ISSN 2145-5716Número 13 | Diciembre 2018Publicació

nanualdelaCorporaciónCentrode

DesarrolloTecnológico

delGas AutomatizaciónAutomatización

y caracterización de bloques secosy caracterización de bloques secosdel proceso de calibracióndel proceso de calibración

Tabla

04 Editorial

De Contenido

06 Automatización del proceso de calibracióny caracterización de bloques secos

18 Aplicativo de gestión web para el controlmetrológico de sistemas de medición

34 Comparación del caudal a través de loscapilares del dispositivo generador de trazas

Met&Flu (ISSN: 2145-5716) es una revista con periodicidad anualeditada por la Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico delGas (CDT de Gas), que presenta resultados de trabajosinves�ga�vos originales, escritos de revisión y ar�culos dereflexión relacionados con ciencia, tecnología, innovación,regulación y norma�vidad, y está orientada tanto a los sectoresacadémico y cien�fico como al sector industrial.

Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico del Gas.

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EDITOR GENERAL /

Comité Editorial/

Diseñador/

Carlos Eduardo García Sánchez, Ph.D.Líder del Área de Investigación y Desarrollo Tecnológico - CDT de Gas

Henry Abril BlancoDirector - CDT de Gas

Jose Augusto Fuentes OsorioGestor Técnico - CDT de Gas

Luis Eduardo García SánchezGerente - Inline Fluid Systems

Arlex Chaves Guerrero, Ph.D.Docente e Investigador - Universidad Industrial de Santander

Juan Manuel Ortiz AfanadorGerente - Polygon Energy

Dionisio Antonio Laverde Cataño, Ph. D.Docente e Investigador - Universidad Industrial de Santander

Leonardo Manzano ParedesDiseñador Industrial

Con mo�vo del lanzamiento reciente de una nueva"Misión de Sabios", que busca en un plazo de 9meses generar documentos que orienten lasdecisiones que debe tomar Colombia en materia deciencia, tecnología e innovación (CTeI), vale la penarevisar qué sucedió con las recomendaciones querealizó la Misión Ciencia, Educación y Desarrollo,informalmente conocida como Misión de Sabios, de1994 [1]. En 2015 un grupo de inves�gadores, entrelos que se encontraban varios de los integrantes dela Misión de Sabios original, publicó bajo edición delIns�tuto de Estudios del Ministerio Público unanálisis con mo�vo de los 20 años de dicha Misión[2]. No es el obje�vo del presente escrito resumir eldetallado análisis incluido en la referenciamencionada, pero sí mostrar unas pocasconclusiones de la misma, y complementarlas conalgunos otros cambios posteriores en la ges�ón dela CTeI en el país.

En términos generales, se puede concluir que elpaís avanzó de acuerdo a las recomendacionesexpedidas por la Misión de Sabios, pero de manerainsuficiente en todos los aspectos. A con�nuaciónse muestran comparaciones entre algunas de lasprincipales recomendaciones hechas por la Misióny lo realmente acontecido en el país:

• La Misión recomendó fortalecer al Sistema deCiencia y Tecnología, y a Colciencias. Respectoal Sistema, se ha modificado a lo largo de losaños fusionándolo con otras estructuras,siendo hoy en día el Sistema Nacional deCompe��vidad, Ciencia, Tecnología eInnovación (SNCCTeI). Sin embargo, laexpresión SNCCTeI se ha conver�dosimplemente en una forma de mencionarcolec�vamente a los actores de compe��vidady CTeI, sin haberse establecido realmente comoalgún �po de estructura que contribuya a

coordinarlos. En cuanto a Colciencias, supresupuesto ha sufrido constantes oscilacionesen los diferentes años de los varios gobiernos,dejando claro que ninguno de ellos hamantenido una verdadera apuesta por la CTeIen el país. En relación a su estructura, en 2009fue transformado en DepartamentoAdministra�vo, y recientemente se haaprobado su conversión en ministerio, aunquedejando claro que no se incrementará supresupuesto. En cada una de estastransformaciones parte de los actores delSNCCTeI han manifestado temores respecto a ladisminución de la independencia de lains�tución.

• La Misión recomendó incrementar la inversiónen inves�gación y desarrollo (I+D) hasta un 2%del PIB. El panorama que se aprecia en esteaspecto es desalentador; se puede considerarque la inversión en I+D se encuentra estancadadesde hace más de 20 años, representando un0,2% del PIB, que crece a un 0,5% si se incluyenalgunas otras ac�vidades complementarias aCTeI en el cálculo. En cualquier caso, la realidadestá muy por debajo de la recomendación de laMisión. Otras consecuencias relacionadas hansido el desarrollo de una tendencia amenospreciar las inves�gaciones básicas yaplicadas, y un limitado avance respecto a laprotección y aprovechamiento económico de lapropiedad intelectual, a pesar de que elincremento en el número de publicaciones(que es una medida de la generación de nuevoconocimiento) no ha sido tan malo,considerando el número de inves�gadoresac�vos.

• La Misión recomendó lograr una base deinves�gadores con doctorado en Colombia de8000 personas en el año 2004. Datos del 2012mostraban que 18 años después aún no sehabía alcanzado la meta, contabilizándose algomás de 7000 inves�gadores con doctorado enese año.

Editorial

[1] Aldana E, Chaparro LF, García Márquez G, Gutiérrez R, Llinás R,Patarroyo ME, Posada E, Restrepo A y Vasco CE. 1994. Colombia alFilo de la Oportunidad - Informe conjunto de la Misión Ciencia,Educación y Desarrollo. República de Colombia.

[2] Aldana E, Chaparro F, Posada Flórez E, Restrepo A, Vasco CE,Villaveces Niño MP. 2015. Misión de Ciencia, Educación y Desarrollo- Balance 20 años después. Instituto de Estudios del MinisterioPúblico de la Procuraduría General de la Nación, AsociaciónColombiana para el Avance de la Ciencia.

• La Misión recomendó crear 60 centros deinves�gación y desarrollo tecnológico queabsorbieran 3600 inves�gadores en 10 años,incluyendo centros dedicados a la inves�gaciónaplicada y el apoyo a la industria en un sectorpar�cular. En 2014, 20 años después de laMisión, se encontraban reconocidos 57 centrosde inves�gación o desarrollo tecnológico,aunque con un número de inves�gadoresmucho más bajo que el mencionado en larecomendación. Esto se debe a que desde hacevarios años el apoyo que reciben estos Centrospor parte del Estado es prác�camente nulo, loque los obliga a priorizar los proyectos sobre lainves�gación para ser autosostenibles, ytambién ha ocasionado que varios de elloshayan desaparecido. En el documento debalance de la Misión que se está referenciandoen el presente escrito, se considera que serequeriría un apoyo sostenido de al menos 30% de los costos de funcionamiento de loscentros autónomos para no poner en riesgo sucapacidad inves�ga�va.

Para mencionar un par de recomendaciones quecondujeron a resultados muy posi�vos, podríamencionarse la necesidad de contar conindicadores de la ac�vidad cien�fica, que dio origenal Observatorio Colombiano de Ciencia y Tecnologíaen 1994 y sigue ac�vo, y la recomendaciónrelacionada con la creación de programasnacionales de maestría y doctorado en ciencias eingenierías, que ha conducido al establecimiento deuna capacidad instalada en el territorio nacionalpara formación de personal de alto nivel. Porejemplo, los programas de doctorado nacionalespasaron de 10 en 1995, a 167 en 2012.

