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Com o software de simulação de dutos sendo cada vez mais usado durante as fases de projeto e operação da vida útil de um duto, não é surpresa que um pacote de simulação possa ajudar os engenheiros a responder a perguntas importantes e tomar decisões informadas.
A versatilidade do Atmos Simulation (SIM) Suite significa que o mesmo modelo de duto subjacente pode simular diferentes cenários em três categorias de aplicativos: off-line, on-line e look-aheads, Trainer.
Para redes de dutos que enfrentam uma série de desafios, a instalação de uma suíte de simulação pode aliviar as preocupações dos operadores de dutos. Neste artigo, a CEO e fundadora da Atmos International (Atmos), Jun Zhang, discute como o Atmos SIM pode superar uma série de desafios específicos dos dutos de gás e líquidos que operam na América Latina.
Aplicação de soluções de software de simulação aos desafios dos dutos da América Latina
1. Acompanhamento e manutenção da qualidade do produto para garantir que as entregas aos clientes estejam dentro das especificações
Na América Latina, é comum que as operadoras lidem com operações de dutos multiprodutos, com muitos tipos de produtos indo para diferentes locais com diferentes proprietários.
Por exemplo, as operações de mineração e de polpa formam uma parte significativa da economia latino-americana, com a expectativa de que a região desempenhe um papel importante na crescente demanda por lítio [1].
Nessa região, um mineroduto transporta uma mistura de materiais suspensos em água ou óleo, como areia, argila, carvão e minerais, que podem incluir concentrado de cobre, concentrado de ferro, concentrado de zinco e muito mais [2].
Garantir que o produto não seja contaminado e seja transportado para o local correto é vital para os operadores que trabalham na sala de controle.
O software de rastreamento de lotes permite que os operadores de dutos façam o rastreamento de produtos em um duto de vários produtos, monitorem o progresso dos produtos, operem um duto eficiente e econômico e rastreiem a qualidade do produto. O Atmos Batch é um exemplo dessa solução em ação [veja a Figura 1].
O Atmos Batch é um módulo dentro do Atmos SIM e usa uma interface homem-máquina (HMI) para fornecer o volume de lotes atualizado e a localização precisa dos produtos no pipeline em tempo real [veja a Figura 2].
Isso pode ajudar os operadores de dutos da América Latina a conhecer a localização principal e final de cada lote e seu tempo estimado de chegada (ETA).
2. Apoio à transição energética
Juntamente com o Caribe, a América Latina é responsável por 8% das emissões globais de gases de efeito estufa [3], portanto, a transição para uma energia mais limpa contribuirá para a redução de emissões e para a meta zero emissões. O software de simulação de dutos pode apoiar essa transição em um nível mais profundo.
A introdução de uma economia de hidrogênio foi um tema comum nas discussões da COP27, portanto, as empresas de dutos da América Latina precisam se preparar para o transporte de hidrogênio e misturas de hidrogênio por meio de seus dutos [4].
Embora o hidrogênio tenha vários usos como um combustível mais limpo, há uma série de problemas que os operadores precisarão enfrentar quando ele for introduzido nos dutos:
- A composição molecular do hidrogênio é menor do que as moléculas de gás natural, portanto, é mais fácil para o hidrogênio vazar;
- As moléculas de hidrogênio podem ser absorvidas pelas rachaduras da tubulação, causando a fragilização do hidrogênio;
- O hidrogênio pode se tornar um gás de efeito estufa indireto se ocorrer um vazamento, afetando a composição da atmosfera e impactando negativamente a qualidade do ar;
- Falta de conhecimento sobre hidrogênio e transporte de mistura de hidrogênio, pois é uma área que ainda não está totalmente estabelecida
A simulação de dutos pode ajudar as empresas de dutos da América Latina a se prepararem para a introdução do hidrogênio em sua infraestrutura de dutos existente.
O Atmos SIM permite que as operadoras modelem todos os aspectos da rede de dutos para que tenham uma melhor compreensão de como a rede lidará com diferentes concentrações de hidrogênio [Figura 3].
Além disso, o Atmos SIM on-line pode detectar e localizar vazamentos de forma confiável, o que é especialmente importante, pois a fragilização do hidrogênio é um fator a ser considerado na transição energética.
