candoit casos cfd 2015
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AGENDA
CANDOIT - ¿Quienes Somos?
CASOS DE ÉXITO INGENIERÍA
Simulación
CFD
Optimización y Simulación Discreta
Simulación dinámica
CANDOIT
Es una empresa argentina de consultoría en Ingeniería y Sistemas, formada por un equipo de 35 colaboradores, en su mayoría ingenieros, con amplia experiencia en sistemas productivos, ingeniería y simulación, desarrollando sistemas a medida
candoit está compuesta por dos unidades de negocio que interactúan
creando sinergia y ofreciendo soluciones simples e innovadoras:
Ingeniería
Ingeniería de Oil & Gas
Simulación
Sistemas
Desarrolladores Java, .net, mobile
CASOS DE ÉXITO
CFD
Análisis de flujo en gasoductos
Análisis y mejora de recuperadores
Modelo Multifase: Optimización de diseño
• Skimmers
• FWKO – Térmico
Diseño de un cortavientos
Aislamiento térmico de hornos
Estudio sistema horno/calentador
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CASOS DE ÉXITO
SIMULACIÓN DISCRETA
Tratamiento de barros en el Yacimiento Cerro Dragón
Tratamiento de agua en el Yacimiento Cerro Dragón
Simulador operativo de una empresa de transporte
ferroviario de cargas
Optimización de operaciones
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CASOS DE ÉXITO
SIMULACIÓN DINÁMICA DE PLANTAS
Analizador de C.N. Atucha
Analizador de C.N. Embalse
Simulación de Planta Industrial de Agua Pesada
Simulación de Planta de Compresión de TGS
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Análisis de Flujo en Gasoductos
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Apache
Problema: Medidor de flujo aguas debajo de un filtro mide incorrectamente.
Estudio: Se calculó el perfil de velocidades en el punto de medición mediante CFD.
Resultado: El flujo no alcanza el desarrollo en la distancia entre el filtro y el punto de medición.
Solución: Instalación de un acondicionador de flujo previa verificación por CFD.
Análisis de Flujo en Gasoductos
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Apache proyecto 2
Objetivo: Evaluar el flujo de gas que atraviesa un medidor ultrasónico, que requieren un flujo totalmente desarrollado para una correcta medición.
Estudio: velocidades y presiones del gas para cuatro condiciones operativas
Resultado: el flujo no totalmente desarrollado, aunque no dista mucho de serlo. Subsiste un flujo secundario tal que el fluido tiene una rotación sobre el eje axial, aunque la magnitud de la velocidad de rotación es del 2% de la velocidad axial para el caudal nominal.
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Perfiles de velocidad (a) Resultados de simulación (b) Flujo complemtam. desarrollado
Análisis y Mejora de un Recuperador
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Problema: Pérdida de carga indeseada en un recuperador
Estudio: Mediante CFD se analizaron cerca de 10 variantes de diseño
Resultado: La pérdida de carga se debía a un mal diseño en una de las partes del recuperador
Solución: Se halló un diseño funcional y de fácil construcción
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Modelo Multifase
Sobre la base del software libre OpenFOAM se desarrolló un modelo capaz de simular la separación de agua y petróleo en dominios tridimensionales.
– Modelo de Drift-Flux
– Efectos térmicos
– Viscosidad de mezcla en función de la concentración.
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Skimmers
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Simulación de tanques separadores de agua-petróleo del tipo Skimmer
Propuesta de variantes de diseño.
FWKO Térmico
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Proyecto: Analizar mediante CFD variantes geométricas en equipos FWKO
con tubos de fuego.
Se incorporaron efectos térmicos al modelo multifase.
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Aislamiento Térmico de Hornos e Incineradores
Proyecto: Simulación del comportamiento térmico de hornos e Incineradores
Resultado:
• Propuesta de diseño final para el escudo de lluvia
• Rediseño absoluto de las capas internas de aislantes.
Objetivos: Optimización del diseño de un escudo de lluvia que los proteja
Estudio:
• OpenFOAM de transferencia térmica convectiva
• Modelos Octave de radiación superficie a superficie.
• Se obtuvieron curvas de temperatura para las paredes de los
equipos, los escudos de lluvia y las interfaces entre diferentes
zonas de aislante.
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Diseño de Cortavientos
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Simulación de diversas geometrías de cortavientos delante de los equipos de torre
Evaluar la posibilidad de operarlos en condición segura ante vientos moderados
Se obtuvieron los campos de velocidades y presiones en un dominio tridimensional
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Estudio Sistema Horno/Calentador
17 Volver
Estudio: Simulación del ducto de entrada de aire al precalentador.
Análisis de alternativas de diseño.
Resultados: Se incrementó la eficiencia térmica del horno manteniendo una distribución homogénea de aire a los quemadores.
Abastecimiento de Agua en el
Yacimiento Cerro Dragón
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Objetivo De Trabajo:
Encontrar la configuración que minimice:
• Movimientos de transportes y transferencias.
• Uso de agua dulce.
• Volúmenes de agua tratada.
• VAN de los flujos de fondos futuros.
Problema: Asegurar el abastecimiento de agua en el Yacimiento.
