Protección catódica y gestión de redes: para saber más

La mejora del biogás en biometano es un proceso tecnológico que convierte el biogás producido a partir de fuentes renovables, como el estiércol del ganado o la biomasa agrícola, en biometano, apto para su inyección en la red de gas natural.

Se trata de un complejo proceso de purificación cuyo objetivo es aumentar la calidad del biogás eliminando las impurezas y el CO₂ que contiene. El metano resultante se recoge, se comprime y se denomina biometano.

El biometano generado mediante el proceso de mejora es químicamente comparable al gas natural y puede introducirse en las infraestructuras existentes y utilizarse junto con otras fuentes para satisfacer la demanda energética.

Por el momento, la producción de biogás y su conversión en biometano sigue siendo muy inferior a la capacidad de inyección de las estaciones de regulación y medida (ERM).

Además, esta cantidad es variable en función de las circunstancias de los procesos de producción y conversión.

Actualmente, el operador de distribución de gas está obligado a garantizar la prioridad de inyección al productor de biometano. Por lo tanto, el sistema siempre debe inyectar biometano a la red cuando disponga de biometano apto para la inyección, que tiene preferencia sobre otras plantas de gas natural conectadas a la misma red.

Sin embargo, existen diferentes escenarios que pueden ocurrir durante el proceso de inyección. ¿Qué puede ocurrir?

Posibles escenarios durante la inyección de biometano

Cuando se produce biogás y la planta de upgrading mantiene un suministro regular de biometano tanto en cantidad como en calidad, teóricamente no hay obstáculos para el funcionamiento normal del sistema de inyección.

Pero también pueden surgir situaciones que impliquen cuestiones críticas, como:

• La presión medida en la entrada del regulador aumenta progresivamente debido al aumento de la producción de biometano en el sistema de upgrading. En este caso, el riesgo es que se produzca un fenómeno de sobrepresión.
• El caudal del sistema de upgrading supera el caudal máximo de biometano permitido, es decir, el productor inyecta más biometano del acordado contractualmente con el distribuidor de gas. Esta condición no suele suponer ningún riesgo para la seguridad de la planta, pero tiene consecuencias económicas para el productor que incurre en sanciones o penalizaciones previstas en el contrato por superar los límites de emisión.
• El biometano del sistema de upgrading no tiene presión suficiente para superar la presión de la red que, en este caso, es alta debido a la reducción de la demanda o a una condición de contrapresión. Aunque la producción sea regular, la presión de la red dificulta la inyección, lo que puede provocar la parada del sistema.
• La presión de la red aumenta temporalmente debido a la disminución del consumo. En estas condiciones, la presión de la red podría alcanzar el valor de consigna del regulador, provocando así la interrupción de la inyección.
• El biometano procedente del sistema de upgrading no cumple los parámetros de calidad exigidos.Por lo cual, se produce un problema en el sistema/equipo (alarmas de seguridad, alarmas de prevención, averías, fallo de alimentación) que obliga a parar la planta.

La solución AUTOMA para superar situaciones críticas

Para evitar los problemas asociados a los posibles escenarios críticos que acabamos de ver, en AUTOMA hemos diseñado e implantado un sistema capaz de optimizar la inyección de biometano en la red de gas natural y garantizar la prioridad de inyección al productor, independientemente de las fluctuaciones horarias de producción, caudal, presión y demanda en la red.

Se trata del sistema de regulación dinámica GOLEM-ZERO que combina una electrónica avanzada con un actuador electromecánico. GOLEM-ZERO desplaza el tornillo de ajuste deun regulador de presión neumático estándar, convirtiéndolo en un regulador inteligente.

La tecnología GOLEM se basa en un servomecanismo de acoplamiento mecánico que interactúa directamente con los pilotos de los reguladores de presión, apoyada por un avanzado sistema electrónico. Gracias a la inteligencia integrada enel sistema, GOLEM-ZERO puede funcionar de forma autónoma y ajustarse dinámicamente a las condiciones de contorno reales, reduciendo así la necesidad de intervención manual in situ.El sistema es aplicable a cualquier modelo de regulador y puede integrarse fácilmente en las ERM existentes, gracias a adaptadores diseñados a medida.

