16

A. ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN.

Con la finalidad de argumentar información sobre otros autores, completar el

estudio y asegurar que existen precedentes importantes del tema desarrollado, se

mencionaran ciertas investigaciones realizadas que ponen de manifiesto la

importancia y trascendencia del mismo. Entre ellos tenemos:

Mónica Rizquesis, realizó el trabajo especial de grado titulado “Desarrollo de

una estrategia para la validación de las mediciones del gas total en las estaciones

de flujo de la unidad de explotación Bachaquero Lago PDVSA. Exploración y

Producción”.(URBE – 1998). Este trabajo se basa en el estudio de mediciones del

gas total que existía para ese momento en la unidad de explotación Bachaquero Lago.

Esta problemática producía un alto rango de incertidumbre en los volúmenes

medidos, además de influir en la toma de decisiones en cuanto a requerimientos de

infraestructura para el manejo de gas. Se evaluaron las condiciones de operación de

los equipos de medición de gas total, además de realizarse una especificación de la

instrumentación electrónica y desarrollar un balance entre el gas producido y el

consumido en la unidad de explotación.

17

Por ser la investigación de tipo descriptiva, aplicada y de campo, se tomaron

como muestra 4 Estaciones de Flujos y 2 miniplantas, dando como resultado que los

equipos de medición existentes estaban bien dimensionados y acordes con los

requerimientos del Sistema.

Arístides Soto y Olga Soto desarrollaron el trabajo de investigación

denominado “Desarrollo de un modelo matemático para la validación de

mediciones y detección de fuga en una red de recolección de Crudo desde las

estaciones de flujo hacia los Patios de tanque. Caso: PDVSA”.(URBE – 1998).

Este trabajo de investigación tuvo como propósito realizar un modelo matemático

para la validación de mediciones y detección de fuga en una red de recolección de

Crudo, para el cual se efectúo un análisis en dicha red, basado en el monitoreo

continuo a través del Sistema de supervisión SCADA de los caudales y presiones de

descarga de las Estaciones de Flujos de los diferentes tramos de la tubería, con el

objeto de lograr la optimización a través de la validación de esas mediciones por

medio del modelo matemático. Por el propósito que persigue esta investigación se

consideró de tipo aplicada y por sus características explorativa. De los resultados

obtenidos se concluyó que la simulación fue válida solo en el tramo de tubería

seleccionado, presentando algunos problemas debido a la falta de confiabilidad de las

mediciones de caudal y presiones de descarga.

Roberto Cubillán y Noel Hernández, realizaron el trabajo titulado

“Desarrollo de métodos de medición no tradicionales de parámetros del Crudo

18

para el Cálculo de volumen Neto en Tanques de Almacenamiento de PDVSA

E&P Occidente” (URBE – 1999). Este trabajo de investigación tuvo como propósito

desarrollar métodos de medición que no son utilizados normalmente por la industria

petrolera nacional, para efecto del Cálculo de Crudo Neto en los Tanques de

Almacenamiento. El mismo se llevó a cabo debido a la necesidad de evaluar y

experimentar con métodos que permitieran acelerar y mejorar el proceso de medición

para el inventario y fiscalización de cada tanque, actuando de manera directa y

automática en la determinación de los parámetros necesarios para tal fin. La

investigación se caracterizó por ser de tipo aplicada, de campo y factible, utilizando

una metodología propia. Con la implementación de dicho trabajo se pudo realizar la

medición de los parámetros de Crudo de forma automática y así calcular el volumen

Neto en cada tanque.

La relación de estos trabajos con este proyecto, está enfocada en el aporte

bibliográfico que los mismos prestaron, para mejorar el Sistema de validación del

Cálculo Automatizado de Crudo Neto, disminuyendo costos y mejorando la

confiabilidad y disponibilidad de las medidas con el menor grado de incertidumbre en

los Tanques de Almacenamiento.

19

B. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Y CONCEPTUAL.

Sabiendo que uno de los pasos involucrado en toda investigación consiste en

obtener información acerca del tema estudiado, se hace necesario el desarrollo y

análisis de cada uno de los puntos que la componen.

- PROCEDIMIENTO DE VALIDACIÓN.

La confiabilidad es el grado con que se obtienen resultados similares en

distintas aplicaciones y la validez es la eficacia con que un instrumento mide lo que

se pretende, pero el dar firmeza, fuerza o subsistencia de la igualación y comparación

de una cosa con otra se le conoce como validación. También se define como la

confiabilidad o firmeza en la comparación de un patrón de medición con respecto a

las mediciones obtenidas para el momento dado.

Según un articulo de revisión del Centro de Química Farmacéutica

(www.fcqi.uaem.com) por Beatriz Castillo Aguilar y Rolando González Hernández

denominado: “Protocolo de validación de métodos analíticos para la cualificación

de fármacos” los métodos de validación deben cumplir con algunos de los

siguientes parámetros:

20

Linealidad. Consiste en la capacidad que tiene el método analítico para

obtener resultados directamente proporcionales a la cantidad de la variable a medir en

un rango definido. Se determina mediante el tratamiento matemático de los resultados

obtenidos en el análisis de la variable medida en diferentes cantidades. La selección

del rango y del número de puntos experimentales está estrictamente relacionado con

la aplicación del método.

a) Coeficiente de correlación (r): Muchos autores plantean que para que el método

se considere lineal, el coeficiente de correlación debe ser mayor que 0,999. Sin

embargo, Quattrocchi (www.fcqi.uaem.com) consideran que la mejor forma de

indicar la linealidad del método estudiado será realizar una prueba estadística de t (t

de Student).

b) Pendiente: Conocida también como coeficiente de regresión. Indica la

sensibilidad de calibración o del método y se expresa en unidades de respuesta sobre

unidades de concentración o cantidad de la variable a medir. La sensibilidad analítica

relaciona la aleatoriedad de la respuesta con la aleatoriedad debida a la variación de la

concentración, es inversamente proporcional a la capacidad de detectar pequeñas

diferencias en la concentración de la variable a medir, y se obtiene dividiendo la

pendiente de la curva de calibración por la desviación estándar de las respuestas en

cada punto o concentración. Se considera que a mayor pendiente, mayor sensibilidad

y que mientras más pequeño sea el coeficiente de variación de la pendiente mayor

21

será la linealidad (coeficientes de variación de la pendiente mayores que el 5,0 %

indican falta de linealidad).

c) Intercepto: Es el estimador que se relaciona con la presencia de interferencias o

errores sistemáticos. El intervalo de confianza del intercepto debe incluir al cero para

cumplir con el requisito de proporcionalidad. Según Camacho (www.fcqi.uaem.com)

se determinará la prueba de proporcionalidad mediante una prueba t considerando

como hipótesis nula que el intercepto tiene que ser cero

Precisión: Refleja la medida en que los valores de una serie repetida de

ensayos analíticos que se realizan sobre una muestra homogénea son semejantes entre

sí. Calpena (www.fcqi.uaem.com) incluye dentro de este punto la repetibilidad, la

reproducibilidad y la robustez del método analítico.

a) Repetibilidad: Refleja la precisión de un método, cuando se desarrolla bajo las

mismas condiciones, utilizando la misma muestra, analizada por el mismo analista, en

el mismo laboratorio, con los mismos equipos y reactivos y durante una misma sesión

de trabajo en un período corto.

El parámetro estadístico que caracteriza a este estudio es la desviación

estándar o preferiblemente el coeficiente de variación (desviación estándar relativa).

Este parámetro permite evaluar la incertidumbre en la estimación de la media, es

22

decir, el error aleatorio que se corresponde con la dispersión de los datos alrededor de

la media.

Según Hoffman F.-La Roche (www.fcqi.uaem.com), este parámetro se

determina mediante uno de los siguientes métodos:

-Realizando varias determinaciones a una muestra homogénea.

-Realizando varias determinaciones a muestras de cantidades o concentraciones

diferentes. Se selecciona la cantidad o concentración inferior, media y superior del

rango lineal definido. En este caso se recomienda realizar una prueba g (Prueba de

Cochran) de homogeneidad de varianza y si se demuestra que las varianzas son

homogéneas, entonces se puede afirmar que el factor cantidad o concentración de la

muestra no influye en la determinación. Este método generalmente se utiliza cuando

se cuenta con poca cantidad de muestra.

Cuando el número de muestras es pequeño (menor que 30), el intervalo de

confianza del valor de la media (rango en el cual se incluye el valor real con la

probabilidad indicada) se calcula mediante la distribución t de Student.

Un aspecto importante será seleccionar la cantidad o concentración de muestra que se

analiza. Kolthoff (www.fcqi.uaem.com) plantea que el error en el porcentaje del

componente hallado no deberá ser mayor que un valor aproximado. Según la teoría de

23

Hortwitz (www.fcqi.uaem.com), el coeficiente de variación disminuye con la

disminución de la concentración en que se encuentre el analito en la muestra.

b) Reproducibilidad: Es la medida de la precisión de los resultados de ensayos

realizados sobre la misma muestra homogénea, pero ejecutados por diferentes

analistas en días diferentes y se expresa con los mismos parámetros matemáticos que

la repetibilidad. El coeficiente de variación en el estudio de la reproducibilidad debe

ser igual o mayor que el obtenido en el estudio de repetibilidad para la misma

cantidad o concentración debido a la mayor fuente de error que existe en la

reproducibilidad.

c) Robustez (tolerancia): Es el grado de reproducibilidad de los resultados obtenidos

mediante la ejecución del método sobre una misma muestra variando algunas

condiciones operacionales como, por ejemplo, diferentes laboratorios, reactivos,

analistas, equipos, temperaturas de ensayo, etcétera. Se determina como una función

de las variables seleccionadas en la ejecución y los resultados se comparan con los

resultados del estudio de reproducibilidad del método para obtener una medida de la

tolerancia del método analítico. Según Hoffman F.-La Roche, el resultado más real es

el que se obtiene en las pruebas interlaboratorios, sin embargo, éstos resultan muy

costosos y consumen una gran cantidad de tiempo.

Exactitud: Indica la capacidad del método analítico para obtener resultados

lo más próximos posibles al valor verdadero. A diferencia de la precisión, que refleja

24

el error aleatorio, la exactitud refleja el error sistemático o la tendencia a él. Cuando

existen interferencias en el método por falta de selectividad (desviación por exceso en

los resultados), o cuando se trata de métodos analíticos muy laboriosos, con varias

etapas, como extracciones, purificaciones, etcétera (desviación por defecto en los

resultados), el método se considera no exacto. Para asegurar una buena exactitud,

según Martin-Smith y Rudd (www.fcqi.uaem.com), es necesario eliminar los errores

que no están sujetos a tratamiento estadístico (calibración o control incorrectos de

equipos), los errores inherentes a blancos (errores constantes) y los que dependen de

la cantidad de la variable a medir presente (errores proporcionales). Ellos opinan que

la mejor manera de identificar estos errores será realizando una prueba

interlaboratorio.

