Tecnología IIoT mejora los niveles de confiabilidad y seguridad

La transformación digital es una estrategia que permite usar tecnologías digitales, por ejemplo IIoT, para mejorar el desempeño de las instalaciones. Si bien las industrias de procesos han utilizado tecnologías digitales durante décadas, la aparición de la Internet y otros métodos avanzados de comunicación, tales como intranets internas, ha facilitado su implementación.

Esto ha servido para extender los mismos tipos de mejoras logradas en los principales procesos de producción a otras áreas operativas, tales como confiabilidad y seguridad.

Muchas de estas aplicaciones de IIoT, ya sean basadas en la Internet o en intranets internas, han ganado en importancia teniendo en cuenta que, hoy en día, se trabaja cada vez más en forma remota, lo que requiere una mayor colaboración entre personal muy disperso.

Un ejemplo es el monitoreo remoto de válvulas, junto con la colaboración en mantenimiento y reparación, a fin de mejorar la confiabilidad. El monitoreo remoto comienza con la recolección de datos, habilitada por controladores de válvula digitales, que brindan una amplia información para gestión de activos, control distribuido y otros sistemas host.

Estos controladores se comunican con los sistemas host mediante el protocolo HART, WirelessHART con el agregado de un módulo adaptador, o un fieldbus digital. Los sistemas host envían datos a expertos remotos a través de la Internet o intranets internas para su análisis a fin de conseguir información procesable que puede ser necesaria para mantenimiento o reparación de válvulas.

En el pasado, los técnicos locales tenían que realizar muchas de estas actividades por su cuenta, ya que la comunicación con los expertos se limitaba a correo electrónico, teléfono y mensajes de texto. Pero ahora, los servicios de asistencia remota empoderan a los técnicos locales brindándoles conectividad con dispositivos móviles a través de la Internet, lo que les permite compartir de manera segura su campo de visión a través de un software de realidad aumentada en tiempo real.

El software identifica automáticamente la instalación específica de la válvula, junto con su historial de mantenimiento e instrucciones de reparación. Las instrucciones paso a paso están superpuestas en el campo de visión del usuario para respaldar las tareas de instalación, calibración o reparación.

La videocomunicación en tiempo real permite a los usuarios resolver problemas en menos tiempo y minimizar los errores de instrucción, mientras elimina tiempo de viaje y el costo de llevar expertos al lugar de trabajo. Además, las empresas pueden ampliar su base de conocimientos interna y las capacidades del personal guiándolo y brindando recomendaciones en el trabajo para resolver problemas, hasta e incluyendo supervisión de la reparación final.

Otra tecnología digital ampliamente implementada para mejorar la seguridad y la eficiencia es RFID (Radio Frequency Identification). Muchas válvulas se encuentran ubicadas en áreas peligrosas y de difícil acceso, donde placas ID dañadas o faltantes es algo común. Los técnicos se ven obligados muchas veces a investigar para poder identificar esas válvulas, lo que disminuye la productividad.

Una mejor alternativa es utilizar la tecnología RFID para identificar, seguir y gestionar activos de válvula de una manera más segura, más eficiente y más exacta. Se instala un tag RFID en cada válvula, ya sea antes de su puesta en servicio o durante un período seguro de operación, lo que permite la automatización con métodos de identificación de válvulas que, de otro modo, consumirían mucho tiempo, serían propensos a errores y algunas veces peligrosos. Se utiliza un lector de RFID para escanear el tag, enviando luego la información de la válvula asociada a un sistema de gestión de activos a través de la Internet o intranet de la empresa. Este método se traduce en un mantenimiento más proactivo, junto con una mejor gestión de activos y eficiencia operativa, ya que permite determinar la identidad de los activos con un escaneo y luego usar esta información detallada.

Estos ejemplos muestran de qué manera las tecnologías IIoT pueden promover la transformación digital para conseguir mejoras más allá de la automatización básica a fin de alcanzar mayores niveles de confiabilidad y seguridad, amen de otras aplicaciones limitadas sólo por la imaginación y las necesidades del usuario final.

 

Preparado en base a una presentación de Marcelo Carugo, vicepresidente de Programas Globales de Hidrocarburos y Química, Emerson Automation Solutions.

