REVISTA DIGITAL
comunicaciones industriales
¿UN RETO? 3ra EDICIÓN
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CONTENIDO
06 REPORTAJE 360 18 el gurú
Comisionamiento de proyectos con Fieldbus Foundation
AWT- Transmitimos experiencias a través del conocimiento de expertos
REPORTAJE 360
24 REPORTAJE 360 30 32 INGENIERÍA EN DETALLE
Exoesqueleto, la revolución cientifica del mundial Brasil 2014
World skills de clase mundial, Sena incluyente con tecnología al alcance de todos
Bartec Colombia S.A.S.
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Automatización 360 - 3ra Edición
40 45 DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA INGENIERÍA EN DETALLE
Corta con el pasado. Comunicaciones inalambricas
Medición Multifásica
DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
52 AL TABLERO 58
Evaluación y selección de alternativas de comunicación de transmisión inalámbrica para los campos de producción petrolera
Válvulas de control y comunicaciones industriales… un dúo dinámico.
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Automatización 360 - 3ra Edición
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EDITORIAL
Elver Carvajal Bonilla
Decano Académico Ing. Mecánica Universidad Santo Tomas
Sin lugar a dudas uno de los elementos fundamentales que hacen que los países desarrollados logren adelantos tecnológicos y científicos, son las alianzas estratégicas entre la académia y la industria. En los últimos años se han realizado algunos esfuerzos para que estas estratégias también sean aplicadas en nuestros países, desde las universidades es posible generar soluciones y mejoras a los procesos y sistemas con las que actual-mente se cuentan en las empresas; generando conocimiento y experiencia para todos los steakholders. La empresa mejora sus procesos y productos, la Universidad se apropia de conocimiento y los futuros ingenieros tienen una concepción mucho más cercana a los problemas con los que se va a enfrentar en las empresas. Automatización 360 conscientes de la importancia que tiene el conocimiento, los nuevos adelantos y las modernas aplicaciones, en el incremento de la productividad de nuestra región, ha propendido por ser un punto en donde confluyen los expertos de la industria como también las universidades para socializar y difundir los nuevos desarrollos.
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Los sistemas de comunicación para el monitoreo y control, han tenido un avance importante en los últimos años, este es uno de los campos de acción que tienen tanto los nuevos proyectos industriales como también los nuevos desarrollos. La información instantánea es un elemento fundamental para la toma de decisiones de los ingenieros y gerentes. Automa-tización 360 profundiza estos y otros aspectos de actualidad e importancia para todo el sector de la ingeniería.
Automatización 360 - 3ra Edición
Dirección General Diana María Maldonado Editor Invitado: Elver Carvajal Bonilla Mercadeo y RR.PP Alexandra Díaz - Carlos Andrés Gomez Diseño y Programación Jaime García – Lucia Montoya Carlos Andrés Gómez - Juan Camilo Molina Andrea Paola Gutierrez Asesor Legal Oscar Méndez Administración y Contabilidad Clara Merchan
Colaboradores Hugo Enrique Sarmiento Osorio Raúl Bareño Gutiérrez Jeilson Bravo González Rafael Aicardi Valentina Lopez Trujillo Jairo Velasco Innovacion.cl Colaboradores Internacionales Augusto Passos Pereira
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EL GURÚ
Comisionamiento de proyectos con
Fieldbus Foundation Ing. Augusto Passos Pereira – APP Consultoría y Entrenamiento Ltda.
1. INTRODUCCIÓN El comisionamiento eléctrico, electrónico y la configuración de comunicaciones digitales de una red del nivel de campo Foundation Fieldbus, es fundamental para obtener la certificación de la comunicación digital de los segmentos y la liberación para el arranque de la planta. Además de que el proyecto Fieldbus Foundation pueda haber sido desarrollado siguiendo todas las Normas, tales como ISA SP-50.02 e IEC 61158-2, y las buenas prácticas de ingeniería disponibles. Las construcción de una red del nivel de campo Foundation Fieldbus y el ensamblaje hecha sin niveles de calidad aceptables pueden poner la planta en riesgo debido al malo funcionamiento de las redes.
app.eng@uol.com.br
2. ¿Qué podemos hacer para garantizar la confiabilidad de las comunicaciones FF? Yo suelo decir que la peor situación para un segmento Fieldbus tras su ensamblaje no es cuando un segmento simplemente no funciona, pero sí cuando ese segmento empieza a funcionar erráticamente. Operaciones intermitentes incluyen, por ejemplo, fallos de comunicación y abreviación de comunicaciones de la red. En el primer caso, el no funcionamiento es un problema que no permite que el segmento sea entregado, y todos los esfuerzos deben ser hechos en el sentido de resolver el problema.
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En el segundo caso, es de difícil solución, pues requiere más estudio y muchas veces no se consigue prever cuando algo podrá ocurrir; además, muchos de las pruebas no fueron ejecutados correctamente durante la instalación del segmento. Calificar la instalación y conformar un equipo entrenado y certificado para trabajar en el nivel de calidad necesario de una red digital de campo es el inicio de la solución.
augusto.pereira1952@uol.com.br profesor
Hoy en día, es Director de Ferias y Eventos de ISA Distrito 4. Es autor del libro Foundation Fieldbus: A Pocket Guide, en sociedad con el Ing. Ian Verhappen, y publicado por ISA (en los Estados Unidos, Brasil y Argentina) actualmente en su cuarta edición en inglés, a la venta en los websites www.amazon.com e
Automatización y Hardware de Computadoras. Hoy en día, es Profesor y también trabaja como Consultor de varias empresas, como Petrobras, a través del Proyecto LEAD en la ciudad de Rio de Janeiro.
Ing. Augusto Passos ingeniero, consultor, conferencista.
en la mejoría de los proyectos con instrumentos Fieldbus y también por su significativa contribución en el campo de la tecnología de instrumentación y automatización.
&
Ingeniero Eléctrico (Modalidad Electrónica) por FEI – Faculda de Engenieria Industrial (1975). Licenciado en Matemática y Física por Universidad Católica de Santos. Varios Cursos, en Brasil y en los Estados Unidos, en las Áreas de
Desde 1994, está involucrado en la venta y ejecución de más de 241 proyectos de automatización con protocolos digitales en Brasil, Canadá, Argentina, Chile, Colombia, Venezuela, Cuba y Perú. En Octubre de 2011, en la ciudad de Mobile, Alabama, EE.UU., recibió el reconocimiento como miembro Fellow de ISA por sus grandes servicios
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EL GURÚ
3. Qué es la certificación de un segmento Foundation Fieldbus o Profibus PA? El primer paso es conseguir una instalación bien hecha. Para comprender mejor los requisitos para una instalación bien hecha, podemos dividir el proceso de certificación en varias fases, tal como descrito abajo:
3.1 Inspección durante la instalación
Las cajas de empalme clasificadas como:
Este es el mejor procedimiento, porque es hecho siguiendo cada paso de la instalación, empezando con la evaluación de las características eléctricas del cable Fieldbus y en cada fase del proceso de construcción.
Pasivas – donde tenemos los spurs sin protección contra corto-circuito; nosotros no recomendamos su uso.
También es muy importante inspeccionar la instalación del cableado para confirmar la conformidad con los documentos del diseño del proyecto. Los detalles adicionales a ser inspeccionados incluyen:
Sistema de control Fieldbus Foundation
con
pueden ser
Activas – las cuales ofrecen protección individual contra corto-circuito; nosotros recomendamos fuertemente su uso. Barreras de campo – ellas conectan a una troncal no-intrínsecamente-seguro a spurs intrínsecamente seguros. Los spurs también deben tener protección contra corto-circuito y aislamiento galvánico con la troncal.
interface
Suministro de energía y acondicionador de red
3.2 Comisionamiento eléctrico
Cables
En esta fase, debemos medir la continuidad, el aislamiento y las mediciones de capacitancia de la bobina del cable, y hacerlo nuevamente después para cada pieza de cable antes de conectarlo al bus y a los spurs. Los valores recomendados por la Fieldbus Foundation para esas mediciones son:
Terminadores Protectores anti-surge y cajas de union
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Figura 1
Ejemplo de comisionamiento elĂŠctrico
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EL GURÚ
3.3 Comisionamiento electrónico Después que todos los cables están conectados y energizados, necesitamos chequear los niveles de voltaje en cada instrumento y compararlos con el valor que fue calculado durante la fase de detalle.
3.4 Comisionamiento de la configuración de la aplicación El comisionamiento incluye el chequeo de la conexión correcta de los instrumentos en los segmentos en el campo comparado con lo que fue pretendido por las personas encargadas de la configura-ción. Eso necesita ser chequeado porque algunos instrumentos pueden haber cambiado; o cambiados de un segmento al otro, y la configuración no recibió esa información para actualizar.
3.5 Diagnósticos de la comunicación digital
Figura 2
Calculo del segmento FF/PA típico
Ahora, necesitamos chequear las características electrónicas de la señal Fieldbus Foundation. En general, podemos decir que la señal FIeldbus es una onda casi rectangular. Al alternar la dirección del flujo de la corriente en el cable Fieldbus, esa variac-ión de corriente es transformada por la resistencia en los terminadores Fieldbus en un voltaje.
Si son encontrados errores, las no-conformidades deben ser analizadas y resueltas, porque podemos tener diferencias entre los valores que fueron asumi-dos o durante la fase del detalle y otras diferencias, provenientes de la construcción en el campo.
La IEC 61158-2 define la capa física del protocolo. El formato de onda ideal de los protocolos Foundation Fieldbus y Profibus PA es mostrado en el diagrama a continuación.
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Automatización 360 - 3ra Edición
Figura 3
Formato de onda teórico de la Fieldbus La señal Fieldbus es medida como el voltaje diferencial entre los conductores “Fieldbus (+)” y “Fieldbus (-)”. Una de las principales características del ambiente físico de la Fieldbus Foundation es que ella posee energía y datos en el mismo par de cables, o sea, una señal Fieldbus siempre será una combi-nación de señales AC y DC. Para evitar interferencias entre las dos señales, es importante que la señal AC sea siempre libre de cualquier componente de ruido o distorsión.
En la práctica, una señal Fieldbus se parece más con una onda trapezoidal, y sus trayectorias de ascensos y descensos son diagonales debido a las capaci-tancias e inductancias presentes en los componentes de la capa física. Esas inductancias y capacitancias son responsables por la presencia de distorsión y overshooting de la señal.