La alimentación puede suministrarse a través de la red eléctrica, pero también mediante un sistema fotovoltaico. Además de los controles de seguridad a nivel lógico, durante la fase de desarrollo – tanto en laboratorio como en el campo –, se implantaron sistemas de seguridad mecánicos y electromecánicos para evitar problemas con posibles bloqueos del tornillo de ajuste del piloto y, en general, con las lógicas implantadas.

El sistema se gestiona manual y remotamente a través de cualquier software SCADA o WebPressure (una suite desarrollada por AUTOMA específicamente para la industria), y funciona en modo totalmente automático, actuando dinámicamente sobre el punto de consigna del regulador según lógicas predefinidas. El sistema GOLEM-ZERO se comunica localmente con el GOLIAH5P (G5P), es decir, una RTU AUTOMA, o con cualquier PLC/RTU a través del protocolo Modbus en un puerto RS485.

Gracias a GOLEM-ZERO, la gestión de la inyección de biometano se realiza en tiempo real, a distancia y de forma automatizada. El sistema optimiza las actividades operativas diarias, garantizando al mismo tiempo una perspectiva de éxito a largo plazo para la planta.

Cuando hay demanda de gas de la red, el tiempo de inactividad en el que no se puede inyectar biometano debido a fluctuaciones en la producción suelen ser aproximadamente de un 10 – 12% de las horas anuales.  Con GOLEM-ZERO, estas interrupciones se reducen de un 70 – 80%, lo que permite inyectar hasta un 6 – 8% más de biometano a lo largo del año.

Además, las intervenciones de balanceo en el campo, no planificadas pero necesarias para garantizar la prioridad de inyección, disminuyen hasta un 35%, lo que se traduce en menores costes operativos.

AUTOMA diseña y produce soluciones de hardware y software innovadoras y Made in Italy para el monitoreo y el control remoto en los sectores del petróleo, el gas y el agua.

Nacimos en 1987 en Italia, y hoy más de 50.000 dispositivos Automa están instalados en más de 40 países en el mundo.

¿Quieres garantizar una inyección prioritaria e ininterrumpida de biometano y maximizar el tiempo de actividad para la alimentación de la red?

Contacta con nuestro equipo sin compromiso y te diremos cómo podemos optimizar las operaciones y el control de las infraestructuras.

Contacta a nuestro equipo sin compromiso y te diremos qué podemos hacer para optimizar tu control de infraestructuras.

Con la valiosa colaboración de Lluís Castaño, Product Manager de Kromschroeder, S.A. (partner de Automa en España).

El biometano es un recurso clave para la transición energética, pero su inyección en las redes de distribución plantea retos operativos y tecnológicos relacionados con la presión y la continuidad del servicio. De hecho, antes de ser introducido, el biometano debe satisfacer estrictos estándares en materia de calidad del gas, medición, tratamiento, regulación de la presión y odorización.

Estos retos requieren soluciones innovadoras. Por este motivo, AUTOMA ha desarrollado algunos algoritmos específicos para su sistema GOLEM para la regulación dinámica de la presión del gas en la red. De hecho, el principal campo de aplicación de GOLEM inicialmente era la gestión de las redes de gas natural; pero, gracias a nuevos algoritmos desarrollados, es posible aplicar el sistema también al sector del biometano con el objetivo de inyectar el biometano dentro de las redes de distribución regulando dinámicamente la presión del gas natural en la red.

El biometano y las redes de distribución

La producción de biometano parte de los residuos producidos por las actividades humanas, como residuos sólidos, aguas residuales, residuos zootécnicos y forestales. Cuando el biogás permanece en la planta de tratamiento de residuos, no es aconsejable liberarlo a la atmósfera porque produce efectos muy nocivos, como el efecto invernadero.

Este gas combustible puede ser tratado en la misma planta a través de generadores de energía eléctrica para producir electricidad y, si disponemos de una red eléctrica cercana, podemos introducir la electricidad en la red.

¿Y si no disponemos de una red eléctrica cercana? Lo que podemos hacer con el exceso de gas es llegar a un acuerdo con las compañías de distribución del gas para introducir el biogás en sus redes de distribución del gas.