El panorama de resultados mixtos respecto a lasrecomendaciones de la Misión de Sabios de 1994,que se supone que orientarían las decisionesnacionales sobre CTeI, refleja el principal problemaestructural del país en la temá�ca en cues�ón:Colombia sigue careciendo de una verdaderapolí�ca de Estado sobre CTeI, quedando some�dos

todos sus actores y los avances que pueden generara los vaivenes de las decisiones de los gobiernos deturno. Hay algunos avances estructuralesimportantes, como el esfuerzo de Colcienciascreando la Polí�ca de Actores del Sistema Nacionalde Ciencia, Tecnología e Innovación (fue creadaantes de la adición de "Compe��vidad" al nombredel Sistema), que define a las diferentes en�dadesrelacionadas con CTeI en el país y establece laspautas para su reconocimiento. Pero al mismo�empo, siguen presentándose cambios frecuentes,como la ya mencionada transformación deColciencias en ministerio, o el cambio en laejecución de los recursos del Fondo de Ciencia,Tecnología e Innovación del Sistema General deRegalías. Esta modificación se implementa desde2019, y consiste en definir los proyectos en que seejecutarán los recursos mencionados por medio deconvocatorias públicas, con lo que se espera unamejor selección de los proyectos y una mayorinversión de los recursos de regalías para CTeI.

De esta manera, la nueva Misión es una inicia�vainteresante, y de hecho �ene una estructura másambiciosa que aquella de 1994, contando con másintegrantes y asignándolos en grupos para trabajarsobre diferentes temas. Sin embargo,indudablemente habrá una baja expecta�varespecto a la implementación de las orientacionesque surjan, teniendo en cuenta lo acontecido conlas recomendaciones de la Misión de Sabios de losaños 90.

CARLOS EDUARDO GARCÍA SÁNCHEZ, PhDEditor General

Revista Met&Flu

AutomatizaciónAutomatización

Abstract

The Corporación Centro de Desarrollo Tecnológicodel Gas (CDT de Gas) carries out calibrationprocesses for isothermal media of dry blocktemperature. Currently this activity is carried outmanually, which generates a considerable operatingcost. This process can be automated through theimplementation of a computational tool that, inconjunction with the RS-232 serial communicationavailable on the equipment, allows controlling the dryblock and acquiring the temperature generated insaid equipment. In this paper the results arepresented with the development and development ofthe computer tool programmed in Excel Visual Basicfor applications (VBA Excel), to achieve theautomation of the calibration process. This articlepresents the methodology used, description of theprocess and verification of the validity of the resultsobtained.

Keywords: Automation, dry blocks, calibration,characterization, VBA Excel.

Laura Juliana Vargas Escobar1, Christian Alexander Rovira Quijano2, *

1 Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Universidad Pontificia Bolivariana,km 7 vía Piedecuesta, Floridablanca, Colombia.2 Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico del Gas. Parque TecnológicoGuatiguará, km 2 vía El Refugio, Piedecuesta, Colombia.

* crovira@cdtdegas.com

y caracterización de bloques secosy caracterización de bloques secosdel proceso de calibracióndel proceso de calibración

ResumenLa Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico del Gas (CDT de Gas) realiza procesosde calibración de medios isotérmicos de temperatura tipo bloque seco. Actualmente dichaactividad es realizada manualmente, lo cual genera un costo operativo considerable. Esteproceso puede ser automatizado mediante la implementación de una herramientacomputacional que en conjunto con la comunicación serial RS-232 disponible en elequipo, permite controlar el bloque seco y adquirir las mediciones de temperaturagenerada en dicho equipo. En este trabajo se presenta los resultados obtenidos con eldesarrollo e implementación de la herramienta computacional programada en VisualBasic for applications para Excel (VBA Excel), para lograr la automatización del procesode calibración. El presente artículo presenta la metodología empleada, descripción delproceso y la verificación de la validez de resultados obtenidos.

Palabras clave: Automatización, bloques secos, calibración, caracterización, VBA Excel

1 IntroducciónLa Corporación Centro de DesarrolloTecnológico de Gas (Corporación CDT deGas) se especializa en procesos demetrología, investigación y desarrollo enel sector Gas. Entre los servicios queofrece se encuentra la calibración [2] demedios isotérmicos de temperatura tipobloque seco. De acuerdo con la guía decalibración número 13 de la EuropeanAssociation of National MetrologyInstitutes (EURAMET CG N°13) [4], elproceso se divide en dos etapas:caracterización y calibración. Lacaracterización consiste en determinar elcomportamiento térmico de la zona deinserción, donde se controla latemperatura (uniformidad espacial ytemporal). La calibración consiste enestablecer la relación entre la temperaturagenerada (medida a partir de un sensorde temperatura patrón) en un lugar dado(zona de inserción con un volumendefinido) y el valor de temperatura leído

en el indicador del bloque seco y esnecesaria la caracterización previa deldispositivo, para asociar unaincertidumbre a la calibración.

El proceso de calibración ycaracterización de bloques secosrequiere aproximadamente ocho horas,en este lapso un operario debe establecerpuntos de evaluación de temperatura yhacer las mediciones correspondientes[3]. En caso que los errores de medida seencuentren fuera de especificaciones, elequipo debe ajustado y por consiguientees necesario repetir el trabajo, por lotanto, el proceso podría duraraproximadamente 16 horas de trabajo. Eneste tiempo el metrólogo no poseedisponibilidad para otras actividades, apesar de los intervalos de espera entrepuntos de calibración. Con el objeto deaprovechar eficientemente el recursohumano, se han planteado alternativasque permitan que estas actividadespuedan ser automatizadas y que el

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funcionario se destine a actividades demayor relevancia como el análisis deresultados.

Teniendo en cuenta lo anterior, se ejecutóun proyecto que consistió en desarrollar eimplementar una herramientacomputacional en Visual Basic forapplications para Excel (VBA Excel) que,en conjunto con la comunicación serialRS-232, permite establecer, controlar yregistrar de manera automática, lospuntos de temperatura a evaluar en elbloque seco, logrando disminuirsignificativamente la intervención deloperario. Durante la actividad se incluyóun proceso de confirmación el cualconsiste en comparar los resultados delnuevo proceso de automatización contrael resultado obtenido con elprocedimiento manual.

2 MetodologíaLa metodología empleada para elproceso de automatización consistió encuatro etapas:

1. La descripción de los elementos: eldispositivo bloque seco y característicasque debe tener para ser calibradoautomáticamente, el cable utilizado paracomunicación con computador y porúltimo especificación de la herramientacomputacional.

2. Descripción del software y desarrollodel proceso de calibración (diagrama deflujo).

3. Proceso de calibración y

caracterización manual y automática.

4. Confirmación de la validez de losresultados comparando la calibración enmodo manual contra modo automático.

3 Descripción de loselementos

• Estándar de comunicación RS-232

Actualmente los equipos de medida, y engeneral diversos dispositivoselectrónicos, poseen interfaces decomunicación que les permitenestablecer comunicación con uncomputador con el fin de intercambiarinformación. Una interfaz hardware decomunicación comúnmente usada es la

Figura 1. Terminales de conexión RS-232 [11].

Met&Flu8

RS-232 [1]. El estándar RS-232 se aplicaa las comunicaciones con velocidadesiguales o menores a 20 kbps, con unalongitud de cable igual o menor a 15metros [5]. Esta interfaz de comunicaciónfísicamente es un cable con 25 terminalesde conexión; sin embargo, en algunoscasos no se requiere de todos losterminales de conexión para establecercomunicación, por ejemplo, lascomunicaciones asíncronas requieren unmáximo de 9 o 12 conectores, y lascomunicaciones síncronas requieren 12 o16 conectores. Los equipos con los quecuenta la Corporación CDT de Gasposeen un conector RS-232 de 9terminales. En la Figura 1 se muestra la

distribución de los terminales un conectorRS-232 de 9 conectores.

• Bloque seco

En procesos industriales y en laboratorioses necesario un medio isotérmico paracontrolar la temperatura, uno de losequipos más usados es el bloque seco. Elprincipio de funcionamiento del bloqueseco está basado en el efecto Peltier. Esteefecto es una propiedad termoeléctricaque consiste en la creación de unadiferencia térmica a partir de unadiferencia de potencial eléctrica. Ocurrecuando una corriente pasa a través dedos metales diferentes osemiconductores que están conectadosentre sí, en dos soldaduras (unionesPeltier). La corriente produce unatransferencia de calor desde una uniónque se enfría hasta la otra que secalienta.