La misma técnica de modulación usada por la Foundation Fieldbus y por la Profibus PA se llama Código Manchester II. Una velocidad de transferencia de 31.25 Kbits/s implica en un período de 32μs; una señal Manchester ideal posee 50% del período (16μs) en el semiciclo positivo y los otros 50% en el semiciclo negativo.
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EL GURÚ
Nivel de la señal El nivel de la señal es definido por la norma IEC 61158-2 como:
0,75Vpp para 1Vpp @ 50 Ohms para transmisión. Señal de recepción > 150m Vpp
Un ejemplo de un formato de onda con problemas en la red Fieldbus puede ser visto abajo. En ese caso, la red posee menos que el número requerido de dos terminadores.
Figura 4
Formato verdadero de la onda Fieldbus
Midiendo diagnósticos de la capa física Las siguientes variables deben ser medidas con las herramientas de diagnóstico:
Nivel de la señal Voltaje en el segmento Corriente en el segmento Desbalance Ruído Jitter
Figura 5
Formato de onda
Formato de onda Fieldbus – amplitud elevada
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Desbalance Tal como he mencionado anteriormente, la señal H1 posee un formato de onda rectangular, modulando en corriente que será medida como una señal diferencial entre los conductores. También es necesario que la señal sea simétrica a la señal de energía y balanceada en relación al 0V.
El balance es un indicador de sensibilidad a ruido u otras interferencias a las cuales una red Fieldbus está expuesta.
Figura 6
Balance de la señal
Figura 7
Formato de onda Fieldbus – Ruido alto
Ruido y formato de onda Uno de los efectos de desbalance es un aumento de sensibilidad a ruido. La IEC 61158-2 define los límites de ruido creados por el suministro/acondicionador de energía y por los instrumentos de campo. El formato de ola abajo ilustra un fallo en la red causado por exceso de ruido.
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EL GURÚ
Jitter El Jitter es una variable extremadamente importante en la comunicación Fieldbus. La palabra “Jitter” significa el desvío del punto central o el punto de transición del bit relacionado al “cruce del punto cero”. El Jitter es causado por una distorsión de señal, ruido y resonancia de la red.
3.6 Reporte de comissionamiento eléctrico Esta es la fase final del trabajo y los valores encontrados son comparados con el patron IEC 61158-2. El reporte de certificación contendrá, para cada componente de los segmentos, informaciones útiles, tales como son mostrados en la figura abajo.
Figura 8
Jitter
4 . Conclusiones En carácter de conclusión, podemos percibir que la tecnología del protocolo Fieldbus Foundation está madura y después de más de 20 años de proyectos implementados en el mundo entero, disponemos de conocimiento y experiencia para hacer proyectos con buena calidad, bastando que los guiones de la Fundación Fieldbus y la Norma IEC 61158-2 sean seguidos.
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Automatización 360 - 3ra Edición
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REPORTAJE 360
TRANSMITIMOS EXPERIENCIAS A TRAVÉS DEL CONOCIMIENTO Alliance World Training S.A.S (AWT) es una empresa que ayuda a la industria latinoamericana en aumentar el nivel de conocimiento en el área de la automatización e instrumentación de procesos. Creemos firmemente en la importancia de un buen entrenamiento que facilite la correcta toma de decisiones, la aplicación apropiada de las normativas, el uso de buenas prácticas y el conocimiento de nuevas tendencias tecnológicas que contribuyan al desarrollo de procesos seguros, eficientes y rentables.
DE EXPERTOS Por Alexandra Díaz Gerente de Mercadeo Alliance World Training
Por tal razón AWT y la Universidad Santo Tomás sede Bogotá anuncian su alianza para el desarrollo de entrenamientos de alto nivel bajo la modalidad de sesiones abiertas o sesiones de entrenamiento privadas. Sin lugar a dudas la falta de tiempo reduce las posibilidades de tener la opción de una capacitación o actualización contínua que permita ir al ritmo de las exigencias actuales de la industria nacional e internacional. Adicionalmente se está viviendo en varias empresas un cambio generacional importante.
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Esto sin duda es algo inevitable, pero lo que es realmente preocupante es que el conocimiento fundamental o comúnmente conocido como Know How que es la experiencia, la técnica y el conocimiento especifico que no siempre se logra a nivel académico se está perdiendo y tomará un tiempo extenso en volver a recuperar toda esta experiencia y plasmarla en los nuevos integrantes de la empresa.
Este tiempo puede llegar a traducirse en términos económicos como perdidas de producción, implementación o desarrollo de proyectos importantes para la compañía. Por tal razón la alianza entre AWT y la Universidad Santo Tomás pone todo su esfuerzo en contar con instructores con experiencia y pedagogía con conocimientos específicos, con el fin de transferir de forma efectiva el valor de la información.
En alianza con:
No buscamos simplemente desarrollar cursos, nuestro objetivo es transferir conocimientos y relaciones en el tiempo entre nuestros participantes e instructores, ya que la experiencia no se logra si no con la práctica, por eso queremos estrechar los vínculos entre las dos partes para que puedan compartir sus experiencias a través de nuestras redes específicas de conocimiento.
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REPORTAJE 360
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REPORTAJE 360
Exoesqueleto,
la revolución científica del Mundial Brasil 2014 Autor: Innovación. cl tomado del la pag http://www.innovacion.gob.cl/reportaje/ exoesqueleto-la-revolucion-cientifica-delmundial-brasil-2014 El Gobierno de Brasil quería decirle al mundo de que su país no es sólo fútbol y samba por lo que decidió financiar un proyecto que busca generar un potente impacto en la sociedad. Una persona parapléjica caminó y dió el puntapié inicial al evento mediante un dispositivo controlado con la mente. En la inauguración del Mundial de Fútbol Brasil 2014, el mundo fue testigo del debut de una tecnología revolucionaria que podría transformar la vida de millones de personas. Usando un exoesqueleto y el poder de su mente, una persona parapléjica logró levantarse de la silla de ruedas y comenzó a caminar cerca de 25 metros para dar el puntapié inicial al evento.
Es el sueño cumplido de diversos científicos que forman parte del “Andar de nuevo”, iniciativa que comenzó a tomar forma en el 2007. “Nuestro objetivo es crear nuevas tecnologías que puedan restabl-ecer de forma significativa el control motor en pacientes que sufren de lesiones de la médula espinal u otras enfermedades neurológicas que conllevan a un nivel de parálisis muy grave”, explica el coordinador del proyecto, el neurocientífico brasileño Miguel Nicolelis. “No precisamos innovar como lo han hecho otros países. Podemos tener nuestra propia estrategia para desarrollar una industria biomédica o una ciencia que genere impacto en favor de la socie-dad. Si las cosas salen tan bien como las planeamos, será un marco para la ciencia brasileña.
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Es una manera totalmente nueva de mostrarles a aquellos que jamás tendrían contacto con noticias científicas de que la ciencia está en todos lados, que la ciencia forma parte de nuestras vidas. Va a ser como la primera caminata del hombre en la Luna. Me gusta usar esta metáfora, pues es superarse, es un nivel de osadía e innovación que en el exterior no suelen asociarlos a Brasil”, afirma el científico brasileño en el sitio Copa2014.gov.br.
La base yace en el concepto de Interfaz Cerebro-MáquinaCerebro. Primero, los sensores logran leer las señales eléctricas generadas por el cerebro y extraer de las mismas el mensaje que produce el movimiento, haciendo que un artefacto robótico o virtual también se desplace. En la segunda etaá de los sensores
La figura de Brasil 2014
táctiles acoplados al aparato mandarán señales al paciente
Por su importancia para la ciencia brasileña, el exoesqueleto ya puede ser considerado como una de las figuras del mundial. Según Nicolelis, el exoesqueleto incorpora las más modernas tecnologías del mundo de la robótica, lo que permite que el cerebro interactúe con todos los circuitos robóticos en tiempo real. El paciente podrá controlar al exoesqueleto tan solo a través de la actividad cerebral. Los mensajes enviados por el cerebro, como el deseo de andar, de moverse o detenerse, los captará el robot para generar dichos movimientos y el exoesqueleto también devolverán al paciente sensaciones del mundo exterior.
“Cuando la persona toque el piso, cuando la rodilla de la vestidura robótica se mueva, los sensores táctiles harán que estas señales generadas en el robot regresen al sujeto a través de una camiseta que transmite estas señales de vuelta a la piel de los brazos o del dorso, donde la sensibilidad se haya mantenido intacta”, acota Nicolelis.
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La camiseta es un descubrimiento de la Escuela Politécnica Federal de Lausana de Suiza. El científico afgano Solaiman Shokur, uno de los investigadores que tomó parte en este trabajo, conforma actualmente el equipo del Instituto de Neurociencias de Natal. Según afirma, la retroalimentación táctil hará que el paciente camine sin tener que mantener la vista fija hacia abajo constantemente. “No queremos que alguien que esté usando el exoesqueleto tenga que estar con la cabeza agachada mirando al piso todo el tiempo. La camiseta tiene pequeños sensores que vibran y le dan retorno al paciente, le transmiten las sensaciones táctiles.
No necesita mirar al piso para saber dónde está pisando. La persona no depende tan solo de lo que ve, sino que también va a sentir el feedback táctil”, explicó Shokur.
¿Cómo funciona? Una gorra con sensores sobre el cuero cabelludo del paciente capta señales del cerebro y las envía a una computadora en la mochila del exoesqueleto que decodifica las señales y las envía a las piernas del robot.
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www.a360.com.co
El traje robótico funciona con hidráulica y una batería en la mochila permite un uso de aproxi-madamente dos horas. “La idea básica es que grabamos señales del cerebro y esas señales son traducidas a comandos para que robot se mueva”, dijo a BBC Mundo el Dr. Gordon Cheng, de la Universidad Técnica de Múnich, quien ha venido trabajando con el Dr. Nicolelis e investigadores en Francia para construir el exoesqueleto. “Nuestra contribución es más en el aspecto de ingeniería, y una de las tecnologías clave que aportamos son los sensores de piel, que representan lo más novedoso en piel artificial para robots”, explicó el Dr. Cheng. Los sensores en la piel artificial del robot permiten captar sensaciones del ambiente en forma similar a la de los seres humanos.
