ES3021817T3 - Estimation of a tank sloshing response using a statistical model trained by machine learning - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a la estimación de la respuesta al chapoteo de un tanque sellado y con aislamiento térmico para el transporte de gas licuado. Se entrena un modelo estadístico mediante un método de aprendizaje automático supervisado con un conjunto de datos de prueba, que pueden incluir datos de pruebas en el mar. El modelo estadístico es capaz de estimar la respuesta al chapoteo del tanque en función del nivel de llenado del tanque y del estado actual del mar, y opcionalmente, del calado, la velocidad o el rumbo del buque. El modelo estadístico así entrenado se utiliza para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque sellado y con aislamiento térmico (2) para el transporte de gas licuado. En una realización alternativa, el modelo estadístico estima la respuesta al chapoteo a partir del nivel de llenado del tanque y del estado actual del mar, y opcionalmente, del calado, la velocidad o el rumbo del buque. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Estimación de la respuesta al chapoteo de un tanque mediante un modelo estadístico entrenado por aprendizaje automático
Campo técnico
La presente invención se refiere a la estimación de una respuesta al chapoteo de un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado. Más particularmente, la invención se refiere a procedimientos de obtención de un modelo estadístico capaz de estimar una respuesta al chapoteo de un tanque de este tipo, a procedimientos de obtención de una base de datos utilizable para estimar una respuesta al chapoteo de un tanque de este tipo, y a sistemas de gestión de un buque que comprende al menos uno de estos tanques. En este documento, el término "buque" se refiere a un medio para transportar y/o utilizar, para su propia propulsión, gas licuado entre dos puntos del globo o una unidad flotante para procesar y/o almacenar uno o más gases licuados. Entre los buques que suelen utilizar gas licuado como combustible se pueden citar los propulsados por GNL, los portacontenedores, los cruceros y los graneleros.
Antecedentes tecnológicos
Los tanques herméticos y aislados térmicamente se utilizan comúnmente para almacenar y/o transportar gas licuado a bajas temperaturas, como los tanques para transportar Gas Licuado de Petróleo (también conocido como GLP) que tienen, por ejemplo, una temperatura de entre -50°C y 0°C, o para transportar Gas Natural Licuado (GNL) a alrededor de -162°C a presión atmosférica. Estos tanques pueden utilizarse para transportar gas licuado y/o recibir gas licuado utilizado como combustible para propulsar la estructura flotante. También puede utilizarse una amplia gama de gases licuados, como metano, etano, propano, butano, amoníaco, dihidrógeno y etileno.
Los tanques de buques pueden ser tanques de membrana de sellado simple o doble que permiten el transporte a presión atmosférica. Las membranas impermeabilizantes suelen estar hechas de finas láminas de acero inoxidable o de invar. Generalmente, una membrana está en contacto directo con el gas licuado.
Durante el transporte, el líquido contenido en un tanque está sometido a diversos movimientos. En particular, los movimientos de un buque en el mar, por ejemplo bajo el efecto de condiciones climáticas como el estado de la mar o el viento, provocan la agitación del líquido en el tanque. La agitación del líquido, generalmente denominada "chapoteo", genera tensiones en las paredes del tanque que pueden dañar su integridad.
Estos fenómenos de chapoteo se producen en buques que transportan y/o utilizan (a menudo denominados buques "LNG as Fuel" en inglés) gas natural, en adelante GNL, o buques metaneros, así como en buques de almacenamiento anclados conocidos como FPSOs (del inglés: Floating Production Storage & Offloading), como una plataforma de extracción y una planta de licuefacción de gas natural, comúnmente conocida como FLNG (del inglés: Floating Liquefied Natural Gas) o una unidad flotante de almacenamiento y regasificación, comúnmente conocida como FSRU: Unidad flotante de almacenamiento y regasificación), es decir, de forma más general, un medio flotante de producción, almacenamiento y exportación. El chapoteo se produce tanto con mar gruesa como con mar casi en calma, en cuanto la carga de gas licuado entra en resonancia con la excitación creada por un oleaje, aunque sea pequeño, al que está sometido el buque. En estos casos de resonancia, el balanceo puede llegar a ser extremadamente violento, sobre todo al romperse en paredes verticales o en esquinas, corriendo así el riesgo de dañar el sistema de contención de gas licuado, o el sistema de aislamiento presente justo detrás de dicho sistema de contención.
Ahora bien, la integridad del tanque es particularmente importante en el contexto de un tanque de gas licuado, como el GNL por ejemplo, debido a la naturaleza inflamable o explosiva del líquido que se transporta y al riesgo de un punto frío en el casco de acero de la unidad flotante en caso de fuga.
La patente US 8,643,509 divulga un procedimiento para reducir el riesgo asociado con el lanzamiento de una carga de gas licuado. En este documento se estima la frecuencia de resonancia del líquido de un tanque en función del tanque y de su nivel de llenado. Durante el transporte, la frecuencia de los movimientos del buque se evalúa en función de las condiciones climáticas y marítimas y de la velocidad del buque. También se evalúan las frecuencias de movimiento predictivas en la ruta del buque por delante. Cuando una de las frecuencias de movimiento se acerca demasiado a la frecuencia de resonancia del líquido de un tanque, se emite una señal de alarma para cambiar el rumbo y/o modificar la velocidad del buque y evitar que se encuentre en una situación de riesgo.
A pesar de la aplicación de medidas para reducir el chapoteo, el chapoteo de los líquidos en los tanques, en particular como consecuencia de fenómenos de resonancia, puede provocar riesgos ocasionales de deformación de la membrana de estanquidad primaria, daños a las estructuras subyacentes presentes en los espacios primarios y/o secundarios sobre los que se apoya la membrana de impermeabilización primaria, caídas de objetos, en particular de equipos estáticos, susceptibles de dañar la membrana de impermeabilización primaria a corto o medio plazo, o más generalmente deformaciones de la membrana de impermeabilización primaria más allá de sus tolerancias estructurales.
La publicación de Yangjun Ahn, Yonghwan Kim, Sang-Yeob Kim (2019). Database of model-scale sloshing experiment for LNG tank and application of artificial neural network for sloshing load prediction, Marine Structures, Vol. 66, pp. 66 82, divulga un procedimiento para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque durante la navegación de un buque. Este documento describe el uso de datos de prueba para entrenar una red neuronal artificial. La publicación no describe cómo obtener una base de datos que pueda utilizarse para estimar la respuesta al chapoteo del tanque de un buque, obteniéndose la base de datos a partir de un modelo estadístico.
Por lo tanto, sigue existiendo la necesidad de procedimientos para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque durante la navegación del buque y, en su caso, tomar las medidas necesarias para evitar que se produzca un chapoteo excesivo que pueda dañar la membrana de sellado primaria del tanque.
Sumario
Una idea subyacente a la invención es entrenar, mediante un procedimiento de aprendizaje automático supervisado, un modelo estadístico capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar y opcionalmente al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque. El modelo estadístico se entrena con un conjunto de datos de prueba obtenidos a partir de los resultados de una pluralidad de pruebas, cada una de las cuales consiste en someter a movimientos un tanque de prueba con un nivel de llenado determinado y medir una presión en al menos un punto de una pared del tanque de prueba y/o un número de impactos en al menos una pared del tanque de prueba. A continuación, el modelo estadístico puede utilizarse para estimar la respuesta de un tanque al chapoteo como parte de un sistema de gestión de un buque, por ejemplo, construyendo una base de datos utilizable para consultas en tiempo real.
La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Según una primera realización, la invención comprende un procedimiento de obtención de un modelo estadístico adecuado para estimar una respuesta al chapoteo de al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el procedimiento una etapa consistente en:
• entrenar un modelo estadístico mediante un procedimiento de aprendizaje automático supervisado en un conjunto de datos de prueba, siendo el modelo estadístico capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque y un estado de la corriente del mar y, opcionalmente, al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque, y obteniéndose el conjunto de datos de prueba a partir de los resultados de una pluralidad de pruebas consistentes cada una de ellas en someter un tanque de prueba con un nivel de llenado dado a movimientos de chapoteo y medir una presión en al menos un punto de una pared del tanque de prueba y/o un número de impactos en al menos una pared del tanque de prueba.