Dentro de los equipos de la CorporaciónCDT de Gas se dispone de bloques secosmarca PRESYS. Una de las referenciasempleadas en el proceso deautomatización es el Presys T-25N, tieneun rango de operación de -25 °C a 125°C, una resolución de 0,01 °C yestabilidad de ±0,02 °C en todo el rangode medida, cuenta con un puerto RS-232que permite la comunicación con elcomputador para hacer calibracionesautomáticas y documentadas. En laFigura 2 se puede observar esteinstrumento.

• RTD patrón

Este es un termómetro de precisiónempleado para la medición y calibración

Figura 2. Bloque seco PRESYS T-25N [9].

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de termómetros de resistencia de platino,termistores y termopares; tiene un rangode operación entre -200 °C a 850 °C,tiene una resolución de 0,001°C, tienepuertos de comunicación RS-232. Estetermómetro se observa en la Figura 3.

• Visual Studio

Visual Studio es un conjunto deherramientas de desarrollo para lageneración de aplicaciones web, deescritorio y aplicaciones móviles. Soportalos lenguajes de programación VisualBasic, C# y C++ [7].El propósito principal de este proyecto esautomatizar el proceso de calibración debloque secos, para ello se deben tomardatos del equipo y, empleandocomunicación RS-232, enviar estos datosal computador. Mediante Visual Studio sepuede crear una aplicación que permitaleer datos mediante el puerto RS-232 yguardarlos en un documento de Excel,para su posterior procesamiento yanálisis [8]. El alcance de esta aplicaciónsolo contempla los equipos marcaPRESYS.

Figura 4. Entorno de programación de Visual Basic de Excel.

Met&Flu10

Figura 3. Súper termómetro PRESYS ST-501[10].

Figura 5. Pasos para la programación del proceso de calibración y caracterización.

4 Descripción del software

Para el desarrollo de este proyecto seempleó la herramienta VBA Excel. En laFigura 4 se observa el entorno de trabajo,en la sección inferior izquierda de la figurase encuentra la información acerca delproyecto sobre el cual se está trabajandoy en la sección inferior derecha seencuentra el espacio en el cual se escribeel código del archivo. Se observa que enla sección de información del proyecto sepuede seleccionar entre el módulo y elobjeto del archivo. En el módulo sedefinen las funciones que se emplearánen el programa y en la sección de objetosse definen las acciones que desarrollanlos diferentes elementos que conforma elarchivo. Es decir, si en la interfaz se tieneun botón para enviar datos, en la Hoja 1de la sección de Objetos, se define a quefunción llamará ese botón o que acciónrealizará.

Para el desarrollo de la aplicación seemplearon los pasos mostrados en laFigura 5. El proceso de divide pormódulos, para implementación seemplearon códigos específicos de lamarca PRESYS reduciendo el alcancesolo a este fabricante.

Como mejoras futuras se podrá tomar la

programación como base para ampliar aotras marcas del sector industrial,mejorando el alcance del desarrollo.

5 Proceso de calibración ycaracterización de un bloqueseco

El proceso de calibración de un bloqueseco consiste en establecer la relaciónentre la temperatura generada en la zonade inserción (medida con patrón detemperatura) y el valor leído en latemperatura indicador del bloque seco.Esta comparación se realiza en variospuntos de temperatura específicos, queabarquen todo el intervalo de medicióndel instrumento. En cada punto decalibración se realizan dos series demedidas y luego se realiza un promediode ellas. La secuencia de calibración paracada punto se hace cuando latemperatura se incrementa y otra cuandola temperatura se disminuye [3].

Posteriormente con los datos recopiladosse realiza el proceso de estimación deincertidumbre y error. Si estos parámetrosno se encuentran dentro de los erroresmáximos permisibles establecidos para elinstrumento, se debe hacer un ajuste yrepetir proceso de calibración [9].

Por otro lado, en el proceso de

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caracterización se realizan las pruebas dehomogeneidad axial, homogeneidadradial, influencia de carga y estabilidad enel tiempo. Cada una de estas pruebas sedefine a continuación.

• Homogeneidad axial

Este procedimiento consiste en tener undetector resistivo de temperatura (RTDpor sus siglas en inglés) insertado en elbloque seco a una profundidad máxima, yluego medir el valor de temperaturamáximo en ese punto. Después el RTD seeleva 40mm y se mide el valor máximo detemperatura. Tras tener caracterizados elpunto máximo de temperatura del bloqueseco, se fija el punto mínimo detemperatura y se realiza la medición conel RTD elevada. Finalmente el RTD seinserta hasta el fondo del orificio demedida y se mide la temperatura en esepunto [4].

• Homogeneidad radial

En este procedimiento se deben insertaral menos dos RTD en el bloque seco, unaen el orificio opuesto de la otra, haciendoque tengan la mayor distancia deseparación entre los sensores.Posteriormente se hace la medición detemperatura y se comparan los datos delas dos RTD para observar si existediferencia entre medir en un orificio delbloque seco u otro [4].

• Influencia de Carga

Para este paso se tiene una RTD insertaen el bloque seco y los demás orificiospara medida se llenan con otras RTD ocon varas de metal o cerámica. Esteprocedimiento se realiza para conocercómo se afecta la medida cuando seemplean todos los orificios del bloqueseco al mismo tiempo. Este procedimientose realiza en los puntos de temperaturamáximo y mínimo del bloque seco [4].

• Estabilidad en el tiempo

Figura 6. Montaje para calibrar y caracterizar bloques secos

Met&Flu12

Cuando se realiza un proceso decalibración de bloque seco se debeesperar a que el instrumento se estabilice.En el proceso de caracterización se fija latemperatura mínima del equipo y se midela temperatura durante 30 minutos, eneste tiempo se observa cómo oscila latemperatura del instrumento. Luego sehace el mismo procedimiento para elpunto de máxima temperatura [4].

5.1 Calibración en modomanualLos procesos anteriormente descritos serealizaron con el bloque seco Presys T-25N, el termómetro de precisión PresysST-501 y como instrumento de medida delpatrón secundario se empleó eltermómetro de precisión Millik. El montajeusado se observa en la Figura 6.

En la Figura 6, el bloque seco Presys T-25N tiene inmerso el patrón principal quees una RTD empleada para procesos decalibración en CDT de Gas; la RTD seconecta a un termómetro de precisiónPresys ST-501, que permite observar la

temperatura medida por la RTD. Losmódulos de comunicación RS-232 dePresys son los que permiten alcomputador comunicarse con el bloqueseco y con el termómetro de precisión. Elpatrón secundario es necesario pararealizar la prueba de homogeneidadradial durante el proceso decaracterización, en la imagen este patrónestá conectado a un termómetro demarca Millik.

Para hacer la prueba de forma manual unprofesional competente y autorizado paraestas actividades en el CDT de Gas, debeintroducir manualmente el punto detemperatura a evaluar en el bloque seco,luego esperar a que pase el tiempo deestabilización del equipo y registrar enuna plantilla de Excel el valor medido porel bloque seco y por el instrumentopatrón; luego se debe introducir elsiguiente valor de temperatura y repetir elproceso hasta finalizar la calibración.Posteriormente, se procede a realizar laspruebas de caracterización, ya descritascon la particularidad que los tiempos deestabilización son más prolongados que

IndicaciónPromedio Patrón

IndicaciónPromedioInstrumento

Error deIndicación ±U

[°C] [°C] [°C] [°C]-19,97 -20,00 -0,03 0,360,00 0,00 0,00 0,3740,05 40,00 -0,05 0,4080,11 80,00 -0,11 0,43125,13 125,00 -0,13 0,46

Tabla 1. Resultados de calibración realizando la toma de datos manualmente.