Selectividad (especificidad): Se define como la capacidad de un método

analítico para medir exacta y específicamente el analito sin interferencias de

impurezas, productos de degradación o excipientes que pueden estar presentes en la

muestra. Se expresa como el grado de inexactitud del método. La evaluación de este

parámetro es especialmente importante en el caso de los métodos analíticos diseñados

para la cuantificación de la variable a medir en formulaciones y en estudios de

estabilidad.

25

- CÁLCULO DE CRUDO NETO.

Los Sistemas de medición se han desarrollado al correr del tiempo en forma

por demás desordenada. El resultado ha sido una gran ambigüedad en el significado y

el uso de las unidades.

Según Brescia Arents en su libro “Fundamentos de química” (1977, p628),

afirma que el Sistema métrico, establecido por un tratado internacional en la

convención métrica en París en 1875, se ha extendido por el mundo con diversas

mejoras. El actual Sistema métrico oficial recibe el nombre de Sistema Internacional

de Unidades (SI), con las siguientes unidades fundamentales, de las cuales se derivan

todas las demás; Longitud, masa, tiempo, corriente eléctrica, temperatura, intensidad

luminosa.

Todo Cálculo depende netamente de un buen Sistema de medición, ya que

este genera una señal; la cual debe ser medida por un elemento que puede ser el ojo

humano u otro órgano, o un instrumento inanimado. En cualquier caso, el sensor debe

estimularse con una cantidad de energía para poder recibir la información. Como

resultado, el proceso de medición perturba, hasta cierto grado, la materia que se esta

midiendo. Para mediciones de cuerpos comunes, la magnitud de esta perturbación es

demasiado pequeña para ser de consecuencias, pero cuando se trata de grandes

26

volúmenes de materia, la incertidumbre inherente que se introduce es relativamente

grande.

En el estudio de volúmenes en donde existen líquidos no homogéneos es

indispensable la determinación de las fases de los mismos. De esta forma, una capa

de aceite flotante en una columna de agua es un Sistema de dos fases (aceite y agua).

Si la mezcla se agita vigorosamente hasta que el aceite se disperse en forma de gotas

en el agua (emulsión), el Sistema consta todavía de dos fases (agua y aceite). Estas

fases son determinantes en la exactitud de Cálculos de volumen Neto en cualquier

recipiente de Almacenamiento donde existan al menos dos tipos de sustancias. Puede

pensarse que en estas fases la materia es totalmente homogénea, sin embargo, la

evidencia en contra de la absoluta uniformidad de la materia es notablemente

convincente.

Cuando se mezcla 1 litro de agua y 1 litro de alcohol etílico, cada uno a 15 ºC,

se obtiene un liquido homogéneo que ocupa 1.92 litros. Cómo se perdió la diferencia

de 0.08 litros? , Todo esto se debe a que la materia esta formada en su mayor parte

por espacios vacíos, y que esta constituida por partículas, filamentos, capas o redes de

sustancias ordenadas en el espacio. Los espacios vacíos constituyen entonces parte

del volumen que se sacrifica cuando la sustancia se comprime. Generalmente, cuanto

más fuertes sean las fuerzas de cohesión de una sustancia, mayores son su densidad,

dureza, resistencia y capacidad para resistir los efectos del calentamiento. Mientras

27

más débiles sean las fuerzas de cohesión, mayor será la tendencia de la sustancia a

dispersarse en el espacio.

De esta manera en todo Cálculo de volumen Neto es de mucha importancia la

obtención de la temperatura y la densidad de la sustancia a medir, la cual influenciara

en la obtención de otras variables pertinentes para el Cálculo, como gravedad

especifica, peso especifico y gravedad API.

Según Robert L.Mott “Mecánica de los fluidos Aplicada” (1996), la

temperatura de referencia para realizar mediciones en la escala Baumé o API es 15.6

ºC (60 ºF). La gravedad especifica API o Baumé se denota a menudo como Gravedad

Especifica 60º/60º F. Esta notación indica que tanto el fluido de referencia como el

Crudo se encuentran a 60 ºF. La gravedad especifica de los Crudos varia

ampliamente, dependiendo del lugar en que son encontrados.

La ecuación que se utiliza para calcular la gravedad API cuando se conocen la

gravedad especifica es diferente para fluidos más ligeros y más pesados que el agua.

Para líquidos más pesados que el agua se utiliza:

sg

145-145 é . =Baumg

donde sg es la gravedad especifica del Crudo

Para líquidos más ligeros que el agua se tiene:

28

130sg

140 é . −=Baumg

El Instituto Norteamericano del Petróleo (API), ha desarrollado la escala API,

ligeramente diferente de la escala Baumé, para líquidos más ligeros que el agua. Las

formula es:

5.131sg

141.5 API . −=g

Como se dijo anteriormente, para determinar el Cálculo de Crudo Neto se

deben encontrar varios parámetros, como por ejemplo la densidad. Este parámetro se

puede inferir a partir del valor de presión, además para la deducción de la ecuación

de Cálculo se utiliza la relación que existe entre el peso especifico y la densidad del

liquido de la siguiente manera:

CC

sgo

w

so

w

s

44 ρρ

γγ

==

donde γγs es el peso específico del Crudo, γγw 4º C es el peso específico del agua a 4º C,

ρρs es la densidad del Crudo, ρρw 4º C es la densidad del agua a 4º C y al sustituir las

constantes se obtiene:

33 /94.1/4.62 piesslugspieslbsg ss ργ

==

Agrupando y reorganizando términos resulta:

29

3

3

/4.62

/94.1*

pieslb

piesslugsss

γρ =

Sabiendo que el peso especifico tiene relación directa con la presión mediante

la siguiente formula:

hp *γ=

donde p es la presión, h es la altura de la columna del liquido y γγ el peso

especifico.

Entonces resulta la ecuación necesaria para el cálculo de densidad a partir de

la presión del y la altura de la columna liquido, quedando expresada de la siguiente

manera:

3

3

/4.62

/94.1*

pieslb

piesslugshp

s

=ρ

Para el cálculo de densidad a partir de la presión diferencial la ecuación sufre

un leve cambio para quedar como sigue:

( )( )

3

3

21

21

/4.62

/94.1*

pieslb

piesslugshhpp

s

−

−

=ρ

Es de hacer notar que en los Cálculos de densidad se utiliza un solo valor de

presión si ésta es constante en todo el perfil del tanque, y se utiliza la presión

30

diferencial si existe la posibilidad de que la densidad varíe a través de todo el perfil

del tanque.

De igual manera si se desea obtener la gravedad API del Crudo almacenado

en el recipiente, se necesita efectuar un promedio entre los valores de gravedad API

calculados a diferentes niveles.

De lo antes expuesto se puede deducir que para la determinación de

volúmenes Netos de Crudo se deben tomar en cuenta la medición como tal, la

temperatura del liquido, la densidad, la determinación de las fases de Crudo y agua,

entre otros aspectos.

Según Leni Núñez, Ing. de Automatización de PDVSA

(NUNEZ@PDVSA.COM), para la obtención del volumen bruto del tanque se debe

determinar el nivel leído por el medidor de nivel, en este caso un radar, e introducirlo

en la tabla de calibración del tanque, esta tabla contiene la relación de volumen bruto

por octavos de pulgadas del nivel. A este volumen se le deben deducir el volumen de

Agua, también se deben hacer correcciones por efectos de la temperatura en las

paredes de los Tanques, se debe hacer corrección por el peso del techo flotante (en

caso de tenerlo), corrección por diferencia de la densidad observada y la de

referencia, así como también se debe hacer corrección por porcentaje de agua y

sedimento en el perfil del tanque.

31

Según Gustavo Núñez, Ing. de Automatización de PDVSA, el procedimiento

de Cálculo de volumen Neto que se debe tomar como referencia y que esta incluido

en la propuesta de Automatización de Volumen Neto para Fiscalización utilizando

medición de nivel en Tanques es el siguiente:

CÁLCULO DE VOLUMEN EN TANQUE UTILIZANDO UN SOFTWARE DE

INVENTARIO DE TANQUES

Al utilizar un software de inventario de tanque, los pasos a seguir en el

Cálculo de volumen Neto y que deben ser ejecutados por el software son los

siguientes:

Cálculo de Volumen Total Bruto Observado: VTBO

El nivel obtenido de la lectura del medidor de nivel de liquido será

introducido a la tabla de capacidad o calibración vigente del tanque en particular, con

esta se obtiene el Volumen Total Observado (TOV).

El TOV debe ser corregido por los efectos de la temperatura, tanto del líquido

como del ambiente, sobre las paredes del tanque. Para efectuar esto el software de

Cálculo debe incluir la determinación del factor de corrección por este efecto (CTSh),

el cual vendrá dado por:

32

Donde ∆Ts se obtiene restando la temperatura de las paredes del tanque (Ts) menos la

temperatura de referencia, a la cual fueron calculados los volúmenes mostrados en la

tabla de capacidad del tanque. Para calcular Ts el software de Cálculo debe usar la

siguiente expresión:

Donde:

TL es la temperatura promedio del Crudo en el tanque.

Ta es la temperatura ambiental, tomada de los elementos de medición en el

tanque, que no se encuentren sumergidos en el líquido.

El valor de la temperatura de referencia que fue considerada en las tablas de

capacidad del tanque, debe ser ingresado en los datos básicos del tanque solicitados

por el software de Cálculo.

ss TTCTSh 296 100,4104,121 ∆×+∆×+= −−

( )8

7 aLs

TTT

+×=

33

En el caso de Tanques de techo flotante, se debe efectuar el ajuste por efecto

de desplazamiento del techo del tanque (FRA). Para realizar este ajuste se usa uno de

los métodos siguientes:

Si la tabla de capacidad del tanque incluye la corrección por efecto del techo

flotante, se debe aplicar una segunda corrección para cubrir cualquier diferencia entre

la densidad de referencia y la densidad observada. La magnitud de este ajuste debe

ser reflejada en la tabla de capacidad del tanque, e introducida en los valores de

configuración del tanque en el software de Cálculo. El siguiente es un ejemplo del

tipo de corrección que debe aplicarse:

-Si la densidad observada es xx °API, no se aplique corrección por FRA.

-Por cada °API en la densidad observada, por debajo de xx °API, sume yy barriles.

-Por cada °API en la densidad observada, por encima de xx °API, reste yy barriles.

Donde xx es la densidad de referencia usada para la calibración del tanque y yy es una

cantidad fija en barriles que representa el ajuste por FRA.

Si la tabla de capacidad del tanque no incluye la corrección por efecto del

techo flotante, la corrección que se debe aplicar viene dada por:

34

Esta formula debe estar incluida en el software de Cálculo. El peso del techo

flotante debe ser cargado como dato de configuración del tanque. La Densidad de

referencia debe ser expresada en unidades de masa sobre unidades de volumen. EL

VCF, es el factor de corrección de volumen, el cual se explica más adelante en esta

sección.