El primero de muchos pasos El puntapié inicial de la Copa será una demostración importante y un marco para el proyecto Andar de Nuevo, pero el equipo unánimemente declara que no termina allí. “Nuestra intención es mantener a todo el equipo, continuar trabajando con el gobierno brasilero y con nuestros aliados para que podamos alcanzar el objetivo final que es el de crear una vestidura lo suficientemente robusta para que cualquier paciente con lesión medular pueda beneficiarse.
No solo pacientes parapléjicos, sino también pacientes tetrapléji-cos, con lesiones más altas con gran parte del cuerpo paralizado. Lo que nosotros queremos hacer es usar la inauguración de la Copa para mostrarle al mundo que nos falta poco para cumplir con nuestro cometido”, dijo Nicolelis. El neurocientífico explica que la demostración del día 12 de junio se restringe a algunas posibilidades de la tecnología. “Es una demos-tración muy peculiar, con una serie de factores de riesgo: al aire libre, con 70 mil personas en el estadio, señales de cadenas de televisión del mundo entero y teléfonos móviles. Por ello, decidimos utilizar una técnica más conservadora, con sensores superficiales en el cuero cabelludo, que son no invasivos, que capturan las ondas cerebrales globales, transmitiendo las señales al exoesqueleto, para controlar los diferentes movimientos generados por él”, añade. http://www.youtube.com/watch?v=gmnvicVnjeQ
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World Skills de clase mundial,
SENA incluyente, con tecnología al alcance de todos Ing. Hugo Enrique Sarmiento Osorio Ing. Raúl Bareño Gutiérrez
World Skills Internacional (2014) recuperado de http://www.worldskills.org/, es una organización que tiene como objetivo principal mejorar los estándares y las normas de formación para el trabajo a nivel mundial, mediante el desarrollo de compe-tencias internacionales, donde se miden las habilidades técnicas y tecnológicas por medio de proyectos prácticos. Este evento se desarrolla cada dos años en diferentes escenarios, donde se reúnen 52 países representando a las diferentes entidades de formación profesional, con el fin de fortalecer las competencias para el trabajo.
El SENA (2014) tomado de http://worldskills.sena.edu.co/ realizó la primera competencia nacional World Skills Colombia en el año 2010, donde se seleccionaron aprendices en diferentes habilidades técnicas y tecnológicas incluidas habilidades como soldadura, electrónica, mecatrónica, gastronomía, ITPC-Soporte de redes, robótica móvil, cableado de redes entre otras. Evento de alta transcendencia nacional con más de 150.000 visitantes de los sectores académicos, productivos y del estado y privado; éste evento se desarrollo en las instalaciones de corferias en Bogotá, del 6 al 10 de Abril del 2014 World Skills Colombia es una herramienta fundamental del aseguramiento de la calidad de la Dirección de Formación Profesional Integral del Servicio Nacional de Aprendizaje, con sinergias con la organización World Skills International, se proyecta dentro de su plan estratégico con visión 2020 ser “SENA, de clase mundial”. El objetivo general de esta competencia es identificar, formular y hacer transferencia de conocimientos que permitan la actual-ización, entrenamiento e intercambio de buenas prácticas, con el fin de elevar la calidad de la formación profesional Integral de todos los grupos de formación
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A partir de ello nace una alianza estratégica para la implementación del primer data center por parte de la entidad en la regional Bogotá con uso e implementación de nuevas tecnologías renovables y amigables para el medio ambiente, y se logra diseñar un data center; con un innovador sistema para la distribución de energía con electro barras LB plus.
a nivel nacional, contribuyendo así con la productividad del país. Además promover la equidad, justicia, transparen-cia en las competencias nacionales en la comunidad SENA, posicionando la calidad de talento humano colombiano en escenarios de competencias nacionales e internacionales. Otro aspecto a resaltar es incentivar un benchmarking internacional de los sistemas de formación, con el fin de elevar la calidad del esquema de formación profesional en Colombia. Y finalmente generar transferencia de tecnología y conocimiento entre las organizaciones, instituciones y empresas que conforman la red de World Skills International. A partir de esta competencia la entidad sin perder su enfoque social e incluyente; busca la integración y actualización de tecnología acorde a los nuevos estándares internacionales e invita a la compañía Legrand Colombia [www.legrand.com.co] como especialista mundial en infraestructuras eléctricas y digitales a sumarse no solo como patrocinador del evento, para incentivar el sentido social de apoyo a estudiantes que no cuentan con los recursos para acceder a la formación por competencias; conscien-tes del gran capital humano de nuestros aprendices se logra su valioso aporte en transferencia de tecnología, y como patrocinador permanente de nuestros estudiantes.
Modelo de Data Center con electro barras. Tomado de Diseño de Sistemas de Electro barras y PDU para Data Center; Simposio Internacional Data Center Ortronics.
Y qué es electrobarras? (ver imagen 4) es la solución más moderna para la distribución de energía en una instalación de equipos industriales, domótica, e infraestructura de telecomunicaciones, en todo tipo de edificios, tales como almacenes, hospitales, o cualquier lugar en el que el ritmo de las operaciones de instalación se haga necesarias con beneficios tangibles, en instalación y mantenimiento de la misma. Este sistema de distribución de electrobarras, está disponible en 3 rangos de segmentos (Baja, Media y Alta Potencia), (ver imagen 4). Y dentro de sus fortale-zas esta la más amplia gama de soluciones del mercado desde 25A a 5000A.
Aprendices en competencia, tomado de las competencias de World Skils Américas realizadas en Colombia 2014.
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REPORTAJE 360 Los electro-ductos Zuchhini1 simplifican enormemente la gestión. Mínimas interrupciones de servicio. Con este sistema, existe un grado de protección IP552 cuando se completa la instalación. Los segmentos están disponibles en tramos de 2 y 3 metros de longitud.
El sistema puede ubicarse en: Bajo el piso falso elevado En pared para equipar estaciones de trabajo En espacios intermedios de las placas de yeso de pared En techo falso
Electro barras, Imagen tomada del catálogo de Zucchini busbar.
Dentro de sus ventajas se encuentran Fácil diseño Seguridad intrínseca menos riesgo de incendios Flexibilidad Instalación rápida Dimensiones reducidas Menos perdidas eléctricas Mayor resistencia a los cortocircuitos
Instalación de Electrobarras; Modelo de Data Center con sistema de distribu-ción. Modelo de Data Center con electro barras. Tomado de Diseño de Sistemas de Electro barras y PDU para Data Center; Simposio Internacional Data Center Ortronics.
electro barras. Tomado de Diseño de Sistemas de Electro 1 http://www.legrand.co.uk/zucchini/busbar# 2 Estándares de protección "IP" y "NEMA"; Los equipos diseñados para trabajo en ambientes hostiles deben cumplir con ciertos estándares que aseguren su robustez y permitan a la gente saber hasta dónde pueden llegar en su utilización
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Automatización 360 - 3ra Edición
Estos procesos de transferencia de tecnología de punta vienen desde Europa y son fácilmente replicados en Colombia, permitiendo soluciones empresariales con altísima calidad en proyectos tanto locales, como en Latinoamérica con casos de éxito en Colombia en lugares como centro comercial Titán Plaza, Aeropuerto internacional el Dorado, Holiday Inn, Data Center IBM, entre otros, donde se buscaba los proyectos aplicables al Green Building y así cumplir con las metas de mejor manejo de conductores, menor perdida de material eléctrico, proyección a futuro en crecimiento eléctrico, entre otros. Es así, como, en Colombia como política de estado a través del SENA, se ha logrado el uso no solo de tecnologías y servicios, sino que se han establecido alianzas con el sector productivo
como motor generador en el uso y transferencia de conocimiento actualizado, acorde con los nuevos mercados emergentes sin perder su horizonte; formando colombianos con habilidades especificas en la formación de competencias para el trabajo desde la parte operativa, técnica o profesional. Conscientes de la capacitación permanente de instructores y aprendices, es como se construye país, por ello forma a colombianos integrales críticos, autónomos con altos estándares de calidad, hoy de la mano del sector productivo ayudamos a que la tecnología esté al alcance de todos y para todos como sociedad participativa e incluyente; razón de ser para participar en eventos como lo es World Skills interna-cional, en cuanto a transferencia tanto de tecnología como de capital humano.
HUGO ENRIQUE SARMIENTO OSORIO. Ingeniero Electrónico, MSc en educación, con experiencia en diseño, implementación, y gerencia de proyectos de telecomunicaciones. Experto Américas en Cableado Estructurado en World Skills Internacional, Certificación CISCO en CCNA routing and switching 4.0. ITIL fundamental versión 3. PMI, Máster en Educación por la Universidad de Granada España.
Candidato a Doctor en Educación por la Universidad de Granada España. Coordinador Académico de las áreas de Telecomunicaciones y Teleinformática, del Centro de Electricidad, Electrónica y Telecomunicaciones de la Regional Bogotá, SENA.
HUGO ENRIQUE SARMIENTO OSORIO. Ingeniero de Sistemas; especializaciones en telecomunicaciones y en seguridad informática. Magister (MSc) en telemática. Con conocimientos en las certificaciones CISCO en CCNA routing and switching 5.0; security, CCNP e inalámbricas. Instructor Teleinformática. Regional SENA Bogotá.
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INGENIERÍA EN DETALLE
Una empresa Alemana comprometida con la seguridad, proporcionando equipos para áreas clasificadas con tecnología de punta y alta calidad, desde hace ya 40 años. Con el pasar de los años, BARTEC ha desarrollado el portafo-lio más amplio en productos para áreas clasificadas que se encuentra en el mercado, comprendiendo los segmentos de Control y Conexión, Electrical Heat Tracing, equipos de Automatización, Smartphones Cámaras Fotográficas y de Video, Analiza-dores de Propiedades Físicas y de Fluidos, Minería y Seguridad y Vigilancia.
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En esta edición enfocada a la Automatización, queremos mostrar desarrollos en el sector, que se destacan por su nivel de innovación e igualmente por la flexibilidad que le brindan al usuario para desarrollar sus tareas, expandir o comprimir sus procesos, y principalmente,por la garantía de seguridad que brinda la marca.