O Atmos SIM Leak Detection pode calcular continuamente o equilíbrio do volume em uma tubulação, que é analisado estatisticamente pelo teste de razão de probabilidade sequencial para determinar a razão entre a probabilidade de vazamento e a probabilidade de não vazamento.
Apoiar a transição energética para o hidrogênio é um desafio que também pode ser superado em paralelo com o desafio do treinamento do operador.
3. Treinamento de operadores
Muitas empresas de dutos são obrigadas pelos regulamentos a demonstrar que seus operadores de dutos são adequadamente treinados para reconhecer e reagir a condições operacionais anormais, com muitos reguladores exigindo um registro dos treinamentos ministrados aos operadores de dutos e um plano de melhoria contínua.
O hidrogênio já foi discutido como um desafio que poderia afetar as empresas de dutos da América Latina devido à atual falta de conhecimento sobre como ele afetará a rede de dutos, mas há vários outros desafios existentes que podem afetar as operações de dutos.
A geografia física da América Latina é altamente variável e inclui montanhas e planaltos, bacias hidrográficas e planícies costeiras [5]. Com isso, surge uma gama de possíveis riscos geológicos que podem afetar a integridade da tubulação.
Por exemplo, os dutos que passam perto de montanhas e planaltos podem ser expostos a deslizamentos de terra, lahares e erupções vulcânicas, enquanto um duto que passa por bacias hidrográficas apresenta risco de erosão do leito do rio e erosão subterrânea do duto [6].
É fundamental que as empresas de dutos da América Latina não apenas implementem os treinamentos necessários para seus operadores, mas que também ofereçam o treinamento de forma a expor os operadores a condições operacionais anormais específicas da região em que o duto opera, como uma situação de vazamento ou roubo ou um risco geológico como os listados acima.
O Atmos Trainer é um módulo de qualificação e pontuação do operador no Atmos SIM que cria cenários off-line como uma ferramenta para treinar operadores de dutos novos e existentes.
Como os simuladores hidráulicos podem imitar o sistema de controle de dutos, ele apresenta uma visão virtual do duto durante condições operacionais normais e anormais, ajudando os operadores de dutos a entender as informações exibidas no sistema de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) [Figura 4].
Para as empresas de dutos da América Latina que enfrentam uma série de novos desafios, desde a transição para uma energia mais limpa até a ameaça contínua de riscos geológicos, vazamentos e roubos, o Atmos Trainer facilita o aprimoramento contínuo dos operadores em um ambiente de sala de controle semelhante, para que eles possam se preparar para todas as eventualidades.
4. Otimização da capacidade do duto
Gás
O programa de reforma do Novo Mercado de Gás no Brasil tem como objetivo aumentar a flexibilidade física do sistema de gás, agilizar o fornecimento de gás, promover a concorrência e facilitar a integração de uma parcela maior de energias renováveis intermitentes no sistema de energia brasileiro [7].
A implementação desse programa exige um bom entendimento da capacidade da rede existente e respostas rápidas às solicitações do mercado aberto. Um software de simulação preciso tornará muito mais fácil para as operadoras de gasodutos gerenciarem sua capacidade e alocações.
Como o gás é altamente compressível, em uma rede de transmissão com vários pontos de fornecimento e entrega, é impossível até mesmo para o operador de gasoduto mais experiente saber qual é o melhor curso de ação quando ocorre um evento inesperado, como a partida de uma usina de energia.
Isso se torna ainda pior quando vários eventos ocorrem simultaneamente. Um otimizador de gás que possa ajudar os operadores a tomar as medidas mais eficientes e ecologicamente corretas seria muito benéfico.
O Atmos Intelligent Optimizer (AIO) trabalha em conjunto com o software de simulação de gasodutos para ajudar a atender de forma confiável aos requisitos de contrato de gás dos clientes de gasodutos.
Ele reduz os custos para os operadores de gasodutos, informando-os sobre o melhor curso de ação quando se trata de eventos operacionais planejados e não planejados em redes de transporte de gás. Ele ajuda a otimizar a capacidade do gasoduto e permite que mais clientes utilizem as redes de gás.
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Mineração e polpas abrasivas
A mineração na América Latina tem sido historicamente responsável por 13% a 19% dos investimentos estrangeiros diretos recebidos,1 mas isso contrasta com os problemas sociais e ambientais causados pelo setor.