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en el proceso de calibración, debido a quees necesario realizarlo a la temperaturamínima y máxima al cual puede operar elbloque seco bajo prueba.Posteriormente, se deben registrar losdatos de temperatura del instrumentobajo prueba y del patrón, y luego pasar ala siguiente prueba hasta completar elprocedimiento. La Tabla 1 muestra losresultados de calibración de formamanual.

Los puntos de temperatura evaluados eneste proceso fueron: -20, 0, 40, 80y 125 °C; cubriendo de esta manera todoel rango de operación del bloque seco [9].La primera columna de la Tabla 1corresponde al promedio de las lecturasrealizadas por el instrumento patrón paracada uno de los puntos evaluados. Lasegunda columna corresponde alpromedio de las mediciones realizadaspor el bloque seco, la tercera columna esel error de indicación, este es la restaentre los valores de las dos primerascolumnas; finalmente se tiene la columnade la incertidumbre calculada para elproceso.

5.2 Calibración en modoautomático

Para realizar el proceso de formaautomática, se emplea el mismo montajede la Figura 6, pero para realizar laspruebas se ejecuta el programadesarrollado; este realiza la función decambiar el punto de temperatura aevaluar y después del tiempo deestabilización mide la temperatura delbloque seco, de la misma forma como serealiza de forma manual; a intervalos deun segundo aproximadamente. La Tabla 2muestra los resultados del proceso deforma automática.

6 Verificación de la validez delos resultados realizando lacalibración en modo manualversus modo automático.

Para la implementación del métodoautomático de calibración es necesariodemostrar la eficacia y la comparabilidadde las medidas, para este proyecto es

Met&Flu14

IndicaciónPromedio Patrón

IndicaciónPromedioInstrumento

Error deIndicación ±U

[°C] [°C] [°C] [°C]-19,98 -20,00 -0,02 0,360,00 0,00 0,00 0,3740,05 40,00 -0,05 0,3980,11 80,00 -0,11 0,43125,13 125,00 -0,13 0,46

Tabla 2. Resultados de calibración realizando la toma de datos de forma automática.

𝐸𝑛 =𝑥 − 𝑋

�𝑈𝑙𝑎𝑏2 + 𝑈𝑟𝑒𝑓 2

IndicaciónPromedioInstrumento

x X En

[°C] [°C] [°C] [°C] [°C] --20,00 -0,02 -0,03 0,36 0,36 0,020,00 0,00 0,00 0,37 0,37 0,0040,00 -0,05 -0,05 0,39 0,40 0,0080,00 -0,11 -0,11 0,43 0,43 0,00125,00 -0,13 -0,13 0,46 0,46 0,00

Tabla 3. Estadístico de desempeño En.

𝑈𝑟𝑒𝑓𝑈𝑟𝑒𝑓

necesario evaluar el desempeño de losdos procesos, uno cuando se emplea elmétodo de calibración de forma manualversus el método de calibración de formaautomática, esto permite comprobar queel método automático es adecuado parael uso dentro de los fines previstos. Paraello se empleó el estadístico En [6]. Enalgunos métodos de calibración, estaprueba puede ser suficiente paraconfirmar la veracidad del método.

Los valores mostrados en la Tabla 1 yTabla 2 fueron calculados con lasplantillas empleadas por CDT de Gas.Luego se procede a calcular el estadísticode desempeño En, este parámetro secalcula restando los errores de indicacióny dividiendo el resultado en la suma delcuadrado de las incertidumbresexpandidas [6]. A continuación, semuestra esta ecuación:

Si este parámetro es menor a 1 seconsidera que la evaluación fue exitosa[6]. La Tabla 3 muestra el error porcentualcalculado para cada punto detemperatura.

Para el análisis se empleó comoreferencia los resultados de calibración deforma manual (Tabla 1) dado que es elmétodo que actualmente se encuentraacreditado en el Laboratorio del CDT deGas y como laboratorio se emplearon losresultados de la calibración automática(Tabla 2).

Se observa en la Tabla 3 que elestadístico de desempeño En es menor a1 en todos los casos, por lo cual se puedeconcluir que la evaluación es exitosa y elprograma desarrollado es apto pararealizar con él procesos de calibración ycaracterización de bloques secos.

7 Discusión

De acuerdo a los resultados observados

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en la Tabla 1 y Tabla 2, y al cálculo delestadístico de desempeño En de la Tabla3, se tiene que el programa desarrolladoes apto para realizar los procesos decalibración y caracterización de bloquessecos. Sin embargo para este procesoaún es necesario la colaboración deoperarios para la inserción de losdiferentes sensores en el proceso decaracterización, en particular en la pruebade homogeneidad radial, ya que hasta elmomento el programa implementado estádiseñado para funcionar con los módulosde Presys ST-501 y PC-507, lo cual indicaque si se tiene otro instrumento patrónconectado a un termómetro de precisióncomo el MilliK, los datos de este últimodeben ser medidos de forma manual y enel mismo tiempo que el programa midelos del instrumento Presys, a menos quese empleen sólo los instrumentos dePresys para este proceso.

8 Conclusiones

El resultado satisfactorio del Endemuestra el correcto desempeño delmétodo de calibración de formaautomática, permitiendo al Laboratorio deTemperatura del CDT de Gas continuarcon su implementación mejorando laeficiencia en los procesos de calibración.

En este proyecto se incursionó en laautomatización y caracterización debloques secos, permitiendo el desarrollode un programa en la herramientasoftware VBA Excel, haciendo que elproceso desarrollado pueda ser

empleado en cualquier computador quecuente con Excel de 32 bits.

En este momento la Corporación CDT deGas cuenta con una herramientacomputacional en Excel el cual se puedeemplear en procesos de caracterización ycalibración de bloques secos Presys T-25N, de acuerdo a la prueba de validaciónrealizada el programa es apto para estosprocesos.

Se debe automatizar el proceso con otrostermómetros de precisión y otros bloquessecos de marcas industriales.Actualmente se está trabajando en lacomunicación de los sensores detemperatura y medios isotérmicos marcaISOTECH, dado que son patronesempleados en nuestro laboratorio paraque el sistema sea más robusto y versátil.

AgradecimientosLos autores agradecen al ingeniero JhonAngulo de la Corporación CDT de Gaspor su colaboración en la realización deeste proyecto.

También se agradece a la CorporaciónCDT de Gas y a la Universidad PontificiaBolivariana, por el espacio brindado parala elaboración de este trabajo.

Met&Flu16

en Febrero, 2017.

[9] PRESYS. Baños térmicos tipo bloqueseco. Disponible en:http://www.presys.com.br/es/produtos/calibradores/temperatura/bloco-seco/insert-solido/t-25n-t-35n-t-50n. Revisado enFebrero 2017.

[10] PRESYS. Súper Termómetro.Disponible en:https://www.presys.com.br/en/products/ca l ib ra to rs / tempera tu re /e lec t r i ca l -simulator/st-501. Revisado en Febrero,2017

[11] Punto Flotante S.A. Estándares decomunicaciones RS232, RS422, RS485[En línea]. Disponible en:http://www.puntoflotante.net/serial.htm.Revisado en 09 Febrero 2017.

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Referencias[1] Caballar J. 1997. La Interfaz Serie, deEl Libro de las Comunicaciones del PC,México, Alfaomega, pp. 24-36.

[2] Comité Conjunto de Guías enMetrología. 2008. VocabularioInternacional de Metrología - ConceptosFundamentales y Generales y TérminosAsociados.

[3] Corporación CDT de Gas. 2017.Capacitación en Estimación deIncertidumbre para la Calibración deInstrumentos de Temperatura.

[4] European Association of NationalMetrology Institutes. 2015. Calibration ofTemperature Block Calibrators -EURAMET cg-13 Version 3.0.

[5] Forero N. 2012. Normas deComunicación en Serie: RS-232, RS-422y RS-485. Ingenio Libre, pp. 86-94.

[6] Icontec Internacional. 2010. NormaTécnica Colombiana NTC-17043.Evaluación de la conformidad. Requisitosgenerales para los ensayos de aptitud.