IMPACT X: Smartphone Un Smartphone bajo plataforma ANDROID para áreas clasificadas? Por supuesto! El último desarrollo tecnológico de BARTEC, es el equipo PIXAVI, IMPACT X, diseñado para ser utilizado en áreas clasificadas, zona 1, div 1, completamente sumergible, único en el mercado, propor-ciona servicios como:
Aplicaciones para telepresencia/teleconferencia Cámara de 8Mp y video full HD 1080 p
ANTARES: Sistema Remoto I/O
Doble batería para extender en 215% aproximadamente su autonomía
El sistema remoto de E/S de ANTARESplus es uno de los equipos de mayor reconocimiento dentro del portafo-lio. Acreedor del reconocimiento a la innovación 2013, este equipo se instala directamente en el área Ex garantizando flexibilidad y confiabilidad. La unidad central del sistema es la unidad de control de carriles (RCU, de sus siglas en inglés) con capacidad de comunicación con el conmutador, conmutación Ethernet, administración de energía y procesamiento de datos de E/S. Para facilitar la integración, admite una gran variedad de stándares de comunicación abiertos, desde PROFIBUS-DP totalmente redundante a estándares basados en Ethernet, tales como PROFINET, MODBUS TCP y EtherNet/IP. Ya no son necesarios repetidores Ex complejos y topologías de bus distintas. Hay disponible una gama de módulos E/S de ANTARESplus para crear la configuración deseada.
Una cámara frontal y dos traseras que permiten fotos 3D Sistema operativo Android Jelly Beans 4.3 Cámara como accesorio adicional externo a través de conectividad Bluetooth para teleconferencia IP 68, sumergible, resistente a impactos y a temperaturas extremas (-30°C, +60°C). Se puede operar con guantes Certificados: ATEX / IECEx Zone 1, EX ib IIC T6, CE y FCC compliant
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INGENIERÍA EN DETALLE
ANTARESplus está abriendo nuevos caminos sin comprometer la seguridad de las prácticas establecidas en la ejecución de proyectos.
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COMPUTADORES MÓVILES MC Equipos para control de activos para áreas seguras con lector de barras en 2 y 3 dimensiones y/o RFID. Estos equipos Motorola/Bartec, garantizan la experiencia y confiabilidad de un equipo electrónico Motorola, con la seguridad y robustes que Bartec inyecta en sus equipos.
Estos dispositivos, poseen GPS y GPRS que integran dentro de su funcionamiento servicio de telefonía móvil (a través de SIM Card) y cámara de 3 MP. Igualmente son enteramente programables bajo las mismas herramientas informáticas que Motoral usa en sus equipos. Bartec, con su nueva oficina en establecida en Bogotá, Colombia, pretende estar más cerca y atender a todo el mercado hispanoamericano, garantizando la prestación del servicio en el mismo idioma y por personas altamente calificadas, que conocen la región y sus necesidades particulares. Para mayor información pueden contactarse con info@bartec.com.co o al teléfono: +57-3156388389 Para profundizar en otros productos para áreas clasificadas Bartec, hacer click en el siguiente link: http://www.bartec.de/homepage/eng/20_produkte/1 0_produktbereiche/s_20_10_10.shtml
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INGENIERÍA EN DETALLE
Corta con el pasado
Comunicaciones inalámbricas Ing. Jairo Velasco Granados
Tecnología soportada en el estándarar ISA100.11ª La Sociedad Internacional de Automatización (ISA) comenzó a trabajar en una familia de estándares que definen los sistemas inalámbricos para la automatización industrial y aplicaciones de control. El primer estándar que surgió fue ISA100.11a, que fue ratificado como estándar de ISA en septiembre de 2009. ISA100.11a tiene como objetivo proporcionar una comunicación inalámbrica segura y fiable para aplicaciones no críticas de vigilancia y control.
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El alcance del estándar ISA100.11a incluye la definición de la tecnología inalámbrica, las frecuen-cias de radio (punto de partida), las vibraciones, temperatura, humedad, la interoperabilidad, la convivencia con los sistemas existentes, y la ubicación física del equipo para lo cual se enfoca en los siguientes temas:
La siguiente sección ofrece una descripción de las capas de protocolo de ISA100.11ª basadas en el modelo OSI.
• Bajo consumo de energía de los dispositivos, con la capacidad de escalar para hacer frente a las grandes instalaciones. • La infraestructura inalámbrica, interfaces con la infraestructura existente y aplicaciones, seguridad y gestión de redes de una manera escalable. • Robustez ante la presencia de interferencias que se encuentran en entornos industriales y con los demás sistemas • La convivencia con otros dispositivos inalámbricos en el espacio de trabajo industrial.
Modelo OSI y Modelo ISA-100.11A.11A
• La interoperabilidad de los dispositivos de ISA100.
Nivel Físico: ISA100.11a implementa el estándar IEEE 802.15.4 como interfaz con el medio físico donde se efectúa la comunicación.
El enfoque de la comisión es mejorar la confianza, integridad y disponibilidad de componentes o sistemas utilizados para la fabricación o control, y establecer criterios para la adquisición e implement-ación de la tecnología inalámbrica en el entorno del sistema de control
Nivel de Enlace: ISA100.11a divide el archivo de nivel de enlace en una subcapa de control de acceso con la principal responsabilidad de enviar y recibir tramas de datos individuales, lo que significa que el enrutamiento de malla se realiza en este nivel. Nivel de Red: El enrutamiento de malla de nivel dentro de una subred se realiza en el nivel de enlace, los detalles de cómo dirigir el tráfico en una red troncal o red de la planta no se especifican. Este nivel de red esta soportada en la IETF (Internet Engineering Task Force) con el objetivo de facilitar la compatibilidad en el futuro. Nivel de transporte: El servicio de conexión se extiende mediante el UDP (User Datagram Protocol) lo cual permite mejores controles de integridad de datos y la autenticación adicional y mecanismos de cifrado
Ejemplo de una red ISA100.11A típica
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INGENIERÍA EN DETALLE
Nivel de aplicación: ISA100.11a define los objetos de software para modelar objetos del mundo real. Se divide en dos sub-capas: la superior AL (UAL) y la subcapa de aplicación (ASL). La UAL contiene los procesos de aplicación para el dispositivo y puede ser usado para manejar la entrada y / o salida de hardware o realizar una
función de cálculo. El ASL proporciona los servicios necesarios para la UAL para llevar a cabo sus funciones, tales como la comuni-cación orientada a objetos y el enrutamiento de los objetos dentro de un proceso de aplicación de usuario (UAP) a través de la red.
Características Tecnología soportada en el estándar En septiembre de 2007, HART Communication Foundation (HCF) dio a conocer la comunicación de campo HART Protocol Specification, Revision 7.0, que incluye la definición de una interfaz inalámbrica a dispositivos de campo, conocido como Wireless-HART. [14] WirelessHART es una estándar global aprobado por la norma IEC 62 591 que especifica una tecnología interoperable de topología Mesh auto-organizable en la que los dispositivos de campo forman las redes inalámbricas de forma dinámica con el fin de mitigar el impacto de los obstáculos en el entorno del proceso. La tecnología WirelessHART proporciona un protocolo inalám-brico robusto para la gama completa de los procesos de medición y aplicaciones de gestión de activos y está basada en el Protocolo HART Communication. Con aproximadamente 30 millones de dispositivos HART instalados y en servicio en todo el mundo, la tecnología HART
Los siguientes dispositivos y componentes están asociados con una red WirelessHART: Dispositivos de campo: un instrumento de campo con comunicación inalámbrica integrada. Adaptador: Un módulo de comunicación inalámbrica que se conecta a dispositivos de campo HART conectados, proporcionándoles las capacidades de WirelessHART. Handheld: Un ordenador portátil de WirelessHART utilizado para la configuración, diagnóstico, y la calibración de los dispositivos de campo. Gateway: Un punto de acceso a la red que conecta la red WirelessHART a una red de automatización de la planta, permitiendo que los datos fluyan entre los dos. Network Manager: Una aplicación que gestiona la red WirelessHART y sus dispositivos.
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INGENIERÍA EN DETALLE
Características automáticas de la WFN WirelessHART En WirelessHART, todos los dispositivos de campo y los adaptadores son routers capaces de reenviar los paquetes hacia y desde otros dispositivos en la red, lo que permite una topología de red en malla. La figura 9 muestra una red WirelessHART típica y la topología de malla creada por los dispositivos de campo y adaptadores. Además, todos los dispositivos son capaces de abastecer a otros dispositivos para conectarse a la red. Otras características de una WFN WirelessHART son:
La siguiente sección ofrece una descripción de las capas de protocolo de WirelessHART basadas en el modelo OSI .
Auto-organizable La convivencia con otras redes inalámbricas Admite las topologías estrella y malla Tabla 4
Dispositivos intrínsecamente seguros Se ajusta a la adición de nuevos instrumentos Se adapta a los cambios en la infraestructura de la planta
Modelo OSI y Modelo WirelessHART Nivel Físico: WirelessHART implementa el estándar IEEE 802.15.4 como interfaz con el medio físico donde se efectúa la comunicación. Nivel de Enlace: En WirelessHART el archivo se divide en un control de enlace lógico (LLC) de la capa y una subcapa de control de acceso al medio (MAC). El alcance del nivel de enlace WirelessHART es la comunicación a nivel de un salto, y cualquier responsabilidad a la red más allá de los vecinos del dispositivo se asignan a la capa de red.
Ejemplo de una red WirelessHART típica
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Nivel de Red: WirelessHART especifica la comunicación de paquetes entre los dispositivos vecinos, el nivel de enlace es responsable de encaminar los paquetes hasta su destino final. Todos los dispositivos en una red Wireless-HART mantiene una serie de tablas de enrutamiento que controlan las comunicaciones realizadas por el dispositivo. La asignación de las tablas de enrutamiento es manejado por el Network Manager. Nivel de transporte: WirelessHART soporta transmisiones reconocidas y no reconocidas. El servicio de reconocimiento permite que los dispositivos envíen paquetes y obtengan una confirmación de la entrega, mientras que los servicios no reconocidos permiten a los dispositivos enviar los paquetes sin necesidad de reconocimiento de “end”.
Comandos de uso común: Son un conjunto de comandos estandarizados, independiente del dispositivo utilizado para mejorar la interoperabilidad entre dispositivos de diferentes fabricantes. Los comandos son opcionales y algunos, todos o ninguno pueden ser ejecutados por un dispositivo de campo. Familias comandos del dispositivo: Son un conjunto de comandos para dispositivos de campo basado en el tipo de conexión que apoyan el proceso (por ejemplo, temperatura, presión, flujo y vibraciones). Se utilizan para ampliar aún más la interoperabilidad.