Algunos consejos para tener éxito en la transformación digital

Muchas empresas ya se encuentran en la etapa de transformación digital. Algunas han tenido más éxito que otras, lo que obliga a hacer un breve repaso de las mejores prácticas de implementación hasta la fecha:

  • Comenzar con sensores conectados digitalmente en red, fieldbus o wireless. Algunas plantas comienzan su transformación digital (Industria 4.0) con proyectos equivocados, donde la diferencia entre la vieja usanza y la nueva manera de trabajar puede que no sea tan importante. Por ejemplo, rastreadores, drones, y también tabletas y teléfonos inteligentes no siempre son los mejores ejemplos de transformación digital, ya que todavía necesitan de la intervención de un ser humano para su operación... Hay soluciones de transformación digital totalmente automáticas que utilizan un sensor permanente para automatizar la recolección de datos, la comunicación de datos digitales y el software para interpretar automáticamente los datos.
  • Seguir métricas antes y después para determinar el éxito. Pensar acerca de cómo se podrán medir y demostrar ahorros y mejoras, y encontrar una referencia actual. Estas métricas de antes y después pueden variar según el proyecto.
  • La transformación digital es para siempre y requiere una mejora continua.
  • Involucrar a todos los departamentos operativos de una planta para promover una cultura digital y utilizar soluciones probadas y confiables.
  • Extender el historial existente con un historial de confiabilidad para evitar la repetición de datos en múltiples ubicaciones.
  • Utilizar el historizador existente como plataforma. De esta manera, las plantas también podrán evitar un conflicto con los requerimientos de soporte existentes; utilizar lo que ya se tiene a fin de incorporar soluciones digitales en toda la producción con acceso escalable a datos de toda la empresa.
  • Ahorrar tiempo, frustración y dinero, implementando soluciones listas para usar con un historial probado. Cuando un integrador de sistemas escribe apps de software personalizadas, es algo nuevo y no está probado, por lo que invariablemente surgirán inconvenientes en la funcionalidad al ser imposible que el integrador y los usuarios en la planta puedan pensar y especificar todas las características requeridas y deseadas de antemano. Por lo tanto, la planta gastará muchos meses, y tal vez años, programando y testeando múltiples versiones del software antes de encontrar el adecuado.
  • Usar OPC UA para tener acceso a los datos.
  • Utilizar sensado directo para obtener datos confiables. La manera más práctica de hacerlo es con sensores conectados digitalmente en red, wireless o fieldbus, preferiblemente no intrusivos.
  • Instalar un software fácil de usar. Un software listo para usar con una analítica fácil de aprender evita una capacitación extensa.
  • Llevar los datos a los operadores de mantenimiento allí donde estén. Un flujo de trabajo digital permite enviar notificaciones al teléfono inteligente de los operadores y emitir un ticket de orden de trabajo al sistema CMMS/ERP.
  • Tener en cuenta que no es necesario usar la nube. La mayoría de las plantas no usan la nube para su transformación digital; por el contrario, el 99% de las plantas implementan la transformación digital a nivel local dentro del perímetro de la planta, sin conexión por Internet a la nube.
  • Utilizar protocolos con los que el personal ya esté familiarizado, tales como WirelessHART, Modbus, fieldbus Foundation y PROFIBUS, junto con sus versiones IP.

 

Preparado en base a una presentación de Jonas Berge, director senior en Emerson Automation Solutions.

Transformación digital: Herramienta para  alcanzar un desempeño del cuartil superior

Uno de los desafíos más grandes de una empresa es saber que hay eficiencias para mejorar y un mayor valor para obtener. Pero la pregunta es ¿cómo? El panorama de negocios actual es cada vez más competitivo y las oportunidades para realizar grandes inversiones de capital más limitadas, lo que genera una necesidad de mejor rendimiento de los activos.

Para Emerson, por ejemplo, la idea de transformación digital es bastante sencilla: Una tecnología inteligente y digitalmente conectada al servicio de las personas, permitiéndoles ser más eficientes y, al mismo tiempo, generar el mayor impacto en sus trabajos. Hay estudios que revelan que aquellas empresas que tienen un alto desempeño operacional alcanzan hasta un 8% más de producción acumulada, disminuyen a la mitad los incidentes registrables y logran una reducción importante en los costos de mantenimiento.

En consecuencia, Emerson ha desarrollado Operational Certainty, un programa basado en la implementación de una estrategia de transformación digital que permite que los empleados se apoyen en una estructura digitalizada e interconectada para minimizar el impacto de las pérdidas operacionales. 

