Detección y localización de fugas y tomas clandestinas en ductos

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´ PROPUESTA DE INVESTIGACION DOCTORAL:

Detecci´n y localizaci´n de fugas y tomas clandestinas en o o ductos

Presenta: M en C. Omar Gonzalez Gonzalez

Asesora: Dra. Cristina Verde Rodarte

M´xico Distrito Federal, Mayo de 2011 e

IINGEN-UNAM

UNAM

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1.

Introducci´n o

La complejidad cada vez mayor de los sistemas fisicos ha generado la necesidad de dise˜ ar sistemas nautom´ticos de control que no solo garanticen un buen desempe˜ o del sistema, sino, que adem´s cona n a tribuyan en la tarea de mejorar la seguridad en el funcionamiento del proceso a lo largo de su vida util. ´ Por otro lado, la seguridad en el transporte de hidrocarburos mediante ductos es un tema de gran inter´s actualmente, pues aspectos como las tomas clandestinas, el envejecimiento de losductos y el dif´ e ıcil acceso para un mantenimiento constante (ductos subterraneos y/o acu´ticos); hacen de las fugas uno de a los principales problemas a resolver. A manera general se puede decir que la detecci´n de fallas consiste en determinar si el sistema o bajo estudio opera satisfactoriamente o no. Por otro lado, el aspecto de aislamiento de fallas tiene como finalidad localizar la fuente dela falla, por ejemplo, cu´l sensor o actuador est´ defectuoso. La combinaci´n a a o de ´mbas tareas se conoce como Detecci´n y aislamiento de fallas (FDI por sus siglas en ingl´s) y en a o e general, un esquema de monitoreo que detecta, a´ fallas y eval´ a su importancia y severidad es llamado ısla u un sistema de diagn´stico de fallas [Patton et. al. 2000]. o En la siguiente secci´n se mencionanalgunas de las metodolog´ y trabajos reportados en FDI, o ıas as´ como algunos resultados importantes en materia de la detecci´n y localizaci´n de fugas en ductos. ı o o

2.
2.1.

Estado del arte
Diagn´stico de fallas o

Tradicionalmente los mecanismos para la detecci´n de fallas son basados en el concepto de redundano cia f´ ısica, es decir, duplicar o triplicar los sensores y actuadoresempleando posteriormente la informaci´n o obtenida de ´stos para evaluar su consistencia. Sin embargo, esta soluci´n no solo es muy costosa, sino e o que al aumentar las dimensiones f´ ısicas del sistema aumenta tambi´n la posibilidad de que ocurra una e falla, por lo que en la actualidad es empleda solamente en sistemas de alto riesgo. De manera alternativa, actualmente se prefiere emplear laredundancia anal´ ıtica, la cu´l consiste en usar componentes virtuales a que jueguen el papel de sensores y actuadores y que permitan diagnosticar el estado de algunos componentes del sistema reemplazando hardware redundante por algoritmos que jueguen el papel del mismo. Cabe mencionar que la redundancia anal´ ıtica est´ basada en el conocimiento del modelo matem´tico del a a sistema en cuestion,as´ como de las se˜ales de entrada y de salida del mismo. ı n La metodolog´ que se emplea en el diagn´stico de fallas est´ en funci´n del conocimiento que se ıa o a o tenga del proceso en cuesti´n. Cuando el comportamiento del proceso puede escribirse como un modelo o matem´tico, entonces debe determinarse la existencia de una falla, lo cual se logra mediante la obtenci´n a o de se˜ales indicadorasde fallas conocidas como residuos. La evaluaci´n de dichos residuos proporciona n o informaci´n respecto a la existencia y ubicaci´n de las fallas [Frank 1990]. Dentro de los procedimientos o o basados en el modelo anal´ ıtico destacan los filtros detectores, el espacio de paridad y las t´cnicas de e estimaci´n param´trica. o e Por otro lado, cuando a partir del comportamiento del proceso no puedeobtenerse un modelo matem´tico; entonces se procesan conjuntos de datos hist´ricos o experimentos para obtener caracter´ a o ısticas o atributos (promedios, correlaciones, etc.), los cuales permiten analizar los modos de falla de la situaci´n o analizada y entonces concluir cuales son los componentes con un comportamiento anormal o dudoso. Mediante ´sta metodolog´ destacan las t´cnicas que...