Se mide el nivel de agua libre en el fondo del tanque y se introduce a la tabla

de capacidad o calibración vigente del tanque en particular, desde la cual se obtiene el

Volumen Total de Agua Libre en el fondo del tanque.

Al multiplicar el TOV por el factor de ajuste CTSh, corregir por FRA (si

aplica) y restar el volumen total de agua libre en el fondo del tanque, se resta del

volumen total observado, se obtiene el Volumen Bruto Observado (GOV) existente

en el tanque.

Cálculo del Volumen Total Bruto Estándar VTBE

A partir del GOV se calcula el Volumen Bruto Estándar (GSV), referido a las

condiciones base o estándares de referencia, el cual se obtiene al multiplicar el GOV

VCFDensidadflotantetechodelPeso

FRAref ×

=

35

por el correspondiente factor de corrección de volumen (VCF). Para obtener el VCF,

el software de Cálculo debe realizar lo siguiente:

Con la lectura de presión generada por el transmisor de presión del tanque y el

valor del nivel total de líquido obtenido del medidor de nivel, el software calcula la

densidad observada del Crudo almacenado en el tanque.

Con la densidad observada y la temperatura promedio del líquido indicada por

el medidor de temperatura del tanque, el software de Cálculo debe obtener la

densidad a la temperatura de referencia de la tabla API 5A.

Con la densidad de referencia y la temperatura promedio del líquido indicada

por el medidor de temperatura del tanque, el software de Cálculo obtiene el VCF de

la tabla API 6A (aplicable para el caso de petróleo Crudo).

Una vez completada la recepción o entrega de Crudo, se procede a calcular el

volumen final en el tanque, utilizando el mismo procedimiento indicado

anteriormente.

La cantidad neta de Crudo correspondiente a la operación de transferencia de

custodia, se obtiene al deducir del volumen total de Crudo el contenido de agua y

sedimentos, medido a una muestra representativa de todo el volumen de Crudo

involucrado. El procedimiento para realizar esto es el siguiente:

36

Se determina el volumen bruto estándar recibido o extraído de cada tanque.

Esto lo realiza el software de Cálculo, restando el GSV inicial y el GSV final de cada

tanque.

EL software de Cálculo suma los volúmenes bruto estándar recibidos o

extraídos de cada tanque, con lo que se obtiene el volumen bruto estándar total

asociado a la operación (GSVtotal).

Cálculo del Volumen Neto Total: VNT

El volumen Neto total, con agua y sedimentos extraídos, se obtiene a través de

la siguiente fórmula:

Donde el factor % AyS representa el contenido de agua y sedimentos presente en el

Crudo, el cual se obtiene al analizar en el laboratorio, la muestra tomada por el

Sistema automático de toma muestras. El %AyS obtenido debe ser ingresado al

software de Cálculo para que se proceda a generar la documentación asociada a la

operación.

( )100

%100 AySGSVNSV total

total

−×=

37

- PATIO DE TANQUES.

Según el Manual de aforación de Tanques, normas y procedimientos. Octubre

(1995) de PDVSA los Tanques son recipientes o depósitos usados para almacenar

líquidos o gases y a la vez protegerlos contra algunas influencias de la naturaleza.

Existen varias formas de Almacenamiento en recipientes fijos o móviles, con las

limitaciones que por cada caso o producto que almacenen se establezca. Los

recipientes fijos se podrán instalar:

Sobre el nivel del terreno, o de superficie.

Semienterrados.

Bajo el nivel del terreno, que pueden estar enterrados o en fosa.

Existen diversos Tanques de Almacenamiento de tipo sobre superficie:

Tanques de techo fijo, Tanques de techo flotante, Tanques de vapor variable, Tanques

presurizados, entre otros, cada uno con sus características que lo diferencian de otros,

por ejemplo: un tanque de techo flotante es ideal para contener Crudos livianos,

porque evita la acumulación de grandes cantidades de gases en la parte superior

interna del tanque, ya que el techo del mismo flota en el Crudo, permitiendo la

liberación de gases a la atmósfera; Los Tanques de techo fijo por consiguiente no

deben almacenar Crudos livianos debido a la gran cantidad de gas que pueden

acumular, una ventaja que presentan en estos Tanques radica en la gran facilidad en

procedimientos de aforación y de calculo el volumen Neto, ya que, en los Cálculos no

38

interfiere el peso del techo como en los Tanques de techo flotante. Sin embargo

generalmente los Tanques se pueden clasificar según su forma y contenido, como se

ve en la siguiente figura:

Figura 1. Aforo de Tanques

Fuente: Manual Aforo de Tanques,1995.

Un Patio de Tanques es aquel que tiene en su haber una variedad de Tanques

de Almacenamiento, cada uno con las capacidades y formas requeridas por el

producto a ser almacenado o tratado. La función de los Patios de Tanques, según el

Manual de Aforo de Tanques, es la de recibir, contabilizar, manejar, tratar, y

distribuir los Crudos que se producen en los campos provenientes de los diferentes

yacimientos y tratarlos para mejorar sus condiciones de manejo y calidad para

posteriores operaciones. En el caso particular de PDVSA, en la mayoría de los Patios

de Tanques se encuentran Tanques de techo fijo y techo flotante como los que se

muestran en la figura 2.

39

Figura 2. Tipos de Tanques.

Fuente: Wilman Fai, Golguin Ramos,2000.

El Patio de tanque “ULE”, específicamente, además de almacenar, tratar y

transportar el Crudo a la refinería de Amuay, de las distintas segregaciones: TIA

JUANA MEDIANO (TM), LOW POUR (LP), TIA JUANA LIVIANO (TJL) y

Urdaneta Pesado (UP) , también recibe la producción deshidratada del Crudo

condensado natural (CN), del Patio de Tanques de Taparito, Sur Tía Juana Mediano

(SM) del Patio de tanque de Lagunillas y rosa mediano (RM) del Patio de Tanques

de punta gorda.

Para realizar estas funciones el Patio de Tanques “ULE” cuenta con varios

equipos entre ellos las estaciones de bombeo. La estación de Bomba Ule-1 es usada

para bombear Crudo a través de la línea Nº1 o línea Nº2 hacia la refinería de

Amuay.

La estación Bomba Ule-2 es utilizada para efectuar la transferencia de Crudo

de propósitos generales (CPG) a la refinería de Amuay. El Crudo de propósitos

40

generales es una mezcla con gravedad promedio de 26 grados API. Constituido

principalmente por Crudo Sur Tía Juana mediano y volúmenes menores de Tía Juana

liviano, condensado natural, Urdaneta Pesado y Rosa mediano. La mezcla se efectúa

directamente en los Tanques asignados para tal propósito.

La estación de bomba Ule-3 es usada para transferir Crudo Urdaneta o Tía

Juana liviano, hacia el Patio de Tanques La Salina para exportación.

La estación de Bomba Ule-4 es utilizada como respaldo de las estaciones de

bomba Ule-1 y Ule-2 en la transferencia de Crudo de especialidades y de propósitos

generales hacia la Refinería de Amuay.

La estación de Bomba Ule-5 se utiliza para inyectar las aguas efluentes del

Patio de Tanques a los yacimientos Lagunillas inferior 3 y 4.

La estación de Bomba Ule-6 es utilizada para transferir diluyente desde el

tanque 80034 hasta el Campo Urdaneta Oeste.

La producción de Crudo Urdaneta Pesado va a los Tanques de lavados 96154

y 80039, mezclándose en el camino con agua caliente proveniente de los hornos,

como parte del tratamiento termoquímico que debe recibir este Crudo para su

deshidratación.

41

El Crudo tratado en el tanque de lavado desborda a una altura de 45 pies hasta

el tanque de compensación 20155 y desde allí es bombeado hacia los Tanques de

Almacenamiento asignados a esta segregación.

Parte del agua separada a este Crudo es bombeada desde el tanque de lavado

hacia los hornos para su calentamiento y posterior inyección a la línea de recepción.

El agua separada es drenada hacia el Sistema de tratamiento de agua de efluentes del

Patio de Tanques de ULE.

El agua drenada de los Tanques del Patio es recolectada en los separadores

API B1/2/3/4, donde el agua es separada del Crudo por decantación.

Desde aquí el agua fluye al API-5 para una separación y recuperación del

Crudo remanente. El agua es bombeada desde el separador API-5 hacia el clarificador

para su tratamiento final y posterior inyección a los yacimientos a través de las

unidades de bombeo de la estación Ule-5

Los Tanques de Almacenamiento están distribuidos en dos áreas: RIO ULE

con 7 Tanques de Almacenamiento de techo fijo y una capacidad nominal de 80000

y ULE que cuenta con 13 Tanques de techo flotante y una capacidad de 150000

barriles cada uno.

42

- SISTEMA SUPERVISORIO.

SUPERVISIÓN DE CONTROL Y ADQUISICIÓN DE DATOS

(SCADA).

Viene de las siglas "Supervisory Control And Data Adquisition", es decir:

adquisición de datos y supervisión de control. Se trata de una aplicación software

especialmente diseñada para funcionar sobre ordenadores de control de producción,

proporcionando comunicación con los dispositivos de campo (controladores

autónomos, autómatas programables, etc.) y controlando el proceso de forma

automática desde la pantalla del ordenador. Además, esta tecnología provee de toda la

información que se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del

mismo nivel como de otros supervisores dentro de la empresa: control de calidad,

supervisión, mantenimiento, etc., bien sea desde una o más instalaciones a distancia.

Cuando las dimensiones de los procesos son muy extensas, desde cientos de miles de

kilómetros, desde el principio hasta el final, los beneficios en términos de reducir

costos pueden ser apreciados.

En síntesis, El software SCADA es aquél que permite ver en una pantalla el

esquema de una instalación controlada por autómatas y sobre ésta se reflejan los

valores clave, permitiendo la variación de sus parámetros.(www.scada.htm).

43

Los programas necesarios, y en su caso el hardware adicional que se necesite,

se denomina en general Sistema SCADA.

Un paquete SCADA debe estar en disposición de ofrecer las siguientes

prestaciones:

- Posibilidad de crear paneles de alarma, que exigen la presencia del operador para

reconocer una parada o situación de alarma, con registro de incidencias.

- Generación de históricos de señal de planta, que pueden ser volcados para su

proceso sobre una hoja de Cálculo.

- Ejecución de programas, que modifican la ley de control, o incluso el programa total

sobre el autómata, bajo ciertas condiciones.

- Posibilidad de programación numérica, que permite realizar Cálculos aritméticos de

elevada resolución sobre la CPU del ordenador, y no sobre la del autómata, menos

especializado, etc.