Esto solo puede hacerse a condición de que dicho gas sea tratado para ser intercambiable con el metano presente en la red, gracias a un proceso que se llama upgrading: el biogás puede considerarse biometano y, por lo tanto, entrar en la red de distribución del gas.

Una red de distribución del gas tiene un cierto volumen constante. En cualquier punto de la red puede haber un consumo, mientras que en uno o más puntos de la red se inyecta gas para tratar de mantener una presión definida por el set point de los reguladores de presión en los puntos de inyección. En condiciones estacionarias se produce un equilibrio entre los caudales en los puntos de inyección y los caudales en los puntos de consumo. El resultado es una presión constante.

Los riesgos de las redes de biometano

La mayoría de los puntos de inyección de biometano se caracteriza por tuberías de pequeño diámetro y por un volumen de gas disponible no muy elevado y dependiente de la capacidad productiva, sujeto a fluctuaciones diarias y estacionales. Dado que en los puntos de producción de biometano de baja capacidad el flujo es muy limitado, pueden producirse funcionamientos anormales de los reguladores de presión neumáticos tradicionales.

Básicamente, se han identificado cuatro riesgos principales:

1. Reducción de la producción: una disminución de la producción puede reducir la presión, comprometiendo la inyección continua de biometano en la red.
2. Interrupciones del servicio: a veces, la interrupción del servicio se debe a fallos en el sistema de upgrading que no puede mantener una presión suficiente ni suministrar gas de calidad constante.
3. Sobreproducción de biometano: un aumento de la producción por encima de los límites operativos puede comprometer la seguridad de la red y/o las condiciones contractuales entre el productor y el operador.
4. Sobrepresión de la red: un aumento temporal y espontáneo de la presión de la red puede causar la interrupción de la inyección.

El funcionamiento normal de un regulador de presión consiste en abrirse cuando es necesario alcanzar un determinado punto de presión en función de su punto de consigna. Si no se alcanza este valor, el regulador se abre al máximo, consumiendo en muy poco tiempo la cantidad de biometano disponible, si está limitada por la capacidad de la planta de biogás. A medida que se consume la cantidad disponible de biometano, se produce una rápida despresurización del sistema de producción. El efecto inmediato puede ser la suspensión de la inyección de biometano.

La causa de todos estos problemas es la forma en que funcionan los reguladores de presión estática. En este contexto, la capacidad de regular dinámicamente la presión aguas arriba del regulador se convierte en una función estratégica para garantizar la continuidad y la calidad del servicio.

La solución Automa: la tecnología GOLEM para la gestión dinámica de la inyección de biometano

En este caso específico que estamos ilustrando, hemos realizado una adaptación de GOLEM a las necesidades operativas de una empresa de distribución de gas que ha solicitado una solución para la regulación de la inyección de biometano en una red de distribución. GOLEM de AUTOMA permite una gestión dinámica de la inyección de biometano, mejorando la continuidad del servicio y reduciendo los riesgos operativos.

La tecnología GOLEM se basa en un servomecanismo de acoplamiento mecánico que interactúa directamente con los pilotos del regulador de presión, apoyada por un avanzado sistema electrónico. Gracias a la inteligencia incorporada al sistema, GOLEM puede funcionar de forma autónoma, reduciendo la necesidad de intervención manual. El sistema es aplicable a cualquier modelo de piloto y puede integrarse fácilmente en las redes existentes gracias a adaptadores diseñados a medida.

Las características del sistema GOLEM están representadas por cuatro tipos de modulación de la presión y el flujo:

• La modulación de la presión es la capacidad de variar y mantener la presión, según el punto de consigna.
• La limitación del flujo es la capacidad de mantener el caudal por debajo de un cierto valor máximo, pero siempre proporcionando el máximo valor de presión posible.
• Es posible programar semanalmente los valores de presión por franjas horarias, por ejemplo, por la noche la presión es inferior que durante el día.
• Es posible compensar el caudal aplicando valores de presión a una parte de un caudal máximo determinado.