Según una segunda variante, la invención también comprende un procedimiento de obtención de un modelo estadístico adecuado para estimar una respuesta al chapoteo de al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el procedimiento una etapa consistente en:
• entrenar un modelo estadístico mediante un procedimiento de aprendizaje automático supervisado a partir de un conjunto de datos de prueba, adaptándose el modelo estadístico para estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque, un estado actual de movimiento del buque y, opcionalmente, al menos uno de los siguientes elementos: un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque, y el conjunto de datos de prueba se obtiene a partir de los resultados de una pluralidad de pruebas, cada una de las cuales consiste en someter un tanque de prueba con un nivel de llenado determinado a movimientos y medir una presión en al menos un punto de una pared del tanque de prueba y/o un número de impactos en al menos una pared del tanque de prueba.
Se entiende por "procedimiento de aprendizaje automático supervisado" (en inglés: supervised learning) es un procedimiento de aprendizaje automático (en inglés: machine learning; también denominado en francés apprentissage artificiel o apprentissage statistique (aprendizaje artificial o aprendizaje estadístico)) que consiste en aprender una función de predicción a partir de ejemplos anotados. En otras palabras, se puede utilizar un procedimiento de aprendizaje automático supervisado para construir un modelo adecuado para la predicción a partir de una pluralidad de ejemplos para los que se conoce la respuesta que se desea predecir. Un procedimiento de aprendizaje automático supervisado suele implementarse por ordenador, por lo que la etapa de entrenar el modelo estadístico suele implementarse por ordenador.
El modelo estadístico a entrenar en el marco de la presente invención está adaptado para estimar una respuesta de lastre, que comprende una o más variables cuantitativas, al menos como una función de un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar o un estado actual de movimiento del buque. Por lo tanto, el modelo estadístico que debe entrenarse es capaz de responder a un problema de regresión.
Mediante la etapa de entrenar el modelo estadístico mediante un procedimiento de aprendizaje automático supervisado sobre el conjunto de datos de prueba, el modelo estadístico es capaz de estimar computacionalmente una respuesta al chapoteo del tanque al menos como una función de un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar o un estado actual de movimiento del buque, incluyendo para valores del nivel de llenado del tanque y para estados actuales del mar o estados de movimiento del buque para los que no se han realizado pruebas. Por tanto, el modelo estadístico puede utilizarse para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque en condiciones reales de uso en un buque.
El tanque de prueba puede ser de dimensiones reducidas en relación con el tanque cuya respuesta al chapoteo se pretende estimar mediante el modelo estadístico. Puede tener una geometría representativa del tanque para el que se utiliza el modelo estadístico para estimar la respuesta al chapoteo. También se entiende que en la frase o característica "entrenar un modelo estadístico mediante un procedimiento supervisado sobre un conjunto de datos de prueba", el "conjunto de datos de prueba" también puede incluir o consistir en datos de campañas denominadas "reales", es decir, obtenidas o registradas en buques que operan como transportistas y/o usuarios de gas licuado.
Según realizaciones, los procedimientos descritos anteriormente pueden comprender una o más de las siguientes características.
Por respuesta al chapoteo se entiende cualquier parámetro cualitativo y/o cuantitativo y conjunto de parámetros susceptibles de representar tensiones mecánicas a las que está expuesto el tanque durante un fenómeno de chapoteo de la carga.
Según una realización, la respuesta al chapoteo comprende al menos una de una tasa de impactos de fluido en las paredes del tanque, una presión máxima en las paredes del tanque y una probabilidad de daño del tanque.
Así, el modelo estadístico es adecuado para estimar una probabilidad de daños en el tanque y/o un parámetro para estimar dicha probabilidad de daño.
Según una realización, el procedimiento de aprendizaje automático supervisado es un procedimiento de regresión de proceso gaussiano.
Un procedimiento de regresión de procesos gaussianos es muy adecuado para el entrenamiento de modelos estadísticos porque puede producir un modelo estadístico capaz de responder a un problema de regresión, para cualquier conjunto de datos de entrada, mediante el entrenamiento a partir de un número relativamente limitado de datos. No obstante, es posible utilizar otros procedimientos de aprendizaje automático supervisado sin salirse del ámbito de la presente invención.
Según una realización, se impone al menos una restricción al modelo estadístico durante su entrenamiento por el procedimiento de aprendizaje automático supervisado.
Así, la formación del modelo estadístico puede guiarse sobre la base de consideraciones físicas elementales, tales como la ausencia de amortiguamiento en el caso en que el nivel de llenado del tanque sea cero, y/o sobre la base de consideraciones obtenidas a partir de la experiencia práctica, tales como el hecho de que movimientos mayores o dimensiones mayores del tanque pueden conducir potencialmente a una respuesta de amortiguamiento mayor. Como resultado, aumenta la precisión de la estimación del modelo estadístico de la respuesta al chapoteo.
Según una realización, el procedimiento comprende además una etapa de excluir del conjunto de datos de prueba resultados de prueba que tienen una respuesta al chapoteo por debajo de un umbral antes de la etapa de entrenar el modelo estadístico.
Así, el modelo estadístico se entrena sólo sobre la base de datos de prueba que han mostrado un globo consistente, específicamente en términos de número de impactos. De hecho, según un aspecto de la invención, el número de ocurrencias encontradas es un factor más importante para la convergencia estadística que la intensidad de los impactos. Como resultado, la precisión de la estimación del modelo estadístico de la respuesta al chapoteo mejora aún más.
Según una realización, el modelo estadístico considera una pluralidad de tanques, estando el modelo estadístico adaptado para estimar una respuesta al chapoteo de cada tanque en función de su posición dentro del buque.
Según una realización de acuerdo con la primera realización, la invención también proporciona un procedimiento de obtención de una base de datos utilizable para estimar una respuesta al chapoteo de al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
• generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, cada uno de los cuales comprende un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar; y
• para cada vector de datos de entrada generado de este modo: obtención de una respuesta estimada al chapoteo del tanque utilizando el modelo estadístico obtenido por el procedimiento descrito anteriormente de acuerdo con la primera variante; y almacenamiento en una base de datos de la respuesta estimada al chapoteo del tanque en asociación con el vector de datos de entrada.
Según una realización de acuerdo con la segunda realización, la invención también proporciona un procedimiento de obtención de una base de datos utilizable para estimar una respuesta al chapoteo de al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
• generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, cada uno de los cuales comprende un nivel de llenado del tanque y un estado actual de movimiento del buque; y
• para cada vector de datos de entrada generado de este modo: obtención de una respuesta estimada al chapoteo del tanque utilizando el modelo estadístico obtenido por el procedimiento descrito anteriormente de acuerdo con la segunda variante; y almacenamiento en una base de datos de la respuesta estimada al chapoteo del tanque en asociación con el vector de datos de entrada.