Con ellas, se pueden desarrollar aplicaciones basadas en el PC, con captura de

datos, análisis de señales, presentaciones en pantalla, envío de resultados a disco e

impresora, etc.

Además, todas estas acciones se llevan a cabo mediante un paquete de

funciones que incluye zonas de programación en un lenguaje de uso general (como C,

Pascal, o Basic), lo cual confiere una potencia muy elevada y una gran versatilidad.

44

Un SCADA debe cumplir varios objetivos para que su instalación sea

perfectamente aprovechada:

- Deben ser Sistemas de arquitectura abierta, capaces de crecer o adaptarse según las

necesidades cambiantes de la empresa.

- Deben comunicarse con total facilidad y de forma transparente al usuario con el

equipo de planta y con el resto de la empresa (redes locales y de gestión).

- Deben ser programas sencillos de instalar, sin excesivas exigencias de hardware, y

fáciles de utilizar, con interfaces amigables con el usuario.

COMPONENTES DE UN SISTEMA SCADA.

Los módulos o bloques software que permiten las actividades de adquisición,

supervisión y control son los siguientes:

Configuración: permite al usuario definir el entorno de trabajo de su SCADA,

adaptándolo a la aplicación particular que se desea desarrollar.

Interfaz gráfica del operador: proporciona al operador las funciones de control y

supervisión de la planta. El proceso se representa mediante sinópticos gráficos

almacenados en el ordenador de proceso y generados desde el editor incorporado en

el SCADA o importados desde otra aplicación durante la configuración del paquete.

45

Módulo de proceso: ejecuta las acciones de mando preprogramadas a partir de los

valores actuales de variables leídas. La programación se realiza por medio de bloques

de programa en lenguaje de alto nivel (como C, Basic, etc.).

Gestión y archivo de datos: se encarga del Almacenamiento y procesado ordenado de

los datos, de forma que otra aplicación o dispositivo pueda tener acceso a ellos.

Comunicaciones: se encarga de la transferencia de información entre la planta y la

arquitectura hardware que soporta el SCADA, y entre ésta y el resto de elementos

informáticos de gestión.

SISTEMA DE ARQUITECTURA ABIERTA (OASYS).

OASyS es un control de supervisión adelantado y manejador de información

en tiempo real para las compañías de Crudo, Gas y electricidad, entre otras. Lanzado

en 1990, OASyS es verdaderamente, una plataforma de software abierto basado en

estándares, construido con la experiencia de más de 500 instalaciones del Sistema.

OASyS proporciona la herramienta ideal para los constantes cambios operacionales y

necesidades de la empresa, ya que este, acopla la actuación de alto proceso en tiempo

real, manejo de la base de datos, redes corporativas, y la tecnología de interfaz del

usuario gráfica (GUI) con unas poderosas y robustas aplicaciones de industria

(www.Valmet.com).

46

La arquitectura de un OASyS SCADA y el manejo de información en tiempo

real esta basado en el concepto de eslabones lógicos y nodos múltiples distribuidos.

La estructura se construye alrededor de tres elementos funcionales la Interfaz del

Usuario, Manejador de Base de datos, y Herramientas que combinadas con un

inventario comprensivo de aplicaciones industriales, determinan una colección de

soluciones integrales. OASyS se adapta a los protocolos de comunicación con

Unidades Terminales Remotas (RTU’s), Controladores de Lógica Programables

(PLC’s) y los Dispositivos Electrónicos Inteligentes (IED’s).

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC).

Según el Manual del Curso Básico de PLC, dictado en las instalaciones de J.J

Electronics (2000), el hombre ha tenido la necesidad desde hace mucho tiempo de

utilizar dispositivos que le permitan simplificar y facilitar las actividades industriales

y aún más cuando son repetitivas. La necesidad ha influido de manera efectiva en el

desarrollo de instrumentos que ayuden notoriamente a simplificar los procesos

industriales en los que se necesite mayor atención.

Desde que comienza la automatización de los procesos, a partir de una lógica

de relé imprecisa y engorrosa, surge la necesidad de crear un dispositivo de mayor

efectividad y flexibilidad, orientado a las posibilidades de expansión.

47

En los Estados Unidos para el año de 1968 comienzan a desarrollarse los

primeros controladores lógicos, que a pesar de ser elaborados con un gran numero de

transistores, cubrieron las expectativas iniciales.

Luego de tres años se incorpora una tecnología basada en microprocesadores,

con la que se obtiene más flexibilidad en las diferentes aplicaciones y la capacidad

de poder interactuar con el operador. Con este gran avance los controladores lógicos

programables se convierten en dispositivos electrónicos capaces de ejecutar

acciones programadas en función de eventos externos, correspondientes a cualquier

proceso industrial.

Según Nema (The National Electric Manufactures Association):

“El PLC es un aparato electrónico que opera digitalmente y usa una memoria

programable para el Almacenamiento interno de instrucciones, para implementar

funciones especificas tales como lógica, secuencia, temporización, conteo y

aritmética, para controlar máquinas o procesos por medio de módulos de entrada o

salida, discretas o analógicas”.

Por otra parte el CIED (Centro Internacional de Educación y Desarrollo)

afirma que un PLC es un equipo electrónico digital de alto rango de flexibilidad,

que puede ser programado de acuerdo a una secuencia lógica de actividades por

realizar, capaz de controlar eficientemente y en tiempo real un determinado proceso

48

industrial. El PLC se puede considerar como un equipo de control muy flexible, ya

que puede cambiar su función de control cuando se modifica el programa por

ejecutar, de esta manera, es posible controlar un proceso totalmente distinto

utilizando el mismo equipo o controlar un proceso con un gran numero de variables.

El PLC esta constituido por un conjunto de elementos que interactúan entre si

y que dependiendo de la integridad y flexibilidad de cada uno de cada uno de ellos

se garantizara la efectividad del Sistema de control implantado.

Entre los elementos más importantes se encuentra el Microprocesador; éste

es un dispositivo electrónico integrado a los que se les atribuye la inteligencia de los

PLC. Estos circuitos tienen una gran capacidad de Cálculo y control como manejo de

datos, además, pueden realizar operaciones del tipo lógico y aritmético al igual que

la ejecución de rutinas de diagnostico de fallas en los procesos. Estas funciones no

son posibles ni para relés, ni para circuitos manejadores (Sistemas lógicos cableados).

Todas las actividades que puede realizar el microprocesador son previamente

programadas por el fabricante. La tecnología de un microprocesador utilizado en un

determinado PLC definirá su capacidad y velocidad. Los microprocesadores se

clasifican de acuerdo con el tamaño de la palabra (numero de bits) que son capaces

de procesar simultáneamente, los tamaños más comunes de estos son 4, 8, 16 y 32

bits. Existen PLC que contienen más de un microprocesador en su CPU.

49

TIPOS DE LENGUAJES DE LOS PLC.

Existen varios lenguajes de programación para el PLC, siendo los más

utilizados aquellos que relacionan el esquema de contactos del Sistema a controlar

con las ecuaciones lógicas.

Lenguaje Mnemotécnico o Booleano: Es un lenguaje muy poco utilizado, en el cual

cada instrucción se basa en definiciones del álgebra booleana o álgebra lógica. A

continuación se muestra una relación entre mnemotécnicos con indicación de lo que

representan.

STR: operación inicio contacto abierto.

STRNOT: operación inicio contacto cerrado.

AND(Y): contacto serie abierto.

OR(O): contacto paralelo abierto

AND NOT : contacto serie cerrado.

OR NOT: contacto paralelo abierto.

OUT: bobina de relé de salida.

TMR : temporizador.

CNT: contador.

MCS: conexión de una función a un grupo de salidas.

MCR: fin de la conexión del grupo de salidas.

SFR: registro de desplazamiento. ect

50

Diagrama de contactos: una gran mayoría de fabricantes utiliza este lenguaje, debido

a su similitud con el diagrama de contactos de la lógica de control cableada en relés,

lo que facilita la labor a los técnicos habituados a trabajar con esos automatismos.

En la figura se muestra un diagrama en escalera en el que se ejemplifica este

lenguaje.

Figura 3. Diagrama en escalera

Fuente: Wilman Fai, Golguin Ramos,2000.

Plano de funciones: Su semejanza con los símbolos lógicos o compuertas lógicas

hace interesante este lenguaje, por la facilidad en la representación para los

conocedores de la electrónica digital. En la figura 4 se muestra un esquema para la

ecuación propuesta.

51

Figura 4. Plano de funciones

Fuente: Controladores Lógicos Programables.CIED,1997.

Grafcet: el GRAFCET (Graphe of Comande Etape Transition) esto es, Gráfico de

orden de etapas de transición, es un método por el cual se describen, en una forma

gráfica, perfectamente inteligible, las especificaciones de cualquier automatismo. La

siguiente figura da una idea simplificada de éste Sistema.

Figura 5. Gráfico de orden de etapas de transición

Fuente: Controladores Lógicos Programables.CIED,1997.

Organigrama: Este método también es llamado ordinograma, diagrama de flujo y

flujo grama, es un Sistema de representación que se basa en una serie de figuras

52

geométricas, utilizadas como símbolos, unidas por líneas, que tiene como misión

mostrar gráficamente, en este caso, un proceso o problema, así como informar sobre

él, es decir, analizar las partes y darle solución. Los símbolos empleados se

representan en la figura.

Figura 6. Diagrama de flujo.

Fuente: Controladores Lógicos Programables.CIED,1997.

Para la validación del Cálculo de Crudo Neto en el caso especifico de

PDVSA, se realizó el análisis del PLC-5 Allen Bradley, ya que éste se encarga de

realizar algunos Cálculos relevantes para el volumen Neto.

Una característica relevante en la serie 5 Allen Bradley, es que pueden

comunicarse serialmente por medio de la red Data Highway Plus, además, se puede

utilizar esta red para transferir datos a un nivel superior de computadoras, así como

también, a una múltiple red de procesadores de la serie PLC-5. Solo se pueden

conectar un máximo de 64 estaciones a una red DH+. La red opera sobre un protocolo

token-passing con una velocidad de transferencia de 57.6 Kbps

53

Muchos Factores pueden afectar el desempeño de la red DH+:

Nodos.

Tamaño y numero de mensajes.

Destinación de Mensajes.

Tiempo de procesamiento Interno.

Adicionalmente el PLC 5/40E tiene la posibilidad de operar bajo protocolo

ETHERNET, permitiendo actualizar los datos entregados a un Sistema de supervisión

de control en un tiempo menor.

La flexibilidad en cuanto a comunicación aportada por esta serie, permite

realizar conexiones con redundancia múltiple, asegurando la integridad de la

información, logrando así una mayor confiabilidad y certeza de los Cálculos

realizados.

REDES.