[7] Microsoft. Introducción a Visual Studio.Disponible en:https://msdn.microsoft.com/eses/library/fx6bk1f4(v=vs.100).aspx. Revisado enFebrero, 2017.

[8] Microsoft. Métodos para transferirdatos a Excel desde Visual Basic.Disponible en:h t tps : / / suppor t .m ic roso f t .com/es-es/help/247412/methods-for-transferring-data-to-excel-fromvisual-basic. Revisado

Abstract

This paper describes an applicationdenominated GEMESIS, developedunder a web environment, for the oil andgas industry as a tool that facilitates themetrological management of custodytransfer and control measurementsystems. The application adapts to therequirements established by the nationalregulations recently integrated by theMinistry of Mines and Energy ofColombia, and allows the management ofmeasurement, loading / displaying ofcalibration certificates, graphical displayof control chart, instrument´s data sheet,calibration date prediction and assuranceprograms; also includes a program ofmetrological managment that serves tomonitor control curves, limits ofrepetitiveness and acceptance, amongothers.

Keywords: management, metrology,regulation, custody, calibration.

Luis Alejandro Duarte Martínez1, *, Jose Augusto Fuentes Osorio1

1 Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico del Gas. Parque Tecnológico Guatiguará, km 2 vía El Refugio, Piedecuesta, Colombia.

* lduarte@cdtdegas.com

para el control metrológico de sistemas de mediciónpara el control metrológico de sistemas de mediciónAplicativo de gestión webAplicativo de gestión web

1. IntroducciónPara el Estado colombiano, lascompañías de producción, transporte ydistribución de petróleo y gas, así como lasociedad en general, las medicionesrealizadas en boca de pozo ytransferencia de custodia corresponden auno de los procesos claves en eldesarrollo de la industria y en lapreservación de la sostenibilidadeconómica del país, debido a que conestas mediciones:

• Las entidades del estado realizan loscálculos de ingresos por concepto deregalías debido a la explotación derecursos no renovables,

• Son realizadas las transaccionescomerciales entre actores de lacadena del petróleo y gas natural,

• Son monitoreados y controlados losbalances de masa y energía depetróleo y/o gas dentro de los límitesestablecidos para cumplimiento de laregulación nacional y para optimizarlos procesos de medición que

garanticen las menores perdidas de laactividad.

Debido a estas razones, los procesos decontrol metrológico que realiza cadaempresa para cubrir los sistemas demedición y los resultados derivados deesta gestión, son de crucial importanciaporque garantiza la transparencia en losprocesos de medición, así como laconfianza de los diferentes actoresrelacionados con la medición ytransacciones comerciales.

Ante este panorama, los entesregulatorios, han recientemente realizadocambios sustanciales en la regulaciónnacional y normatividad colombiana,relacionados con requisitos enfocados ala gestión necesaria para garantizar elcontrol metrológico de los procesos demedición:

• En el caso de la industria deproducción petróleo y gas, endiciembre de 2016 nació la Resolución41251 de 2016 [1] de Ministerio deMinas y Energía, “Por la cual sereglamenta la medición del volumen y

Resumen

El presente artículo describe un aplicativo denominado GEMESIS, desarrollado bajo ambienteweb, para la industria del petróleo y gas como una herramienta que facilita la gestión metrológicade los sistemas de medición de transferencia de custodia y fiscalización. El aplicativo se adaptaa los requerimientos establecidos por las regulaciones nacionales recientemente integrados porel Ministerio de Minas y Energía de Colombia, y permite la gestión diaria de medición,carga/visualización de certificados de calibración, visualización gráfica de la carta de control,ficha técnica del instrumento, predicción de la fecha de calibración y programas deaseguramiento; incluye también un programa de administración metrológica que sirve para llevarcurvas de control, límites de repetibilidad y de aceptación, entre otros.

Palabras clave: gestión, metrología, regulación, custodia, calibración.

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la determinación de la calidad de loshidrocarburos producidos en el paíspara la adecuada liquidación de lasregalías y contraprestacioneseconómicas en favor del Estado”. Endicha resolución, además deestablecer los requisitos técnicos quedeben cumplir las tecnologías demedición de flujo de hidrocarburoslíquidos, gaseosos y multifásicos; seestablece en el capítulo 7 que todoproductor debe implementar unagerencia metrológica que se encarguede:

◦ Mantener un Sistema de GestiónMetrológica que integre la gestióndocumental de los procesos demanejo de cálculos de volúmenes,inventarios, balances dehidrocarburos, trazabilidad de lasmediciones, información sobreauditorias de medición entre otras,que permita contar con lainformación actualizada de lacontabilización de los recursosexplotados.

◦ Contar con una bitácora deactividades diarias de mediciónque corresponde a unaherramienta física o digital quepermita el seguimiento y control enla ejecución de las actividades decalibración, auditorías,inspecciones, verificaciones, entreotras relacionadas con medicionesfiscales y de boca de pozo deacuerdo a unos planes demantenimiento y aseguramientometrológico específicos.

• Contar con un programa deadministración metrológica quepermita monitorear curva de control,límites de repetibilidad y deaceptación.

• En el caso de puntos de transferenciade custodia de gas natural, elReglamento Único de Transporte –RUT [2] y sus actualizacionesestablecen los lineamientos paratransporte de gas natural y losrequisitos metrológicos que debencumplir los puntos transferencia decustodia al cual se le han realizadoscambios e inclusiones significativas enlos últimos cinco (5) años. La últimainclusión ha sido la Norma TécnicaColombiana NTC 6167 [3] queespecifica los requisitos metrológicosque debería cumplir un sistema demedición utilizado como transferenciade custodia. En el numeral 6, la NTC6167 establece los lineamientos quese deben seguir para garantizar elcontrol metrológico de los sistemas demedición en los cuales se incluye:

◦ La estrategia para garantizar latrazabilidad de las mediciones y lametodología para evaluar que losequipos se encuentran dentro delos errores máximos permisibles.

◦ la inclusión de un programa deconfirmación metrológica deacuerdo a la ISO 10012 yestablecimiento de frecuencias decalibración de acuerdo a la OIMLD10.

◦ El establecimiento de programas

Met&Flu20

de calibración, verificaciónmetrológica e inspección a cadaequipo de medición que integra elsistema, que permitan brindar elconocimiento técnico suficientessobre el desempeño metrológicode los equipos, para considerarlosaptos para las mediciones.

Para la implementación de estosrequerimientos regulatorios y quepermiten mejorar los procesos detransacciones comerciales, gran parte delas compañías típicamente utiliza lagestión de documentación de informaciónde manera física, haciendo que algunosprocesos sean complejos y tediosos a lahora de realizarlos dado que se requierevarios formatos de registros, tablas decálculos, y documentos de control desdeel ingreso en la operación de los sistemasde medición y que se debe monitorear

diariamente para lograr el controlmetrológico requerido. Esta condicióngenera en algunos casos, un costo depersonal requerido para realizar dichoproceso de gestión.

Una de las alternativas para brindar unasolución a esta necesidad, es eldesarrollo de una herramientacomputacional que permita realizar lagestión documental y los cálculosestadísticos para cumplir con lasdiferentes tareas de control metrológico ycon la característica adicional que seaubicua, es decir, que pueda serconsultada de en cualquier momento y encualquier lugar que garantice la seguridady confidencialidad de las información.

Por lo anterior, la Corporación CDT deGas desarrolló un herramienta web parala GEstión MEtrológica de SIStemas demedición - GEMESIS que facilita la gestión

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Elementos aevaluar

Requisitos Regulatorios para control Metrológico Facilidades que permiteGEMESIS para dar

cumplimientoResolución 41251 NTC 6167

1 Sistema demedición global

Bitácora de actividades demedición - Estructura GEMESIS

Monitoreo de incertidumbre demedición

Monitoreo error máximopermisible Cartas de control virtuales

Inspecciones periódicas Inspecciones periódicas Programa de inspección periódica yalmacenamiento de los informes

2

Instrumentos demedición que

integran el sistema;volumen, presión,temperatura,

propiedades, etc.

