9.1 Seales y SistemasLos conceptos de seales y sistemas aparecen en una variedad muy amplia de campos, las ideas y tcnicas asociadas con estos conceptos juegan un papel importante en reas tan diversas de la ciencia y tecnologa como comunicaciones, aeronutica y astronutica, diseo de circuitos, acstica, sismologa, ingeniera biomdica, sistemas de generacin y distribucin de energa, control de procesos qumicos y procesamiento de voz.Si bien la naturaleza fsica de las seales y sistemas que aparecen en estas disciplinas tan diversas pueden ser diametralmente diferentes, todos ellos tienen en comn dos caractersticas bsicas.Las seales son funciones de una o ms variables independientes y contienen informacin acerca de la naturaleza o comportamiento de algn fenmeno.Los sistemas responden a seales particulares produciendo otras seales.Los voltajes y corrientes como funciones del tiempo en un circuito elctrico son ejemplos de seales.El circuito es en s, un ejemplo de un sistema, el cual, en este caso, responde a los voltajes y corrientes que se le aplican. Por citar otro ejemplo, cuando el conductor de un automvil presiona el pedal del acelerador, el automvil responde incrementando la velocidad del vehculo. En este caso, el sistema es el automvil, la presin sobre el pedal del acelerador es la entrada del sistema, y la velocidad del automvil la respuesta.Hay dos tipos bsicos de seales, de tiempo continuo y de tiempo discreto. En el caso de las seales de tiempo continuo la variable independiente es continua y entonces estas seales estn definidas para una sucesin continua de valores de la variable independiente. Por otra parte, las seales de tiempo discreto estn slo definidas en tiempos discretos y, en consecuencia para estas seales, la variable independiente toma slo un conjunto de valores discretos. Una seal de voz como una funcin del tiempo y la presin atmosfrica como una funcin de la altitud son ejemplos de seales de tiempo contino. El ndice Dow Jones semanal del mercado de valores es un ejemplo de una seal de tiempo discreto, la cual se ilustra en la siguiente figura.

En esta materia, Ingeniera de la Medicin se deben resaltar las seales capturadas por sensores que auxilian el control de determinado proceso. Por lo tanto las seales que se adquieren, estn basadas en mediciones elctricas sin diferenciar si son continuas o discretas, se consideran seales analgicas, as por ejemplo si se trata de adquirir una temperatura a travs de un termopar se debe medir una cada de voltaje o una corriente que fluye a travs de la junta bimetlica.En esta materia, Ingeniera de la Medicin se deben resaltar las seales capturadas por sensores que auxilian el control de determinado proceso. Por lo tanto las seales que se adquieren, estn basadas en mediciones elctricas sin diferenciar si son continuas o discretas, se consideran seales analgicas, as por ejemplo si se trata de adquirir una temperatura a travs de un termopar se debe medir una cada de voltaje o una corriente que fluye a travs de la junta bimetlica.Si esta seal elctrica se trata de remitir a un sitio distante, el voltaje o el amperaje medido es probable que no sea exactamente el valor, ya que el conductor elctrico ofrece cierta resistencia que afectar el valor medido, para compensar esta diferencia se deben colocar en puntos intermedios amplificadores o elementos que mantengan el valor de la seal, este tipo de seal analgica es fcilmente afectada por medios externos que inducen ruido. En la actualidad se impone la conversin de la seal analgica en una seal digital a travs de conversores A/DC que deben estar ubicados en sitios muy prximos al sensor o elemento primario de medicin, posteriormente esta seal digital puede ser remitida sin que sufra muchas alteraciones, como comentario, una seal digital puede ser la ausencia de luz, sonido, corriente, cada de voltaje, etc., esta ausencia se puede identificar con un 0 y la presencia de cualquier valor ser la representacin del 1, por lo tanto, no importa si el valor del voltaje o luz llega disminuido, su presencia significa la unidad y su ausencia un cero.9.2 Tipos de sealesPara resumir bsicamente se reconocen las seales como analgicas las cuales a su vez pueden ser continuas o discretas, las seales analgicas para poder ser tratadas por computadoras requieren de su conversin a seales digitales.

