transferencia de custodia. <br/><br/> En cuanto al sistema de supervisión, al aumentar la confiabilidad de la estación y minimizar la posibilidad de falla no prevista en equipos de la estación, se le está garantizando a los consumidores un suministro continuo del producto y por ende se incrementa la confiabilidad en todos los sistemas de generación eléctrica, de calor y de vapor en el sector industrial del Departamento del Atlántico. <br/><br/> Debido a los grandes impactos proyectados, una vez se logre implementar con éxito esta propuesta, Promigas S.A. evaluará la posibilidad de establecer esquemas similares en otras estaciones de regulación, compresión y tratamiento de gas del gasoducto de la Costa Atlántica. Una iniciativa que seguramente podría redundar en el mejoramiento del servicio en todo el país. Se espera que esto sea en un futuro no muy lejano. <br/><br/>
Artículo tomado de la Revista Colombia, Ciencia y Tecnología de Colciencias Vol. 23 No. 2

La empresa Promigas posee tres estaciones de regulación de gas natural en el país, la más grande es La Arenosa, ubicada a las afueras de Barranquilla. Esta cuenta con cinco líneas de salida del combustible, cuatro de ellas hacia la red industrial y domiciliaria de la capital del Atlántico, y una para la central térmica Tebsa S.A, que le permiten suministrar un promedio diario de 137 millones de pies cúbicos de gas.

A pesar de que esta cifra la convierte en una de las proveedoras más importantes del producto en la región, enfrentaba algunas deficiencias en los subsistemas de filtrado, de separación y de regulación del gas, que no le permitían realizar ajustes y monitoreo remoto de sus operaciones, ni hacer un balance adecuado del combustible recibido versus el entregado. Por otro lado, requería un sistema de odorización óptimo para disminuir los riesgos de manipulación del producto en la planta y en el lugar de consumo final.

En vista de esa situación y debido a los aportes que la Universidad del Norte ha hecho en materia de automatización de sistemas productivos, Promigas decidió establecer una alianza estratégica con el grupo Uso Racional de Energía y Medio Ambiente (UREMA) - Línea Control Industrial de Procesos (CIP), para llevar a cabo el rediseño y la automatización de la estación de regulación de gas natural La Arenosa, logrando la optimización y el control de presiones a lo largo de la red de distribución, además de niveles apropiados de seguridad.

En el proyecto, que fue presentado en el 2003 ante el Programa de Energía y Minería de Colciencias y ha sido ejecutado en un 87%, participan cuatro profesores de Ingeniería Mecánica, todos con doctorado, y cuatro estudiantes de la Maestría en Ingeniería Mecánica de la Universidad del Norte.

Se cree que el diseño de un conjunto de sistemas de filtración, separación y regulación de presión, de odorización, de monitoreo local y control remoto de las operaciones, y de manejo de la presión a lo largo de la red de distribución del producto, significará un paso adelante en la adición de inteligencia funcional para el buen desempeño de las estaciones de gas en el país.



Desde 1998, la Universidad del Norte cuenta con el laboratorio de automatización y robótica más moderno de Colombia, que le ha servido de espacio para aportar al mejoramiento de algunos sistemas productivos del departamento del Atlántico. En sus instalaciones opera el Centro de Investigación en Diseño y Producción Inteligente (CIDPI), que reúne entre otros grupos a UREMA.

Los resultados tecnológicos de este colectivo han sido, entre otros, el diseño, la instalación y automatización de un sistema de optimización de tiempo de cocción con pérdida mínima de masa para la empresa Seatech International (Cartagena); la reducción de pérdidas eléctricas y térmicas en la planta de inyección de las industrias Rhymco; y la optimización, rediseño y control de una línea de fabricación de cápsulas blandas, para la fábrica Procaps.

Por su parte, Promigas cuenta con un grupo de ingenieros que ha ejecutado proyectos exitosos en el mejoramiento de la capacidad de transporte del combustible y la actualización tecnológica para el control de las operaciones de dicho sistema. Entre los más destacados se encuentran la instalación y la operación de cuatro estaciones de compresión de gas; el cruce subfluvial del río Magdalena por la técnica de perforación horizontal dirigida, en una longitud aproximada de 1.500 metros en tubería de 32" de diámetro; y el sistema de deshidratación del gas natural instalado en la Estación Ballena.