Nivel de aplicación: WirelessHART hereda su nivel de aplicación del protocolo HART. El nivel de aplicación de HART define los comandos, respuestas, tipos de datos e informes de estado soportado en la especificación del protocolo de comunicación HART. Todas las comunicaciones entre dispositivos en el nivel de aplicaciones es a través de un conjunto de comandos definidos y se divide en los siguientes cuatro grupos.
Los comandos específicos: Son los comandos desarrollados por los fabricantes que están fuera del ámbito de aplicación del protocolo de comunicación HART. Sin embargo, los comandos deben cumplir con los requisitos de la especificación.
Comandos universales: son definidos en la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) IEC 61158-5-20 las normas y la norma IEC 61158-6-20.
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
MEDICIÓN
MULTIFÁSICA Ing. Rafael Aicardi - Ing. Valentina López Trujillo
La evolución de la tecnología es permanente y es ese sentido la industria debe ir adaptándose, de manera que al establecer las necesidades particulares y valorando la implementación; el objetivo primario de la solución no se convierta en una moda pasajera sino en una herramienta que apalanque su objeto social, para optimizar y maximizar producción. Este es el caso de la medición multifásica que aunque es una tecnología que puede optimizar de manera significativa los costos y labores de la
industria de O&G, su implementación debe ser evaluada de manera disciplinada y cuidadosa de forma tal que minimice costos operativos o constructivos en los campos de producción. La medición multifásica es uno de los principales retos y dificultades que se enfrentan en la recolección, transporte y producción de la industria de hidrocarburos. Casi puede generalizarse que no se tiene un único medidor que mida verazmente un fluido que contenga líquido y gas. Sin embargo, como respuesta a la necesidad de medir precisamente en puntos tan críticos como cabeza de pozo, o en procesos interme-dios durante la deshidratación del crudo, se crean los medidores multifásicos, que en realidad son un “sistema de medición” compuesto por varios elemen-tos sensores incorporados en un ensamble compacto y muy tecnológico. En las siguientes imágenes se observan dos medidores multifásicos de diferentes fabricantes dispuestos en campo para ser probados y comparar su desempeño.
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¿Qué es y cómo funciona? Los medidores multifásicos permiten conocer el volumen de cada fase (líquido y gas) y además el volumen de cada componente de la fase líquida: crudo y agua. Pero, ¿cómo lo hace?.
ING. RAFAEL AICARDI Ingeniero Electrónico, graduado de la Universidad Pontificia Bolivariana. Está certificado como
En realidad, un medidor multifásico está compuesto por un cuerpo que contiene todos los elementos sensores, entre los cuales, dependiendo del fabricante, se tienen: un medidor de flujo total (venturi o coriolis), un medidor de densidad, un medidor de corte de agua, un computador de flujo, transmisores de presión y transmisor de temperatura. En general, se puede decir que se usan las propiedades eléctricas de los fluidos para la determinación del corte de agua y cantidad de gas. Las mediciones de cada uno de los elementos son variables de entrada de complejas ecuaciones y algoritmos que a través de un computador de flujo entregan finalmente los flujos netos de crudo, gas, agua e incluso, sedimentos.
Profesional en Gerenciamiento de Proyectos – PMP del Project Management Institute (PMI), es especialista en auditorías de Administración de la Seguridad de los Procesos (ASP) – Dupont, fue organizador de las Jornadas de Automatización de la Industria Petrolera JAIP 2010, 2011, 2012. Tiene 15 años de experiencia en el área de Ingeniería para automatización de procesos.
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Actualmente se encuentra en la Vicepresidencia Técnica de Desarrollo de Ecopetrol S.A. como Líder de Ingeniería en la especialidad de Automatización y Control para los proyectos de la Vicepresidencia de Producción.
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA Se debe evaluar con el proveedor de los multifási-cos, el número de pozos que realmente pueden ser probados con un único equipo, dado que en el campo pueden haber pozos de gran producción y otros de muy baja producción que tal vez el mismo equipo no pueda medir con igual exactitud. Algunos de los proveedores de la tecnología, pueden proveer para el mismo equipo un elemento primario de medición de un tamaño adicional de tal forma que pueda ser intercambiado en campo para lograr los objetivos específicos de la medición.
¿Dónde aplica y cómo saber si vale la pena su implementación? Los medidores multifásicos son aplicables según las características del campo y también de los fluidos. Cabe resaltar que éstos pueden medir el volumen de gas en el líquido pero no al contrario, es decir, no son medidores de gas húmedo. Como se mencionó al principio, su éxito depende de un análisis costo-efectivo que incorpore la inversión inicial por la compra del medidor, los costos operacionales de tenerlo o no tenerlo. Por ejemplo, una de las aplicaciones más usuales de los medidores multifásicos es la prueba de pozos, en la que se eliminan las líneas de prueba que van desde el cluster hasta las facilidades de produc-ción. En este caso, durante la adecuación de los clusters, debe dejarse una facilidad en la línea de salida de cabeza de pozo para la conexión rápida del medidor multifásico configurado en serie a la línea de flujo. Para hacer un análisis de la relación costobeneficio de esta implementación se deben tener en
1
Número de pozos del campo y distancia hasta la estación.
2
Producción del campo y producción por pozo.
3
Corte de agua de cada pozo.
4
Madurez del campo y proyección de crecimiento.
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Facilidad de transporte del medidor multifásico.
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Infraestructura construida de facilidades de tratamiento (líneas de prueba ya tendidas y/o
En algunos campos, no se tienen incluso líneas de prueba hasta la estación de producción, sino que se tiene un contratista que hace la prueba de pozos en cada cluster con separadores de prueba portátiles. Un estimado de la cantidad de pozos que pueden ser probados en un mes considerando el mínimo de horas de prueba solicitado por el Ministerio de Minas y Energía en Colombia, se muestra a continu-ación: Tabla 1
Se puede decir, que la Prueba de Pozos es la aplicación más representativa o “comercial” que se conoce para el uso de esta tecnología, sin embargo, considerando que dichos medidores son instalados en cabeza de pozo, son una herramienta de gran valor para los ingenieros de yacimientos. Dado que la medición multifásica permite conocer el comportamiento de cada pozo en tiempo real en cuanto a presión de operación, temperatura, flujo de crudo, Gas Void Fraction y BSW, el computador de flujo permite trazar la tendencia de dicho pozo y así predecir el comportamiento del mismo de tal forma
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Automatización 360 - 3ra Edición
que esta información pueda ser usada para hacer un mantenimiento predictivo del pozo y prevenir paradas no programadas para mantenimiento e incluso, evitar el daño y cierre del mismo. Los medidores multifásicos pueden ser usados también por los Departamentos de Yacimientos para la validación de reservas y durante las pruebas extensas de los pozos. Por lo anterior, el tomador de decisión de la compra de la tecnología debe tener la visión integral del costo/beneficio de la implementación de la tecnología. Imagen de un medidor multifásico montado sobre remolque para ser usado en prueba de pozos.
ING. Valentina López Ingeniera Química, egresada de la Universidad Nacional de Colombia, sede Manizales. Con la publicación del trabajo de grado GESTION DEL AGUA DE PRODUCCION EN CAMPOS PETROLEROS, obtuvo en Septiembre de 2013, el título de Magister en Gerencia Ambiental de la Universidad de Los Andes. Tiene experiencia de 9 años en proyectos de Instrumentación y Control. En el año 2010 se desempeñó como Champion de Medición de Flujo de Micro Motion y Rosemount Flow Division en Instrumentos & Controles S.A. En la actualidad se desempeña como aseguradora técnica de proyectos del Campo Castilla de Ecopetrol a través de ILP Ingeniería.
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
Considerando lo anterior, la gerencia técnica y admin-istrativa del proyecto tienen un punto de partida para evaluar si su campo requiere o no el uso de un medidor multifásico. ¿Cuánto cuestan los contratos para pruebas de pozos, las líneas de prueba y qué valor agregado trae para el proyecto y para la compa-ñía predecir las tendencias de los pozos?
¿Qué informaciÓn se requiere para simular el desempeño de un medidor multifásico en un campo?
Esta gráfica muestra la envolvente delimitada por el área bajo la curva entre las dos líneas continuas (en azul) para un crudo con una viscosidad <30cp y para un rango completo de GVFs; además, permite conocer el rango de flujo de operación del medidor para las condiciones especificadas, esto es, puede medir flujos desde 400BPD de fluido hasta 5000BPD de fluido (crudo + agua) a diferentes GVFs.
En general, se requiere conocer la caracterización de los fluidos: GOR, GVF, densidades, viscosidades, salinidad, corte de agua, producción/ pozo (minima y máxima), presión de operación, temperatura. Con esta información se puede simular cuál será la envolvente del sistema, es decir, si los pozos a ser medidos están dentro de la curva de medición de fases del medidor. En la figura 1, se presenta una envolvente para un medidor multifásico de 2in.
Protocolo de Validación de la tecnología Multifásica (Certificado equipo de prueba) A pesar de que la medición multifásica ha operado por más de 10años a nivel internacional, en Colom-bia, la industria de petróleo y gas es apenas un “early adopter” de la tecnología, lo cual representa un proceso inter-empresarial para quien requiere implementar esta nueva medición. Para el caso de medición de prueba en cabeza de pozo, el Ministerio de Minas y Energía (MME), es el ente que valida el uso de la tecnología para cada campo en particular.
Figura 1
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EQUIPOS DE SEGURIDAD
Para ello se debe establecer desde un inicio un protocolo de prueba, que es un documento en el cual se consignan todos los procedimientos y parámetros para realizar la comparación de la medida, incluyendo factores de evaporación, encogimiento, incertidumbre de la medición, tecnologías de medición de los equipos de referencia, entre otros. Una vez se ha puesto en operación el sistema, se debe certificar con un tercero, quien debe hacer las pruebas de pozos en serie con el equipo multifásico, dando como resultado un reporte a presentar al MME para certificar la medición. Este procedimiento, aunque en principio puede resultar dispendioso, es posible, y en términos generales necesario.
