Candoit CASOS CFD 2015

Casos Industriales - CFD - Simulación - Optimización

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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NUESTROS CLIENTES

CANDOIT

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

9

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.

11

Skimmers

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Simulación de tanques separadores de agua-petróleo del tipo Skimmer

Propuesta de variantes de diseño.

FWKO Térmico

13

Proyecto: Analizar mediante CFD variantes geométricas en equipos FWKO

con tubos de fuego.

Se incorporaron efectos térmicos al modelo multifase.

FWKO Térmico

14

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15

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.



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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



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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

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8 -

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9 -

19

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15

14 -

14

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9

20 -

8

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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


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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


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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

Descripción General del Modelo

Implementación

• Se utilizó el software de simulación Extend™

• Programación en capas

Resultados

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VARIACION DE VAGONES TOLVA Y LOCOMOTORAS

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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.

Simulador de Planta

Compresora - TGS

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]

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Engineering

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