9.3 Seal analgicaSe define como funciones continuas, como una grfica de voltaje contra tiempo, o desplazamiento contra presin.9.4 Seal discretaConsiste en un nmero de pulsos discretos y discontinuos cuya relacin de tiempo contiene informacin referente a la magnitud o naturaleza de la cantidad.9.5 Seal elctricaUna seal elctrica es una seal analgica que puede tener caractersticas discretas o continuas, usualmente se mide en Voltios (V), milivoltios (mV), Amperios (A) o miliamperios (mA). En instrumentacin se emplea un rango entre 4 y 20 mA c. c. para definir la corriente de salida del instrumento de medicin. En este caso la seal captada debe ser transformada haciendo que el valor menor de la escala de valores a ser sensados coincida con 4 mA y el mayor con 20mA.9.6 Seal neumticaComo su nombre lo indica una seal neumtica emplea aire como salida del instrumento de medicin. La presin estndar est en el rango de 3 a 15 psi.9.8 Transmisin de la sealSe emplean los transmisores para captar la variable de proceso (a travs de un sensor o elemento primario) y la transmiten a distancia a un instrumento receptor indicador, registrador, controlador o una combinacin de estos. Los transmisores pueden ser neumticos o electrnicos, dependiendo de ello, la seal ser de 3 a 15 psi o de 4 a 20 mA. El elemento primario puede ser o no parte integral del transmisor.9.9 Unidad Terminal Remota (RTU)Son unidades que tienen por funcin recoger toda la informacin de los instrumentos instalados en campo y transmitir los datos a la Unidad Terminal Maestro (MTU), localizadas en las salas de control o las salas externas a la estacin. Las estaciones remotas transmiten informacin de los equipos en campo a travs de unidades de interfaces de procesos normales, usndose como plataforma de comunicacin corrientes analgicas, seales de lazos digitales y/o cualquier red de comunicacin digital.9.10 Unidad de Lgica y Procesamiento (PLC)El sistema del PLC Programmable Logic Controller consiste en una unidad central que recoge todas las seales de entradas lgicas de los procesos de la planta, posee un sistema de procesador central, el cual est formado por uno o ms microprocesadores que le dan rendimiento a la seal y le ayuda al operador de la planta a dirigir todos los procesos que estn enlazados al sistema.Esta especificacin es requisito genrico de un sistema de PLC, a continuacin se dan detalles de los requerimientos para implantar un sistema de control en una planta de proceso real donde los procesos son dirigidos por un sistema de PLC: Los diagramas de control de proceso. Los detalles de medida y funciones de control. Los diagramas lazo. El programa del instrumento. El diagrama del bloque de sistema. El suministro de energa. Sistema conectado a tierra.9.11 NormasA continuacin se presenta un resumen de las normas: ISA-S5.1 de ANSI/ISA 1984, anteriormente ANSI Y32.20, sobre instrumentacin de medicin y control. ISA-S5.2 Binary Logic Diagrams for Process Operations 1973 sobre smbolos de operaciones binarias de procesos. ISA-S5.3 Graphic Symbols for Distributed Control/Shared Display Instrumentation, Logic and Computer Systems 1982, sobre smbolos de sistemas de microprocesadores con control compartido. Hay que sealar que estas normas no son de uso obligatorio sino que constituyen una recomendacin a seguir en la identificacin de los instrumentos en la industria.9.12 Corrector Electrnico El corrector electrnico de volumen de gas es el equipo que convierte el volumen bruto medido por el contador en las condiciones de trabajo a volumen corregido en condiciones normales de presin y temperatura. El corrector a instalar responder a un modelo aprobado de acuerdo con el Estndar y deber contar con la correspondiente aprobacin para instalacin en rea peligrosa. El corrector contar con los siguientes elementos: - Sonda de temperatura PT100 (100 a 0 C) y precisin Clase A de acuerdo con EN 60751. - Sonda de presin absoluta. - Entrada de volumen bruto mediante contacto Reed pasivo de baja frecuencia. - Base de datos integrada con registro de eventos horario, diario, mensual y por intervalos programables. - Puerto RS-232 y ptico para comunicaciones remotas y/o locales. - Alimentacin elctrica externa mediante mdulo especfico con seguridad Ex para alimentacin entre 6 y 12 V DC. - Batera interna de reserva para alimentacin en caso de cortes elctricos, provista de protecciones de seguridad intrnseca e intercambiable en zona peligrosa sin necesidad de interrumpir el funcionamiento del corrector.9.13 Computador de flujo Es un equipo que se encargar de realizar el procesamiento intensivo de datos numricos que representan variables medidas en un tren de medicin; el clculo final se apega a la normativa legal vigente en materia de hidrocarburos. Los computadores calculan el flujo segn los estndares del AGA/API para medidores de Cono, Orificio, Turbina, Ultrasnicos, msicos, etc., para gas y lquidos; adecuados para medicin de transferencia de custodia; medicin a cabeza de pozos, estaciones de compresin, graficacin local de variables; etc. El computador de flujo, basado en tecnologa de punta, cuenta con los algoritmos de clculo necesarios para establecer los valores de ingeniera que habrn de ser transmitidos hacia la HMI y centros de control. El computador de flujo realiza los clculos mediante la toma realizada por el elemento de medicin y mediante la toma de variables auxiliares como son densidad, presin, temperatura, etc., que permiten calcular las mediciones compensadas as como un grupo de propiedades energticas del producto medido. Un computador de flujo tiene las siguientes caractersticas: - Procesador de alta velocidad - Mdulos Multivariables Integrados - De bajo consumo de energa - Incluye Lgica de control PID - Funciones Lgicas y Booleanas incluidas - Funciones matemticas - Ecuaciones de Flujo segn estndares internacionales: ISO, AGA, API - Mltiples Puertos de Comunicaciones - Protocolos de comunicacin: Modbus, Fieldbus, Modbus Enron.