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RETOS IMPLEMENTACIÓN El proceso de implementación de esta tecnología debe surtir diferentes fases que deben ir amarradas a un proyecto para apalancar y maximizar sus beneficios. Las fases a considerar deben ir desde la conceptual-ización, pasando por planeación, compra, pruebas de validación y finalmente, puesta en marcha. Se debe tener en cuenta que la tecnología de medición multifásica deber ser aprobada por el MME para cada caso en particular. En general se debe demostrar la precisión y repetibilidad de la medida, normalmente comparada con medición tradicional, esto es, separación de fases, tanques de separación y medidas independientes. Para poder hacer esta comparación, los equipos de medición deberán estar calibrados bajo los lineamientos que garanticen la confiabilidad de la medida según las normas aplicables y lo acordado en el protocolo de pruebas.
BARTEC Colombia es una empresa líder en tecnología de seguridad y continua innovación. Contamos con un grupo de ingenieros especializados en la distribución y asesoría de equipos de seguridad para áreas explosivas. Equipos de Control y Conexión Tecnología de automatización Traceado Eléctrico Sistema de Comunicación y Seguridad Analizadores de Propiedades Todos nuestros componentes y sistemas de solución cumplen con todos los estándares y directivas locales e internacionales como ATEX, IECEx, UL/NEC. BARTEC, especialista en tecnología de seguridad.
Durante el mes de septiembre, se realizará un evento académico enfocado a la capacitación de normativa y tecnologías para zonas clasificadas, o de riesgo de explosión. Para mayor información sobre inscripciones y contenido, por favor contactarse con info@bartec.com.co o al teléfono +57 1 651 3755
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE ALTERNATIVAS DE COMUNICACIÓN DE TRANSMISIÓN INALÁMBRICA PARA LOS CAMPOS DE PRODUCCIÓN PETROLERA Ing. Jairo Velasco Granados Una de las mejores prácticas en el área de instrumentación de producción petrolera es la optimización de la instalación de instrumentos usados para la adquisición de datos. Las redes inalámbricas industriales son una atractiva alternativa a las redes de supervisión y monitoreo convencionales. Ya que, al no requerir un medio cableado facilita una rápida instalación e incluso ofrece la posibilidad de medir en lugares de difícil acceso, donde las instalaciones cableadas son imposibles. Por tal motivo debido al desarrollo reciente de las redes industriales inalám-bricas (Wireless), para la elaboración de esta metodología se realizaron pruebas con seis representante de los diferentes protocolos que permitieron validar el uso de instrumentación inalámbrica en ambientes industriales de producción petrolera para monitoreo de variables de proceso en pozos, plantas y estaciones de producción.
I. RED DE SENSORES DE CAMPO INALÁMBRICA Una red de sensores de campo inalámbrica WFN (Wireless Field Network ) es una red que consiste de dispositivos distribuidos de forma espacial que utilizan sensores para monitorear Variables de Proceso (PV). Estos dispositivos autónomos, o nodos, se combi-nan con “Routers” y un “Gateway” para crear un sistema WFN típico. Los nodos de medida distribuidos se comunican de manera inalámbrica a un “Gateway” central, el cual proporciona una conex-ión al entorno cableado donde se puedan adquirir, procesar, analizar y presentar sus datos de medida. Para incrementar la distancia y la fiabilidad en una red de sensores inalámbrica, se pueden usar “Routers” como enlace de comunicación adicional entre los nodos finales y el “Gateway”.
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ING. JAIRO VELASCO GRANADOS
petróleos) en el desarrollo y aseguramiento técnico de ingenierías; Ex - Presidente electo de la junta directiva de ISA (International Society of Automation) Sección Colombia., es ingeniero Electrónico (2003), egresado de la universidad Pontificia Bolivariana, Bucaramanga e inició su profundización en el área de automatización con una Especialización en Automatización de Procesos Industriales en la Universidad de Los Andes (2006). Magíster en Ingeniería Electrónica con énfasis en Automatización y Control en la Universidad Pontificia Javeriana, (2013) Bogotá y finalizando sus estudios en Magister en Ingeniería Industrial con énfasis en producción y tecnología en la Universidad Pontificia Javeriana, Bogotá.
Jairo Velasco Granados, actualmente se desempeña como profesional en el área de instrumentación y control en ECOPETROL (Empresa Colombiana de
ii. PARÁMETROS DE COMPARACIÓN Con el fin de evaluar el comportamiento de las diferentes tecnologías de instrumentación inalámbrica, se evaluaron en una prueba de campo los parámetros principales de 4 tecnologías, soportadas en estándares, que se están empleando para las comunicaciones inalámbricas industriales. ZigBee Wireless-Hart ISA100 ACCUTECH (propietario)
Los cuales se probaron simultáneamente en un ambiente de producción petrolera para establecer indicadores de comportamiento y calidad que permitieran medir el desempeño de la instrument-ación inalámbrica teniendo en cuenta requerimien-tos técnicos, de confiabilidad, seguridad y rendimiento.
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
Los resultados de las pruebas realizadas en ambientes industriales fueron analizados e incluidos en la evaluación de los criterios de selección y finalmente, determinar las variantes tecnológicas que garantizan el mejor cumplimiento de las características generales establecidas para una WFN.
A. Fase: Presentación de diseño Planificación de Red: La planificación de una red no necesariamente tiene que ser costosa o consumir mucho tiempo y es de suma importancia para conseguir una red robusta.
III. METODOLOGÍA DE LA PRUEBA
Se debe determinar qué aplicaciones actuales serán inalámbricas y también considerar los posibles proyectos futuros. El punto de acceso o el “Gateway” debe estar ubicado en un área que le permita al usuario satisfacer su requerimiento presente y futuro sin tener que recurrir a repetidores innecesarios o nuevos puntos de acceso.
Esta prueba se desarrolló durante un periodo de treinta (30) días, después de montados y configurados los instrumentos; se realizó en la estación de recolección petrolera. El desarrollo de estas pruebas permitió validar el uso de instrumentación inalámbrica en ambientes industria-les de producción Petrolera para monitoreo de variables de proceso en pozos, plantas y estaciones de producción comprobando el desempeño de la instrumentación inalámbrica y teniendo en cuenta requerimientos técnicos, económicos, de confiabilidad, seguridad y rendimiento.
En futuros proyectos la fase de diseño evaluará la posibilidad de instalar una infraestructura inalám-brica en todo el sitio para poder implementar la red de manera rápida y económica sin una inversión adicional en infraestructura. Los estudios de Radio Frecuencia (RF) de la planta a la hora de planificar una red robusta serán realizados por los representantes de la respectiva tecnología. Bombas, motores, vehículos y el clima pueden modificar los patrones de RF y variar de manera impredecible. Dependiendo de los requerimientos del proyecto, los niveles de robustez de red, condiciones de RF cambiantes y de la distribución de los instrumentos se evaluará que tipo de topología es recomendable.
En estas pruebas no se estaba definiendo ni evaluando marcas, ni proveedores.
I. ANÁLISIS DE RESULTADOS Considerando factores de diseño de topología, seguridad de información, consumo de energía, distancias de comunicación e intensidad de la señal, Montaje, Comisionamiento del sistema, Operación, Desempeño, Mantenimiento, etc., se obtuvieron los siguientes resultados.
Todas las topologías de red implementadas en las pruebas por las diferentes tecnologías presentaron un rango de potencia de -80 dBm a -90 dBm para las frecuencias de 2.4GHz y un rango de potencia de -90 dBm a -100 dBm para las frecuencias de 900MHz con el fin garantizar una buena comuni-cación entre el Gateway y el transmisor.
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B. Fase: Montaje
Los resultados de las pruebas realizadas confirmaron que el protocolo Wireless Hart y ISA-100.11A son protocolos de comunicación abiertos bajo una prueba de interoperabilidad con dispositivos multifabrican-tes.
Tiempo de implementación de una WFN: Debido a la ubicación de los puntos de monitoreo, los cuales se encontraban a largas distancias y la dificultad de acceso de un banco de ductos enterrado, por ser instalaciones existente, el ahorro no es sólo en los tiempos de instalación y costos de cable comparada con una red alambrada, sino también en todos los esfuerzos necesarios asociados (verificación de conexionado, bancos de ductos, permisos de trabajo etc.). Los resultados obtenidos en los tiempos de implementación de una WFN permitieron comprobar la reducción de tiempo de instalación comparados con los registros históricos de instalación de una red alambrada.
La tabla 1 muestra los resultados de interoperabilidad multi-fabricante entre los protocolos de comunicación Wireless Hart y ISA 100. Tabla 1
C. Fase: Configuración y comisionamiento del sistema La comunicación bidireccional establecida entre los dispositivos de la WFN permite la configuración remota de los transmisores en los parámetros principales de medición y en las características que tendrá el dispositivo en la WFN.
D. Fase: OPERACIÓN Interoperable con dispositivos multi-fabricante: Hay una gran variedad de tipos de redes Inalámbrica y no todas ellas son interoperables con dispositivos multi-fabricante, de modo que se debe considerar según los requerimientos del proyecto desde la fase de diseño.
Resultados interoperabilidad multi-fabricante
2. OPERACIÓN Consumo de energía de batería: La tasa de reporte y la característica de enrutamiento del transmisor inciden en la vida de la batería. En esta prueba los instrumentos transmisores se configuraron con un tiempo de adquisición de información y transmisión con un periodo de un segundo. Si bien actualmente todos los fabricantes trabajan con periodos de actual-ización y transmisión de un segundo; los requerimien-tos del proyecto determinarán estos tiempos de transmisión.
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
El alto consumo de energía presentado por la tecnología soportada en el estándar ZigBee fue causado por el tiempo de adquisición y transmisión de 1seg. La tecnología soportada en el estándar ZigBee tiene un sistema de almacenamiento de energía por medio de un Supercapacitor en paralelo con la celda de batería que maneja los picos de corriente de la transmisión lo cual prolonga la vida útil de la batería, pero al tener un tiempo de transmisión de 1 seg el proceso de almacenamiento de los capacitores no se alcanza a completar lo cual impacta el consumo de energía de las baterías.
Lo que más afecta la vida de una batería es la adquisición de información de la medición, puesto que se debe alimentar el sensor. Sin embargo, la frecuencia de actualización puede ser considerada si el dispositivo inalámbrico se alimenta externamente, o con un dispositivo de captación de energía, o el mantenimiento de la batería no es una preocupación para la aplicación. El tiempo de carga de energía de la batería varía dependiendo del fabricante; y sus estimaciones obede-cen directamente a factores como el tipo de disposi-tivo, modelo, variable a medir, temperatura ambiente, tiempo de adquisición y transmisión, entre otros.