Límites máximos dados porfabricante

Error máximo permisible decada instrumento Cartas de control virtuales

Calibraciones periódicas Calibraciones periódicas Programa de calibración periódica yalmacenamiento de los informes

Verificaciones intermedias Verificaciones intermedias Programa de verificación periódicay almacenamiento de los informes

3Gestión

documental delsistema

Visualización, descripción y característica técnica de losequipos Fichas técnicas virtuales

Cartas de control de cadaequipo

Cartas de control de cadaequipo Cartas de control virtuales

Tabla 1. Satisfacción de los requisitos regulatorios por parte de la aplicación GEMESIS

documental y el control metrológico desistemas de medición de gas y petróleopara fiscalización o transferencia decustodia, el cual se puede consultar yoperar desde cualquier dispositivo fijo oMóvil.

2. Requerimientos de diseñopara GEMESISGEMESIS es una herramienta webdiseñada en una plataforma informáticadesarrollada bajo Visual Studio .NET, quese enfoca en ser gestor documental quefacilita la organización de la informaciónrelacionada con el desempeñometrológico de los equipos de medición ycuenta con herramientas estadísticas quepermiten la generación y visualización decartas de control, evaluación de erroresmáximos permisibles, entre otros. La

Tabla 1 muestra el alcance de GEMESISque permite dar cubrimiento a lasnecesidades.

3. MetodologíaPara el desarrollo del aplicativoGEMESIS, se utilizó el desarrollo enespiral que corresponde a un modelo deciclo de vida del software [4], donde lasactividades de este modelo se conformanen una espiral, en la que cada bucle oiteración representa un conjunto deactividades. Las actividades no estánfijadas a ninguna prioridad, sino que lassiguientes se eligen en función delanálisis de riesgo, como se muestra en laFigura 1.

Cuentan con la ventaja que el software sedesarrolla en una serie de versiones

Figura 1. Descripción del método espiral. Tomado de [4].

Met&Flu22

23

Figura 2. Descripción de la estructura del aplicativo GEMESIS.

incrementales, en el cual en las primerasiteraciones la versión incremental podríaser un modelo en papel o un prototipo;mientras que durante las últimasiteraciones se producen versiones cadavez más completas del sistema diseñado,lo que genera una continua evolución dela herramienta.

4. Arquitectura de laherramientaGEMESIS está desarrollada bajo laherramienta Visual Studio .NET deMicrosoft, y la base datos se construyóbajo el motor Microsoft SQL Server. Estosservicios están operando bajo WindowsAzure, un sistema que garantiza

operatividad y confianza durante todo eltiempo. Bajo estas herramientas seprogramaron y establecieron diferentesmódulos, que se representangráficamente en la Figura 2 y permitenatender los diversos requerimientos yamencionados.

4.1 UsuariosEs el modulo que permite identificarquien es el usuario que está ingresandopara brindar los permisos de acceso deinformación y bases de datos, previo alingreso de un nombre de usuario y clavedefinida. Una compañía que utilice elaplicativo GEMESIS puede contar condiferentes usuarios que poseen

Figura 3. Listado de empresas, y visualización de estaciones de la empresa seleccionada.

Met&Flu24

diferentes permisos para crear, modificar,editar, eliminar, descargar documentos, osimplemente visualizar información.

4.2 EmpresasMódulo donde se listan y se crean losdatos de cada una de las empresas, aestas empresas se le relaciona un usuariopara que particularmente al entrar alaplicativo podrá visualizar solo lainformación de ella y los demás datoscargados como son las estaciones, tiposde estación e instrumentos. En la Figura 3se presenta la interfaz de esta sección enel momento de la escritura del presentedocumento.

4.3 EstaciónUna empresa puede contar con diferentestipos de estación, las cuales representanun conjunto de instrumentos de medición

que requieren ser monitoreados para sucontrol. Por lo tanto, GEMESIS tiene unmódulo denominado Estación, quepermite identificar la característica delsitio en las tres opciones mencionadas.Esto permite subdividir los instrumentos yequipos de acuerdo a la divisiónorganizacional de la empresa, o algunaotra clasificación que desee usarse. Parael caso específico de los puntos defiscalización y transferencia de custodiade petróleo y gas, se puede utilizar elesquema de estaciones para representarcada sistema de medición. La Figura 4muestra la apariencia de la interfaz deusuario del módulo Estación, en elpresente momento.

4.4 InstrumentosDespués de que un usuario (conpermisos suficientes) ha definido oconsultado una estación específica,aparece un módulo denominado

Figura 4. Listado de tipo de magnitudes seleccionados por tipo de estación

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Figura 6. Descripción de la ficha técnica del instrumento.

Figura 7. Listado de certificados de calibración por cada instrumento.

Figura 5. Listado de instrumentos seleccionados por magnitud.

Met&Flu26

“instrumentos” el cual permite ingresar oconsultar los diferentes instrumentos oequipos de medición que hacen parte dela estación y que van hacer monitoreados.En el caso de una estación querepresenta un sistema de medición(aplicable a puntos de fiscalización ytransferencia de custodia de petróleo ygas) típicamente se tienenpreestablecidos los instrumentos:medidores de volumen, presión,temperatura, computador de flujo yanalizadores de calidad del fluido que sonlos instrumentos que normalmente seencuentran en los sistemas de mediciónobjeto de la presente lectura.

Cuando se consulta un instrumentodeterminado se tiene varias opciones deconsulta, las cuales se muestran en laFigura 5.

4.4.1 Ficha técnicaCuando se selecciona en el instrumento,la opción ficha técnica se puede ingresary/o visualizar (dependiendo del permisodel usuario) las características técnicasrequeridas para identificar claramente losinstrumentos (serie, fecha de instalación,modelo, etc.) y sus características deoperación y desempeño metrológicocomo es el caso de los errores máximospermisibles establecidos en laregulaciones. En la Figura 6 se puedeobservar una captura de pantalla de laficha técnica de un instrumento.

4.4.2 DocumentaciónCuando se selecciona la opción

documentación, es utilizada para elingreso de carga o visualización dedocumentos que describen los resultadosde actividades metrológicas obtenidopara el instrumento especificado. Estemódulo cuenta con varias opciones, quese pueden ver en la Figura 7.

Calibración: Opción donde se puedenadjuntar y visualizar los diferentescertificados de calibración overificaciones intermedias emitidas parael instrumento especifico a lo largo desu operación en el sistema de medición.Los documentos adjuntos puede tenerformato *.doc, *.xls o *.pdf siendopreferible este último.

Inspección: en esta opción se adjuntany visualizan los diferentes informes deinspección o auditorias metrológicasaplicables al instrumento de medición yque se han realizado a lo largo de suoperación en el sistema de medición.

Mantenimientos: Opción donde seregistran y visualizan los diferentesreportes de mantenimiento delinstrumento.

Diagnósticos: se refieren a la opcióndonde es posible adjuntar o visualizarlos reportes de diagnóstico que serealizan para evidenciar la correctaoperación del equipo o una potencialfalla. Esta opción es principalmenteaplicable para medidores de volumencomo el caso de ultrasónicos/másicoscon la emisión de autodiagnósticos,turbina con reporte de la prueba de spintime, desplazamientos positivos con laprueba del diferencial de presión o

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computadores de flujo con el reporte deeventos.

4.4.3 Carta de control

A partir de esta opción GEMESISsuministra, para cada uno de losinstrumentos de medición, gráficos deerror máximo de medición contra tiempo,lo que permite evidenciar cómo es elcomportamiento de la exactitud delinstrumento a lo largo del tiempo. Estopermite contar información para predecirel comportamiento en el futuro yadicionalmente en conjunto con lainclusión de los errores máximospermisibles, se puede evidenciargráficamente el cumplimiento deldesempeño de instrumento con respectoa dichos límites. La Figura 8 muestra lapresentación actual de la carta de control.

