Reconciliacion de Datos en La Medicion de Flujo

ReconciliaciReconciliacióónn de de DatosDatos

en en MediciMedicióónn de de FlujoFlujo

Contents

• Redes de Flujo

• Asuntos Básicos de Incertidumbre

• Etapas de Computación

• ¿Cómo funciona?

• Donde esta utilizado?

• Casos Típicos

• ¿Por qué utilizarlo?

• Capacidad de TUV NEL

Redes de Flujo

En la mayoría de redes de ductos industriales

• Inconsistencias en el flujo son usualmente identificados utilizando balanzas de masas

• Indica la presencia de instrumentación que puede estar fuera de calibración o no esta funcionando correctamente

• Reconciliación de Datos va mas allá, identificando los instrumentos más probablemente responsables por los imbalanzas

Redes de Flujo (2)

71.55

10.85

22.75

31.06

34.78

18.63

12.57

9.77

12.51

31.58

12.11

45.34

23.22

70.88

Incertidumbre: 2% (á 95%)

1

2

3

4

5

6

7

8

¿Dónde esta el problema?

71.55

64.66

33.60

34.78

31.06

30.74

34.78

34.85

22.28

23.22

31.20

31.58

43.69

45.34

68.56

70.88

Redes de Flujo (3)

Nodo Ingreso Ecuación Egreso Balance1 71.55 64.66 +9.6%

2 34.78 33.60 +3.4%

3 31.06 30.74 +1.0%

4 34.78 34.85 -0.2%

5 31.58 31.20 +1.2%

6 45.34 43.69 +3.6%

7 23.22 22.28 +4.0%

8 70.88 68.56 +3.3%

4321 MMMM ++=

325 MMM +=

1094 MMM +=

8765 MMMM ++=

9711 MMM +=

111013 MMM +=

8612 MMM +=

131214 MMM +=

Estos balances solo indica parte de la información

• Una técnica estadística sobre incertidumbre en la medición

• Calcula ajustes a flujos medidos para que obedezcan ecuaciones de masa conservación

• Permite usuarios aumentar la precisión y confiabilidad de sus datos

• Facilita identificación y diagnosis de problemas con instrumentación

Qué es?

Efectuando Mediciones

Instrumentos de Medición provean unESTIMADO

El valor verdadero esta desconocido

del valor verdadero

NO indican el valor verdadero

¿Qué es Incertidumbre?

Un INTERVALO en cada lado del resultado de la medición dentro del cual

esperamos que existe el valor verdadero (con un grado de confianza)

Valor Verdadero Valor Medido

Incertidumbre

Niveles de Confianza

La Probabilidad que el valor verdadero de una medición se ubica dentro de un

intervalo específico.

Cuanto mas grande el intervalo mas elevado será la confianza que el valor verdadero se encuentra dentro de ello.

Incertidumbre versus Error

El error es la DIFERENCIA entre el valor verdadero y el resultado de la medición.

Naturalmente será desconocido.

Incertidumbre

ErrorValor Medido

Incertidumbre Expandida

Incertidumbre Estándar ‘u’ es la medida básicade incertidumbre.

68%

95%

Incertidumbre Expandida ‘U’ es un intervalo más grande permitiendo una mayor confianza de contener el valor verdadero

Factor de Cubertura

Un valor Multiplicador relacionando incertidumbre estándar a incertidumbre expandida para distribución normal

Expandido(U) = k x Estandard(u)

Coverage factor

Para obtener una confianza de 95%

k = 1.96

ETAPA 1: Selección de Sistema

• Red de mediciones que tiene que ser reconciliadas

• Debe tener redundancia – más de una manera de determinar cada valor medido

• Ejemplos: tales como ductos off-shore de petróleo/gas, un aguaducto dentro de un sistema de distribución de agua o un grupo generador accionado por vapor o gas.

Etapas de Calculo

Etapas de Calculo

ETAPA 2: Desarrollo de las ecuaciones de conservación

• Describe como cada medición depende de otros en el sistema

• Para flujo de fluido significa la formulación balanzas de masas simples

Etapas de Calculo

ETAPA 3: Calculo de Reconciliación

• Quita imbalances ajustando medidas

• Utiliza técnicas de regresión lineal: elija la solución que minimiza la suma de errores cuadrados

• Similar a ejecutar un “least squares fit”de una línea a través de puntos de datos en un grafico

Etapas de Calculo

• Calculo de indicadores generales y de los puntos. Determinación de tendencias con el tiempo.