Cuando se asigna al sistema una presión objetivo superior o inferior a la presión inicial leída por el sistema, se inicia un algoritmo con un tiempo de análisis de las condiciones. Cuando es necesario aumentar o disminuir la presión, se inicia un movimiento motor. El tiempo durante el cual el motor se mueve se controla estrictamente para garantizar la cantidad de movimiento realmente requerida, observando y analizando las variaciones de presión y caudal. Luego se aplica un movimiento necesario, positivo o negativo, para aumentar o disminuir la presión y alcanzar el objetivo predeterminado para el sistema.

Este enfoque gradual conducirá tarde o temprano a alcanzar o incluso superar la presión objetivo. Si en el siguiente análisis se supera la presión objetivo, se decide realizar una contramedida durante un tiempo igual a la mitad del tiempo anterior. Esta corrección progresiva del movimiento del tornillo de control termina cuando el objetivo se alcanza dentro de una tolerancia dada. La misma lógica del algoritmo se aplica para mantener una restricción del flujo por debajo de un valor máximo y siempre tratando de mantener la máxima presión posible.

El sistema GOLEM examina el caudal y la presión. Si el caudal está lo suficientemente elevado, pero sin embargo dentro del intervalo de seguridad, el sistema decidirá abrir el regulador y proporcionar esa cantidad de gas. De esta manera, el caudal que teníamos tenderá a disminuir, al igual que la presión de entrada. Cuando el sistema GOLEM, tras analizar continuamente estos parámetros, comprueba que la presión se está acercando a un valor muy próximo a la presión de la red, cerrará el transporte de gas para evitar el riesgo de interrupción del flujo de gas y, por lo tanto, devolverá el biometano al tanque de almacenamiento del sistema de upgrading (condición de sobrepresión).

Tan pronto como el caudal se vuelve peligrosamente bajo y se aproxima al límite inferior, el sistema GOLEM reduce el flujo de gas para recuperar tanto el caudal como la presión. En un momento dado, debería alcanzarse un flujo constante.

Los resultados de la solución Automa

Gracias a la implementación de GOLEM para la regulación de la inyección de biometano en la red de distribución gestionada por nuestro cliente, la gestión dinámica del flujo ha mantenido las presiones dentro del rango operativo incluso en caso de fluctuaciones repentinas de la producción, mejorando la estabilidad general de la red.

 Se han logrado importantes resultados:

• Reducción de las interrupciones de inyección causadas por caídas de presión.
• Gestión optimizada de la sobreproducción de biometano.
• Mejor resiliencia de la red en las operaciones de suministro de biometano.

Así se abre el camino a una gestión más segura, eficiente y sostenible del recurso de biometano.

¿Cómo se lograron estos resultados? AUTOMA está activa desde 1987 en el desarrollo de soluciones de hardware y software para el monitoreo y control remoto de las redes de transporte y distribución de gas, funcionales para su gestión operativa.

La investigación y el desarrollo de soluciones cada vez más eficientes e innovadoras es nuestro compromiso diario. Hasta la fecha, más de 50.000 dispositivos Automa están instalados en más de 40 países en el mundo.

¿Quiere gestionar la inyección de biometano de forma más dinámica, flexible y segura?

Contacta a nuestro equipo sin compromiso y te diremos cómo podemos intervenir.

Las normativas europeas han fijado el objetivo de emisiones cero de gases de efecto invernadero, como el metano, para el 2050. Para cumplir con estas indicaciones y alcanzar, por lo tanto, los objetivos de sostenibilidad establecidos, es absolutamente necesario perseguir concretamente los objetivos de transición energética utilizando soluciones tecnológicamente avanzadas para minimizar progresivamente las pérdidas de gas en las redes de transporte y distribución. Las dispersiones son fisiológicas (por ejemplo, derivadas de tuberías y juntas) pero tienen un impacto significativo: basta pensar que se habla de pérdidas que pueden alcanzar presiones de 4 o incluso 5 bares durante los 365 días del año.

Reducir las emisiones de gas natural a la atmósfera y optimizar la gestión de las presiones de operación en las redes de gas: este es el objetivo, claro y ambicioso, del que nació el Proyecto 404, que el equipo Automa está llevando a cabo en sinergia con 2i Rete Gas, empresa del Grupo Italgas.