Según Kevin Stoltz “ Todo acerca de... Redes de Computación” (1994), las

redes constan de dos o más computadoras conectadas entre si y permiten compartir

recursos e información. Una red trae varios beneficios; como por ejemplo, la

posibilidad de obtener y utilizar información de una fuente común que, en algunos

casos, es un requisito para operaciones como la contabilidad, en la cual diferentes

54

personas necesitan aplicar los mismos datos al mismo tiempo. Otro beneficio

inmediato de enlazar en red a las PC es la posibilidad que se tiene de compartir

impresoras y unidades de disco.

Mucho antes de que fuera considerada factible la idea de que las PC

reemplazaran a las macro o las minicomputadoras, comenzaron a aparecer las

primeras LAN (red de área local) de PC. Una LAN es un Sistema de comunicaciones

de alta velocidad que conecta microcomputadoras o PC que se encuentren cercanas,

por lo general dentro del mismo edificio. Una LAN consta de hardware y software de

red y sirve para conectar las PC que están aisladas. Una LAN da la posibilidad de que

las PC compartan entre ellas programas, información y recursos, como unidades de

disco, directorios e impresoras.

En una red existen dos tipos de computadoras en general, tal y como se

muestra en la figura 7; Las estaciones de trabajo, que son las computadoras ante la

cual se sienta el usuario y realiza su trabajo, y el servidor que es el computador que

proporciona servicio a las estaciones de trabajo.

55

Figura 7. Servidor y estaciones de trabajo.

Fuente: Todo acerca de Redes de computación.Kevin Stoltz,1994.

A su vez los servidores se clasifican en dedicados y no dedicados, El servidor

no dedicado es una estación de trabajo que comparten sus recursos con otras

computadoras, mientras que el servidor dedicado no puede ejecutar ningún otro

trabajo aparte del requerido para compartir sus recursos con las estaciones de trabajo.

En la figura 8 se muestran estos tipos de servidores.

Figura 8. Servidor dedicados y no dedicados.

Fuente: Todo acerca de Redes de computación.Kevin Stoltz,1994.

56

Una de las mayores razones de porque utilizar los servidores dedicados es que

pueden procesar trabajos a mayor velocidad, ya que no tienen que realizar actividades

pertinentes a un usuario, como en el caso de los servidores no dedicados.

Las LAN se pueden clasificar dentro de dos categorías: las de servidor y las

de punto a punto. Las LAN basadas en uno o más servidores dedicados o no

dedicados, también llamado cliente-servidor, consta normalmente de uno o más

servidores que comparten sus recursos con las estaciones de trabajo. Las LAN punto

a punto como la que se muestra en la figura 9 permite que las computadoras de red se

configuren como servidores no dedicados de la red y, de esta forma, se compartan los

recursos de cada una de ellas.

Figura 9. LAN punto a punto.

Fuente: Todo acerca de Redes de computación.Kevin Stoltz,1994.

57

Existen tres topologías de red estándar: la de bus, la de estrella y la de anillo.

También hay combinaciones de más de una topología. Por ejemplo, una topología de

árbol es la combinación de una topología de bus y una de estrella.

En una topología de bus tal y como se muestra en la figura 10, cada

computadora esta conectada a un segmento común de cable de red. El segmento de

red se coloca como un bus lineal, es decir, un cable largo que va de un extremo a otro

de la red, y al cual se conecta cada nodo de la red.

Figura 10. Red configuración bus..

Fuente: Todo acerca de Redes de computación. Kevin Stoltz,1994.

En una topología de estrella, cada computadora esta conectada a un

concentrador ubicado centralmente. El concentrador es un dispositivo de hardware

con varios puertos, donde se puede conectar un terminal de red en uno de ellos.

58

Figura 11. Red configuración Estrella

Fuente: Todo acerca de Redes de computación. Kevin Stoltz,1994..

En una topología de anillo, cada computadora se conecta en forma de anillo a

la red. Las topologías de anillo casi siempre son lógicas con topología física de

estrella.

Figura 12. Red configuración Anillo.

Fuente: Todo acerca de Redes de computación. Kevin Stoltz,1994..

Una topología de árbol es la combinación de las topologías de bus y de

estrella. Muchos concentradores de las redes Ethernet con topologías física de estrella

también tienen un conector en la parte trasera que enlaza al concentrador a una red de

topología física de bus.

59

Figura 13. Red configuración Árbol.

Fuente: Todo acerca de Redes de computación. Kevin Stoltz,1994.

Los tres estándar más populares que se utilizan para red son: Ethernet,

ARCnet y token ring.

Ethernet emplea una topología lógica de bus y una topología física de bus o de

estrella. Es uno de los estándar más popular para las LAN que se usa actualmente y se

subdivide en tres tipos a su vez: 10BASE5, 10BASE2 y 10BASE-T, que definen el

tipo de cable de red, las especificaciones de longitud y la topología física que debe

utilizarse para conectar nodos en la red.

Figura 14. Red Ethernet.

Fuente: Todo acerca de Redes de computación. Kevin Stoltz,1994.

60

Token Ring fue idea por IBM y otros fabricantes, opera a una velocidad de

4Mbps o 16 Mbps con una topología lógica de anillo y una topología física de

estrella. Token Ring se basa en un Sistema de paso de señales, es decir que pasa un

token a todas las computadoras de la red. La computadora que posee el token tiene

autorización para transmitir su información a otra computadora del anillo. Si la

siguiente computadora tiene que enviar información, acepta el token y procede a

enviarla. En caso contrario, el token pasa a la siguiente computadora del anillo y el

proceso continua.

Figura 15. Red Token Ring.

Fuente: Todo acerca de Redes de computación. Kevin Stoltz,1994.

ARCnet usa una topología lógica de bus y una ligera variación de la topología

de estrella. Cada nodo de la red esta conectado a un concentrador pasivo o a uno

activo. Un concentrador pasivo no recibe potencia eléctrica y sirve para distribuir la

señal de la red a cortas distancias. Un concentrador activo si recibe potencia eléctrica

61

y también amplifica la señal de la red para permitir que la red cubra distancias más

largas.

Figura 16. Red ARCnet

Fuente: Todo acerca de Redes de computación. Kevin Stoltz,1994.

PROTOCOLO.

Un protocolo es un juego de reglas que define la forma en que deben

efectuarse las comunicaciones de las redes, incluyendo el formato, la temporización,

la secuencia y la revisión y la corrección de errores (www.fondon.com).

Un protocolo simplemente es el idioma que usan las computadoras, las RTU’s

y otros dispositivos cuando ellos se comunican entre sí. Entre los protocolos más

importantes se destacan los siguientes:

62

MODBUS.

El protocolo Modbus originalmente fue diseñado para comunicación entre

(PLC’s), los cuales eran ampliamente utilizados en fabrica automotriz y en otros

procesos de automatización. Modbus, como otros protocolos de PLC, todavía sigue

siendo diseñado para leer y escribir puntos I/O individuales en el PLC.

FIELD BUS.

Según una sección denominada “Lo básico del Fieldbus” en la pagina

(www.fondon.com) el Fieldbus es un canal de comunicación digital, bidireccional,

multi-drop entre los dispositivos inteligentes que reemplazan los lazos de 4-20 mA.

Aunque las computadoras, los controladores de lógica programables (PLCs), y

las unidades terminales remotas (RTUs) se comunican entre sí digitalmente, la

mayoría de los dispositivos de campo (ej: válvulas, transductores de presión,

interruptores, etc.) todavía usan señales analógicas para comunicarse.

63

Figura 17.Protocolo Field Bus

Fuente: www.fondon.com

Los Medios de comunicaciones bidireccionales no solo permiten que el valor

del dispositivo del campo sea leído sino que ahora es posible escribir al dispositivo.

La capacidad del multi-drop del fieldbus produce la economía más inmediata de gran

beneficio para los usuarios. Con dispositivos analógicos, un par de cables se necesitan

entre el dispositivo de campo y el Sistema de control porque sólo una señal analógica

puede representarse en el circuito.

Los Sistemas distribuídos modernos resuelven este problema parcialmente

localizando dispositivos del multiplexing remotos en el campo. La última solución,

sin embargo, es ser capaz de conectar un número razonable de sensores a un mismo

cable, esto es exactamente lo que fieldbus permite realizar.

Algunos protocolos híbridos, como HART ®, están siendo ahora un puente

entre tecnologías analógicas y digitales. Usando el protocolo del HART, las señales

analógicas todavía son transmitidas por el proceso mientras un valor digital se

sobrepone encima del valor analógico para intercambiar información adicional con el

dispositivo.

64

Se diseñan fieldbus para incluir más los rasgos en su protocolo para resolver

problemas de actuación, seguridad, y descubrimientos de errores. Este proporciona

economía en costo de cableado entre un 80 a 90% cuando se construyen sobre las

instalaciones convencionales.

La información adicional de diagnóstico que permite el fieldbus hace posible

a menudo diagnosticar un problema de dispositivo de campo remotamente, ahorrando

así, viajes a campo.

PROTOCOLO HART.

El protocolo HART utiliza modulación de Frecuencia (FSK) para sobreponer

señales digitales de baja frecuencia de 4-20mA. Esto permite la comunicación entre

dos dispositivos o más y posibilita información adicional más allá del proceso normal

de un instrumento de campo inteligente. El protocolo del HART se puede utilizar

para comunicación sin interrumpir las señales de 4-20mA Como la señal de FSK es

fase continua, no hay ninguna interferencia con la señal 4-20mA

(www.Rosemount.com).

65

El HART es un protocolo de comunicación de amo-esclavo, la comunicación

es comenzada por el dispositivo amo con cada esclavo (dispositivo del campo). El

amo generalmente es un Sistema de mando distribuido (DCS), un controlador de

lógica programable (PLC), o una computadora personal (PC).

El HART posee las siguientes características:

- Capacidad digital: Permite el acceso a todos los parámetros del instrumento y

diagnósticos, Estado del dispositivo en-línea.

- Compatibilidad analógica: Permite comunicaciones analógicas y digitales

simultáneas

- Interoperabilidad: Es un sistema totalmente abierto

- SISTEMAS DE CONTROL Y MEDICIÓN.

AFORACIÓN.

Según el Manual de Aforación de Tanques, la aforación es una actividad que

comprende la determinación de la cantidad de Crudo y/o producto contenido en un

tanque; mediante la obtención de las muestras representativas de este... Para esto los

aforadores necesitan de ciertos implementos como la cinta metálica continua con su

respectiva plomada, pasta indicadora de agua y gasolina, barras para medir sedimento

66

en el fondo del tanque, entre otros implementos, así como también de algunas normas

para la determinación de temperatura en el Crudo y para la toma de muestras para la

determinación de porcentaje de agua en el Crudo. Existen dos Métodos de

mediciones: el método de medición directa y el método de medición indirecta. Estos

métodos son utilizados para determinar el nivel del Crudo y el nivel de agua libre

depositada en el fondo del tanque.