¿Cómo Trabaja?

8.15

3.95

12.2

7.95

3.85

M1

M2

M3

M4

M5

12.1

12.2

12.2

11.8

Incertidumbre = 2% (95% confianza)

1 2

Redundancia de Datos

Nodo Inflow Ecuacion Outflow Balance

1 12.1 12.2 -0.8%

2 12.2 11.8 +3.3%213 MMM +=

543 MMM +=

Cada flujo medido dentro del sistema puede ser expresado en más de una manera

Determinar cuál de las medidas (si existe) están indicando fuera de sus bandas de incertidumbre

Resultados de Reconciliación

-0.08

-0.02

8.15

12.0

12.0

12.0

12.0

8.07

3.953.93

12.212.0

7.958.11

3.853.89

-0.20

+0.16

+0.04

1 2

Indice de Precisión

U(95%)

Valor MedidoValor Ajustadov

96.1/Uv

uv

Q =∝

Compara el tamaño del ajuste con incertidumbre expandido de la medición

Indice dePrecisión

Indices de Precisión

1.38

1.38

1.81

2.93

2.93

Q1

Q2Q4

Q5

Q3

Q∝ AjusteIncertidumbre

96.1Q ≤

Q = Ajuste/Incertidumbre

Indice de Precisión

Si Q es mayor que 1.96 entonces

• Estimaciones incorrectas han sido aplicadas sobre incertidumbre del medidor o (sub-estimación)

• El instrumento ha salido (derivado) gradualmente de su calibración

• En este ejemplo flujos M4 y M5 son los mas imprecisos – estos medidores deben ser inspeccionados PRIMERO

Red Reconciliado

71.5566.61

10.8511.11

22.7523.90

31.0631.59

34.7835.01

18.6319.21

9.779.84

12.5712.54

31.5831.75

12.5112.63

23.2222.48

12.1112.38

45.3444.13

70.8866.61

1

2

3

4

5

7

6

866.61

66.61

35.01

35.01

31.59

31.59

31.75

31.75

35.01

35.01

44.13

44.13

22.48

22.48

66.61

44.13

Red Reconciliado

Nodo Inflow Ecuacion Outflow Balance1 66.61 66.61 0%

2 35.02 35.02 0%

3 31.59 31.59 0%

4 35.02 35.02 0%

5 31.75 31.75 0%

6 44.13 44.13 0%

7 22.48 22.48 0%

8 66.61 66.61 0%

4321 MMMM ++=

325 MMM +=

1094 MMM +=

8765 MMMM ++=

9711 MMM +=

111013 MMM +=

8612 MMM +=

131214 MMM +=

Indice de Precisión

7.1

6.4

6.4

1.9

0.7

4.6

0.4

1.7

1.7

0.6

5.5

2.8

3.6

6.1

Incertidumbre: 2% (a 95%)

1

2

3

4

5

6

7

8

Resultados

• El indice de calidad con mayor valoridentifica el instrumento que contribuyeMAS a los imbalances

• Ese medidor debe ser inspeccionadocon maxima prioridad

• En este manera el proceso de reconciliación esta funcionando comomecanismo de auto-verificación del sistema

Resultados (2)

• Si un instrumento indica una situación y todos los demás otra - entonces examina el instrumento inconsistente

• Es aplicable no solo a Flujo pero a CUALQUIER cantidad conservado medible

• Es mejor aplicado vía “software”

Herramientasde Análisis

Instrumentos

Base de datos de

Flujo

Software de Reconciliación

Aplicaciones de Software

Integrar con sistemas de control de datos –

reconciliar datos cuandosean adquiridos

¿Dónde es Usada?

• Off-shore – utilizado con más frecuencia en computos de apropiación

• Refinerias – balances de fluidos en procesos internos

• Sistemas de Transmisión de Gas - verificando entregas contra los valores medidos

Otras Aplicaciones

• Redes de distribución de agua

• Sistemas de seguridad críticas - submarinos y aviones

DATA

VALIDAION

Estudio 1: Industria del Agua

TECNICAS DE RECONCILIACION DE

DATOS APLICADAS A UN AGUADUCTO

Ejemplo de Reconciliaciónde Datos

no-lineales (flujo de masa)

Objectivos:

• Reconciliar datos de un sistema de Aguaducto

• Para identificar los beneficios financieros y operacionales - aplicando la técnica

Estación - Tratamiento de Agua

51744604

29313524

M1

M3

53094800

M6

54534632

449471

428441

M2

M4

M5

2.52 3.39

7.41 1.99

1.97 1.87

654321 MMMMMM +++=+

Mass Balance

Variación - Indice de Precisión

MassBalance

M(1)

M(2)

M(6)

M(3)

M(4)

M(5)

Qué hacer?