Operational Certainty combina servicios de consultoría, la experiencia de los expertos de Emerson, el amplio portafolio de tecnologías de automatización y soluciones de IIoT, para ayudar a los usuarios a extraer mayor valor de su operación por medio de soluciones y servicios en áreas de seguridad, confiabilidad, producción y eficiencia energética.

El método de consultoría de Operational Certainty permite identificar oportunidades de alto impacto en la operación tomando como guía índices de la industria y de desempeño operacional. Como resultado del análisis, las empresas consiguen priorizar inversiones en soluciones tecnológicas habilitadoras y seguimiento periódico para revisar los resultados obtenidos y trabajar en mantenerlos en el tiempo.

La transformación digital es una herramienta clave para alcanzar estas mejoras. Debido a las nuevas regulaciones en materia de salud o medioambiente, hay una creciente demanda por tener una mayor cobertura en planta, lo cual implica conocer más datos del proceso, aunque, en muchos casos, no hay posibilidad de incrementar la fuerza laboral, lo que lleva a la necesidad de digitalizar las rondas de los operadores al campo para recolectar algunos datos de proceso que no estaban integrados.

Y en este entorno actual, vale la pena hacer una breve pausa y detenernos en este punto. Las limitaciones que en este momento tienen las empresas para que la totalidad de sus empleados puedan estar en el campo en tareas de producción, están incentivando a la digitalización de lo que anteriormente se conocía como rondas manuales: un proceso donde un operador recolectaba datos en forma manual de diferentes variables de proceso que no estaban integradas a un sistema de monitoreo centralizado. IIoT está permitiendo que, al instrumentar con tecnología wireless esos puntos, las variables se puedan seguir capturando a pesar de las limitaciones de personal.

Es aquí donde IIoT facilita la interoperabilidad, promueve entornos colaborativos de trabajo y pone en mano de los expertos la información correcta para solucionar problemas y tomar decisiones informadas. La solución de Emerson para IIoT ofrece una plataforma completa en tecnología cableada y wireless  que permite alimentar con grandes cantidades de datos a las plataformas de analítica de datos, machine learning y otras tecnologías de análisis de datos.

Tradicionalmente, la confiabilidad era un eufemismo para mantenimiento, que buscaba asegurar que siempre se tuviera la cantidad de personal necesario para reparar y reemplazar los activos con el fin de minimizar el tiempo de parada de producción. Hoy en día, los líderes de la industria saben que una estrategia de confiabilidad proactiva es el secreto para mejorar el valor.

A partir de esta gran cantidad de datos, es posible generar un sinnúmero de interacciones tanto con el personal, como con los sistemas de análisis. Desde analítica de datos, donde se tiene una base de datos que le ahorra al usuario años de procesamiento de información, hasta la capacidad de análisis de causa raíz que permite anticipar cualquier evento que ponga en riesgo la continuidad del proceso, todo sirve para miniminzar la parada de la planta.

Una perfecta convergencia entre IoT y analítica de datos permite aumentar la confiabilidad de los activos y, por ende, de las operaciones. Además, es posible priorizar y direccionar alertas de múltiples índoles para roles específicos dentro de la empresa, evitando así una avalancha de datos y lograr, en contrapartida, generar alertas relevantes para los operadores.

El perfil de la nueva fuerza laboral conlleva un desafío que la transformación digital está ayudando a resolver. Por un lado, el 50% de la fuerza laboral del sector energético se estará retirando en los próximos 5-10 años, pero, por el otro lado, en algunas industrias se necesitan aproximadamente 6 años para que su personal tenga el conocimiento necesario a fin de tomar decisiones autónomas de buena calidad. Estas limitaciones obligan a buscar nuevas formas de administrar el conocimiento. 

Los gemelos digitales, por ejemplo, permiten que el personal se pueda entrenar de una forma diferente, reduciendo este impacto e incorporando nuevos elementos, tales como soporte remoto asistido, donde expertos en el tema puedan guiar al personal de campo en la solución de una falla a través de la proyección en tiempo real de lo que ve el personal en campo.

Y como la transformación digital es acerca de conectar todos los niveles de una empresa, poco lograríamos si la información de planta queda aislada del resto de la empresa. Es aquí donde los equipos de tecnologías de operación (OT), que antes se conocía como automatización, interactúan con los equipos de tecnologías informática (IT) de forma tal que esta información pueda circular a todos los niveles de una empresa y entre las distintas áreas funcionales que lo requieran (Finanzas, Cadena de Suministros, Recursos Humanos). Esta integración a los sistemas tradiciones de ERP es fundamental en una verdadera transformación digital.