Desde el mes de junio de 2004, las dos instituciones le apuestan todos sus esfuerzos al proyecto Optimización de operaciones y supervisión inteligente de una estación de regulación y odorización de gas natural. En un comienzo se planeó diseñar subsistemas de filtrado/separación y odorización que optimizaran los recursos (odorizante) y permitieran un monitoreo constante de la operación para la detección temprana de fallas. El sistema de odorización es uno de los más grandes que se haya instalado en Colombia (2.000 galones).

Adicionalmente, se proyectó un sistema de regulación de presión que opere con dos de las tres válvulas existentes, manejando todo el volumen de la estación bajo controladores electrónicos de energía dual. Para mejorar la medición se utilizarían equipos ultrasónicos. La información arrojada por los mismos será empleada para dosificar el nivel de odorizante adicionado al gas natural, efectuar el balance de gas en la ciudad de Barranquilla, además de realizar la facturación del combustible entregado.

En los estudios adelantados por el equipo de investigadores, han sido utilizadas herramientas de diseño y análisis asistido por computador para el modelamiento analítico y con elementos finitos de condiciones de carga estática y dinámica (incluyendo viento y cargas sísmicas) de elementos estructurales de la estación (Ver Figura 1). Estos recursos también se emplean para el diseño y localización basado en modelamiento con CFD (Dinámica Computacional de Fluidos) de los puntos óptimos de inyección de odorizante.

En cuanto a sistemas de control, el proyecto no se queda en diseñar la implementación de un sistema HMI/SCADA, pues sobre esa plataforma se desarrollarán dos aplicaciones. La primera, un optimizador de presiones en la línea, que permita cumplir con todos los requisitos contractuales mientras se opera a la menor presión posible. La segunda aplicación será un supervisor inteligente que incorpore reglas empíricas y lógica-causal para lograr la detección temprana de condiciones de falla y sus causas potenciales.



Promigas y la Universidad del Norte están seguros de que el proyecto tendrá un impacto significativo entre los clientes conectados a la red de gas en Barranquilla, debido a que al contar con un sistema de control que tiene retroalimentación de los consumidores más importantes, podrá garantizarles una presión efectiva de acuerdo con sus necesidades. En la actualidad el sistema opera la red de Barranquilla con una presión prácticamente constante, por lo general mayor que la requerida.

El proyecto incluye el diseño e implementación de un optimizador en tiempo real basado en modelos dinámicos de presión de la red, de manera que en cada momento se regule la presión de entrega a la mínima que garantice el cumplimiento de especificaciones, con un margen de seguridad determinado con lógica difusa a partir del flujo total en el sistema.

El principal reto fue el modelamiento dinámico de presiones de la red en los puntos de consumo. Este análisis requirió la instrumentación y monitoreo de nuevos puntos en la red de distribución de gas natural, y el trabajo en equipo de personal de Promigas y la Universidad del Norte.

Igualmente, la empresa se beneficiará al operar de manera eficiente sus redes de distribución y brindar un gas de mejor calidad y fácilmente detectable. Esto último será posible gracias a un sistema de verificación de concentración de odorizante que se ejecuta periódicamente en campo. A la vez incrementará la seguridad en la distribución del gas, ya que le dará la posibilidad a los usuarios de detectar fugas de bajo flujo en sus instalaciones.

En relación con la medición, este proyecto permitirá reducir la incertidumbre existente en los sistemas actuales, lo cual llevará a detectar de manera inmediata si se le está facturando en exceso a los clientes. En la actualidad esto no es posible, pues los medidores a la salida de la estación manejan incertidumbres similares o inferiores a la de los instalados en los puntos de transferencia de custodia.

En cuanto al sistema de supervisión, al aumentar la confiabilidad de la estación y minimizar la posibilidad de falla no prevista en equipos de la estación, se le está garantizando a los consumidores un suministro continuo del producto y por ende se incrementa la confiabilidad en todos los sistemas de generación eléctrica, de calor y de vapor en el sector industrial del Departamento del Atlántico.

Debido a los grandes impactos proyectados, una vez se logre implementar con éxito esta propuesta, Promigas S.A. evaluará la posibilidad de establecer esquemas similares en otras estaciones de regulación, compresión y tratamiento de gas del gasoducto de la Costa Atlántica. Una iniciativa que seguramente podría redundar en el mejoramiento del servicio en todo el país. Se espera que esto sea en un futuro no muy lejano.

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