Aunque el modelo estadístico es capaz de estimar computacionalmente una respuesta al chapoteo del tanque para valores del nivel de llenado del tanque y para estados actuales del mar o movimiento del buque para los que no se han realizado pruebas, el cálculo necesario para ello puede llevar demasiado tiempo y/o requerir demasiados recursos informáticos para ser implementado a bordo de un buque, para lo cual es importante obtener una estimación de la respuesta al chapoteo lo más rápidamente posible y con el sistema de a bordo menos costoso posible. Una idea detrás de estos procedimientos es, por lo tanto, realizar la mayoría de estos cálculos por adelantado sobre la base de una pluralidad de vectores de datos de entrada, que pueden ser elegidos adecuadamente para cubrir la totalidad de un rango de funcionamiento operativo del buque, y almacenar en una base de datos la respuesta al chapoteo del tanque estimada para cada uno de estos vectores de datos de entrada en asociación con el vector de datos de entrada. La respuesta estimada del tanque puede obtenerse simplemente leyendo la base de datos cuando el vector de datos de entrada está presente en la base de datos, o mediante interpolación a partir de la base de datos en caso contrario. Esto requiere mucho menos tiempo y recursos informáticos que la estimación a partir del propio modelo estadístico. De este modo, ya ni siquiera es necesario estimar el modelo estadístico a bordo del buque, pues basta con la base de datos. A continuación, la base de datos puede ser estimada por un sistema a bordo del buque, o incluso por una estación terrestre que se comunique con el buque, por ejemplo por radio o satélite.
Según una realización de acuerdo con la primera realización, la invención también proporciona un procedimiento de estimación de una respuesta al chapoteo de un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado a bordo de un buque, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
• determinar el nivel actual de llenado del tanque;
• determinar el estado actual del mar;
• generar un vector de datos de entrada que comprenda el nivel actual de llenado del tanque y el estado actual del mar así determinado; y
• estimar una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la primera variante.
Según una realización de acuerdo con la segunda realización, la invención también proporciona un procedimiento para estimar una respuesta al chapoteo de un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado a bordo de un buque, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
• determinar el nivel actual de llenado del tanque;
• determinar un estado actual de movimiento del buque;
• generar un vector de datos de entrada que comprenda el nivel actual de llenado del tanque, y el estado actual de movimiento del buque así determinado; y
• estimar una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la segunda variante.
Utilizando estos procedimientos, es posible estimar una respuesta al chapoteo del tanque utilizando el modelo estadístico previamente entrenado en la base de datos de prueba, a través de la base de datos. Como ya se ha dicho, esta estimación requiere mucho menos tiempo y recursos informáticos que la estimación a partir del propio modelo estadístico, y puede realizarla un sistema a bordo del buque o una estación terrestre que se comunique con él.
Según una realización, se considera una pluralidad de tanques y el procedimiento comprende una etapa previa de definición de la posición de cada uno de los tanques dentro del tanque.
Según una realización, el procedimiento comprende además una etapa de proporcionar una alarma a un usuario si la respuesta estimada al chapoteo del tanque excede un umbral de alerta, y preferiblemente una etapa de apoyo a la decisión para reducir el chapoteo. Esta etapa de ayuda a la decisión puede consistir en una propuesta de cambio de dirección o de trayectoria del buque, un cambio de rumbo especialmente adecuado para las estructuras flotantes estacionarias, un cambio de velocidad del buque o un cambio de la tasa de llenado del tanque o tanques (entre los tanques o entre un tanque y un tanque externo al buque en el caso de una estructura flotante estacionaria).
Además, la alarma puede consistir en la señalización de un problema que debe corregirse inmediatamente o a corto plazo, si es posible una alarma que designe el o los tanques entre una pluralidad de tanques de un buque que requieren una operación de comprobación y mantenimiento con vistas a una posible reparación.
De este modo, un usuario como, por ejemplo, un miembro de la tripulación, puede emprender cualquier acción necesaria para limitar el chapoteo en el tanque en caso necesario, como ralentizar o detener el buque o cambiar su rumbo, y reducir así el riesgo de daños en el tanque.
Según una realización de acuerdo con la primera realización, la invención también proporciona un sistema de gestión para un buque que tiene al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado, comprendiendo el sistema:
• al menos un sensor de nivel de llenado para medir el nivel de llenado actual del tanque;
• un dispositivo de evaluación del estado del mar capaz de evaluar el estado actual del mar; y
• medios de procesamiento configurados para generar un vector de datos de entrada que comprenda un nivel actual de llenado del tanque y un estado actual del mar evaluado por el dispositivo de evaluación del estado del mar, y para estimar una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la primera variante.
Según una realización de acuerdo con la segunda realización, la invención también proporciona un sistema de gestión para un buque que tiene al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado, comprendiendo el sistema:
• al menos un sensor de nivel de llenado para medir el nivel de llenado actual del tanque;
• un dispositivo de evaluación del estado actual del buque capaz de evaluar un estado actual de movimiento del buque; y
• un medio de procesamiento configurado para generar un vector de datos de entrada que comprenda un nivel actual de llenado del tanque y un estado actual de movimiento del buque, y para estimar una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la segunda variante.
Tales sistemas proporcionan las mismas ventajas que los procedimientos descritos anteriormente.
Según una realización, los medios de procesamiento están configurados además para proporcionar una alarma a un usuario si la respuesta al chapoteo estimada del tanque supera un umbral de alerta y están configurados preferentemente para proporcionar al usuario una ayuda de decisión para reducir el chapoteo.
Según otra realización, la invención también proporciona un procedimiento para estimar una respuesta al chapoteo de un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado a bordo de un buque, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
• determinar el nivel actual de llenado del tanque;
• estimar los futuros estados de la mar a partir de la información meteorológica y la ruta de un buque;
• generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, cada uno de los cuales comprende un nivel actual de llenado del tanque y un estado futuro estimado del mar; y
• estimar una respuesta futura al chapoteo del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la primera variante.
Utilizando este procedimiento, es posible estimar una futura respuesta al chapoteo del tanque a partir de información meteorológica y de una ruta del buque, utilizando el modelo estadístico previamente entrenado en la base de datos de prueba, a través de la base de datos. Como ya se ha dicho, esta estimación requiere mucho menos tiempo y recursos informáticos que la estimación a partir del propio modelo estadístico, y puede realizarla un sistema a bordo del buque o una estación terrestre que se comunique con él.
Según otra realización más, la invención también proporciona un procedimiento para estimar una respuesta al chapoteo de un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado a bordo de un buque, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
• determinar el nivel actual de llenado del tanque;
• estimación de futuros estados de movimiento del buque a partir de información meteorológica y de una ruta del buque;
• generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, cada uno de los cuales comprende un nivel actual de llenado del tanque y un estado futuro estimado de movimiento del buque; y
• estimar una respuesta futura al chapoteo del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la segunda variante.
De acuerdo con una realización, el procedimiento comprende además una etapa de determinación de una ruta del buque y/o un cambio en el nivel de llenado del tanque que permite reducir la futura respuesta al chapoteo del tanque. El término "rumbo del buque" se refiere al rumbo de un buque, su velocidad o la simple evitación de una zona geográfica. Para las estructuras flotantes estacionarias (buques, barcazas), es decir, las que tienen una posición fija, el cambio de rumbo implica un cambio de ángulo entre la dirección Norte y el eje longitudinal de la estructura, con el fin de orientar o acercar la estructura flotante para reducir clásicamente las consecuencias negativas del oleaje y las olas sobre la estructura flotante.
De este modo, un usuario como, por ejemplo, un miembro de la tripulación, puede tomar la decisión de que el buque siga una ruta que reduzca la futura respuesta al chapoteo del tanque y, por lo tanto, reduzca el riesgo de daños en el tanque.
Según otra realización, la invención también proporciona un sistema de gestión para un buque que tiene al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado, comprendiendo el sistema:
• al menos un sensor de nivel de llenado para medir el nivel de llenado actual del tanque;
• un dispositivo de estimación del estado del mar capaz de estimar futuros estados del mar a partir de información meteorológica y de la ruta de un buque; y
• un medio de procesamiento configurado para generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, cada uno de los cuales comprende un nivel de llenado actual del tanque y un estado futuro del mar estimado por el dispositivo de estimación del estado del mar, y para estimar una respuesta futura al chapoteo del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la primera variante.