Método de medición Directa: Este método consiste en bajar la cinta con la

plomada hasta tocar ligeramente el fondo del tanque o la placa de nivel cero fijada en

el fondo. El nivel del liquido en el tanque se determina por la longitud de la cinta

mojada. Este método se usa necesariamente para la medición de Tanques de techo

flotante, medición de agua en el fondo del tanque, residuos de petróleo o productos

del mismo en cualquier tanque.

Método de medición Indirecta o medición por vacío: Este método consiste en

bajar la cinta con la plomada hasta cierta profundidad dentro del liquido contenido en

el tanque. El nivel del liquido contenido en el tanque se determina restándole a la

altura de referencia la lectura de la cinta y sumándole al resultado obtenido, la lectura

de la cinta mojada.

Este método se usa comúnmente en la medición de Tanques de techo fijo y en

oportunidades, se usa para medir los niveles de los residuos y agua en el fondo de los

Tanques.

67

MEDICIÓN POR RADAR UTILIZANDO MODULACIÓN DE

FRECUENCIA.

En 1933 Edwin Howard Armstrong invento la técnica de modulación de

frecuencia, por primera vez, se dio la radio estática-libre mundial. El precio a pagar

por ésta ventajosa técnica fue el ancho de banda requerido para la propagación de la

señal. Por ejemplo una estación de radio comercial AM ocupa un ancho de banda

máximo de 10 Khz, utilizando la modulación de frecuencia “FM” se podría utilizar

un ancho de banda mínimo de 200 Khz. El transmisor de FM y el receptor de FM

requieren más componentes en circuito, así, ellos son más costosos que sus AM

colegas.Aparte de las consideraciones técnicas, hay una diferencia teórica dominante.

En principio, AM es un proceso de la modulación lineal. Sin embargo, FM es no

lineal. Esto complica el análisis, el plan, y la aplicación de dispositivos de FM.

La modulación de frecuencia consiste en variar las características de una señal

en función de otra, de esta manera la señal que contiene la información se puede

acoplar al medio físico o canal de transmisión de la manera más adecuada. Revista

Cekit, Edison Duque (1998)

Los medios físicos o canales sobre los cuales se transmiten diferentes señales

pueden ser especificados en función de su respuesta en frecuencia. Para obtener una

68

transmisión eficiente, los parámetros de la señal a transmitir deben corresponder

con las propiedades del canal. Cuando esto no ocurre, la señal debe ser modificada o

procesada para que ésta se adapte a su medio. Esto es lo que se conoce como

Modulación.

Según Stremler, La modulación de frecuencia FM, es un tipo de modulación

que consiste en hacer variar la frecuencia de una señal portadora proporcionalmente a

una señal moduladora. Una señal de FM tiene la siguiente forma:

ϕ(t) = Acos(ωct + ∫m(t)dt)

donde ωc es la frecuencia angular de la señal portadora objeto de modulación , y m(t)

es la señal moduladora o mensaje. Es importante resaltar que si la ecuación no tuviera

el símbolo de integral de la señal moduladora, m(t) sería una señal moduladora en

fase “PM”, debido a que la desviación de frecuencia es la derivada de la desviación

de fase, y para que exista modulación en FM, la desviación de frecuencia debe ser

proporcional a la amplitud de la señal moduladora. Por lo tanto cuando se modula en

FM se tiene PM indirecta y viceversa.

Existen varios parámetros importantes en la modulación de FM que son los

siguientes.

Df : Este parámetro es conocido como ganancia del modulador FM, y es una

constante que viene dada en V/Hz.

69

Af : Este parámetro es la máxima variación de frecuencia de la portadora por

efecto de la señal moduladora, y depende de la amplitud de esta última según la

siguiente relación: Af = DfVp, donde Vp es el voltaje pico de la señal modulante.

β: Este es el índice de modulación en FM, y es un valor a dimensional que

viene dado por β = Af/fm, donde fm es la frecuencia de la señal moduladora.

uladoramodseñalladefrecuencia

portadoraseñaldefrecuenciadedesviacion=β

De la ecuación antes planteada se puede deducir que para una señal triangular

de baja frecuencia como la de la figura 18, el ser sometida al proceso de la

modulación con una señal senoidal de frecuencia relativamente alta, cambiara sus

propiedades de frecuencia trasladando su espectro a un poco más allá de la

frecuencia portadora.

Figura 18.Señal de baja frecuencia.

Fuente: Wilman Fai, Golguin Ramos,2000.

70

La señal que se obtiene de alta frecuencia que se muestra en la figura 20, es

el resultado de la modulación, en ésta se puede ver la total correspondencia entre la

variación de amplitud de la señal mensaje y el cambio de frecuencia de la señal

portadora.

Figura 19. Señal modulada de alta frecuencia

Fuente: Sistemas de comunicación. LEON COUCH,1996.

El principio de modulación de frecuencia se aplica en los medidores de nivel

de Crudo tipo Radar. Este dispositivo es capas de detectar objetos a su frente

midiendo el retraso de tiempo entre las señales de alta frecuencia emitidas por él

mismo.

Un radar opera modulando una señal mensaje a altas frecuencias, donde su

antena apunta a la superficie que se desea identificar. Esta medición de nivel se

hace de manera indirecta, el radar solo identifica el espacio vacío a su frente. El

proceso de medición con radar comienza con la emisión continua de una señal

mensaje triangular de frecuencia modulada que una ves que ésta choca con la

superficie parte de regreso al sitio de emisión. En éste punto la señal viajera se de

71

modula y se compara con la señal original, siendo el desfase entre ellas

directamente proporcional a la distancia desde la superficie más próxima.

En la figura 20 se representa el proceso de emisión y recepción de señal.

Figura 20. Señales emitidas y recibidas por el Radar

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

Por otra parte según DAVID CHENG en su libro “Teoría Electromagnética”

(1995) para obtener una radiación eficiente de energía electromagnética desde una

antena, la longitud de onda de la señal radiada debe ser comparable con las

dimensiones físicas de la misma. Dicho lo anterior, para transmitir señales de audio

como las emitidas por estaciones de radio comercial (a bajas frecuencias), se

requieren antenas de varios kilómetros de longitud, lo que es algo imposible en la

practica. Para obtener dimensiones convenientes, las señales transmitidas por antenas

deben ser de altas frecuencias. Siendo éstas razones por lo que las señales de audio

deben ser sometidas a un proceso de modulación en estaciones de radio para poder

ser irradiadas desde una antena de tamaño considerable.

72

De lo antes expuesto se aclara el porque se utiliza una antena en pequeñas

dimensiones en el caso particular de un medidor de espacio vacío tipo radar de la

marca SAAB. En la figura 21, se pueden observar los tipos de antenas utilizadas

para tal fin, tomando en cuenta que todas se adaptan a una misma unidad electrónica.

Figura 21. Dimensiones de Antenas

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

Una antena de reducidas dimensiones es compensada con una frecuencia de

operación considerablemente alta. Esto se traduce en que la longitud de onda de la

señal es comparable con las dimensiones físicas de la antena, corroborando que la

señal se irradia desde la antena con un nivel de potencia relativamente alto en

operaciones normales. En la figura 22, se muestra la frecuencia de trabajo para el

Radar, en el que la señal modulada puede ser irradiada por cualquiera de las antenas

antes mostradas.

73

Figura 22.Frecuencia de operación

Fuente: Manual de servicio Saab,1997

La parte más importante del radar es la unidad electrónica, mostrada en la

figura 23, ya que ella incluye la parte funcional de la unidad de microondas y la

tarjeta de procesamiento de señal, esta unidad puede ser intercambiable en los

diferentes tipos de antena. El cambiar el tipo de antena solo implica un pequeño

ajuste en la configuración de la base de datos del dispositivo.

Figura 23. Unidad electrónica.

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

Medidor tipo radar de antena cónica Radar Tank Gauge (RTG) 2920

Este modelo utiliza una antena cónica como la mostrada en la figura 24, ya

que fue diseñado para medir cualquier tipo de liquido independientemente de su

composición química a excepción del bitumen y el asfalto.

74

Figura 24. RTG 2920

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

Medidor tipo radar de antena parabólica RTG 2930

Este radar con antena parabólica se usa cuando se desea medir nivel en

Tanques que almacenan cualquier tipo de liquido, entre ellos bitumen y asfalto,

siendo esta una de las más resistente a la corrosión y condensación producto del

liquido almacenado; En la figura 25 se ilustra el instrumento de medición de nivel,

resaltando que este modelo es el más adecuado para Tanques de techo fijo en donde

se lleve a cabo una labor de transferencia y custodia.

Figura 25. RTG 2930

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

75

Medidor tipo radar de antena cónica para tubos de calma. RTG 2940

Este tipo de antena esta diseñada para Tanques de proceso o

Almacenamiento, donde existan altos niveles de turbulencia, y que la precisión sea

un factor de mayor importancia. Para este modelo de antena, se requiere un tubo de

calma en el que repose el instrumento. Este tubo se utiliza, debido a que en el los

niveles de turbulencia son despreciables. En la figura 26, se muestra el tubo de calma

del tanque donde reposa el instrumento.

Figura 26. Tanques con tubo de calma.

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

El modelo 2940 es uno de los más utilizados en operaciones de transferencia

y custodia, hasta el punto que es uno de los más recomendados por el Instituto de

Petróleos Americanos. En la grafica 27 se muestra el radar recomendado por API

para la medición de nivel en Tanques.

76

Figura 27. RTG 2940

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

Medidor tipo radar de antena cónica para Tanques de LPG. 2960

Para el modelo 2960 al igual que el anterior, la antena se debe instalar en un

tubo de calma. Este tipo de antena fue diseñada para Tanques presurizados, en los

que la medición de nivel con precisión es una difícil labor.

El tubo de calma a utilizar debe contar con algunos pines de referencia a

distancias conocidas, que servirán de guías para el medidor de nivel al momento de

calibración debido a que en este tipo de Tanques es imposible realizar una medición

manual; En la figura 28 se muestra la antena utilizada para esta aplicación.

77

Figura 28. RTG 2960.

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

En operación normal, cuando el radar emite una señal de FM hacia la

superficie del tanque, ésta la refleja hasta el punto de emisión donde el procesador

digital de señal (DSP) aplica una transformada de fourrier (FFT) a la señal recibida.

Desarrollando el cálculo de la FFT de la señal entrante, se proporciona el espectro de

frecuencia analizado, y comparando con el espectro de la señal emitida, se obtiene la

distancia desde el radar hasta la superficie del liquido.

Esta técnica de procesamiento de señales a pesar de la relativa baja resolución

y precisión de método, es una de las más simples y usada, con ella se podrían obtener

errores de medición de hasta 1mm ocasionado por una perdida de niveles de energía

Sin embargo las magnitudes de las componentes espectrales de primer orden

permiten ser ajustadas a la potencia requerida.