- Reportes a base de datos propietarios - Opciones de comunicacin Integrados: Radio, Celular, Satlite 9.14 Variables de tiempo real, e histricos La generalidad de los computadores de flujo tienen pantallas locales, donde es posible desplegar la informacin colectada por los dispositivos primarios y secundarios, los clculos realizados de acuerdo a las ecuaciones recomendadas por la norma almacenada en sus memorias. Esta informacin puede ser inclusive configurada donde el usuario seleccionar los registros de los datos que le interesan y la frecuencia con la que se mostraran estos valores los valores localmente. De manera adicional los computadores de flujo tienen una memoria suficiente para almacenar, los parmetros de configuracin, la informacin registrada con la periodicidad seleccionada por el lapso de 30 das, para poder acceder a esta informacin normalmente a travs del software propietario del fabricante, con la posibilidad de generar inclusive una impresin de esta informacin ms conocida como el EFM Report (Electronic Flow Measurement Report Reporte de Medicin de Flujo Electrnico).9.15 Auditora e Informes Segn la API 21.1 Un sistema de medicin de gas electrnico (EGM Electronic Gas Measurement) ser capaz de establecer un registro de auditora mediante la compilacin y retencin de los datos e informacin suficientes para el propsito de verificacin de las cantidades diarias y por hora , el registro de auditora debe incluir, pero no se limita a, los registros de transacciones, registros de configuracin, registros de eventos , registros de transacciones corregidos y de campo, informes de las pruebas. Los registros e informes de esta seccin pueden ser creados en el sitio o fuera del sitio, o una combinacin de ambos. El registro de auditora del EGM y la seccin de reportes define el requisitos mnimos de un registro de transacciones y el registro de transaccin corregido, documentacin asociada con la operacin de un EGM , y los periodos de retencin de datos mnimos para garantizar y verificar la integridad de los registros de seguimiento de la auditora. La razn principal para la retencin de datos histricos es prestar apoyo a las cantidades actuales y anteriores reportados sobre las mediciones y la cantidad determinada para unciclo contable. Los datos proporcionarn suficiente informacin para aplicar los ajustes razonables cuando un equipo de medicin de gas ha dejado de funcionar, se determine estar fuera de las pautas de precisin, o los parmetros de medicin se grabaron incorrectamente. 9.16 Normas de clculo Las normas utilizadas para la medicin y el clculo de los volmenes de gas son: AGA Report n 3 - Orifice Metering of Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Fluids AGA Report n 7 - Measurement of Gas by Turbine Meters AGA Report n 8 - Compressibility Factors of Natural Gas and Other Related Hydrocarbon Gases AGA Report n 9 - Measurement of Gas by Multipath Ultrasonic meter AGA Report n 11 - Measurement of Natural Gas by Coriolis Meter AGA XQ0010. ANSI B109.3-2000 (R2008) for Rotary Type Gas Displacement Meters.

9.17 Hardware y software Existen varias marcas de computadores de flujo, sin embargo algunas de ellas son de uso tradicional en nuestro mercado, a continuacin describiremos un par de estos equipos, que son el computador de flujo OMNI y el computador de flujo Floboss de Emerson. 9.18 Sistema SCADA SCADA proviene de las siglas de Supervisory Control And Data Acquisition (Adquisicin de datos y supervisin de control). Es una aplicacin de software para control, que se comunica con los dispositivos de campo y controla el proceso de forma automtica desde la pantalla del ordenador. Proporciona informacin del proceso a diversos usuarios: operadores, supervisores de control de calidad, supervisin, mantenimiento, etc. Es ampliamente utilizado para el seguimiento y control de los sistemas de medicin remotos, obteniendo la informacin de cada computador de flujo mediante sistemas de comunicacin como ser radio, telefona celular - GSM, comunicacin satelital, etc. La informacin obtenida por el computador de flujo es enviada mediante algn protocolo al servidor del SCADA, desplegando la informacin en pantallas configuradas en algn software de HMI. Adicionalmente estos sistemas tambin pueden acceder a los reportes EFM, pudiendo imprimir estos informes directamente en la sala de control.9.19 Re-clculos Es posible elaborar tambin otro tipo de reportes a partir de los datos originales enviados por los computadores de flujo, realizando re-clculos en gabinete, sin embargo estos reportes no son aptos para transferencia de custodia ya que no cumplen con los requisitos de los reportes EFM, que por naturaleza fiscal no es posible alterarlos bajo ninguna circunstancia y solo es posible su impresin en el formato configurado en el computador de flujo.