Es una travesía. La transformación digital no ocurre por un evento único. Dado que es una nueva forma de hacer las cosas, que permite una interacción más holística de todas las áreas funcionales, es necesario tener en cuenta la gestión del cambio en esta travesía. Muy probablemente, el personal actual terminará haciendo cosas muy diferentes (y de mayor valor agregado) y de ahí también la importancia de trabajar en la preparación del personal, mejorando sus habilidades.

La combinación de estas estrategias ayudará a optimizar la producción y alcanzar un desempeño del cuartil superior.

 

Preparado con material suministrado por Emerson Automation Solutions.

Tecnologías digitales como IIoT y realidad aumentada, además de automatizar, pueden optimizar. 

 Mayores niveles de confiabilidad y seguridad con transformación digital

La transformación digital es un tema prioritario en las industrias de procesos, y desde hace bastante tiempo. Al respecto, Emerson ve la transformación digital como una estrategia para mejorar el desempeño mediante el uso de tecnologías digitales, lo que significa una manera tangible para los usuarios finales de alcanzar una performance de cuartil superior en sus respectivas industrias.

Mientras tanto, si bien la transformación digital es habilitada por varias tecnologías, la mejora a nivel de negocio sólo se consigue cuando estas tecnologías permiten a la fuerza laboral crear más valor.

Las tecnologías digitales han existido desde hace décadas y han sido utilizadas principalmente para ayudar a los fabricantes a automatizar y optimizar sus procesos de producción básicos. Pero las tecnologías digitales también se pueden extender para conseguir el mismo tipo de mejoras en otras áreas operativas, tales como confiabilidad, seguridad, energía y emisiones.

A continuación se describen dos ejemplos de la industria de procesos que muestran cómo funciona la transformación digital extendida en la práctica, implementando diagnósticos de válvulas y servicios conectados con realidad aumentada (AR) y monitoreo de válvulas de alivio de presión (PRVs), ambos mejorados mediante el uso de tecnologías IIoT.

 

Predecir y resolver problemas en válvulas

Las válvulas pueden ser monitoreadas de forma remota para predecir problemas antes de que ocurran, lo que permite abordar los inconvenientes de manera proactiva. Este método de monitoreo y servicio es una gran mejora en comparación con el concepto de dejar que funcione hasta que falle, ya que aumenta el tiempo de operación, reduce los costos de mantenimiento y mejora la seguridad.

Los diagnósticos en las válvulas comienzan con la recolección de datos realizada por los controladores de válvula digitales, lo que brinda amplia información para su uso en sistemas de gestión de activos, de control distribuido y otros sistemas host. Estos controladores se comunican mediante el protocolo HART, WirelessHART con el agregado de un módulo adaptador o un fieldbus digital. Una vez comunicados los datos a los sistemas host, se los debe analizar para lograr información procesable.

El testeo de diagnósticos offline permite caracterizar el desempeño nominal, creando una firma de válvula con muestras de alta resolución de la presión y del recorrido del actuador. Los diagnósticos offline utilizan un microprocesador para controlar la válvula, desplazando la señal de entrada hacia arriba y hacia abajo a una velocidad suficientemente lenta como para conseguir un testeo repetible sin que un exceso de velocidad altere los resultados del test.

Una vez creada la firma de referencia, la información recolectada de la válvula en operación se compara con los umbrales establecidos para descubrir cuando puede quedar comprometido el desempeño de la válvula, por ejemplo, una temperatura que excede los límites de la electrónica o elastómeros, o una presión fuera del rango recomendado.

También se pueden analizar los indicadores KPIs, tales como desviación de carrera, para determinar si existe una condición anormal o si la elevada fricción se debe a una empaquetadura demasiado apretada.

La condensación de los datos en paquetes en la válvula permite enviar información de alta resolución a sistemas host para análisis y tendencias. Expertos en la materia (SMEs según sus siglas en inglés) pueden revisar estos y otros datos para identificar problemas, tales como una fricción excesiva, daño del vástago y daño del asiento.

Los SMEs pueden utilizar herramientas de interpretación de datos en base a algoritmos de detección de anomalías. Asimismo, el conocimiento y la experticia de los SMEs les permiten determinar si ha ocurrido un problema o si está pronosticado, y definir qué acciones correctivas directas se necesitan para solucionar el inconveniente. Los algoritmos se actualizan continuamente a medida que se van identificando nuevos KPIs a través de los hallazgos del análisis y mediante inteligencia artificial y algoritmos de machine learning.

