El sistema opera por medio de la integración de diferentes principios físicos de detección y localización, con la posibilidad de integración al Sistema de Control y Adquisición de Datos (SCADA) de pemex
El Instituto Mexicano del Petróleo (IMP) –organismo que cumple 50 años de vida y que desde entonces ha realizado diferentes investigaciones de gran trascendencia– desarrolló un sistema remoto y no-intrusivo de detección en tiempo real de fugas y tomas clandestinas de hidrocarburos (de gas y líquidos) en ductos de transporte terrestre.
Dicho sistema ofrece una solución a la problemática que desde hace tiempo afecta a pemex ocasionándole grandes pérdidas económicas, daños al medio ambiente y un riesgo latente de explosiones, entre otras graves consecuencias para la empresa y el país en el sector petrolero.
El doctor Sergiy Sadovnychiy, líder del proyecto, explicó que el objetivo es desarrollar un sistema no intrusivo que integrará diferentes métodos con el fin de lograr una detección más eficaz.
Existen diferentes métodos para detectar fugas, pero individualmente ninguno brinda protección con una confiabilidad del 100% ante una fuga, comentó.
“Se propuso una integración de métodos y procesamientos que se basara en una interacción multidisciplinaria para crear un sistema de detección, prevención, medición y localización de fugas en ductos de gas y líquido”.
Este sistema se realizó en colaboración con el Centro de Investigación Científica y de Educación de Ensenada (CICESE) y el Instituto de Ingeniería de la Universidad Nacional Autónoma de México (II-UNAM), en el marco de un proyecto asignado por el Fondo Sectorial CONACYT-SENER-Hidrocarburos.
El doctor Sadovnychiy señaló que este sistema está conformado por seis subsistemas: Acústico; Fibra óptica; Cálculo de balance con método de lazo cerrado; Cálculo de balance con el método de Vigilantes Virtuales; Sistema de Procesamiento Integral y Sistema de Comunicaciones.
Acústico
En el caso del subsistema Acústico se realizó un prototipo del equipo y el software denominado IMP Acústico Fuga Detector, el cual ayudó a detectar y localizar en tiempo real las fugas y tomas clandestinas en los ductos de gas y líquidos, cuyos algoritmos de ubicación de eventos fueron probados en un ducto experimental. El funcionamiento de este prototipo tuvo éxito en condiciones de campo. “El subsistema acústico se basa en la instalación de sensores en la infraestructura, los cuales medirán la vibración producida por alguna perturbación. En este caso una fuga va a generar un sonido que será detectado por los sensores en los diferentes puntos en los que han sido colocados, se hace una correlación matemática y se obtiene la localización aproximada del fenómeno de la perturbación”, dijo el investigador del IMP y encargado del sistema acústico, doctor Juan Manuel López Carreto.
Fibra óptica
El subsistema de Fibra óptica, desarrollado bajo la dirección del doctor Mikhail Shlyagin, del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, se compone de un prototipo del sensor distribuido y el software de adquisición y procesamiento de señales en tiempo real, los cuales pueden detectar y localizar las fugas y tomas clandestinas, así como la intrusión de terceros al derecho de vía de ductos.
“Tanto las herramientas de fibra óptica como del detector acústico, pueden localizar fugas y la intrusión de terceros al derecho de vía, pero no pueden calcular la cantidad de producto que sale”, añadió el doctor Sadovnychiy. }
Cálculo de balance
El cálculo de balance consiste en contabilizar los flujos que entran al ducto y aquellos que salen, y a partir de esa contabilidad detectar si la cantidad inicial de fluidos es igual a la final en un periodo de tiempo, este es el principio básico, señaló el investigador del IMP, maestro en ciencias Ricardo Lopezlena.
“Cuando uno quiere detectar el comportamiento en un ducto real de pemex, hay muchos comportamientos naturales del ducto que pueden distorsionar esa contabilidad, para ello se utiliza un modelo matemático que es muy preciso, ya que simula el comportamiento real del ducto bajo las condiciones indicadas por la instrumentación y a partir de esto se detecta si hay una anomalía en los flujos“, comentó.