Resultado:
• Configuración óptima de plantas de tratamiento de agua de formación.
• Modelo excel, permite al cliente estudios in-house de opciones y/o
modificaciones futuras.
Abastecimiento de Agua en el
Yacimiento Cerro Dragón
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Se desarrolló un modelo con Regiones Genéricas
FAF FAD
CAF CAD
CARGADERO
PLANTA DE
DESALINIZA-
CIÓN
SUMI
TRANSFERENCIAS DE AF
TRANSPORTES DE AF TRANSPORTES DE AD
TRANSPORTE DE AD
REGIÓNGENÉRICA
Dese-
chos
Abastecimiento de Agua en el
Yacimiento Cerro Dragón
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Alternativas de tamaño para plantas en CD y Z2
36
38
40
42
44
46
48
50
52
0 -
28
1 -
27
2 -
26
3 -
25
4 -
24
5 -
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6 -
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7 -
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8 -
20
9 -
19
10 -
18
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17
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16
13 -
15
14 -
14
15 -
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11
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10
19 -
9
20 -
8
21 -
7
22 -
6
23 -
5
24 -
4
25 -
3
26 -
2
27 -
1
28 -
0
Millo
nes
Tamaño de las PD en CD y Z2 [en millares de m3/mes]
VA
N 1
0 [
u$s]
VAN MÍNIMO
CD
Z2
PLANTAS IDÉNTICAS
1 PLANTA EN CD
1 PLANTA EN Z2
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Tratamiento de Barros en el
Yacimiento Cerro Dragón
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Objetivo: Análisis económico de siting y sizing de plantas adicionales a una recientemente instalada.
Cliente: PAE Problema: transporte y tratamiento de barros generados en las operaciones de workover y en otras fuentes.
Resultado: • No sería conveniente económicamente añadir plantas adicionales. • Resultado obtenido rápidamente a partir de un modelo simple de bajo costo computacional. • Modelo excel entregado que permite al cliente estudios in-house de opciones y/o modificaciones futuras.
Estudio: Simulación discreta de distribución y estudio de costos.
Tratamiento de Barros en el
Yacimiento Cerro Dragón
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Se desarrolló un modelo con Regiones Genéricas:
Plantas de tratamiento
Capacidad
Ubicación
Año de instalación
INPUT 1
OUTPUT 1
Volumen de barros
tratados en c/
planta
Distancias medias
Costos de transporte
VAN LTP
Costos
Repositorios
PARÁMETROS
MODELO
Barros
REGIÓN 3
PT
Barros
REGIÓN 1
REGIÓN 2
Barros
Sólidos
FB
REP
FB
FB
PTC Agua
El modelo calcula los movimientos de barros y sólidos para minimizar el VAN.
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Simulación de Transporte Ferroviario de Carga
CLIENTESSOLICITUDESDE TRÁFICO
PROGRAMA-CIÓN
ASIGNACIÓNDE CHOFERES
ATENCIÓN ALCLIENTE
COORDINA-CIÓN
REDFERROVIARIA
ÓRDENESDE TRABAJO
COMERCIAL
ÁREA COMERCIAL ÁREA OPERATIVA
Optimización de Operaciones Logísticas
Objetivo:
Optimizar la asignación de un conjunto de pedidos con un conjunto de móviles.
Modelo:
Se consideran los móviles libres y los móviles que están en servicio.
Se encadenan los servicios.
Se tomaron datos históricos para:
• Los tiempos de servicio
• La demanda entre subzonas, por tipo y hora del día.
Resultados
• Se obtienen resultados de un día de servicio
• Se propone un algoritmo de asignación de móviles que mejora los tiempos en un 40% respecto a la respuesta pedido a pedido.
• Se define la ventana de tiempo óptima
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AMADEUS: Analizador de C.N. Atucha
Arquitectura procedural.
Trabajo detallado de validación.
Utilización para el Análisis Probabilístico de Seguridad.
Simulación de un loop equivalente del primario.
Frontera de simulación en el generador de vapor.
Simulación de todos los sistemas de control que actúan sobre el sistema primario.
El modelo es de más de 20 EDOs.
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LUDWIG: Analizador de C.N. Embalse
• Orientado a objetos
• Resolución de un sistema de cerca de 200 EDOs.
• Visualización dinámica on-line.
• Simulación de los cuatro loops del circuito primario.
• Simulación de sistemas de control de primario y secundario.
• Frontera de simulación en el condensador.
OBJETIVOS DEL PROYECTO
Desarrollar una herramienta que contenga toda la funcionalidad necesaria para el
entrenamiento de operarios de una planta compresora.
Se tuvo en cuenta por un lado, un modelo de simulación que represente la realidad y
por el otro, una interfaz gráfica con un look & feel igual al utilizado por los operarios, de
manera tal que se encuentren con un ambiente idéntico con el que trabajan a diario.
CARACTERÍSTICAS
Perfiles 1. Perfil Instructor podrá crear Escenarios que pudiesen llegar a darse en una planta compresora 2. Perfil Alumno resolverlo, operando sobre la simulación Escenarios • Estado Inicial de la planta (ciertas válvulas abiertas o cerradas, un compresor en
funcionamiento, una válvula de seguridad abierta, etc.),
• Eventos, que son situaciones que vienen a crear un cambio en el estado inicial (la falla del compresor, la apertura accidental de una válvula, etc.)