Iniciado en 2024 y promovido por la Autoridad [italiana] de Regulación de Energía Redes y Medio Ambiente ARERA, el Proyecto 404 se inserta dentro de la Resolución 404/2023/R/gas de ARERA, «Inicio de un procedimiento para la definición de medidas destinadas a la reducción de las emisiones fugitivas de metano en el sector de distribución de gas natural«.

En resumen, la Resolución 404/2023/R/gas tiene como objetivo:

• Definir herramientas y medidas para reducir las emisiones fugitivas de metano en las redes de distribución de gas natural;
• Establecer modalidades de monitoreo, contabilización y reporte de dichas emisiones;
• Promover la adopción de tecnologías y prácticas innovadoras destinadas a la sostenibilidad ambiental y a la seguridad de las infraestructuras.

La idea central detrás del Proyecto 404 es fuertemente innovadora y ambiciosa: implementar la adopción de tecnologías avanzadas para modular dinámicamente la presión en las redes de gas, reduciéndola automáticamente en tiempo real durante los períodos de menor consumo.

Para la realización del Proyecto, Automa ha empleado el sistema GOLEM, una solución tecnológica de vanguardia para el control inteligente de las presiones.

Esta aplicación del sistema GOLEM introduce un enfoque a la gestión dinámica de la presión aún poco difundido no solo en Italia, sino también a nivel internacional.

La solución Automa: la tecnología GOLEM aplicada a los sistemas de control de presión en las ERM.

El sistema GOLEM de Automa, aplicado a los sistemas de control de presión en las ERM, revoluciona el enfoque tradicional estático a la regulación de la presión. A diferencia de los métodos convencionales que mantienen una presión constante basada en la máxima demanda anual de la instalación, GOLEM modula la presión de manera dinámica en función de la demanda real de la red. Esto permite alcanzar los niveles de presión más altos solo cuando realmente es necesario, reduciendo significativamente la presión media de operación y, en consecuencia, reduciendo las emisiones fugitivas.

Además, cabe recordar que la instalación de GOLEM es de tipo Plug&Play, de hecho, no requiere intervenciones significativas en la parte mecánica y neumática del sistema. En el sentido de que no es necesario modificar la mecánica y la parte neumática existente del regulador de presión, es suficiente instalar el GOLEM en el piloto gracias a los soportes diseñados a medida. El proceso de instalación de GOLEM es, por lo tanto, rápido, simple y de bajo impacto operativo.

Esta sencillez de integración ha permitido la adopción del sistema dentro del Proyecto 404, donde, después de una primera fase de prueba en laboratorio, GOLEM ha sido implementado en el campo, demostrando su eficacia sin comprometer la continuidad del servicio.

El Proyecto ha previsto la instalación del sistema GOLEM en una configuración compleja representada por 2 ERM interconectadas al servicio de la misma instalación.

En este contexto, el sistema opera a través de dos algoritmos que actúan en paralelo para garantizar una gestión inteligente y estable de las cabinas.

El objetivo final es la automatización completa del sistema, con la ayuda de un software predictivo capaz de anticipar la demanda de gas de la red.

Esto conducirá a una gestión de la distribución de gas óptima y segura.

¿Cómo funciona la regulación dinámica aplicada al proyecto 404?

La excepcionalidad del proyecto radica en la posibilidad de hacer que “hablen” entre sí dos cabinas sin la necesidad de tener ningún enlace físico entre ellas. De hecho, las cabinas se comunican entre sí y operan de manera autónoma.

Para comprender mejor el contexto operativo, es útil distinguir entre los diferentes tipos de ERM: las “de antena”, típicamente destinadas a alimentar áreas circunscritas como un barrio o pequeños municipios, y las “malladas”, integradas en redes más complejas, capaces de servir zonas urbanas más extensas y articuladas.

En el Proyecto 404, la regulación dinámica de la presión se realiza en dos cabinas “malladas”, respectivamente:

• Cabina Primaria: representa la cabina principal que establece y controla la presión de la red. En las redes malladas existe una Cabina Primaria, mientras que en las redes de antena cada cabina opera como Primaria.
• Cabina Secundaria: representa la cabina de soporte que modula el caudal de gas suministrado en función de los parámetros detectados. En una red mallada pueden coexistir varias Cabinas Secundarias.