Una vez que el modelo matemático –que requiere resolver varias ecuaciones diferenciales parciales– encuentra la correspondencia exacta entre los datos del ducto real con los datos que maneja el modelo matemático o simulador, puede diagnosticarse si en realidad hay una fuga, así como su localización y magnitud.
Este tipo de sistemas de detección y localización de fugas está basado en un software especial que emplea datos del sistema SCADA. Este subsistema lo han probado inicialmente a nivel simulación y después con un ducto experimental que se tiene en el IMP. Posteriormente probaron ese mismo software en instalaciones de pemex, se tomaron los datos del sistema SCADA, y con ésos se alimentaron los modelos matemáticos y se probó en qué condiciones se podía diagnosticar, localizar y cuantificar una fuga.
El maestro en ciencias Ricardo Lopezlena resaltó que un aspecto atractivo de esta clase de modelo matemático es que los modelos implantados en un software se pueden reproducir y de esta manera cubrir grandes distancias, si uno lo instala en varias computadoras o en un equipo de gran capacidad, pueden cubrirse redes extensas de ductos usando tan sólo software.
“En relación con el modelo matemático y los datos de sensores de ductos, éstos se comparten de manera que calculamos la diferencia en tiempo real y con gran precisión simulamos todo el flujo en el ducto, tomando en cuenta la viscosidad del mismo líquido o gas, el diámetro y topografía del ducto, etc.”, concluyó el doctor Sadovnychiy.
Vigilantes virtuales
El método de Vigilantes Virtuales, desarrollado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, bajo la dirección de la doctora Cristina Verde, funciona con un algoritmo, el cual se basa en la aplicación de un modelo matemático de mecánica de fluidos para calcular una serie de datos que indica cuál es el comportamiento de los ductos de gas o líquido en condiciones normales de operación. Éstos a su vez se comparan con el registro de mediciones de presión que la propia tubería genera y de la diferencia entre ellos se obtienen los síntomas de la presencia de las fugas.
Subsistema integral
Los subsistemas que integran este sistema de detección como el acústico, fibra óptica, lazo cerrado y vigilantes virtuales por sí solos no pueden detectar la totalidad de los fenómenos o los efectos del entorno del ducto, ya que lo que un sistema puede ver el otro no. Por ejemplo, el sistema acústico no puede cuantificar la cantidad de la fuga o el sistema de vigilantes virtuales no puede percatarse cuándo hay un impacto o la presencia de un factor físico en el ducto.
El doctor Edgar Canul García, investigador del IMP y encargado del Subsistema de Procesamiento Integral, refirió que cada uno de estos subsistemas notifica sobre la ocurrencia de un evento, por lo que el sistema de procesamiento integral recibe cada una de estas notificaciones por separado. Dentro de la información importante está el tipo del evento detectado, la localización, la certidumbre asociada a él; posteriormente el sistema de procesamiento integral concentra la información de estas notificaciones y, con base en técnicas de inteligencia artificial, tales como redes neuronales, lógica difusa y sistemas expertos emite un diagnóstico final, donde se informa del evento, su localización y tiempo de ocurrencia, así como las incertidumbres asociadas a estos parámetros.
También hay un sistema de comunicación central que es el puente de comunicación entre todos los módulos de detección y el módulo de procesamiento; los módulos de detección envían notificaciones de los eventos, el sistema de comunicación recibe y almacena en una base de datos esta información, la cual es enviada al sistema de procesamiento integral, éste pondera cada una de estas notificaciones y emite un diagnóstico final de vuelta al sistema central de comunicaciones, que también lo almacena, y lo pone a disposición del operador.
“Este subsistema utiliza métodos de inteligencia artificial, que permiten disminuir las falsas alarmas en el proceso de monitoreo de ductos”, añadió.
Actualmente, los investigadores involucrados en este proyecto continúan trabajando para que este método se pueda escalar a una red de ductos más extensa, cabe señalar que se trata de un desarrollo que cuenta con 10 derechos de autor y una patente.
Aunque a nivel global existen sistemas similares, éstos tienen un alto costo, mientras que el sistema desarrollado por el IMP no sólo es un abanico tecnológico de soluciones, sino que tiene un costo mucho más bajo.