4.4.4 Intervalos de calibraciónCon este módulo, GEMESIS estima elintervalo de calibración y por lo tanto,

sugiere una próxima fecha de calibraciónaplicando los métodos descritos en laOIML D10, obteniendo el período acordea la confiabilidad metrológica propia delinstrumento bajo evaluación y tenerevidencias para el ajuste con respecto alos definidos en la resolución 41251 de2016 y la norma NTC 6167. Para lograrlo,utiliza la información de los históricos dedesempeño metrológico del instrumentoobtenido con los diferentes certificados decalibración y verificación intermedia, ytiene en cuenta el error máximopermisible por la regulación aplicable.

4.4.5 Planes de controlCon este módulo se tiene acceso a losdiferentes planes y cronogramas confechas establecidas para lascalibraciones, verificaciones,mantenimientos e inspecciones oauditorías metrológicas. Dicha opcióncuenta con alarmas que permiten daraviso con anterioridad cuando seencuentra cerca una fecha para realizarcualquiera de estas actividades.

Met&Flu28

Figura 8. Visualización de la carta de control de acuerdo a los certificados ingresados.

5. ResultadosComo resultado, se desarrolló el aplicativoGEMESIS basado en una estructuraadministrativa para el control metrológicode los sistemas de medición, que seopera de la siguiente forma. Acontinuación se describe someramente el

proceso de uso.

Por medio de un usuario y contraseña elusuario ingresa al aplicativo como semuestra en la Figura 9.

Al dar clic en iniciar se visualiza el menúprincipal, de acuerdo a los permisos de

Figura 10. Visualización del menú principal.

Figura 9. Visualización inicio del aplicativo.

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cada usuario, se listaran los diferentesaccesos directos como son: empresa,estación, instrumento, adjuntardocumento y personas. La Figura 10muestra un fragmento de la interfaz.

Al dar clic sobre empresa se visualizaránel listado de empresas, en esta pantallatendrá la opción de crear empresa y deeditar los datos de la empresa. La Figura11 muestra la apariencia actual delformulario.

En caso de tener los permisoscorrespondientes, al dar clic sobre elmenú en estación se visualiza una listadesplegable de empresas donde seselecciona una de ellas, y de acuerdo aesta selección se muestran las diferentesestaciones relacionadas con la empresaseleccionada.

Habitualmente, un usuario sólo tendráacceso a su propia empresa. La Figura 12presenta el listado de estaciones, en laversión actual del aplicativo.

Al dar clic sobre el menú en instrumentosse listarán todos los instrumentos, al serseleccionada la empresacorrespondiente. La Figura 13 muestra lapresentación actual de los instrumentos.

Al dar clic en adjuntar documento lepermite al usuario seleccionar la empresa(si aplica), seleccionar el instrumento yguardar el certificado de calibración, seincluyen los puntos de calibración y lafecha. La Figura 14 muestra la interfaz enla versión actual del aplicativo.

Al dar clic en el menú personas, donde secrean los usuarios con permisos sobre elaplicativo. La Figura 15 ilustra laapariencia actual del listado de usuarios.

6. DiscusiónComo se describió en el esquema dedesarrollo seleccionado, el proceso dedesarrollo del aplicativo es un proceso

Met&Flu30

Figura 11. Visualiza el listado de empresa.

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Figura 12. Visualiza el listado de estaciones.

Figura 13. Visualización de instrumentos.

Figura 14. Visualización de los certificados de calibración.

Met&Flu32

continuo, en el cual paulatinamente sevan generando nuevas versiones queincrementen la robustez, confiabilidad yseguridad, y que adicionen nuevascaracterísticas que se estimenconvenientes.

Una de las posibles nuevascaracterísticas consistiría en implementarun módulo de estimación deincertidumbre usando el método GUM,para facilitar dicha estimación paraempresas y procesos que lo requieran.

7. ConclusionesLa Corporación CDT de Gas hadesarrollado un nuevo software, llamadoGEMESIS, orientado a facilitar el controlmetrológico para los instrumentos decalibración.

GEMESIS es una herramienta webdiseñada para facilitar las actividades decontrol metrológico que actualmente seestán exigiendo mediante lasregulaciones nacionales que permiten

lograr procesos de medición con un nivelde confianza aceptable y por lo tantotransparencia en los procesos detransacciones comerciales de petróleo ygas. Igualmente, es adecuada paracumplir varios requisitos de gestión y deaseguramiento de calidad de lasmediciones en laboratorios de calibracióny ensayos.

El desarrollo de este aplicativo, se planteócomo una solución de estructuraadministrativa, que organiza y controla deacuerdo a los requisitos regulatorios parael control metrológico NTC 6167.

El diseño del software fue pensado enespiral, para que a partir de larealimentación que puedan hacer losusuarios en cuanto a usabilidad eidentificación de oportunidades de mejorapueda ser eventualmente modificado.

Figura 15. Visualiza el listado de usuarios para el ingreso al aplicativo.

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[4] Fariño G. 2011. Modelo Espiral de unproyecto de desarrollo de software.

Abstract

La Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico de Gas has developed a device for the generation ofcalibration gas mixtures (MGC), called TGD 2000. This device employs a dynamic dilution method for thepreparation of the MGC, by means of a certified gaseous reference material (MRGC) and an inert matrix.Currently the calibration of carbon monoxide (CO) and methane (CH4) detection devices is carried out usingtwo gases as the dilution matrix, which in this particular case can be nitrogen or air. Since the finalconcentration of the mixture depends on the flow rate generated through the capillaries, experimental testswere carried out that allowed comparing the flow behavior by modifying the type of inert gas with which themixture is made. In the present article the obtained results are presented and the behavior of the flows wasevaluated, by means of an analysis of variance (ANOVA) as parametric statistical technique of hypothesiscontrast.

Keywords: Dilutor, capillaries, pressure drop, analysis of variance.

Lucero Chavarro Duarte1, *, Pedro Sierra Maldonado2, Elizabeth Ayala Blanco2

1 Escuela de Ingeniería Química, Universidad Industrial de Santander, Carrera 27 Calle 9. Bucaramanga,Colombia.

2 Grupo de Investigación en Fluidos y Energía (GIFE). Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico de Gas.Parque Tecnológico Guatiguará, km 2 vía El Refugio. Piedecuesta, Colombia.

* lucerochavarro@gmail.com

a través de los capilares deldispositivo generador de trazas

a través de los capilares deldispositivo generador de trazas

Comparación del caudalComparación del caudal

1. Introducción

Durante varias décadas el estudio de losfluidos a escala microscópica hagenerado gran interés, debido a que sepresentan comportamientos en términosde los efectos de no-equilibrio, tales comola rarefacción y las interacciones gas-superficie [1], que no suceden en fluidosen escala macroscópica. El CDT de Gasha desarrollado un dispositivo generadorde trazas (TGD 2000) para la obtenciónde MGC a partir del método de dilucióndinámica, en donde las mezclasgeneradas deben tener una composicióndefinida y estable para utilizarse como unpatrón de trabajo de concentración, quedebe cumplir requerimientos especialesde tolerancia en la preparación,incertidumbre y pureza de loscomponentes empleados [2].

