sistemas de diagnóstico para ductos -dx) · proteger nuestra gran red de ductos. códigos de color...
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Sistemas de diagnóstico para ductos(-DX)
Dra. Lizeth Torres
[email protected]://www.lizeth-torres.info/
¿Por qué es importante?
LUGAR: Central de almacenamiento de PEMEX de San Juan Ixhuatepec, en Tlalnepantla.
FECHA: 19/11/1984
MOTIVO: explosión desatada por una fuga de LPG en la tubería de 20 cm de que corría en el parque.
CONSECUENCIAS: 600 personas calcinadas, dos mil 500 heridos y ¿? desaparecidos.
http://www.excelsior.com.mx/2011/11/19/comunidad/785425
663 M Personas que viven sin acceso a agua potable
6 hrs women and girls spend 6 hours each
day collecting
water
:90 Cada 90 segundos muere un niño de una enfermedad relacionada con el agua
1 M Personas muertas por agua, saneamiento y enfermedades relacionadas con la higiene cada año
3rd Principal causa de muerte infantil es la diarrea,la mayoría de los cuales está relacionada con elagua
https://water.org/our-impact/water-crisis/
El indicador de estrés hídrico mide la proporción del consumo de agua con respecto al total de recursos renovables.
Non-revenue water: Consumo de agua sin ingresos
Consumo autorizado no facturado Las pérdidas aparentes (robo de agua y imprecisiones de medición) Las pérdidas reales (de las redes de transmisión, instalaciones de almacenamiento, redes de
distribución o conexiones de servicio)
México cuenta con un total de 12,678 km de ductos los cuales se desglosanpor el producto que transportan de la siguiente forma:
9,037 km que transportan gas natural;
1,815 km que transportan gas licuado del petróleo;
1,294 km de petroquímicos básicos;
490 km de petroquímicos secundarios y 40 km que transportan agua.
http://www.gas.pemex.com.mx/PGPB/Conozca+Pemex+Gas/Infraestructura/
Beneficios de contar con un DX en México: Proteger nuestra gran red de ductos
Códigos de color verde para petróleo, rojo para el gasy azul para productos como la gasolina, el propano yel etileno.
Mapa de las tuberías en México
http://www.geografiainfo.es/tuberias/mapa_tuberias_mexico.html
¿Qué tipo de eventos no deseados (fallas o daños) se busca diagnosticar en un tubería?
Sensores averiados
Fugas
Bloqueos
Corrosión Actuadores dañados
Tomas clandestinas
¿Cuáles son los eventos no deseados que más daño causan a la población civil y al medio ambiente?
Gráfica de incidentes - EUA - 1/1/2010 - 3/29/2013http://www.nolngexports.org/the-risks/http://fracdallas.org/docs/pipelines.html
En EUA: ¡FUGAS!
¿Cuáles son los eventos no deseados que más daño causan a la población civil y al medio ambiente?
En México: Deslaves y ¡TOMAS CLANDESTINAS!
¿Cómo evaluar el desempeño de un ∑DX?
o Sensibilidad
o Fiabilidad
o Precisión
o Robustez
Detectar una falla
Determinar el tipo de
falla
Localizar y reconstruir
la falla
Predecir una falla
Clasificación de DX para ductos
Métodos off-line
Medición de la onda de
presión
Pruebas de termografía
infrarroja
Detectores de emisión
acústica
Métodos on-line
Fibra ópticaMétodos basados en un modelo
del fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
Métodos off-line
Medición de la onda de
presión
Pruebas de termografía
infrarroja
Detectores de emisión
acústica
Métodos on-line
Fibra ópticaMétodos basados en un modelo
del fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
Clasificación de DX para ductos
Formular modelo
Calibrar modelos
Validar modelo
Diseñar ∑DXEjecutar ∑DXAlmacenar registros históricos
Sistema de pronóstico
(∑PX)
Estimación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
Formular modelo
Calibrar modelos
Validar modelo
Diseñar ∑DXEjecutar ∑DXAlmacenar registros históricos
Sistema de pronóstico
(∑PX)
Identificación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
DX-On-Line-II-UNAM para un ducto
FTI PTI FTI PTI1 1 2 2Flujos/presiones en los extremos
Basados en mediciones de flujo y presión
Aguas arriba Aguas abajo
Nota: No suficiente p/ localización de
una fuga o la detección de otras fallas
como bloqueos, fallas en sensores,
etc.
Fuga 1
Fuga 2
Necesitamos de más
información o de un modelo
Formular modelo
Calibrar modelos
Validar modelo
Diseñar ∑DXEjecutar ∑DXAlmacenar registros históricos
Sistema de pronóstico
(∑PX)
Estimación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
2 2
( , ) ( , )( , ) ( , ) 0
2
( , ) ( , )( ) ( ) ( ) 0
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Momentum Equation
Continuity Equation
b: velocidad del sonido [m/s]g: aceleración gravitacional [m/s2]Ar: área de sección transversal [m
2]f: factor de fricción: diámetro interno de la tubería [m]
0 0( ,0) ( ), ( ,0) ( )H z H z Q z Q z
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0, ( ), , ( )
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DX-On-Line-II-UNAM: Basado en un modelo
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2z
1z1
z2
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Formular modelo
Calibrar modelos
Validar modelo
Diseñar ∑DXEjecutar ∑DXAlmacenar registros históricos
Sistema de pronóstico
(∑PX)
Estimación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
Calibración del modelo: Estimación de los parámetros
Técnica utilizada: Técnica de estimación de parámetros basada en observadores de estado.