• Medidor M3 tenía el Indice mas grande

• Medidor fué inspeccionado

• Error en instalación descubierto - rectificado

• Los Datos nuevos todavía tenía un indiceelevado

• Sospecha que la línea tenía una pérdida

• Perdida localizada vía inspección y rectificada

• Indices reducieron a valores bajos (buenos)

Despues de Rectificación

53225204

30443122

M1

M3

56545541

M6

55835444

472483

465475

M2

M4

M5

0.31 0.28

0.93 0.55

0.34 0.21

Estudio 2: Termoeléctrica

RECONCILIACION DE DATOS EN UNA TERMOELECTRICA

DE CARBON

Ejemplo Reconciliación de Datos non-lineales (Flujos, Presiones, Temperaturas)

Objetivos:

• Reconciliar un juego de datos de una turbina de vapor en una termoeléctrica de carbón

Circuito de la Turbina de Vapor

2

2Caldera

HP

394.4

IP LP

Condensador

5

100.7

4416.4 413.93

395.9

M1 M2

M3

M4

M14

Agua

Vapor

Resultados de la Reconciliación

Medición Valor Recon Indice

Agua flujo 1 416.4 406.9 3.8

Agua flujo 2 404.5 406.9 1.5

Flujo de Vapor 1 394.4 374.6 9.2

Flujo de Vapor 2 395.9 374.6 9.7

Bomba B 100.7 100.6 0.1

Resultados de la Reconciliación

• FUE posible reconciliar los datos pero solo después de haber tenido que decidir sobre las posibles eficiencias y niveles de presión

• Es un buen ejemplo de donde el proceso de RD beneficiara de mayor REDUNDANCIA en la medición de flujo –mediciones de flujo. Esto es un problema común en termoeléctricas

Estudio 3: Transmisión de Gas

LA APLICACIÓN DE RECONCILIACION DE

DATOS PARA ESTIMAR GAS NO-CONTABILIZADO

Objetivos:

• Usar mediciones de presión y ecuaciones de caída de presiones para predictar flujos volumétricos en condiciones estándares

• Usar reconciliación de datos para predecir flujos de “off-take” y compararlos con valores medidos

Esquemático

P1

P3

MoffP2

L1

L2

M1

M2

off21 MMM +=

Ecuación de Continuidad

Inferido Mensurando

( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡

⋅⋅⋅⋅−

⋅⋅⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⋅=

LTZSdpp

f1

PT

kM52

221

s

s1

Reconciliación

• Determinar incertidumbres en los flujos calculados de la ecuación de flujo

• Reconciliación de datos ajustando los valores para que obedezcan la ecuación de conservación

• Comparar el flujo de salida reconciliado con el valor original medido

• Tomando en cuenta la incertidumbre, calcular el volumen de gas no contabilizado

Resultados

350.8

M1

M2

357.5

Flujos en kg/s

337.5

356.0

1.5

1.5

Moff

M1

M2

Indice de Precisión

0.6

3.4

0.03

¿Por qué usarlo?

• Ahorra OPEX vía reducción del costo de mantenimiento de equipos a través de identificación rápido de mediciones problemáticas

• Reduce la posibilidad de mediciones no precisas dentro del red –potencialmente ahorrando cantidades enormes de dinero

• Aumenta la confiabilidad de datos y por consecuencia la confianza del operador en la misma

¿Por qué usarlo?

• Detección de “drift” (deriva) de los instrumentos en instalaciones industriales

• Detección de pérdidas en redes de distribución de Agua

• Uso offshore / campos petroleros con cómputos para apropiación

• Cumplimiento con los Reguladores de Industria

Capacidad de TUV NEL

Dos tipos de servicioConsultoria• Formulación de balances

para sistemas• Ejecución (en casa) de

cálculos de reconciliaciónDesarrollo de Software

• Construcción de software adaptado a las necesidades del sistema

• Software que ejecuta reconciliación sobre datos en vivo

• Puede funcionar como preaviso de malfunciones o falta de calibración de instrumentos

Reconciliación de Datos

En vez de estar dependiente de una sola medición y su incertidumbre asociada, reconciliación de datos facilita el uso de TODO los datos disponibles en un sistema para determinar el valor más preciso para cada instrumento con incertidumbres menores resultantes.