Ambos tipos de cabina analizan de forma autónoma los parámetros detectados de la red, como la presión y el caudal, y actúan de manera independiente. Aunque las dos cabinas siguen dos algoritmos diferentes, ambas leen los mismos parámetros de la red y esto les permite colaborar y crear un único “organismo” de regulación.

Como se puede observar en el gráfico, antes de la instalación del Smart Regulator se produce una condición de estaticidad. La presión se mantiene constante, manteniéndose al nivel correspondiente a la necesidad máxima de la instalación.

El Proyecto 404 se desarrolla a través de tres fases principales:

Fase 1

La primera fase (ya concluida) previó la aplicación de la regulación dinámica en franjas horarias definidas, modulando la presión en función de la demanda efectiva de gas. El objetivo era validar el concepto de reducción de la presión en los períodos de bajo consumo, como en las horas nocturnas.  En el siguiente gráfico se muestra la evolución de la presión en 24 horas, que varía de 4 bar mantenidos durante el día a 2 bar en las horas nocturnas.

Fase 2

La segunda fase involucra dos cabinas en una red mallada y prevé que sean capaces de operar adaptándose en tiempo real a las variaciones de la red, gracias a un algoritmo inteligente capaz de responder rápidamente a las diferentes condiciones operativas. Esta fase ya ha sido probada y actualmente está operativa en varias cabinas en todo el territorio italiano, demostrando la fiabilidad y solidez de la solución. El siguiente gráfico muestra cómo la presión se mantiene entre 2 y 2,5 bar durante la mayor parte del día, aumentando solo alrededor de las 20:00, en correspondencia con el pico de demanda por parte de los usuarios.

Un elemento especialmente significativo en el funcionamiento del sistema es la forma en que la cabina secundaria, aunque funciona con una lógica de regulación autónoma, contribuye activamente al mantenimiento del equilibrio general de la red. Su capacidad para adaptarse a la presión establecida por la cabina primaria y modular dinámicamente el caudal en función de franjas horarias configurables permite evitar situaciones críticas, como la inversión de funciones entre las dos cabinas.

Este comportamiento colaborativo se traduce en un equilibrio continuo entre los caudales suministrados: cuando la cabina primaria reduce su contribución, la secundaria aumenta de forma complementaria, y viceversa. El resultado es una respuesta casi instantánea a las variaciones de la red, lo que garantiza la estabilidad del sistema y una gestión inteligente y distribuida de los flujos.

En el siguiente gráfico se puede ver claramente cómo interactúan las dos cabinas: la curva de la cabina secundaria se eleva exactamente en los momentos en que la de la primaria desciende, lo que demuestra una compensación eficaz entre los dos nodos. Otro gráfico, que muestra solo la cabina secundaria, permite apreciar el comportamiento específico de cada elemento dentro del sistema.

Fase 3

La tercera fase prevé la integración de un algoritmo predictivo basado en inteligencia artificial, capaz de estimar la demanda y el caudal de gas para los días siguientes, optimizando aún más la eficiencia del sistema.

¿Qué se espera una vez implementados los tres pasos del Proyecto 404?

Reducir de manera significativa las pérdidas de gas, contribuyendo así activamente a la reducción de las emisiones a la atmósfera. Aunque el Proyecto aún está en fase de prueba, los primeros resultados son extremadamente prometedores.

Con la aprobación de las autoridades competentes, esta metodología podría convertirse en un nuevo estándar normativo. Gracias a esta innovación, Automa y 2i Rete Gas, empresas del Grupo Italgas, están trazando un camino hacia una gestión más eficiente y sostenible de las redes de gas, demostrando que la transición ecológica es posible a través de soluciones tecnológicas inteligentes y de vanguardia.

AUTOMA está activa desde 1987 en el desarrollo de soluciones de hardware y software para el monitoreo y control remoto de las redes de transporte y distribución de gas, funcionales para su gestión operativa. Hasta la fecha, más de 50.000 dispositivos Automa están instalados en más de 40 países en el mundo.

¿Necesitas optimizar la regulación de la presión de las redes de gas, haciéndola segura y eficiente?

Contacta a nuestro equipo sin compromiso y te diremos cómo podemos intervenir.