78

Según el Manual de Instalación del Radar Saab (1997), un diámetro de la

antena más grande tiene una ganancia más alta o una señal más concentrada y por

consiguiente recibe un eco más fuerte. La potencia de señal recibida de vuelta de la

superficie es proporcional a un cuarto de la potencia del diámetro de la antena dado

una frecuencia de microonda fija. Una antena más grande proporciona un estrecho

enfoque, el cual es conveniente para aplicaciones en Tanques de líquidos con

reflexión del radar baja, en distancias más largas y en ambientes sucios. En la figura

29 se muestran los enfoques que se pueden obtener según el diámetro de la antena.

Figura 29. Enfoques de la señal emitida según el diámetro de la antena

Fuente: Manual de servicio Saab,1997.

EL MEDIDOR DE NIVEL CAPACITIVO.

La capacitancia que mide el Sistema puede ser usado para medir el nivel del

liquido de un tanque con precisión (www.beacon.com).

79

Incluso cuando un segundo material (por ejemplo: aire o un fluido del

proceso) esta sobre el liquido cuyo nivel nosotros deseamos medir, el sensor

capacitivo habilitará la medida del nivel, o altura, del material más bajo. Para que el

Sistema de sensor capacitivo proporcione una exacta y repetible medida de nivel, las

propiedades de los materiales que son modelados deben permanecer constantes con el

tiempo.

En un Sistema de medida típico, una sonda se pone verticalmente en el tanque

que contiene los materiales a ser medidos. Cuando ambos, el material a ser medido y

el material que esta sobre este son no conductivos, las medidas son basadas en las

diferencias de las constantes dieléctricas de los dos materiales.

Debido a que la medida es basada en la constancia de las propiedades

eléctricas de los materiales, generalmente se realizan calibraciones usando los

materiales reales. A menos que las propiedades de los materiales sean conocidas con

gran exactitud, las calibraciones frecuentemente se realizan en , o muy cerca de, la

instalación final cuando podría ser muy difícil de proporcionar muestras de los

materiales al fabricante del sensor.

En el caso especial de agua conductiva al fondo de un tanque que contiene un

proceso con fluido no conductivo, como Crudo, puede mostrarse que la medida es

relativamente insensible a la conductibilidad del agua; caso frecuente para las agua

que se forman a lo largo de la extracción de un Crudo y el Crudo mismo, es común

80

usar una sonda cubierta con una capa de material dieléctrico como Teflón. En este

caso, el material a ser modelado realmente es el Teflón cuyas propiedades son muy

estables con relación a cambios considerables de las condiciones del ambiente. Por

consiguiente, el sensor capacitivo puede usarse para medir el nivel del agua al fondo

de un tanque de Almacenamiento de aceite Crudo con una exactitud generalmente del

orden de unas décima de una pulgada.

Principales características del medidor capacitivo ACCU:

Indicación continua de interfaz de nivel de agua Libre

Encapsulado a prueba de explosión

Resolución alta

Sondas de RTD promediantes

Tubo de acero flexible

Fuente de 24 VDC

Señal 4-20 mA o HART (Inteligente)

81

Figura 30 Medidor de nivel de agua libre Capacitivo.

Beacon ACCU-TEMP Tipo MW

Fuente: www.beacon.com

Además de proporcionar una temperatura media muy exacta y fidedigna de

volúmenes del tanque, el Beacon ACCU-TEMP Tipo MW también proporciona una

indicación continua de nivel de interfaz de agua en el que la información puede

determinar el Cálculo de barril Neto junto con la corrección de temperatura.

Adicionalmente la información puede ser analizada en tiempos posteriores del horario

de las actividades.

El fondo del Beacon que mide la interfaz de agua utiliza una sonda capacitiva

con circuitería intrínsecamente segura para determinar el nivel de la interfaz entre el

82

fondo de agua y el producto en el tanque. Necesita de una fuente de poder de 24

VDC. El rendimiento del Sistema es 4-20 MA. Para la mayoría de las aplicaciones, la

sonda proporcionará una resolución de 1/4" (6mm) sobre un rango de 0-36".

PRESIÓN.

Según Robert L.Mott, la presión se define como la cantidad de fuerza ejercida

sobre una área unitaria de una sustancia. Esto se puede establecer con la ecuación:

AF

p =

Blaise Pascal, un científico del siglo XVII, describió dos principios acerca de

la presión.

La presión actúa uniformemente en todas direcciones sobre un pequeño

volumen de fluido.

En un fluido confinado entre fronteras sólidas, la presión actúa

perpendicularmente a la frontera.

Aunque la unidad estándar de la presión en el Sistema británico de unidades

es la libra por pie cuadrado, no se utiliza muy a menudo debido a su inconveniencia.

Las medidas de longitud son más convenientes si se hacen en pulgadas

83

cuadradas(PSI). En algunas ocasiones la presión suele ser expresada como la altura

de una columna de liquido, ya que, la magnitud real de la lectura de presión, a

menudo, es pequeña. En ocasiones se utilizan manómetros para medir tales presiones

y los resultados están dados en unidades como pulgadas de agua, en lugar de las

unidades convencionales de Pa o lb/pulg² (PSI).

Para convertir estas unidades a las que se necesitan para efectuar los Cálculos,

se debe utilizar la relación presión - elevación. Por ejemplo, una presión de 1 pulgada

de agua expresada en unidades lb/pulg² es:

hp γ=

²lg/0361.0³1728

³1)lg1(

³ 4.62

2 pulbpul

pieOHpu

pieslb

p ==

MEDIDORES Y TRANSDUCTORES DE PRESIÓN.

Según Robert L. Mott, un dispositivo para medir presión que se utiliza

ampliamente es el medidor de presión de tubo Bourdon. La presión que se va a medir

se aplica a la parte interior de un tubo aplanado que, normalmente, tiene la forma de

un circulo o una espiral. La presión aumentada en el interior del tubo ocasiona que

este se enderece un poco. El movimiento del extremo del tubo es transmitido a través

de una ligadura que, a su vez, hace que un indicador gire. Existen otros tipos de

84

medidores o transductores de presión, que miden una cantidad física (presión) y

generan una señal eléctrica que tiene relación predecible con la cantidad medida.

Algunos tipos de transductores son los de resonador de cuarzo, de tipo LVDT, entre

otros. Uno de los transductores de presión como el de estado sólido utiliza dos placas

paralelas cuya superficie esta compuesta por un patrón estriado de silicio. La presión

aplicada a una placa ocasiona que esta se desvíe, cambiando el espacio de aire que

hay entre las placas, resultando en un cambio de capacitancia entre las placas. Este

principio es similar al aplicado en el funcionamiento de los transmisores Rosemount.

MEDIDORES DE PRESIÓN ROSEMOUNT.

El principio de funcionamiento de los transmisores Rosemount mide la

presión del proceso aplicada y desplaza el diafragma del transmisor, transmitiendo el

modelado de la presión a través del Sistema. Esta presión cambia de sitio al

diafragma en la célula del sensor, creando un diferencial capacitivo entre el

diafragma y la chapa del condensador (www.Rosemount.com).

El Transmisor de Presión Hidrostática Modelo 3001C tiene las siguientes

características:

• Alta Exactitud.

• Tecnología probada del sensor.

• Electrónica basada en Microprocesador.

85

• Comunicaciones Digitales vía protocolo HART.

• A prueba de Explosión e intrínsecamente seguro.

El Transmisor de Presión Hidrostática Modelo 3001C es el corazón del

Rosemount Hydrostatic Tank Gauging System (HTG). Este sensor de gran exacto

proporciona la medida de presión primaria en los que se basan los Cálculos de HTG.

Estos Cálculos proporcionan medidas en líneas de masa, densidad, densidad normal,

volumen, volumen normal, y nivel en Tanques del Almacenamiento de líquidos.

Dependiendo de la aplicación, se usan uno o dos transmisores de presión por tanque

de Almacenamiento. Un transmisor se usa si la densidad es constante y el segundo

transmisor se usa si la densidad necesita ser medida.

El instrumento proporciona las medidas fiables que se necesitan para el

manejo de inventarios y traslados de productos.

El Transmisor de Presión Hidrostática Modelo 3001C incorpora una exactitud

alta y son especialmente caracterizados porque todos pueden operar en temperaturas

de (–40 a 185 °F [–40 a 85 °C])

El transmisor es basado en microprocesador, proporcionando internamente

corrección por temperatura. El arreglo del microprocesador permite a transmisores

ser intercambiados sin necesidad de reconfigurar cualquier otro componente dentro

del Sistema de HTG. La presión proporcionada por el transmisor se afianza en las

86

comunicaciones digitales usando el protocolo HART a dos hilos. El transmisor

permite las conexiones de alambrado de campo sin entrada en la electrónica del

transmisor, puede trabajar en varios tangos de presión (0 a 9 psi ,0 a 30 psi ,0 a

150psi).

Figura 31. Medidor de presión ROSEMOUNT

Fuente: ROSEMOUNT. www.rosemount.com.

SISTEMAS DE CONTROL.

Según, Arístides Soto, Julio 1998 en su tesis ”Desarrollo de un modelo

matemático para la validación de mediciones y detección de fuga en una red de

recolección de Crudo desde las estaciones de flujo hacia los Patios de tanque.”, un

Sistema de control se refiere generalmente a todos los componentes de control

incluyendo el proceso, la medición, el controlador y el operador de equipos que

contribuyen a la operación.

87

En los Sistemas de control se lleva a la practica un concepto fundamental que

consiste en medir, comparar, computar y corregir; para producir el mejor resultado

posible.

Según un trabajo de Investigación realizado por Alfredo López, 1999,

titulado Teoría General de los Sistemas de control “Un Sistema de control es un

conjunto organizado de cosas o partes interdependientes, que se relacionan formando

un todo unitario y complejo, con el fin de mantener en condiciones ideales un

proceso”; Cabe destacar que cada uno de los elementos que conforma un Sistema

de control deben estar íntimamente relacionados, lo que garantiza la efectiva

ejecución de una acción de control ante perturbaciones en las variables del proceso.

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE CONTROL.

SISTEMA DE CONTROL A LAZO ABIERTO.

Un Sistema se denomina Lazo Abierto porque las entradas de control no son

influenciadas por las salidas del proceso, es decir, no se produce retroalimentación

de las variables de salida.

Este Sistema de control posee la ventaja de simplicidad, pero su

funcionamiento es fuertemente dependiente. Idealmente este tipo de control se aplica

88

a procesos que destacan la capacidad de desempeño con exactitud, que es

determinado por su calibración y consiste en establecer una relación entrada/salida

que permita obtener la exactitud requerida y la escasa presencia de problema por

inestabilidad.

SISTEMAS DE CONTROL A LAZO CERRADO.