Según otra realización más, la invención también proporciona un sistema de gestión para un buque que tiene al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para transportar gas licuado, comprendiendo el sistema:
• al menos un sensor de nivel de llenado para medir el nivel de llenado actual del tanque;
• un dispositivo de estimación del estado de movimiento capaz de estimar futuros estados de movimiento del buque a partir de información meteorológica y de una ruta del buque; y
• un medio de procesamiento configurado para generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, cada uno de los cuales comprende un nivel de llenado actual del tanque y un estado de movimiento futuro del buque estimado por el dispositivo de estimación del estado de movimiento, y para estimar una respuesta al chapoteo futura del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos obtenida por el procedimiento según la segunda realización.
Según una realización, los medios de procesamiento están configurados además para determinar una ruta del buque para disminuir la próxima respuesta al chapoteo del tanque.
Breve descripción de las figuras
La invención se comprenderá mejor, y otros propósitos, detalles, características y ventajas de la misma se harán más claros en el curso de la siguiente descripción de varias realizaciones particulares de la invención, dadas únicamente a modo de ilustración y no de limitación, con referencia a los dibujos adjuntos.
La Fig.1 es una representación esquemática de un buque de transporte de gas licuado.
La Fig.2 muestra un sistema de gestión integrado en el buque mostrado en la Fig.1.
La Fig.3 muestra un sistema de gestión en otro modo de ejecución.
La Fig.4 es una representación esquemática de un dispositivo de pruebas de respuesta al chapoteo para un tanque de prueba.
La Fig.5 es un diagrama de flujo que representa un procedimiento para obtener una base de datos que puede utilizarse para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque.
La Fig.6 es un diagrama de flujo que representa un procedimiento para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque.
La Fig.7 es un diagrama de flujo que representa otro procedimiento de estimación de la respuesta al chapoteo de un tanque.
La Fig.8 es un diagrama de flujo que representa otro procedimiento de estimación de la respuesta de un tanque al chapoteo.
Descripción de las realizaciones
Las siguientes realizaciones se describen en relación con un buque que comprende un doble casco que forma una estructura portante en la que están dispuestos una pluralidad de tanques estancos y aislados térmicamente. En una estructura de soporte de este tipo, los tanques tienen una geometría poliédrica, por ejemplo una forma prismática.
Tales tanques estancos y aislados térmicamente se proporcionan, por ejemplo, para el transporte de gas licuado. El gas licuado se almacena y transporta en dichos tanques a baja temperatura, lo que requiere paredes del tanque aisladas térmicamente para mantener el gas licuado a esta temperatura. Por lo tanto, es especialmente importante mantener intacta la integridad de las paredes del tanque, incluidos los espacios de aislamiento térmico situados bajo la membrana de sellado, en primer lugar para mantener la estanqueidad del tanque y evitar fugas de gas licuado fuera de los tanques y, en segundo lugar, para evitar que se dañen las propiedades aislantes del tanque con el fin de mantener el gas en su forma licuada.
Dichos tanques estancos y aislados térmicamente también incluyen una barrera aislante anclada al doble casco del buque y que lleva al menos una membrana estanca. A modo de ejemplo, dichos tanques pueden fabricarse utilizando tecnologías comercializadas bajo las marcas Mark III® o NO96® del solicitante, u otras.
La Fig. 1 ilustra un buque 1 con cuatro tanques 2 estancos y aislados térmicamente. Los cuatro tanques 2 pueden estar en el mismo o en diferentes estados de llenado. En el mar, el buque 1 está sometido a numerosos movimientos relacionados con las condiciones de navegación. Estos movimientos del buque 1 repercuten en el líquido contenido en los tanques 3, 4, 5 y 6, que, en consecuencia, sufre un desplazamiento en los tanques 3, 4, 5 y 6. Estos movimientos del líquido en los tanques 3, 4, 5 y 6 generan impactos en las paredes de los tanques 3, 4, 5 y 6, que pueden causar daños inmediatos en los tanques si son demasiado violentos. Además, el martilleo repetido de las paredes de los tanques 3, 4, 5, 6 a niveles elevados y no destructivos puede provocar la degradación por desgaste por fatiga de dichas paredes. Sin embargo, es importante mantener la integridad de las paredes de los tanques 3, 4, 5 y 6 para preservar la estanqueidad y las características de aislamiento de los tanques 3, 4, 5 y 6.
Se sabe que hay que evitar tener condiciones críticas de navegación para evitar movimientos del líquido que podrían dañar inmediatamente el tanque. Sin embargo, siguen siendo necesarios procedimientos para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque durante la navegación del buque y, en su caso, tomar las medidas necesarias para evitar que se produzca un chapoteo excesivo que pueda dañar la membrana de sellado primaria del tanque.
La Fig. 2 ilustra un ejemplo de sistema de gestión 100 embarcado en el buque 1. Este sistema de gestión 100 comprende una unidad central 110 conectada a una pluralidad de sensores embarcados 120 que permiten medir diferentes parámetros. Por ejemplo, los 120 sensores incluyen, entre otros, al menos un sensor de nivel de llenado 121 para cada tanque, varios sensores de movimiento del buque 122 y sensores de condiciones marinas 123. El sistema de gestión 100 también incluye una interfaz de comunicación 130 que permite a la unidad central 110 comunicarse con dispositivos remotos, por ejemplo para obtener datos meteorológicos, datos de posición del buque u otra información.
Los sensores de movimiento del buque 122 determinan los movimientos medidos del buque, por ejemplo midiendo las aceleraciones experimentadas por el buque a lo largo de tres ejes perpendiculares en traslación y rotación. Para evaluar los movimientos del buque puede utilizarse una unidad de medición inercial, en lo sucesivo IMU, compuesta por uno o varios acelerómetros y/o uno o varios giroscopios, por ejemplo un giroscopio mecánico, y/o uno o varios magnetómetros. Estas unidades de medición, si se utilizan varias (del mismo tipo o de dos tipos diferentes), se distribuyen ventajosamente por el buque para obtener una medición precisa del movimiento del buque. Tenga en cuenta que una UMI a veces se denomina comúnmente MRU (del inglés Motion Reference Unit).
Los sensores de condiciones marinas 123 obtienen un estado actual del mar en el entorno del buque, tal como una altura y frecuencia de las olas en el entorno del buque. Por ejemplo, en una realización, la altura y/o la frecuencia de las olas se obtienen a partir de la observación visual de la tripulación.
El sistema de gestión 100 comprende además una interfaz hombre-máquina 140. Esta interfaz hombre-máquina 140 comprende un medio de visualización 41. Este medio de visualización 41 permite al operador obtener las diferentes informaciones de gestión calculadas por el sistema o las medidas obtenidas por los sensores (120) o incluso un estado actual del chapoteo, que puede ser estimado como se explicará con más detalle a continuación.
La interfaz hombre-máquina 140 comprende además medios de adquisición 42 que permiten al operador suministrar manualmente magnitudes a la unidad central 110, típicamente para suministrar a la unidad central 110 datos que no pueden obtenerse mediante sensores porque el buque no comprende el sensor necesario o el sensor está dañado. Por ejemplo, en una realización, los medios de adquisición permiten al operador introducir información sobre la altura y/o frecuencia de las olas a partir de la observación visual y/o introducir manualmente un rumbo y/o velocidad del buque.
El sistema de gestión 100 comprende además una base de datos 150. Esta base de datos puede utilizarse para estimar la respuesta al chapoteo de un tanque, como se describe con más detalle a continuación.
La Fig. 3 ilustra un ejemplo de un sistema de gestión 200 basado en tierra que se comunica con el buque 1. El buque comprende la unidad central 110, sensores 120 y una interfaz de comunicación 130. El sistema de gestión 200 comprende una unidad central de procesamiento 210, una interfaz de comunicación 230, una interfaz hombre-máquina 240 y una base de datos 250. El funcionamiento del sistema de gestión 200 es similar al funcionamiento del sistema de gestión 100 y difiere únicamente en que la información medida por los sensores 120 en el buque 1 se envía al sistema de gestión 200 en tierra a través de las interfaces de comunicación 130 y 230. Por ejemplo, las interfaces de comunicación pueden utilizar la transmisión de datos por radiofrecuencia terrestre o por satélite.