El método de dilución dinámica del TGD

2000 se basa en la norma ISO 6145-5,por medio del cual para poder realizar ladilución es necesario utilizar un capilarpara el MRGC y uno para el gas matriz,por medio de un ajuste de caídas depresión a través de los capilares (verFigura 1) [3]. Inicialmente el equipo usócomo gas inerte el nitrógeno para realizarlas calibraciones de los equipos yanalizadores de monóxido de carbono(CO) y metano (CH4), sin embargo parael caso de los detectores de CH4 quecuentan con sensores potenciométricos yde estado sólido presentabaninterferencias en sus lecturas. Esasinterferencias se presentanprincipalmente a que esta clase desensores poseen dos electrodos, uno dereferencia y uno de medición, y laobtención de su señal está dada enfunción de la diferencia de presionesparciales de oxígeno. Por lo tanto serealizaron pruebas experimentales y unanálisis de varianza, para evaluar el

ResumenLa Corporación Centro de Desarrollo Tecnológico del Gas ha desarrollado un equipo parala generación de mezclas de gases de calibración (MGC), denominado TGD 2000. Estedispositivo emplea un método de dilución dinámica para la preparación de la MGC, pormedio de un material de referencia gaseoso certificado (MRGC) y una matriz inerte.Actualmente la calibración de dispositivos detectores de monóxido de carbono (CO) ymetano (CH4), se realizan utilizando dos gases como matriz de dilución que en este casoparticular puede ser nitrógeno o aire. Dado que la concentración final de la mezcladepende del caudal generado a través de los capilares, se realizaron pruebasexperimentales que permitieron comparar el comportamiento del caudal al modificar eltipo de gas inerte con el que se realiza la mezcla. En el presente artículo se presenta losresultados obtenidos y se evaluó el comportamiento de los caudales, mediante unanálisis de la varianza (ANOVA) como técnica estadística paramétrica de contraste dehipótesis.

Palabras clave: Dilutor, capilares, caída de presión, análisis de varianza.

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Figura 2. Sistema de capilares TGD 2000, (1) Capilar de 50 µm, (2) Capilar de 75 µm y (3) capilar de 250 µm.

Met&Flu36

Figura 1. Dispositivo generador de trazas (TGD 2000)

comportamiento del caudal a través deuna comparación entre los gasesmatrices de dilución nitrógeno (99% N2) yaire (80% N2 y 20% O2). Los modelosANOVA son técnicas de AnálisisMultivariantes de dependencia, utilizadospara analizar datos procedentes dediseños con una o más variablesindependientes que pueden ser de tipocualitativo o cuantitativo. Estas variablesindependientes se denominan factores ypueden estar en diferentes estadosposibles o niveles, y la variabledependiente es la respuesta.

2. Metodología

Para realizar el estudio de la influencia dela variación del gas matriz en losmicroflujos que atraviesan el sistema decapilares del TGD 2000 (ver Figuras 1 y2), se realizaron pruebas experimentales

Presión entrada Presión salida Diferencial depresión (ΔP) Caudal aire Caudal

nitrógeno

[Pa] [Pa] [Pa] [m3/s] [m3/s]

524 093 93 102 430 991 2,02x10-5 2,00x10-5

448 274 92 574 355 701 1,72x10-5 1,67x10-5

344 761 91 999 252 762 1,35x10-5 1,37x10-5

248 303 91 493 156 810 9,48x10-6 9,50x10-6

utilizando un diseño de experimentos porbloques con una réplica para 4 caídas depresión en el intervalo de 144 790 Pa a551 581 Pa (21 psi a 80 psi) manteniendola temperatura constante a 293,15 K (20°C). En la primera etapa se preparó elsistema de dilución TGD 2000 realizandola respectiva prueba de hermeticidad, yposteriormente se dio apertura de laválvula del capilar de 250 µm utilizandogas nitrógeno. Las caídas de presión seajustaron de manera ascendente demenor a mayor, y este mismo repitió elprocedimiento con aire.

En la segunda etapa se generaron lasmismas caídas de presión para los gasesa evaluar, pero conectando la salida delTGD 2000 a un medidor de caudal quepara este caso fue un patrón primario tipopistón desarrollado por el CDT de Gas [4],el cual es un equipo que permite realizarel aseguramiento metrológico dediferentes dispositivos medidores de flujo.Finalmente los caudales generados a

Tabla 1. Resultados de las pruebas experimentales.

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través del dilutor y del pistón fueroncomparados y evaluados por medio de unanálisis de varianza ANOVA.

3. Resultados

Los resultados obtenidos durante laspruebas experimentales para las 4 caídasde presión (430 991 Pa, 355 701 Pa, 252762 Pa y 156 810 Pa) se presentan en laTabla 1.

A cada diferencial de presión que sepresenta anteriormente se registró elcaudal para los gases matrices nitrógenoy aire, y así comparar su comportamientoa través del capilar.

En la Figura 3 se presenta el

comportamiento de los caudales enfunción de la caída de presión, en dondese puede observar que elcomportamiento es directamenteproporcional. Por lo tanto a medida que segenera un incremento en la presión, seproduce un incremento en el caudalgenerado, sin embargo esta variación enel caudal no se ve significativamentealterada al utilizar diferente gas matriz. Elcomportamiento del caudal al utilizar gasnitrógeno como matriz es muy similar alutilizar aire.

4. Discusión

Para poder determinar si los caudalesgenerados con diferentes gases muestran

Met&Flu38

Figura 3. Caudal de los gases matrices en función de la caída de presión.

diferencias significativas o en casocontrario que sus medias poblacionalesno difieren se realizó un análisis devarianza por un factor. Este análisis es deun factor, el cual es el diferencial depresión (ΔP) a través del capilar y paraello se planteó la siguiente hipótesis:

H0: µ1 = µ2

H1: µ1 ≠ µ2

H0: Los caudales se comportan igual alvariar el gas matriz de dilución.

H1: Los caudales se comportan diferenteal variar el gas matriz de dilución.

Por medio de la herramienta Análisis deDatos de Microsoft Office Excel 2016 serealizó el análisis de varianza que sepresenta en las Tablas 2 y 3.

En la Tabla 3 se evidencia elcomportamiento de los gases en elcapilar, y los resultados de las mediaspoblacionales permiten evidenciar que sefalla en rechazar la hipótesis nula, esdecir, no hay evidencia de que loscaudales se comporten diferentes alvariar el gas matriz de dilución. El rechazode la hipótesis planteada se determinó através de los estadísticos P y F, convalores de 0,971 y 0,0014respectivamente. El valor-P representa el

Grupos Cuenta Suma Promedio Varianza

Aire 4 6,04x10-5 1,51x10-5 2,15x10-11

Nitrógeno 4 5,99x10-5 1,50x10-5 1,99x10-11

Tabla 3. Análisis de varianza del diseño de experimentos

Tabla2. Resumen del diseño de experimentos

Origen de lasvariaciones

Suma decuadrados

Grados delibertad

Promediode los

cuadradosRazón-F Valor-P

Valorcríticopara F

Entre grupos 2,88x10-14 1 2,88x10-14 0,0014 0,971 5,987

Dentro de losgrupos 1,24x10-10 6 2,07x10-11

Total 1,24x10-10 7

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Met&Flu40

nivel de significancia más pequeñoposible que permite rechazar la hipótesisnula planteada con las observacionesactuales, y se basa en el nivel de riesgoque se establezca. Como se observa, elvalor-P es muy grande; teniendo encuenta que la significancia es un númeroentre 0 y 1, en este caso para rechazar lahipótesis nula habría que utilizar un nivelde confianza menor a 2,9 %. De estamanera, se evidencia que no hayevidencia fuerte de que existandiferencias significativas en los caudalesgenerados de acuerdo al gas usado comomatriz, considerando únicamente lasopciones “aire” y “nitrógeno”.

5. Conclusiones•

Por medio del análisis de varianza secomprobó que el comportamiento delcaudal no varía al cambiar el gas matrizde dilución utilizado en el TGD 2000, ypor lo tanto no se generaría un cambioen la concentración generada.

• El caudal presenta un comportamientodirectamente proporcional a la caída depresión, por lo tanto a medida que eldiferencial de presión se incrementa, elcaudal generado a través del TGD 2000aumenta.

• Dado que los gases inertes sonconsiderados gases no reactivos bajodeterminadas condiciones de presión ytemperatura, el nitrógeno y/o aireutilizado en la preparación de los MRGno modifican su comportamiento. Elcaudal generado a través del sistema de

capilares se ve afectado por otrosfactores como la temperatura y lapresión, pero no por utilizar diferentegas matriz de dilución.

41

Bibliografía

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