La extensión de la vida de la batería que haga posible el uso de transmisores inalámbricos se puede lograr por distintas vías:
Por esta razón los proveedores y fabricantes cuentan con software propietario para realizar estas estimaciones.
Menores tasas de reporte de la medición o transmisión solo cuando la tasa de cambio del valor medido supere cierto umbral. Esta técnica de muestreo con reporte por excepción extiende la vida de la batería pero solo en el caso de aplicaciones tolerantes a latencia, donde si es posible reducir eficazmente la tasa de reporte.
La figura 2 permite apreciar el consumo promedio de energía de las baterías obtenido durante la prueba las cuales están agrupadas por representantes de tecnologías, mostrando el siguiente comportamiento.
Uso de transmisores sin enrutamiento en una red estrella, que es en la mayoría de las aplicaciones la única manera posible de extender la vida de la batería. Los transmisores inalámbricos con alimentación externa mitigan este problema. En este caso, solo la comunicación del dispositivo es inalámbrica, mientras la fuente de alimentación sigue todavía con cables. Figura 2
Consumo de energía promedio durante la prueba
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6. Distancia de comunicación entre instrumentos y Gateway: 3. Calidad de la transmisión: Las topologías planteadas y la robustez de los protocolos garantizaron que no existiera pérdida de información al evaluar los mensajes enviados vs mensajes recibidos.
4. Calidad de la transmisión: En el desarrollo de la prueba se indujo la pérdida de energía en uno de los elementos de la WFN en el momento que se realizó el procedimiento de cambio de batería. En este instante el sistema de monitoreo de cada una de las WFN de las diferentes tecnologías no detectó la presencia de este nodo y la señal de la PV monitoreada se perdió.
Los transmisores inalámbricos pueden establecer una comunicación hasta de 250 metros en frecuencias de 2.4GHz y 1000 metros en frecuencias de 900MHz considerando una línea de vista y las alturas de las antenas según los cálculos de la Zona de Fresnel; sin embargo en esta prueba existían obstáculos metáli-cos en la planta como tanques de almacenamiento, tuberías, recipientes de proceso tales como separa-dores, tratadores electroestáticos que pueden reducir el alcance máximo dependiendo de la densidad. En los criterios de selección las distancias máximas de comunicación que serán consideradas serán las propuestas por las tecnologías, en caso de requerirse distancias mayores se optará por la implementación de máximo 4 repetidores. En la implementación se validará la potencia de la señal con el fin de garantizar una potencia de señal entre -60 dBm y -90dBm para 2.4GHz y -100 dBm y -95 dBm para 900MHz la cual puede llevar a la instalación o no de repetidores.
Finalizado el cambio de batería y energizado nueva-mente, el nodo de la WFN de cada una de las tecnologías fue reconocido instantemente mante-niendo los parámetros de la configuración anterior.
5. Reconfiguración: Las tecnologías analizadas en esta prueba permitieron una comunicación bidireccional, de esta forma se logró hacer la reconfiguración de parámetros de monitoreo en los dispositivos de una WFN de forma remota. Tecnologías soportadas en protocolos como ISA 100 y Wireless Hart permiten adicionalmente la reconfigu-ración del dispositivo como trasmisor o Routers.
Figura 3
Distancia de comunicación entre instrumentos y Gateway
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
e. Fase: Desempeño
A través de la información obtenida desde el “Gateway” durante la prueba no se presentaron pérdidas de paquetes de información.
seguridad de la información: Incluso en una comunicación inalámbrica fija, surgen algunos problemas, tales como interferencia y iafonía, provenientes de alguna otra comunicación inalám-brica, y jamming, que usa la misma frecuencia con fines maliciosos.
Impacto del medio ambiente y condiciones industriales: Durante el tiempo de la prueba se presentaron condiciones climáticas como lluvias y tormentas eléctricas las cuales no afectaron la comunicación en ninguno de los protocolos o tecnologías.
Además, las señales de una comunicación inalámbrica atraviesan el aire y llegan a áreas circundantes, de modo que puede haber problemas como intercep-ción y escuchas ocultas por un tercero, o una penetración en la red inalámbrica desde afuera.
Niveles de potencia de recepción: Lastecnologías soportadas en los protocolos de comunicación ISA-100.11a, Wireless Hart y ZigBee las cuales trabajan en la frecuencias de 2.4Ghz lograron durante toda la prueba una potencia de señal entre -100dBm y -90dBm y la tecnología soportada en el protocolo ACCUTECH (propietario) la cual trabaja en la frecuencias de 900Mhz lograron una potencia de señal entre -110dBm y -100dBm. Garantizando de esta manera una buena comunicación entre el Gateway y el transmisor en todas las tecnologías evaluadas.
Durante la prueba se contaban con cinco tecnologías trabajando en la misma frecuencia 2.4GHz y una red inalámbrica Wi-Fi Esto permitió generar una condición de interferencia. La figura 4 muestras las instalaciones de las pruebas en el cual todos los “Gateway´s” de las diferentes tecnologías se localizaron en el mismo punto.
F. Fase: Mantenimiento 1)
2) Figura 4
Antenas de “Gateway´s” instalados en el cuarto de control.
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Reporte de diagnóstico de los dispositivos: Lastecnologías soportadas en los protocolos de comuni-cación ISA 1OO, Wireless Hart permiten suministrar información tanto básica como adicional y estará disponible para el análisis de gestión de activos , haciendo más productivo el tiempo del técnico, lo que significa menos tiempo de parada, menores costos de mantenimiento y mayor producción. Cambio de Batería; Todas las tecnologías presentaron propuestas con encapsulado intrínsecamente seguro.
Automatización 360 - 3ra Edición
Pero unas tecnologías de transmisores Inalámbrica usan módulos de alimentación de seguridad intrínseca de tipo “hotswappable” (Intercambiable en sitio), que permiten reemplazar la batería en el campo. El criterio de selección de poder realizar un cambio de batería en área clasificada es propio de las necesidades del proyecto, las consideraciones en el diseño, frecuencia del cambio de batería y requerimientos de seguridad. Las propuestas de los tecnologías soportadas en los estándar WirelessHart e ISA 100 tienen encapsula-miento que permite realizar cambios de baterías en áreas clasificadas. La figura 5 muestra el encapsula-miento apropiado el cual permite realizar cambios de baterías en áreas clasificadas.
II. METODOLOGÍA Y PROCEMIENTO DE SELECCIÓN DE TECNOLOGÍAS A. Planeación de una red Inalámbrica El primer paso es responder una pregunta fundamen-tal: ¿donde están los datos?, tomando como información la ubicación física en el plano de la planta. Basado en esta pregunta, se puede ahondar más y definir, ¿cuáles aplicaciones en la planta son de monitoreo?, ¿de estas aplicaciones de monitoreo, dónde se encuentran estos puntos de medición?
Figura 5
Módulos de alimentación de seguridad intrínseca de tipo “hot-swappable. Los resultados de las pruebas realizadas confirmaron que el protocolo Wireless Hart y ISA-100.11A son protocolos de comunicación abiertos bajo una prueba de interoperabilidad con dispositivos multifabrican-tes.
Si la planta es de gran tamaño (físico) y además consiste de varios puntos de medición, visualizar primero el proyecto, asumiendo que existirá únicamente una unidad de procesamiento. Esto permite reducir la cantidad de dispositivos requeridos, así como asuntos relacionados a la posesión de la información, y en general le da un sentido general de dirección al flujo de la información. Si la planta es pequeña en tamaño, se considera el diseño de la red inalámbrica, como si fuera un elemento que pertenece una planta de mayor tamaño.
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Automatización 360 - 3ra Edición
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DE LA TEORÍA A LA PRÁCTICA
B. Ubicación de los dispositivos de la red Inalámbrica Identificar los puntos de medición que van a satisfacer la aplicación. Considerar otras aplicaciones que están dentro del plan actual, así como futuros puntos que se puedan incorporar a la red. Primero considerar la adquisición de los datos, y luego la conexión de la información. Si el dispositivo está ubicado en una zona de clasificación explosiva, se debe tener en cuenta las aprobaciones respectivas. Marcar la ubicación de todos los dispositivos inalámbricos en el plano o diagrama a escala. C. Conectividad Existen tres causas posibles sobre problemas conectividad cuando se diseñan redes inalámbricas.
de
Los dispositivos de campo están fuera de rango entre ellos. La ruta de conectividad esté bloqueada por una obstrucción mayor. Los dispositivos inalámbricos estén confinados en un área cerrada.
La distancia entre los dispositivos inalámbri-cos con infraestructura pesada de por medio, como recipientes de proceso (tanques, separadores) debe ser menor a 200 metros y 800 metros respectivamente, aplicando la correcta escala del plano. Dependiendo de los requerimientos de los proyectos y la robustez requerida se contemplará una topología tipo “Mesh” y para cada dispositivo inalámbrico al menos dos líneas de conexión con dispositivos inalámbricos adyacentes. El Gateway debe ubicarse en un punto central de la red inalámbrica, y ser capaz de comunicarse con dos o más dispositivos de la red y se evaluará los requerimientos técnicos con antena local o con antena remota del Gateway. En caso que se requiera, la antena del Gateway se debe ubicar en un mástil, sobre la infraestructura de los edificios. El análisis de la zona de Fresnel permitirá determinar la altura adecuada de esa antena.
En el plano de la planta, con la ubicación de los dispositivos de campo, dibujar líneas de conexión entre todos los dispositivos de campo inalámbricos, que satisfagan cualquiera de los siguientes criterios: La distancia entre los dispositivos inalámbricos con línea vista debe ser menor de 250 metros para las frecuencias de 2.4GHz y 1000 metros para las frecuencias de 900 MHz, utilizando el análisis de la zona de Fresnel y aplicando la correcta escala del plano.
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AL TABLERO
Válvulas de control y
comunicaciones industriales...
un dúo dinámico Por Jeilson Bravo González
La interacción entre el controlador y el elemento de control final en los procesos automatizados requiere una armonía similar a la tonada clave entre el director de la orquesta y los músicos sinfónicos: la más mínima equivocación entre el diálogo se traducirá en un sonido desastroso que hará que el público se estremezca de la discordancia de lo que parecía música agradable. En este caso industrial, la falta de coordinación se traduce en lazos mal sintonizados, procesos mal controlados, paradas de mantenimiento prolongadas y algo más complejo aún… entre todos se buscan culpables sin encontrar soluciones. Aquí no daré alguna, pero quizás despeje un poco esa bruma en aras de vislumbrar un camino de esperanza de lazos de control óptimos.