Describiremos ahora, con ayuda de las figuras 4 y 5, cómo se obtiene la base de datos 150.
La Fig. 4 representa esquemáticamente un ejemplo de dispositivo de prueba 1000 para realizar pruebas en un tanque de prueba 1010. Las pruebas consisten en someter el tanque de prueba 1010 a movimientos, teniendo el tanque de prueba 1010 un nivel de llenado determinado de fluido 1011, y medir una presión en al menos un punto de una pared 1010a del tanque de prueba 1010 mediante un sensor de presión 1012 y/o un número de impactos en al menos una pared del tanque de prueba 1010.
El tanque de prueba 1010 puede ser de dimensiones reducidas en relación con un tanque cuya respuesta al chapoteo se pretende estimar, y/o tener una geometría representativa del tanque cuya respuesta al chapoteo se pretende estimar.
Por supuesto, el fluido 1011 es preferiblemente de la misma naturaleza, e idealmente de la misma temperatura, densidad y viscosidad, que el transportado por el tanque cuya respuesta al chapoteo se quiere estimar; en particular, puede ser Gas Licuado de Petróleo (también conocido como GLP) que tiene, por ejemplo, una temperatura de entre -50°C y 0°C, o Gas Natural Licuado (GNL) a aproximadamente -162°C a presión atmosférica. También puede utilizarse una amplia gama de gases licuados, como metano, etano, propano, butano, amoníaco, dihidrógeno y etileno.
Además, es posible medir una presión en una pluralidad de puntos de una pared 1010a del tanque de prueba 1010, o incluso en varias o en todas estas paredes, adaptándose en consecuencia el número y la disposición de los sensores de presión 1012. Cuando se mide un número de impactos en al menos una pared del tanque de prueba 1010, esta medición se lleva a cabo utilizando una pluralidad de sensores de presión 1012 convenientemente dispuestos en esta pared. Se pueden medir varios impactos en varias de las paredes del tanque de prueba 1010 o en todas las paredes del tanque de prueba 1010.
Como se ha mencionado anteriormente, el tanque de prueba 1010 está sujeto a movimiento durante la prueba. En el ejemplo mostrado, el dispositivo 1000 comprende una plataforma 1013 a la que se fija el tanque de prueba 1010. La plataforma 1013 es impulsada en movimiento por la acción de seis cilindros hidráulicos 1015 conectados en un extremo a la plataforma en tres puntos de fijación 1014 y en el otro extremo a un bastidor o suelo 1001. Esto permite mover el tanque de prueba 1010 en seis grados de libertad, en traslación y rotación. Por supuesto, el tanque de prueba 1010 puede ponerse en movimiento por diferentes medios.
El dispositivo 1000 comprende además una unidad de control de prueba 1020. La unidad de control de prueba 1020 está configurada para controlar los actuadores hidráulicos 1015 con el fin de someter el tanque de prueba 1010 a movimientos determinados de antemano en un programa de prueba. En un ejemplo de realización, estos movimientos son representativos de un movimiento determinado del buque, teniendo en cuenta preferentemente la posición del tanque en el mismo y/o la geometría del tanque. En otra realización, estos movimientos son movimientos representativos de un determinado estado del mar, que se convierten en movimientos correspondientes del buque, preferentemente teniendo en cuenta la posición del tanque en el buque y/o la geometría del tanque. Evaluar los movimientos correspondientes del buque a partir de un estado de la mar determinado es una tarea habitual en la evaluación del comportamiento en la mar de un buque. Además, la unidad de control de la prueba 1020 registra los valores leídos durante la prueba por el al menos un sensor de presión 1012.
La unidad de control de prueba 1020 se comunica con una unidad de procesamiento de datos de prueba 1030. La unidad de procesamiento de datos de prueba 1030 comprende una interfaz de comunicación 1031 para recibir de la unidad de control de prueba 1020 los valores medidos durante la prueba por el al menos un sensor de presión 1012 y los movimientos impuestos al tanque de prueba 1010 durante la prueba. La unidad de procesamiento de datos de prueba 1030 comprende además una memoria 1033 y una unidad central de procesamiento 1032.
La unidad de procesamiento de datos de prueba 1030 está configurada para entrenar, en la unidad central de procesamiento 1032 que se comunica con la memoria 1033, un modelo estadístico mediante un procedimiento de aprendizaje automático. El modelo estadístico es capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar y, opcionalmente, al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque. La respuesta al chapoteo comprende al menos una de las siguientes: una velocidad de impacto del fluido en las paredes del tanque, una presión máxima en las paredes del tanque y una probabilidad de daño del tanque. En una realización, el modelo estadístico considera una pluralidad de tanques, siendo el modelo estadístico capaz de estimar una respuesta al chapoteo de cada tanque en función de su posición dentro del buque.
Más particularmente, el entrenamiento del modelo estadístico se realiza mediante un procedimiento de aprendizaje automático supervisado. Por ejemplo, el procedimiento de aprendizaje automático supervisado puede ser un procedimiento de regresión de procesos gaussianos. Los procedimientos de regresión de procesos gaussianos son bien conocidos por sí mismos; se adaptan bien al entrenamiento de modelos estadísticos porque permiten producir un modelo estadístico capaz de responder a un problema de regresión, para cualquier conjunto de datos de entrada, mediante el entrenamiento a partir de un número relativamente limitado de datos. Sin embargo, es posible utilizar otros procedimientos de aprendizaje automático supervisado.
El entrenamiento del modelo estadístico se lleva a cabo utilizando los resultados de las pruebas realizadas en el tanque de prueba 1010. Más concretamente, en un ejemplo preferido, el modelo estadístico se entrena a partir de la respuesta al chapoteo del tanque de prueba 1010 durante cada prueba, calculándose de antemano esta respuesta al chapoteo a partir de los valores leídos durante la prueba por el al menos un sensor de presión 1012. La respuesta al chapoteo del tanque de prueba 1010 puede comprender al menos una de una tasa de impacto de fluido en una o algunas de las paredes 1010a del tanque de prueba 1010 y una presión máxima en las paredes 1010a del tanque de prueba 1010 durante un periodo de tiempo determinado. En una realización, el modelo estadístico se entrena tanto a partir de los resultados de las pruebas realizadas en el tanque de prueba 1010 como a partir de los datos de prueba obtenidos o registrados en buques que operan como transportistas y/o usuarios de gas licuado, actuando uno o más de estos buques como el tanque de prueba 1010. En otra realización, el modelo estadístico puede entrenarse únicamente a partir de datos de prueba obtenidos o registrados en buques que operan como transportistas y/o usuarios de gas licuado, actuando uno o más tanques de estos buques como tanque de prueba 1010.
Ahora se describirá un procedimiento 300 para obtener la base de datos 150 con ayuda de la [Fig.5]. Las etapas 301 a 305 pueden ser realizadas por la unidad central de procesamiento 1032 en comunicación con la memoria 1033.
Opcionalmente, el procedimiento 300 puede comprender una etapa 301 de excluir del conjunto de datos de prueba utilizados para entrenar el modelo estadístico resultados de prueba que tengan una respuesta al chapoteo del tanque de prueba 1010 por debajo de un umbral determinado. De este modo, el modelo estadístico sólo se entrena con los datos de prueba que han mostrado una amortiguación significativa de la embarcación de prueba 1010, lo que mejora la precisión de la estimación del modelo estadístico de la respuesta al chapoteo.
El procedimiento 300 comprende, después de la etapa opcional 301, una etapa 302 que consiste en entrenar el modelo estadístico como ya se ha descrito anteriormente.
