Control predictivo-cooperativo para operar una red de bombas centrífugas en un sistema serial de poliductos

Predictive-cooperative control for the operation of a centrifugal pump network in a serial multiproduct pipeline system

Los sistemas de ductos brindan una conexión entre puertos, campos petrolíferos, refinerías y mercados de consumo. Los productos refinados como gasolinas, diésel, turbo-combustible, queroseno, entre otros, son transportados a través de una misma tubería. De esta forma se evitan costos adicionales de varias tuberías dedicadas a productos específicos. Este modo de transporte presenta el problema de la mezcla o contaminación entre productos, lo que incrementa los costos de operación. En este sentido, esta investigación presenta el problema de modelamiento y simulación de ductos utilizados para el transporte de diferentes clases de fluidos. Tal problema es solucionado teniendo en cuenta la presión, velocidad del medio y la densidad del fluido. Se considera un modelo matemático para predecir la cantidad de contaminación entre productos y se presenta el caso de varios tramos de tubería unidos por un modelo algebraico de bomba centrífuga. Con base en lo anterior, se diseña una estrategia de control predictivo teniendo en cuenta la optimización con subprocesos vecinos para coordinar los controles locales en las estaciones de bombeo y así lograr un rendimiento global en los niveles de contaminación. Finalmente, los resultados obtenidos confirman la eficiencia de la estrategia de control predictivo-cooperativo aplicada a una red de bombas centrífugas en un sistema serial de poliductos.

INTRODUCCIÓN

Actualmente, la industria petrolera emplea diferentes medios de transporte para los hidrocarburos como los buques cisterna y las barcazas como medios de transporte marítimos mientras que los vagones de tren, camiones cisterna y los ductos o tuberías son utilizados como medios de transporte terrestre [1]. El sistema de ductos es el medio preferido para el transporte de hidrocarburos debido a su bajo costo, bajo consumo de energía, no presenta contaminación atmosférica, congestión vial en carreteras, no produce ruido, es seguro para los humanos, posee un alto grado de automatización y alta confiabilidad debido a que su operación es continua, automática y no es afectada por el clima [2].

Los niveles de contaminación entre productos son afectados por las bombas y características de la tubería como rugosidad, longitud y diámetro [3]. Una revisión de la literatura, concerniente a los ductos, muestra que el modelamiento dinámico de tuberías no toma en cuenta productos o fluidos de diferentes características. La mayoría de los trabajos están relacionados con modelos dedicados a un solo producto [4-5].

Muchos de los procesos que componen una planta pueden estar ubicados uno a continuación de otro como es el caso en líneas de producción, procesos de laminación en frío, procesos metalúrgicos, transporte de fluidos en tuberías, entre otros.