Desde o processamento, a separação e a extração de minerais até a movimentação de minérios por longas distâncias em dutos de polpa, a água é crucial para as operações contínuas das empresas de mineração da América Latina, e uma quantidade substancial é usada para sustentar as operações de mineração e polpa [8]. Por exemplo, a quantidade de água usada pelo setor de mineração chileno poderia suprir 75% da população com suas necessidades de água [9].
Além disso, a água necessária para uso na mineração latino-americana deve ser dessalinizada, o que requer um processo complicado de remoção de sais minerais da água, geralmente por meio de osmose reversa [7]. O uso de água na América Latina ocorre juntamente com a escassez generalizada de água em áreas residenciais, de modo que as empresas de mineração enfrentam um dilema ético quando se trata de sua gestão de água.
É possível que as empresas de mineração otimizem seu gerenciamento de água sem comprometer a qualidade ou a quantidade da água de que necessitam.
Estudo de caso 1: programação de bombeamento otimizada da Water Conversion Corporation
A Water Conversion Corporation (WCC) usou o módulo Optimizer do Atmos SIM em sua extensa rede de tubulações que envolvia várias ramificações, várias estações de bombeamento e parques de tanques que transportavam água dessalinizada da costa marítima e através de uma cadeia de montanhas para o deserto árido.
A implantação do Optimizer do Atmos SIM permitiu que a WCC recomendasse suas programações de bombeamento em uma rede de dutos em que algumas seções de tubulações são bombeadas, enquanto outras fluem por gravidade [10].
5. Gerenciar eventos não planejados, como interrupções ou falhas no fornecimento
Como mencionado acima, há vários desafios a serem considerados em uma rede de dutos operando na América Latina, como os riscos geográficos causados pela geografia física da região e o potencial de mudança das nomeações.
Usando um modelo on-line e previsões futuras de oferta/demanda, um aplicativo de antecipação pode traçar um panorama de como será o futuro. Uma simulação de look-ahead pode assumir várias formas, incluindo:
Frozen congelado
Um frozen-lookahead pode ser executado em segundo plano nas operações do pipeline, prevendo a capacidade de sobrevivência caso tudo no cenário permaneça igual ao estado inicial.
What-if look-ahead
Uma previsão do tipo “e se” considera o que aconteceria na transição das condições atuais da tubulação para uma nova situação, fazendo perguntas sobre qual seria o impacto em um oleoduto se ocorresse um evento, como o disparo de um compressor ou um desligamento de emergência.
Nomeações look-ahead
Um cenário de antecipação de nomeações fornece previsão das condições do duto em um nível rotineiro em resposta às nomeações dos remetentes. É um método exato, geralmente com taxas de fluxo futuras variáveis ao longo do tempo [11].
As observações desempenham um papel crucial na antecipação eficaz de riscos e violações em um oleoduto e na promoção de ações para que medidas apropriadas possam ser tomadas para mitigar problemas futuros.
Na Atmos, continuamos a ver as empresas de dutos da América Latina expressando interesse nesse recurso do Atmos SIM (on-line).
Estudo de caso 2: Nova Transportadora do Sudeste (NTS)
A rede da Nova Transportadora do Sudeste (NTS) é composta por mais de 2.000 km de dutos e tem a maior capacidade entre todos os dutos do Brasil, com uma capacidade contratual de transporte de 158,2 milhões de m3 de gás por dia.
A NTS transporta gás natural por meio de um sistema de dutos que atravessa a região mais industrializada do Brasil e tem conexões com os estados do Rio de Janeiro, Minas Gerais e São Paulo.
Trabalhando com a Atmos, a NTS optou recentemente pelo Atmos SIM Suite completo para seu módulo de look-ahead, bem como sua modelagem on-line e off-line, conectividade SCADA, rastreamento da composição do gás e muito mais [12].
O futuro da simulação de pipeline na América Latina
O Atmos SIM está em operação em mais de 20 países, incluindo muitos países da América Latina, e oferece suporte a aproximadamente 45.000 km de tubulações em todo o mundo.
Como a NTS é nosso mais recente cliente de software de simulação de dutos, o papel que o Atmos SIM desempenha na superação dos desafios dos dutos latino-americanos evidentemente continua sendo crucial e continuará sendo no futuro.
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Referências
[5] https://education.nationalgeographic.org/resource/south-america-physical-geography/
[7] https://www.iea.org/reports/implementing-gas-market-reforms-in-brazil