Opcionalmente, se impone al menos una restricción sobre el modelo estadístico durante su entrenamiento por el procedimiento de aprendizaje automático supervisado en la etapa 302. Estas limitaciones pueden definirse a partir de consideraciones físicas básicas, como la ausencia de chapoteo cuando el nivel de llenado del tanque es cero, y/o a partir de consideraciones derivadas de la experiencia práctica, como el hecho de que mayores movimientos o mayores dimensiones del tanque pueden conducir potencialmente a una mayor respuesta al chapoteo. Como resultado, aumenta la precisión de la estimación del modelo estadístico de la respuesta al chapoteo.
Al final de la etapa 302, se dispone de un modelo estadístico capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque y de un estado actual del mar y, opcionalmente, de al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque, para cualquier valor de estas magnitudes, incluidos aquellos para los que no se han realizado pruebas en el tanque de prueba 1010. Sin embargo, el cálculo necesario para ello puede llevar demasiado tiempo y/o requerir demasiados recursos informáticos para ser implementado a bordo de un buque, para lo cual es importante obtener una estimación de la respuesta al chapoteo lo más rápidamente posible y con el sistema de a bordo menos costoso. Por lo tanto, después de la etapa 302, se implementa una etapa 303 de generación de una pluralidad de vectores de datos de entrada que comprenden cada uno un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar, seguido de una etapa 304 de, para cada vector de datos de entrada generado en la etapa 303: obtener una respuesta estimada al chapoteo del tanque utilizando el modelo estadístico en la etapa 302; y almacenar la respuesta estimada al chapoteo del tanque en asociación con el vector de datos de entrada en una base de datos.
Opcionalmente, en una etapa 305, la base de datos obtenida en la etapa 304 se transmite al sistema de gestión 100, o se almacena en un medio de grabación legible por ordenador. También obtenemos la base de datos 150, cuyo uso se describirá más adelante.
Hasta ahora, se ha descrito un caso en el que el modelo estadístico es adecuado para estimar una respuesta al chapoteo del tanque como una función de al menos un nivel de llenado del tanque y un estado de la corriente del mar. Sin embargo, alternativamente, el modelo estadístico es capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque, un estado actual de movimiento del buque y, opcionalmente, al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque. Las etapas 302, 303, 304 se modifican en consecuencia.
Ahora se describirá un procedimiento 400 para estimar una respuesta al chapoteo de un tanque utilizando la base de datos 150 con ayuda de la [Fig.6]. El procedimiento 400 puede considerar una pluralidad de tanques en lugar de un único tanque. En este caso, antes de implementar el procedimiento 400, se puede llevar a cabo una etapa preliminar para definir la posición de cada uno de los tanques dentro del buque.
Según una primera realización, el diagrama de flujo de la [Fig.6] se implementa en su totalidad en la unidad central de procesamiento 110 formando un único medio de procesamiento. En una segunda realización, el diagrama de flujo de la [Fig.6] se implementa parcialmente en el sistema de gestión en tierra 200 que se comunica con el buque. Según este segundo modo de diseño, el buque 1 transmite toda la información de los sensores 120 a la estación costera, y la unidad central 110 y la unidad central 210 forman juntas un medio de procesamiento compartido.
El procedimiento 400 comprende una primera etapa 401 que consiste en determinar un nivel actual de llenado del tanque y un estado actual del mar. El nivel de llenado actual del tanque se determina normalmente a partir de una indicación de llenado proporcionada por el sensor de nivel de llenado del tanque 121. El estado actual del mar puede determinarse a partir de las indicaciones proporcionadas por los sensores del estado marino 123 y/o por comunicación, por radiofrecuencia terrestre o por satélite, con una red de estaciones meteorológicas.
Opcionalmente, en la etapa 401, también se determina un calado del buque y/o un rumbo del buque, típicamente a partir de indicaciones proporcionadas por los sistemas de a bordo del buque. El calado del buque se proporciona normalmente a los sistemas de a bordo mediante uno o más flotadores y/o sensores de presión hidrostática. Uno o varios compases de navegación suelen proporcionar el rumbo del buque a los sistemas de a bordo.
El procedimiento 400 comprende además una segunda etapa 402 de generación de un vector de datos de entrada que comprende los datos determinados en la etapa 401.
El procedimiento 400 comprende además una tercera etapa 403 de estimar una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada generado en la etapa 402 y la base de datos 150. Más concretamente, si el vector de datos de entrada está presente en la base de datos 150, la respuesta al chapoteo se obtiene simplemente leyendo la base de datos 150. Sin embargo, más típicamente, la base de datos 150 no contendrá el vector de datos de entrada, sino datos de entrada cercanos a los contenidos en el vector de datos de entrada. En este caso, la respuesta al chapoteo se obtendrá interpolando la respuesta al chapoteo asociada a dos o más vectores de datos de entrada vecinos presentes en la base de datos 150.
Después de la etapa 403, la respuesta al chapoteo resultante puede compararse con un umbral de alerta, y puede mostrarse una alarma a un usuario, por ejemplo en el medio de visualización 41, si la respuesta al chapoteo excede el umbral de alerta. Preferiblemente, después de que se muestre esta alarma, se puede llevar a cabo una etapa de apoyo a la decisión para reducir el chapoteo. Esta etapa de ayuda a la decisión puede consistir en una propuesta de cambio de dirección o de trayectoria del buque, un cambio de rumbo especialmente adecuado para las estructuras flotantes estacionarias, un cambio de velocidad del buque o un cambio de la tasa de llenado del tanque o tanques (entre los tanques o entre un tanque y un tanque externo al buque en el caso de una estructura flotante estacionaria). Además, la alarma puede consistir en la señalización de un problema que debe corregirse inmediatamente o a corto plazo, si es posible una alarma que designe el tanque o tanques que deben inspeccionarse y mantenerse con vistas a una posible reparación.
Se describirá ahora con ayuda de la Fig.7 otro procedimiento 500 para estimar una respuesta al chapoteo de un tanque utilizando la base de datos 150. En esta realización, la base de datos 150 se obtiene a partir de un modelo estadístico que es capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque, un estado actual de movimiento del buque y opcionalmente al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque como se ha descrito anteriormente en relación con la [Fig.4]. El procedimiento 500 puede considerar una pluralidad de tanques en lugar de un único tanque. En este caso, antes de implementar el procedimiento 500, se puede llevar a cabo una etapa preliminar para definir la posición de cada uno de los tanques dentro del buque.
El procedimiento 500 comprende una primera etapa 501 que consiste en determinar un nivel de llenado actual del tanque y un estado de movimiento actual del buque. El nivel de llenado actual del tanque se determina normalmente a partir de una indicación de llenado proporcionada por el sensor de nivel de llenado del tanque 121. El estado actual de movimiento del buque puede determinarse a partir de las indicaciones proporcionadas por los sensores de movimiento del buque 122.
Opcionalmente, en la etapa 501, también se determina un calado del buque y/o un rumbo del buque, típicamente a partir de indicaciones proporcionadas por los sistemas de a bordo del buque. El calado del buque se proporciona normalmente a los sistemas de a bordo mediante uno o más flotadores y/o sensores de presión hidrostática. Uno o varios compases de navegación suelen proporcionar el rumbo del buque a los sistemas de a bordo.
Dado que los sensores de movimiento del buque 122 tienen típicamente una frecuencia de adquisición mucho mayor que la duración típica de la evolución de chapoteo de la embarcación, las indicaciones proporcionadas por los sensores de movimiento del buque 122 pueden promediarse a lo largo de un periodo de adquisición, promediándose entonces los otros datos determinados en la etapa 501 a lo largo de este mismo periodo de adquisición.
El procedimiento 500 comprende además una segunda etapa 502, análoga a la etapa 402, de generación de un vector de datos de entrada que comprende los datos determinados en la etapa 501.
El procedimiento 500 comprende además una tercera etapa 503 de estimar una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada generado en la etapa 502 y la base de datos 150. La etapa 503 es análoga a la 403 y, por lo tanto, no se vuelve a explicar en detalle.
