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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.