Cómo la simulación impulsa la innovación y reduce riesgos en la industria de O&G
Impulsada por regulaciones ambientales cada vez más estrictas y una búsqueda incesante de optimización, la transformación digital en el sector energético ya es una realidad. Gracias al uso creciente de tecnologías como IoT, la inteligencia artificial, la computación de alto rendimiento y el procesamiento en GPU, se estima que el mercado alcanzará los US$72.2 mil millones en 2025, con una proyección de crecimiento hasta los US$124.9 mil millones en 2030 (CAGR ~11.6%).
Figura 1 – Transformación digital en la Industria del Petróleo y Gas. Fuente: https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/global-digital-transformation-market
En la práctica, esto significa la necesidad de:
- Monitoreo en tiempo real de activos.
- Mantenimiento predictivo para evitar fallas.
- Optimización de equipos para máximo rendimiento.
- Reducción de emisiones de metano y CO₂ para un futuro más sostenible.
En este escenario, la simulación con Ansys se convierte en una aliada clave, ofreciendo herramientas poderosas para enfrentar estos desafíos.
Innovación submarina con Petrobras y ESSS: Un caso de éxito
Un ejemplo concreto de la aplicación e impacto de la simulación se puede observar en la colaboración entre ESSS y Petrobras para el desarrollo del Sistema de Separación Submarina Agua-Petróleo (SSAO). Este proyecto, que le valió a Petrobras el Premio de Innovación Tecnológica ANP, demuestra el valor de la simulación en el avance tecnológico dentro de la industria del petróleo y gas.
Gracias a simulaciones multifísicas avanzadas, fue posible realizar un análisis detallado del flujo de partículas sólidas, como arena y sedimentos, e identificar proactivamente zonas críticas de acumulación provocadas por la recirculación de fluidos. La capacidad de prever estos fenómenos en la fase de diseño permitió implementar modificaciones optimizadas, asegurando la prevención de problemas operativos y una mejora significativa de los niveles de eficiencia y seguridad del sistema.
Figura 2 – Simulación de partículas en tuberías.
Captura de Carbono: Optimizando el Futuro con Climeworks
La sostenibilidad es un tema urgente, y Climeworks está a la vanguardia de la captura directa de carbono (DAC – Direct Air Capture). La empresa enfrentaba el desafío crítico de eliminar el CO₂ ya emitido en la atmósfera para cumplir con los objetivos de cero emisiones. Este proceso requiere el tratamiento de grandes volúmenes de aire ambiente, lo que representa un obstáculo significativo desde el punto de vista tecnológico, energético y operativo. La eficiencia de la captura de carbono depende directamente del rendimiento de los filtros y de la estructura del sistema, haciendo esencial el desarrollo de soluciones que maximicen la captación de CO₂ mientras minimizan el consumo de energía.
Climeworks recurrió a las herramientas de simulación Ansys para:
- Comprender las pérdidas de presión en el sistema y el consumo energético del flujo de aire
Optimizar la retención de CO₂ en los filtros
Evaluar diferentes geometrías estructurales para analizar tensiones, deformaciones y fatiga de componentes, garantizando mayor durabilidad y eficiencia de la planta
Como resultado, Climeworks desarrolló una planta de captura de carbono con mayor eficiencia energética y mejor rendimiento de filtrado. Además, el uso de estas pruebas virtuales permitió acelerar el proceso de desarrollo, lo que posibilitó no solo una reducción significativa de tiempo y costos, sino también una evolución más ágil y robusta del proyecto.
Figura 3 – Equipo de Captura de Carbono simulado por Climeworks.
La visión de Shell: Prevención y optimización con simulación
Kuochen Tsai, ingeniero de Shell Oil and Gas, destaca el papel indispensable de la simulación en la ingeniería moderna. Gracias a las herramientas de Ansys puede rastrear partículas que pueden causar erosión en tuberías. Esto permitió realizar modificaciones puntuales en las tuberías y áreas críticas, evitando la necesidad de sobredimensionar los materiales. «Al saber exactamente dónde reforzar, las empresas pueden prolongar significativamente la vida útil de las tuberías y ahorrar recursos, aplicando componentes robustos sólo donde son realmente necesarios», subraya el ingeniero.
Esta perspectiva resalta cómo la simulación Ansys no solo mejora la seguridad operativa, sino que también optimiza costos y tiempo, transformando las pruebas virtuales en un pilar para la innovación en la industria del petróleo y gas.
Figura 4 – Análisis de erosión en válvulas de estrangulamiento.
Además del monitoreo de erosión, Shell también utiliza la simulación para la mitigación de riesgos en plataformas offshore. Estudios de dispersión de hidrocarburos pesados en plataformas ilustran la importancia crítica de la ventilación adecuada. La simulación reveló que, sin ventilación, la dispersión de una mezcla gas-líquido puede crear vastas nubes inflamables, comprometiendo la integridad estructural y la seguridad del equipo.
Con la ventilación activada, la concentración de gas se dispersa, evitando zonas inflamables y protegiendo a los trabajadores. Este caso refuerza cómo el uso de la simulación contribuye a decisiones seguras y eficientes en la industria del petróleo y gas.
Figura 5 – Fuga de hidrocarburos pesados en plataforma offshore.
Monitoreo predictivo y optimización energética con Ansys
La aplicación de la tecnología Ansys se extiende a la creación de Gemelos Digitales (Digital Twins), ofreciendo monitoreo en tiempo real e insights predictivos para sistemas complejos, como se muestra en la Figura 6 a continuación. Un ejemplo práctico es la implementación de un sensor digital basado en gemelos digitales para monitorear un sistema compuesto por bombas centrífugas, un recipiente separador y una red de tuberías.
Utilizando datos históricos y simulaciones numéricas, fue posible construir un modelo predictivo capaz de identificar fenómenos críticos como la cavitación en la bomba y la vaporización dentro de la tubería, ambos eventos que, si no se monitorean, pueden comprometer la integridad del sistema y la eficiencia operativa.
Figura 6 – Sensores digitales de cavitación en la bomba y presión en la línea.
El panel de la derecha simula el comportamiento de los sensores digitales desarrollados con Ansys, permitiendo comparar la lectura medida en campo (línea azul) con la predicción del modelo (línea roja) para variables como caudal, la altura manométrica de la bomba y el consumo de potencia.
Además, los indicadores visuales alertan sobre el riesgo de cavitación y la formación de burbujas de vapor, lo que permite activar acciones correctivas antes de que ocurran fallas.
Este ejemplo evidencia cómo el uso de Ansys para construir gemelos digitales va más allá de la simulación estática, habilitando el monitoreo continuo, el mantenimiento predictivo y la optimización energética de activos industriales críticos, especialmente en el sector del petróleo y gas.
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