b: velocidad del sonido [m/s]f: factor de fricción: diámetro interno de la tubería [m]: Rugosidad [mm]: Viscosidad [m2/s]
Observador de estados
Modelo+Término de corrección
ˆ ˆ ˆ( ) ( , ) ( ( ) ( ( )))x t f x t K y t h x t
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Calibración del modelo: Estimación de los parámetros
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0 0( ) ( ( )) ( ) ( ( )) 0x t F x t x t G x t
Sistema masa resorte amortiguador
Oscilador armónico amortiguado – Forma canónica
Sistema de Liénard
Calibración del modelo: Estimación de los parámetros
1 2: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ( ))x t x t x t x t F x t
0 0( ) ( ( )) ( ) ( ( )) 0x t F x t x t G x t
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Calibración del modelo: Estimación de los parámetros
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Ecuaciones del
telegrafista
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Calibración del modelo: Estimación de los parámetros
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H t H t( )
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DX-On-Line-II-UNAM: Basado en un modelo
Formular modelo
Calibrar modelos
Validar modelo
Diseñar ∑DXEjecutar ∑DXAlmacenar registros históricos
Sistema de pronóstico
(∑PX)
Estimación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
Formular modelo
Calibrar modelos
Validar modelo
Diseñar ∑DXEjecutar ∑DXAlmacenar registros históricos
Sistema de pronóstico
(∑PX)
Estimación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
Para sistemas no lineales la observabilidad puede depender de las entradas.
Es difícil encontrar dichas entradas de manera analítica.
Una manera de hacerlo es heurísticamente.
Generación de señales auxiliares para la estimación de
parámetros.
Algoritmo de optimización para encontrar una secuencia de entrada óptima que asegure la observabilidad de un sistema no lineal.
Una entrada que asegure que todos los eingenvalores del gramian de observabilidad sean > 0
¿Qué es el gramian de observabilidad?Es una medida de la energía visible en la señal de salida de un sistema.La observabilidad del sistema puede caracterizarse a través del gramian.
2
0 0
0
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Formular modelo
Calibrar modelos
Validar modelo
Diseñar ∑DXEjecutar ∑DXAlmacenar registros históricos
Sistema de pronóstico
(∑PX)
Estimación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
Fallas consideradas: Fallas en los sensores de flujo aguas arriba,
aguas abajo, fallas en los sensores de presión aguas arriba, aguas
abajo y fugas.
Técnica utilizada: Generación de residuos. Matriz de residuos.
( ) ( ) ( )m
r t y t y t Modelo( )y t( )u t
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y t 0 condición normal( )
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Selección de fallas a determinar
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𝑆2 ∆𝑄𝑜𝑢𝑡 𝑆3 ∆𝐻𝑖𝑛𝑆1 ∆𝐻𝑜𝑢𝑡 𝑆1 ∆𝑄𝑓
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𝑟2
𝑟3
𝑟4
𝑟5
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𝑆1 ∆𝑄𝑖𝑛: Falla en el sensor de flujo 𝑄𝑖𝑛
𝑆1 ∆𝑄𝑜𝑢𝑡 : Falla en el sensor de flujo 𝑄𝑜𝑢𝑡
𝑆1 ∆𝐻𝑖𝑛: Falla en el sensor de flujo 𝐻𝑖𝑛
𝑆1 ∆𝐻𝑜𝑢𝑡: Falla en el sensor de flujo 𝐻𝑜𝑢𝑡
𝑆1 ∆𝑄𝑓: Fuga
1 Fuga 1 Fuga (utilizando sólo sensores de flujo) Fugas secuenciales Fugas simultaneas (Sólo en Simulación) Fallas en sensores de presión y flujo 1 Fuga en una tubería con un ramal
Localización y reconstrucción de las fallas
Formular modelo
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Sistema de pronóstico
(∑PX)
Estimación de parámetros
Tiempo de vida útilProbabilidad de fallaPrescripción y programación de mantenimiento
Control tolerante a
fallas
Diseño y ejecución de un DX basado en un modelo del
fluido en el ducto y en el monitoreo de flujo y presión
ˆ ,f f
z
1 1 1 2
2
2 1 2 2
2 2 2 2
ˆ ˆ ˆ ˆ| | ( )2
ˆ ˆˆ ˆ( )
ˆ ˆ ˆ ˆ| | ( )2
ˆ 0
0ˆ
rin
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aa
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a aout out
Q tQ tK
Q t Q t
( ), ( )in out
H t H t ( ), ( )in out
Q t Q t
¿Qué nos falta por hacer?
Localización de fugas en redes de ductos Localización de diferentes fallas en redes de ductos Fugas simultaneas (¡Qué funcione!) Sistemas de pronóstico para ductos Sistema de diagnóstico para redes de ductos Control tolerante a fallas para evitar pérdidas en redes de ductos Desarrollar ∑DX basados en un parche de monitoreo