Estos Eventos ocurrirán en momentos predefinidos en el propio Escenario y/o provocados por el Instructor desde su pantalla de control, todos ellos ignorados en principio por el Alumno.
Cada acción del Alumno será simulada entregando en pantalla un sistema idéntico al que tendría acceso en la planta.
Finalmente, el Instructor tiene la posibilidad de revisar la Resolución, la cual es guardada en el historial del alumno, a fin de realizar la corrección y los comentarios correspondientes.
INGRESO AL SISTEMA
El sistema se basa en una aplicación web. Al conectarse a la dirección del servidor a través de un navegador de internet, se accede a la vista de Ingreso al sistema. Allí se debe ingresar con el nombre de usuario y la contraseña.
SESIÓN INSTRUCTOR
Cuando un instructor inicia su sesión de usuario, se muestra la pestaña de Sesiones de Simulación. Allí se pueden ver la siguiente información:
• Simulaciones que han sido creadas.
• Fecha de creación.
• Instructor que la creó.
• Estado de la simulación.
• Los alumnos
CREACIÓN DE SIMULACIONES
Para crear una nueva simulación se debe acceder a la pestaña Nueva Simulación, elgiendo los distintos parámetros de la simulación:
1. Se indican los alumnos a quienes se desea asignar la simulación. Se envía automáticamente un mail para notificar.
2. Se puede optar por una de las condiciones iniciales preestablecidas en el sistema o una de las personalizadas.
3. Se selecciona el tipo de evento a ejecutar durante la simulación y se ingresa el tiempo en el que se desea que suceda.
4. Se indica en qué componente de la planta se desea que suceda el evento.
5. Se pueden agregar todos los eventos que se deseen.
SESIÓN ALUMNO
Cuando se inicia una sesión de alumno, se muestra en pantalla el Historial de Simulaciones.
CORRER UNA SIMULACIÓN
Para correr uno de los casos de simulación asignados, el alumno debe acceder al Historial de Simulaciones. Vista del área de simulación Una vez finalizada la simulación, tanto el instructor como el alumno pueden volver a verla con el botón de Replay.
MENÚ VISTAS DE LA PLANTA
Si se cliquea sobre el botón Menú, se accede a una pantalla que muestra las distintas vistas de la planta, permitiendo acceder a detalles de estado de distintos componentes.
ACCIONES SOBRE LOS ELEMENTOS DE LA PLANTA
El usuario puede actuar sobre los componentes de la planta de tres maneras distintas:
En la siguiente vista se muestra como ejemplo este último caso. El texto en color amarillo indica el modo en el que se encuentra operando. Para pasar de un modo a otro, se debe cliquear sobre el texto en blanco del modo en el que se desea operar.
RESULTADOS DE SIMULACIÓN
Es posible descargar los archivos de las tablas que contienen los datos almacenados de las variables de interés a lo largo del tiempo de ejecución de la simulación. A tal efecto, se descargan 3 archivos:
• Valores de presión.
• Valores de temperatura.
• Caudal másico por unidad de área.
Los datos corresponden al valor en cada uno de los nodos del modelo, en cada segundo de simulación. Se pueden visualizar con programas de hoja de cálculo.
MOTOR DE CÁLCULO
Es un programa de computadora que contiene las instrucciones para resolver un esquema numérico algebraico que aproxima el modelo matemático que representa en cierta medida el comportamiento físico de la planta. El modelo físico corresponde al flujo de un fluido compresible con la propiedad de gas natural, en un circuito de tuberías, válvulas, etc. El código recibe datos ingresados por el usuario a través de la interfaz gráfica, y entrega la evolución temporal y la distribución espacial de las velocidades, presiones y temperaturas del fluido que circula por el conjunto de tubos y componentes. Cabe destacar, que dada su orientación a la capacitación y no al diseño, se dejan de lado los efectos de ondas de presión.
TECNOLOGÍA
•El motor de simulación ha sido programado en lenguaje C++. •La interfaz del motor de cálculo consiste en una aplicación JAVA amigable e intuitiva, estética y funcionalmente semejante a la utilizada por los operarios. •La base de datos utilizada es ORACLE, y el servidor de aplicaciones Apache Tomcat.
ARQUITECTURA
La aplicación corre bajo una arquitectura cliente-servidor como la que indica el diagrama:
La aplicación cliente puede ser accedida desde cualquier PC, a través de un navegador de Internet como IE o Google Chrome, y con Windows 2000 en adelante.
PARA TERMINAR
Se ha desarrollado la capacidad de simular un proceso dinámico y complejo como lo es la operación de una planta compresora.
El equipo interdisciplinario que desarrolló tanto el motor de cálculo como la interfaz lo hizo de manera modular de forma tal que se pudieran reutilizar los componentes para una nueva configuración de planta, lo que nos permite generar otro simulador en un tiempo notablemente menor de proyecto.
Muchas gracias! [email protected]