Después de la etapa 503, la respuesta al chapoteo resultante puede compararse con un umbral de alerta, y puede mostrarse una alarma a un usuario, por ejemplo en el medio de visualización 41, si la respuesta al chapoteo excede el umbral de alerta. Preferiblemente, después de que se muestre esta alarma, se puede llevar a cabo una etapa de apoyo a la decisión para reducir el chapoteo. Esta etapa de apoyo a la decisión puede consistir en una propuesta de cambio de dirección o de trayectoria del buque, un cambio de rumbo especialmente adecuado para las estructuras flotantes estacionarias, un cambio de la velocidad del buque o un cambio de la tasa de llenado del tanque o tanques (entre los tanques o entre un tanque y un tanque externo al buque en el caso de una estructura flotante estacionaria). Además, la alarma puede consistir en la señalización de un problema que debe corregirse inmediatamente o a corto plazo, si es posible una alarma que designe el tanque o tanques que deben inspeccionarse y mantenerse con vistas a una posible reparación.
Se describirá ahora con ayuda de la Fig.8 otro procedimiento 600 para estimar una respuesta al chapoteo de un tanque utilizando la base de datos 150. En esta variante, la base de datos 150 se obtiene a partir de un modelo estadístico que es capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque, un estado actual del mar y, opcionalmente, al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque.
El procedimiento 600 comprende una primera etapa 601 que consiste en determinar un nivel de llenado de tanque actual y estimar estados de mar futuros. El nivel de llenado actual del tanque se determina normalmente a partir de una indicación de llenado proporcionada por el sensor de nivel de llenado del tanque 121. Los futuros estados de la mar se estiman a partir de la información meteorológica y la ruta del buque. El rumbo del buque suele obtenerse a partir de las indicaciones proporcionadas por los sistemas de a bordo del buque, como la velocidad y el rumbo. La información meteorológica puede ser proporcionada por los sensores de estado marino 123 y/o por comunicación, vía radiofrecuencia terrestre o satélite, con una red de estaciones meteorológicas.
El procedimiento 600 comprende además una segunda etapa 602 de generación de una pluralidad de vectores de datos de entrada que comprenden cada uno un nivel de llenado de tanque actual y un estado del mar futuro estimado.
Opcionalmente, en la etapa 601, también se determinan un calado del buque, un rumbo del buque y una velocidad del buque, típicamente a partir de indicaciones proporcionadas por los sistemas de a bordo del buque. El calado del buque se proporciona normalmente a los sistemas de a bordo mediante uno o más flotadores y/o sensores de presión hidrostática. Uno o varios compases de navegación suelen proporcionar el rumbo del buque a los sistemas de a bordo. La velocidad del buque suele suministrarse a los sistemas de a bordo mediante una IMU y/o un receptor de navegación por satélite de tipo GPS.
El procedimiento 600 comprende además una tercera etapa 603 de estimación de una respuesta al chapoteo futura del tanque a partir de cada uno de los vectores de datos de entrada generados en la etapa 602 y la base de datos 150. La etapa 603 es similar a la 403 y, por lo tanto, no se vuelve a explicar en detalle.
Después de la etapa 603, puede determinarse una ruta del buque que disminuya la respuesta al chapoteo del tanque próxima en relación con la respuesta al chapoteo del tanque que sería próxima si el buque mantuviera su ruta actual. El término "rumbo del buque" se refiere al rumbo de un buque, su velocidad o la simple evitación de una zona geográfica. Para las estructuras flotantes estacionarias (buques, barcazas), es decir, las que tienen una posición fija, el cambio de rumbo implica un cambio de ángulo entre la dirección Norte y el eje longitudinal de la estructura, con el fin de orientar o acercar la estructura flotante para reducir clásicamente las consecuencias negativas del oleaje y las olas sobre la estructura flotante. Además o alternativamente, se puede determinar un cambio en el nivel de llenado del tanque para reducir la futura respuesta al chapoteo del tanque.
A continuación se describe una variante del procedimiento 600 de la [Fig.8]. En esta variante, la base de datos 150 se obtiene a partir de un modelo estadístico que es capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque, un estado actual de movimiento del buque y, opcionalmente, al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque.
En esta realización, la etapa 601 implica determinar un nivel de llenado de tanque actual y estimar los próximos estados de movimiento del buque. El nivel de llenado actual del tanque se determina normalmente a partir de una indicación de llenado proporcionada por el sensor de nivel de llenado del tanque 121. Los estados de movimiento futuros del buque se estiman a partir de la información meteorológica y de la ruta del buque. El rumbo del buque suele obtenerse a partir de las indicaciones proporcionadas por los sistemas de a bordo del buque, como la velocidad y el rumbo. La información meteorológica puede ser proporcionada por los sensores de estado marino 123 y/o por comunicación, vía radiofrecuencia terrestre o satélite, con una red de estaciones meteorológicas. Según un ejemplo, los estados futuros de movimiento del buque pueden estimarse estimando en primer lugar los estados futuros del mar sobre la base de la información meteorológica y de una ruta para el buque y, a continuación, estimando en segundo lugar los estados futuros de movimiento del buque sobre la base de los estados futuros del mar así estimados. Cabe recordar que, como se ha mencionado anteriormente, la evaluación de los movimientos correspondientes del buque a partir de un estado de la mar determinado es una tarea habitual a la hora de evaluar el comportamiento en la mar de un buque.
La etapa 602 consiste entonces en generar una pluralidad de vectores de datos de entrada que comprenden cada uno un nivel de llenado de tanque actual y un estado de movimiento de buque próximo estimado.
Opcionalmente, en la etapa 601, también se determinan un calado del buque, un rumbo del buque y una velocidad del buque, como se ha mencionado anteriormente.
La etapa 603 consiste en estimar una respuesta al chapoteo futura del tanque a partir de cada uno de los vectores de datos de entrada generados en la etapa 602 y la base de datos 150. La etapa 603 es similar a la 403 y, por lo tanto, no se vuelve a explicar en detalle.
Después de la etapa 603, puede determinarse una ruta del buque que disminuya la respuesta al chapoteo del tanque próxima en relación con la respuesta al chapoteo del tanque que sería próxima si el buque mantuviera su ruta actual, como se ha discutido previamente.
Aunque la invención se ha descrito en relación con varias realizaciones particulares, está bastante claro que no está de ninguna manera limitada a las mismas y que incluye todos los equivalentes técnicos de los medios descritos, así como combinaciones de los mismos, si éstos caen dentro del alcance de la invención tal como se define por las reivindicaciones adjuntas.
Además, está bastante claro que una característica o combinación de características descritas en relación con un procedimiento se aplica igualmente a un sistema correspondiente, y viceversa.
El uso del verbo "comprender", "comprenden" o "incluyen" y sus formas conjugadas no excluye la presencia de elementos o etapas distintos de los establecidos en una reivindicación.
En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia entre paréntesis no se interpretará como una limitación de la reivindicación.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento (300) de obtención de una base de datos (150) que puede utilizarse para estimar una respuesta al chapoteo de al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el procedimiento las etapas consistentes en:
- entrenar un modelo estadístico mediante un procedimiento de aprendizaje automático supervisado en un conjunto de datos de prueba, siendo el modelo estadístico capaz de estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar y, opcionalmente, al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque, y obteniéndose el conjunto de datos de prueba a partir de los resultados de una pluralidad de pruebas, cada una de las cuales consiste en someter a un tanque de prueba (1010) con un nivel de llenado dado a movimientos y medir una presión en al menos un punto de una pared (1010a) del tanque de prueba (1010) y/o un número de impactos en al menos una pared del tanque de prueba (1010);
- generar (303) una pluralidad de vectores de datos de entrada, comprendiendo cada uno un nivel de llenado del tanque y un estado actual del mar; y
- para cada vector de datos de entrada así generado: obtener (303) una respuesta estimada al chapoteo del tanque utilizando el modelo estadístico; y almacenar (303) en una base de datos la respuesta estimada al chapoteo del tanque en asociación con el vector de datos de entrada.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la respuesta al chapoteo comprende al menos una de una tasa de impactos de fluido en las paredes del tanque, una presión máxima en las paredes del tanque y una probabilidad de daños al tanque.
3. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en el que se impone al menos una restricción al modelo estadístico durante su entrenamiento por el procedimiento de aprendizaje automático supervisado.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además una etapa (301) de excluir del conjunto de datos de prueba los resultados de prueba que tengan una respuesta al chapoteo por debajo de un umbral antes de la etapa de entrenamiento del modelo estadístico (302).
5. Procedimiento (300) de obtención de una base de datos (150) que puede utilizarse para estimar una respuesta al chapoteo de al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el procedimiento las etapas consistentes en:
- entrenar un modelo estadístico mediante un procedimiento de aprendizaje automático supervisado en un conjunto de datos de prueba, adaptándose el modelo estadístico para estimar una respuesta al chapoteo del tanque en función de un nivel de llenado del tanque, un estado actual de movimiento del buque y, opcionalmente, al menos uno de un calado del buque, una velocidad del buque y un rumbo del buque, y obteniéndose el conjunto de datos de prueba a partir de los resultados de una pluralidad de pruebas, cada una de las cuales consiste en someter a un tanque de prueba (1010) con un nivel de llenado determinado a movimientos y medir una presión en al menos un punto de una pared (1010a) del tanque de prueba (1010) y/o un número de impactos en al menos una pared del tanque de prueba (1010);
- generar (302) una pluralidad de vectores de datos de entrada, comprendiendo cada uno un nivel de llenado del tanque y un estado actual de movimiento del buque; y
- para cada vector de datos de entrada así generado: obtener (303) una respuesta estimada al chapoteo del tanque utilizando el modelo estadístico; y almacenar (303) en una base de datos la respuesta estimada al chapoteo del tanque en asociación con el vector de datos de entrada.
6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que la respuesta al chapoteo comprende al menos una de una tasa de impactos de fluido en las paredes del tanque, una presión máxima en las paredes del tanque y una probabilidad de daños al tanque.
7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 6, en el que se impone al menos una restricción al modelo estadístico durante su entrenamiento por el procedimiento de aprendizaje automático supervisado.
8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, que comprende además una etapa (301) de excluir del conjunto de datos de prueba los resultados de prueba que tengan una respuesta al chapoteo por debajo de un umbral antes de la etapa de entrenamiento del modelo estadístico (302).
9. Procedimiento (400) de estimación de una respuesta al chapoteo de al menos un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado a bordo de un buque, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
- determinar (401) un nivel actual de llenado del tanque;
- determinar (401) un estado actual del mar;
- generar (402) un vector de datos de entrada que comprenda el nivel actual de llenado del tanque y el estado actual del mar así determinado; y
- estimar (403) una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
10. Procedimiento (500) de estimación de una respuesta al chapoteo de un tanque sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado a bordo de un buque, comprendiendo el procedimiento las etapas de:
- determinar (501) un nivel actual de llenado del tanque;
- determinar (501) un estado actual de movimiento del buque;
- generar (502) un vector de datos de entrada que comprenda el nivel actual de llenado del tanque, y el estado actual de movimiento del buque así determinado; y
- estimar (503) una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8.
11. Procedimiento según la reivindicación 9 o 10, en el que se considera una pluralidad de tanques y el procedimiento comprende una etapa previa de definición de la posición de cada uno de los tanques dentro del buque.
12. Procedimiento (400, 500) según una cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende además una etapa consistente en proporcionar una alarma a un usuario si la respuesta estimada al chapoteo del tanque supera un umbral de alerta, y preferentemente una etapa de ayuda a la decisión destinada a reducir el chapoteo.
13. Sistema de gestión (100) para un buque (1) que tiene al menos un tanque (2) sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el sistema:
- al menos un sensor de nivel de llenado (121) para medir el nivel de llenado actual del tanque (2);
- un dispositivo de evaluación del estado del mar (123) capaz de evaluar el estado actual del mar; y
- un medio de procesamiento (110) configurado para generar un vector de datos de entrada que comprenda un nivel actual de llenado del tanque y un estado actual del mar evaluado por el dispositivo de evaluación del estado del mar (123), y para estimar una respuesta al chapoteo del tanque (2) a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento (300) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
14. Sistema de gestión (100) para un buque (1) que tiene al menos un tanque (2) sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el sistema:
- al menos un sensor de nivel de llenado (121) para medir el nivel de llenado actual del tanque (2);
- un dispositivo de evaluación del estado actual de movimiento del buque (122) capaz de evaluar un estado actual de movimiento del buque; y
- un medio de procesamiento (110) configurado para generar un vector de datos de entrada que comprenda un nivel de llenado actual del tanque y un estado actual de movimiento del buque, y para estimar una respuesta al chapoteo del tanque a partir del vector de datos de entrada así generado y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8.
15. Procedimiento (600) de estimación de una respuesta al chapoteo de un tanque (2) sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado a bordo de un buque (1), comprendiendo el procedimiento las etapas que consisten en:
- determinar (601) un nivel actual de llenado del tanque;
- estimar (601) los futuros estados de la mar a partir de la información meteorológica y de una ruta del buque; - generar (602) una pluralidad de vectores de datos de entrada, comprendiendo cada uno un nivel actual de llenado del tanque y un estado futuro estimado del mar; y
- estimar (603) una futura respuesta al chapoteo del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
16. Procedimiento (600) de estimación de una respuesta al chapoteo de un tanque (2) sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado a bordo de un buque (1), comprendiendo el procedimiento las etapas que consisten en:
- determinar (601) un nivel actual de llenado del tanque;
- estimar (601) los futuros estados de movimiento del buque a partir de la información meteorológica y de una ruta del buque;
- generar (602) una pluralidad de vectores de datos de entrada, comprendiendo cada uno un nivel actual de llenado del tanque y un estado futuro estimado de movimiento del buque; y
- estimar (603) una futura respuesta al chapoteo del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8.
17. Procedimiento según la reivindicación 15 o 16, que comprende además una etapa para determinar una ruta del buque y/o un cambio en el nivel de llenado del tanque para reducir la futura respuesta al chapoteo del tanque.
18. Un sistema de gestión (100) para un buque (1) que tiene al menos un tanque (2) sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el sistema:
- al menos un sensor de nivel de llenado (121) para medir el nivel de llenado actual del tanque (2);
- un dispositivo de estimación del estado del mar (123) capaz de estimar futuros estados del mar a partir de información meteorológica y de una ruta del buque (1); y
- un medio de procesamiento (110) configurado para generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, comprendiendo cada uno un nivel de llenado actual del tanque y un estado futuro del mar estimado por el dispositivo de estimación del estado del mar (123), y para estimar una respuesta futura al chapoteo del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
19. Sistema de gestión (100) para un buque (1) que tiene al menos un tanque (2) sellado y aislado térmicamente para el transporte de gas licuado, comprendiendo el sistema:
- al menos un sensor de nivel de llenado (121) para medir el nivel de llenado actual del tanque (2);
- un dispositivo de estimación del estado de movimiento capaz de estimar los estados futuros de movimiento del buque a partir de información meteorológica y de una ruta del buque (1); y
- un medio de procesamiento (110) configurado para generar una pluralidad de vectores de datos de entrada, comprendiendo cada uno un nivel de llenado actual del tanque y un estado de movimiento futuro del buque estimado por el dispositivo de estimación del estado de movimiento, y para estimar una respuesta al chapoteo futura del tanque a partir de los vectores de datos de entrada así generados y de la base de datos (150) obtenida por el procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8.
20. Sistema según la reivindicación 18 o 19, en el que el medio de procesamiento (110) está configurado además para determinar una ruta del buque con el fin de reducir la futura respuesta al chapoteo del tanque.
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