Un Sistema de control a lazo cerrado, consiste en llevar la salida del proceso

mediante una trayectoria de retorno hacia la entrada, donde será comparada con la

salida deseada. Este por ser un Sistema de mayor complejidad, se utiliza en procesos

críticos donde un simple Sistema a lazo abierto fracasaría por excesiva inestabilidad.

Según Katsuhito Ogata,(1.977;Pag 250) en un Sistema de control a lazo

cerrado, se compara el valor efectivo de salida de un proceso con el valor deseado, se

determina la desviación y produce una señal que reduce la desviación a cero o a un

valor pequeño. La forma en que el control automático produce la señal de control

recibe el nombre de acción de control.

De acuerdo con su acción de control se pueden clasificar los controles

automáticos en:

Controles de dos posiciones

Controles proporcionales

Controles integrales

Controles proporcionales e integrales

89

Controles proporcionales y derivados

Controles proporcionales y derivados e integrales.

Según, Arístides Soto, un Sistema de control automático es una disposición

operable de uno o más controladores automáticos, junto con su equipo asociado,

unidos en circuitos cerrados con uno o más procesos.

La mayoría de los controles automáticos industriales usan como fuentes de

potencia la electricidad o un fluido a presión que puede ser aceite o aire. También se

pueden clasificar los controles automáticos según el tipo de fuente de energía usada

en su funcionamiento, en controles neumáticos, hidráulicos o electrónicos.

Una característica de los controles neumáticos es que emplean casi

exclusivamente válvulas de accionamiento neumático. Una válvula de accionamiento

neumático puede brindar gran potencia de salida. En las válvulas de accionamiento

neumáticas practicas, la característica de la válvula puede no ser lineal; es decir, el

flujo puede no ser directamente proporcional a la posición del vástago de la válvula y

también puede haber otros efectos no lineales, tales como histéresis.

90

VÁLVULAS DE CONTROL.

Según Katsuhito Ogata, (1.977,Pag.320) una válvula de control es un

elemento final de control usado en Sistemas de instrumentación para regular el flujo,

presión o temperatura de líquidos y gases en un proceso determinado.

Una válvula de control es diferente de otras válvulas en que estas tienen un

actuador en lugar de un volante para mover el mecanismo de cierre en respuesta a una

señal externa. El actuador usual es neumático con una cubierta que tiene un

diafragma que la divide en dos compartimentos. El diafragma y el vástago conectado

con él están en posición equilibrada por un resorte en un lado y el aire a presión en el

otro. En control del flujo, la presión del aire cambia en respuesta a una señal

proveniente de la medición de la presión diferencial en un orificio u otro aparato

detector de flujo. Una válvula de control consiste en dos partes principales: el cuerpo

y el actuador. El cuerpo sirve para el paso del fluido entre el tubo e las conexiones.

Por tanto, debe servir como recipiente de presión y está sometido a las mismas

condiciones de temperatura, presión y corrosión que el resto de la tubería. La función

del actuador es responder a la señal del controlador automático y mover las

guarniciones de la válvula para variar el flujo. El actuador es el amplificador de

potencia entre el controlador y la circulación de líquido. Hay dos actuadores

neumáticos básicos; en uno se utilizan un resorte y un diafragma, y el otro es de

pistón y cilindro.

91

MEDIDORES DE PORCENTAJE DE AGUA AGAR.

El AGAR Detector de Interfase (ID-201) es un instrumento que mide el

contenido de agua presente en el Crudo, dicho instrumento utiliza el principio de

absorción de energía para detectar el contenido de agua en una emulsión de agua en

Crudo, en un rango desde 0 al 100%. El detector de agua en Crudo opera con una

señal de alta frecuencia produciendo una salida de corriente directa, proporcional a

la energía absorbida por el liquido que esté hasta un poco más allá de la antena

(www.agarcorp.com).

La fuente de alimentación (PS-201) provee de voltaje regulado DC a la antena

y recibe la señal cruda de esta, acondicionándola dentro del estándar 4-20ma, para

lecturas correspondientes al contenido de agua en la emulsión medida.

Este instrumento es comúnmente utilizado en los Sistemas de control de

drenaje a lazo cerrado, tal es el caso del Sistema de drenaje automático en los

Tanques de Almacenamiento de PDVSA, en esta aplicación el AGAR ID se

encarga de medir la variable de proceso para ejercer control sobre la válvula de

drenaje, permitiendo ajustar la cantidad de agua en el fondo del tanque a un nivel

deseado. La instalación del medidor de corte de agua se hizo como se muestra en la

figura.

92

Figura No.32. Instalación de un AgarID-201

Fuente: Wilman Fai, Golguin Ramos,2000.

En el Sistema antes descrito, la salida 4 a 20ma del AGAR ID se conecta a

un PLC, en éste residen los valores para apertura y cierre de la válvula de drenaje,

estando en capacidad de establecer control de manera automática sobre la misma

desde el Sistema de Supervisión Centralizado.

El Analizador de agua en Crudo AGAR (OW) al igual que el ID también

trabaja bajo el principio de absorción. El OW consta de dos partes:

Una de ellas la conforma la “antena” OW-102 que detecta el contenido de

agua en una emulsión de Agua-Crudo, en un rango desde 0 al 10%.El detector de

agua en Crudo opera con una señal de alta frecuencia produciendo una salida de

corriente directa, proporcional a la energía absorbida por el liquido que esté hasta un

93

poco más allá de la antena. En la figura 33 se muestra la apariencia física de este

instrumento.

FIGURA 33. ANTENA OW-102

Fuente: http\\www.AGARCORP.com

La señal de corriente directa “cruda”, se conecta a la PS-203; Esta además

de generar la alimentación del la antena OW-102, posee el circuito linealizador que

acondiciona la señal de corriente cruda proveniente del sensor, “Antena”. Este

circuito linealizador de salida contiene dos memorias EPROM (solo lectura) donde

reside la calibración del sensor, logrando emular el estándar 4-20ma para una salida

analógica y para el display de lectura local, figura 34.

FIGURA 34. LINEALIZADOR PS-203

Fuente: http\\www.AGARCORP.com

94

C. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS.

Compresibilidad.

La compresibilidad se refiere al cambio de volumen de una sustancia que esta

sujeta a un cambio de la presión que ejerce sobre ella. Los líquidos son elementos

poco comprensibles, por lo cual, necesitan de cambios muy grandes de presión para

producir un pequeño cambio en el volumen.

Crudo.

Petróleo en su estado natural. Nombre coloquial que se le asigna al petróleo.

Densidad

Es la cantidad de masa por unidad de volumen de una sustancia.

Emulsión.

Es un Sistema heterogéneo formado por dos líquidos con cierto grado de

inmiscibilidad, uno de los cuales se encuentra disperso en el otro en forma de

pequeñas gotas Este Sistema comprende dos fases: una fase dispersa, en forma de

pequeñas gotas (fase interna) y se encuentra suspendida dentro de la fase externa o

fase continua.

95

Gravedad especifica.

La gravedad especifica es el cociente de la densidad de una sustancia entre la

densidad del agua a 4 °C o también suele expresarse como el cociente del peso

especifico de una sustancia entre el peso especifico del agua a 4 °C.

Gravedad API.

La gravedad especifica API o Baumé se denota a menudo como Gravedad

Especifica 60o/60o F. Esta notación indica que tanto el fluido de referencia como el

Crudo se encuentran a 60 oF.

Incertidumbre

Es la perturbación de la medición, hasta cierto grado, de la materia que se esta

midiendo. Las incertidumbres importantes de las mediciones son causadas por

factores, tales como el error humano, el mal funcionamiento de los dispositivos de

medición, y los errores experimentales. La utilidad de una información depende de la

confianza que se le puede tener a su validez.

Materia.

Es cualquier cosa que exhibe inercia, o sea que tiende a mantener una

velocidad constante, por tanto a menos que sobre ella actúe una fuerza, la misma

permanecerá en reposo.

96

Peso.

Es la fuerza que ejerce sobre el la gravedad terrestre.

Peso especifico.

El peso específico es la cantidad de peso por unidad de volumen de una

sustancia.

Sistema.

Es una combinación de componentes que actúan conjuntamente y cumplen

determinado objetivos. Un Sistema no esta limitado a objetivos físicos. El concepto

puede aplicarse a fenómenos dinámicos abstractos, refiriéndose a Sistemas físicos,

biológicos, etc.

Sistemas de Control

Interconexión de componentes que forman una configuración del Sistema que

proporcionara una respuesta deseada del Sistema.

Temperatura.

Es la propiedad de un cuerpo que lo predispone a perder calor.

Volumen.

Es una cantidad derivada, basada en la longitud, por lo tanto, la unidad

métrica de volumen es la unidad de longitud cúbica.

97

Agua en Crudo (W/O).

Es donde la fase dispersa o interna es el agua y la fase continua es el Crudo.

Crudo en agua (O/W).

Es donde las gotas de Crudo se encuentran dispersas en la fase continua de

agua.

Crudo.

Término sinónimo de petróleo.

Desemulsificación.

Es el proceso de separación de una emulsión en sus dos fluidos inmiscible,

generalmente por la adición de un agente químico.

Presión.

Es la Fuerza o carga que se ejerce sobre una superficie.

Presión absoluta.

Es aquella que representa la presión manométrica más la adición de la presión

atmosférica.

98

Presión atmosférica.

Es la presión ejercida por la atmósfera sobre la superficie de la tierra, debido

al peso del aire. su valor a 0 ºC es igual a 1,03323 kg/cm2 ó 14,7 psi.

Presión de vapor.

Es la Presión a la cual el liquido pasa a la fase de vapor.

Sistema.

Es un Conjunto de entidades definidas por sus atributos y relacionadas entre sí

por vínculos, con el objeto de lograr predeterminados objetivos dentro de un cuadro

de limitaciones especificadas.

Válvula de control.

Es una válvula que regula el flujo o la presión de un fluido que influye en

algún proceso controlado.

99

D. SISTEMA DE VARIABLES

SISTEMA DE VALIDACIÓN.

Teóricamente es el dar firmeza, seguridad o subsistencia de algún acto

“Diccionario manual e ilustrado de la lengua española. 1989”, así como también a la

contrastación de datos con condiciones estándar “Diccionario de términos científicos

y técnicos. 1981’’.

Operacionalmente el Sistema de validación es el conjunto de elementos que

permiten verificar el grado de certeza, tanto, de los valores reportados por los

instrumentos de campo, como, del Cálculo Automatizado de Crudo Neto en el

SCADA.

CÁLCULO AUTOMATIZADO DE CRUDO NETO.

Teóricamente el Cálculo se define como la operación que se hace para

conocer el resultado de varios números “Larousse. 1997”.

Operacionalmente el Cálculo Automatizado de Crudo Neto son el conjunto de

operaciones que deben realizar los autómatas para obtener el volumen Neto de Crudo

contenido en los Tanques de Almacenamiento de ULE.