Cuando analizamos los lazos de control en un sistema, buscamos la influencia de los participantes de este equipo de guerreros que con su aporte contribuyen al desempeño óptimo del proceso. Que el controlador, que los sensores que monitorean las variables de proceso, que el transmisor, que el actuador… todos contribuyen, para qué, pero los que, para mí, llevan la mayor carga de responsabilidad son los elementos finales de control; porque, además de recibir la orden de cuánto flujo restringir para controlar la variable a controlar, recibe la presión (y no hablo solamente la del fluido) del controlador para que el rendimiento en el proceso sea el ideal. Pero la válvula es la que paga la cuenta de cualquier parámetro mal diseñado por parte del controlador, y la que recibe en ciertos casos el papel de la “aguafiestas” del proceso.
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Automatización 360 - 3ra Edición
Que está presentando cavitación y burbujeo, que los empaques no soportan las presiones, que las fugas de fluido no se contemplaron, que está oscilando la válvula, y tantas otras cosas; pero eso suele suceder porque en ciertos casos no hay un diálogo permanente entre el controlador y la válvula. ¿Por qué sucede esto? Desde el inicio del diseño del controlador, asumimos que la válvula tendrá un tapón acorde al proceso, que lineal, que isoporcentual, que de rápida apertura, y el controlador tiene ciertos parámetros previos que le dicen cómo va a reaccionar la válvula ante su requerimiento y se olvida por completo del elemento final: que entre un cero y un cien por ciento regule y ya. Sin embargo, a veces se olvidan un par de ligeros parámetros que rompen la línea entre una válvula operativa, y una válvula de bajo desempeño: las válvulas no son iguales, y la instalación de la válvula la hace única.
característica instalada varían, en especial el flujo. Y el diferencial de presión a través de la válvula tiene una relación directa con el flujo. ¿De dónde salen estas premisas? Cuando estaba desarrollando mi trabajo de grado de maestría, en la Pontificia Universidad Javeriana de Bogotá, D.C., bajo la dirección del Ing. Carlos Eduardo Cotrino, M.Sc., a quien agradezco infinitamente esta oportunidad, me encontré con el reto de medir los parámetros de no linealidad en una válvula de control y aplicarla a un caso específico: una válvula de globo de ½ ‘’ de diámetro, cuyo fluido era agua y que estaba instalada en un sistema de tanques interactuantes no lineales, utilizados en investigación de control en esta academia, la cual pueden ver en la Figura 1. Para este caso, se le incorporó a esta válvula un posicionador (gran herramienta, por cierto), que inicialmente utilizaba un convertidor I/P para controlar el proceso, pero como se presentaba lo que comentamos inicialmente de recibir la señal de apertura, no facilitaba este ejercicio, algo que el posicionador nos resolvió significativamente. Figura1
Esta unicidad es el factor central de este artículo. Pero entrando ya en términos prácticos, comencemos: cuando se instala una válvula de control, los parámetros de Sistema de tanques interactuantes no lineales
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AL TABLERO
En este punto es prudente llamar al segundo integrante de nuestro ejercicio: algo que permita facilitarnos la vida y hacernos hablar el mismo idioma, un protocolo de comunicaciones que hace que el dialogo sea permanente entre los dispositivos. Para este caso de esta experiencia, se escogió el protocolo Profibus. ¿El por qué? No lo sé. Esa pregunta que a veces causa grandes dolores de cabeza en los proyectos, pero que ahorita no viene al caso; lo que importa es que, gracias a la arquitectura mostrada en la Figura 2 logra un diálogo permanente entre el controlador y la válvula, lo que más nos importaba, y que nos permitirá en cierta forma aclarar este panorama.
Algo que me llamó la atención durante esta prueba fue que, a pesar que la válvula tenía tapón isoporcentual, el posicionador podía realizar desplazamientos del vástago tanto en característica lineal como de igual porcentaje. Ahora si, a realizar mediciones y ver qué pasa con estos resultados.
¿Qué resultados se obtuvieron? Veamos primero la posición del vástago respecto a la señal del controlador en la Figura 3: si se configura en característica lineal, se ve la curva ideal donde siempre se recomienda que se utilice: entre un 20% y un 80% de apertura de la válvula. Posición del Vástago Vs. Señal del controlador en característica lineal 100
90
Figura2
En este caso el Controlador se incorporaba en el PLC administrador del sistema, que incorporaba el protocolo a emplear, y el posicionador no solamente recibía vía comunicación el porcentaje de apertura sino que enviaba otros parámetros respecto a la válvula. Adicional a este par de dispositivos, se incorporaron otros instrumentos de medición de proceso que nos ayudarían con nuestro propósito: un transmisor de presión diferencial, para medir la caída de presión en la válvula; un transmisor de flujo magnético, que además de monitorear el flujo de proceso, en este caso nos permitía analizar el comportamiento del flujo a través de la válvula.
Apertura del vástago (%)
80
70
Prueba1 Prueba2 Prueba3 Prueba4 Prueba5
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
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50
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80
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Señal de salida del controlador (%)
Figura3
Posición del vástago en característica lineal
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Ahora veamos la posición del vástago en característica isoporcentual respecto a la señal del controlador en la Figura 4: respecto a la característica lineal tiene un mejor desempeño y se puede tener una zona de operación más amplia para controlar el flujo… pero el flujo es lo que deberíamos ver más analíticamente, creo yo. Posición del Vástago Vs. Señal del controlador en característica isoporcentual 100 Prueba1 Prueba2 Prueba3 Prueba4 Prueba5
90
Apertura del vástago (%)
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
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Señal de salida del controlador (%)
Figura4
posición del vástago en característica isoporcentual
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AL TABLERO
El flujo en característica lineal se muestra en la Figura 5: aquí si se observa una variación significativa de la “linealidad” del flujo, lo que más interesa en cuanto a la válvula de control; lineal aproximadamente hasta un 60% y de ahí casi un flujo constante; aquí linealidad en todo el espectro de la válvula no se cumple.
Comparación entre la característica inherente ideal y la instalada − lineal
100
100
80
60
60
40
40
20
20
Flujo (%)
80
Flujo Vs. Señal del controlador en característica lineal 100
Flujo medido (% Flujo máximo)
7
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80
0
0
10
20
30
40
50
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70
80
0 100
90
Flujo (% flujo máximo)
Señal de salida del controlador (%) 70
Prueba1 Prueba2 Prueba3 Prueba4 Prueba5
60
Figura6
50
comparación entre característica inherente e instalada lineal de la válvula de control
40
30
20
10
Flujo Vs. Señal del controlador en característica isoporcentual
100 0
0
10
20
30
40
50
60
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100
Señal de salida del controlador (% )
Prueba1 Prueba2 Prueba3 Prueba4 Prueba5
90
Figura5
Cómo se ve de diferente la característica inherente a la instalada… mucho que analizar para la sintonización de lazos; esta diferencia se ve en la Figura 6, y esto es lo que no se puede asumir al sintonizar el lazo; aunque en la característica isoporcentual la variación no es tanta, si se observan cambios que dan un panorama diferente. Esto se observa en las Figura 7 y Figura 8. En este caso hay poca variación entre curvas y se puede desempeñar mejor la válvula que se está sometiendo a las pruebas. Hay mejor desempeño para tener en cuenta a la hora de sintonizar el lazo.
70
Flujo (% flujo máximo)
Flujo en característica lineal del vástago
80
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
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100
Señal de salida del controlador (%)
Figura7
Flujo en característica isoporcentual
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Comparación entre la característica inherente ideal y la instalada − isoporcentual
100
Diferencial de presión en la válvula Vs. Señal del controlador en característica isoporcentual
100
100
60
40
40
20
Flujo medido (% Máximo flujo)
60
Flujo (%)
80
Diferencial de presión (%máxima diferencial de presión)
90
80
20
80
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60
50
30
20
10
0
0
10
20
30
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0 100
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Prueba1 Prueba2 Prueba3 Prueba4 Prueba5
40
0
10
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30
40
50
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90
100
Señal de salida del controlador (%)
Señal de salida del controlador (%)
Figura8
Figura10
Comparación entre característica inherente e instalada isoporcentual
Diferencial de presión en característica isoporcentual Si vemos las figuras 9 y 10 respecto al diferencial de presión, muestran que hay una relación directa en el flujo y el diferencial de presión, pero aquí no se puede ver si se alcanza cavitación o burbujeo; sin embargo se alcanza a notar que la característica inherente, que se trabaja a diferencial de presión constante tiene interpretaciones adversas a la hora de trabajar con la válvula.
Diferencial de presión en la válvula Vs. Señal del controlador en característica lineal
100
Diferencial de presión (% Maxima diferencial de presión)
90
80 Prueba1 Prueba2 Prueba3 Prueba4 Prueba5
70
60
50
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Señal de salida del controlador (%)
Figura9
Diferencial de presión en característica lineal
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Gracias a la comunicación entre los transmisores, el controlador y el posicionador, se pudieron realizar estas mediciones; y hay muchas más por realizar, analizando las no linealidades presentes en la válvula de control, las herramientas diagnósticas con las que cuentan los posicionadores inteligentes, pero lo que rescato de esta prueba es que, si podemos establecer por el método que sea conveniente un polinomio de flujo en característica instalada, se puede incorporar este polinomio en el lazo de control como una etapa más, mejorando el desempeño del controlador, y mejor aún, permitir para tiempo futuro, observar con el rendimiento del control alguna anomalía en este elemento de control. La ventaja de este tipo de pruebas es que al realizarse en característica instalada, libera de toda especulación cualquier comportamiento adverso, se trabaja con los datos reales del elemento de control final, permite mejoría en el rendimiento del proceso y lograr una armonía de los dispositivos y el controlador.
Ing. Jeilson Bravo González, M.Sc. Ingeniero Electrónico de la Universidad Nacional de Colombia Sede Bogotá, D.C. – Magíster en Ingeniería Electrónica de la Pontificia Universidad Javeriana de Bogotá, D.C. con énfasis en Automatización Industrial. Asistente de Cátedra en docencia en la Pontificia Universidad Javeriana y Universidad de los Andes. Actualmente es profesional en entrenamiento en ILP Ingeniería E.U. en proyectos de procesamiento de gas.
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