Los servicios de asistencia remota empoderan a los técnicos locales ya que les brindan conectividad en dispositivos móviles para compartir de manera segura su campo de visión a través del software de realidad aumentada, lo que permite a expertos remotos ayudarlos en la solución de problemas en válvulas. La instalación de una válvula específica es identificada automáticamente, junto con su historial de mantenimiento e instrucciones de reparación. Las instrucciones paso a paso quedan superpuestas en la aplicación del usuario de campo para soportar las acciones de instalación, calibración o reparación.

La video comunicación en tiempo real permite a los usuarios resolver problemas en menos tiempo y minimizar los errores de instrucción que suelen ocurrir con un soporte sólo de audio, mientras elimina tiempo de viaje y el costo de llevar técnicos al lugar de trabajo.

Además, los operadores pueden ampliar su base de conocimientos interna y las habilidades del personal por medio de recomendaciones y guías de resolución de problemas en el trabajo destinadas a remediar inconvenientes, hasta e incluyendo supervisión de las reparaciones finales.

 

Monitoreo de válvulas de alivio de presión

Las PRVs sólo se activan en caso de emergencia, pero deben funcionar cuando sea necesario. Son mecánicamente auto-operativas, sin necesidad de un componente electrónico o soporte externo para funcionar, por lo que generalmente no tienen un mecanismo incorporado capaz de reportar su condición o actividad.

Si los operadores quieren saber qué está sucediendo con una PRV en particular, normalmente deben confiar en la inspección local o monitorear mediciones de presión del proceso para obtener indicaciones de operación cerca del serpoint de la PRV. Ninguno de los métodos es ideal, lo que motiva la necesidad de un monitoreo continuo.

Los dispositivos de monitoreo acústico equipados con transmisores cableados o WirelessHART se pueden montar directamente en las cañerías adyacentes a las PRVs. Los dispositivos wireless son de gran utilidad en tipo de aplicaciones ya que es posible instalar muchas PRVs en áreas de difícil acceso, mientras la instalación de una infraestructura cableada sea difícil y costosa.

Estos dispositivos sensan vibraciones en la cañería de descarga provocadas por las turbulencias generadas por el fluido que atraviesa la válvula y que se transmiten directamente a través de la pared de la cañería. Una válvula totalmente cerrada no produce vibraciones debido a la turbulencia ya que no hay nada que circule a través de la misma. Cuando la presión del sistema excede el setpoint, la válvula se abre y libera líquido, gas o ambos. Esto crea turbulencia, generando vibraciones mecánicas que pueden ser detectadas por un monitor acústico y reportadas a sistemas host, tanto localmente a través de redes cableadas o wireless, como de manera remota vía IIoT.

Si el proceso se recupera y la presión del sistema retorna a la normalidad, o si los operadores reducen la presión lo suficiente, la PRV debe volver a cerrarse automáticamente. Si todo funciona correctamente, se sella y cesa la vibración mecánica. Los datos provenientes del transmisor acústico pueden verificar la acción, reportando cuando comenzó y terminó la descarga, brindando al mismo tiempo una indicación aproximada de cuan grave fue la descarga en base a la amplitud del sonido.

Pero hay veces que las cosas salen mal y una pequeña partícula de residuos del proceso puede alojarse en el asiento de la válvula, provocando fugas.

Al igual que una plena descarga provocada por sobrepresión, las pequeñas fugas también generan turbulencia dentro de la cañería de descarga, provocando una vibración mecánica detectable por el transmisor acústico.

La importancia de detectar fugas tan pronto como se inician está promovida por un efecto compuesto a lo largo del tiempo. Una simple fuga de 0,1%, si queda sin solucionar durante un año, equivale a una liberación completa de una PRV durante seis horas. El efecto se multiplica y se convierte en un gran problema cuando se considera la población total de PRVs en una unidad de proceso o en la planta en general.

Un estudio de 10.000 registros de servicio de PRVs mostró un resultado asombroso, indicando que el 20% de las PRVs instaladas tenían fugas por debajo del 50% de la presión nominal, lo que significa que muchas de estas válvulas tenían constantemente fugas. Peor aún, el 8% de las válvulas estudiadas tuvieron fugas tan excesivas que no pudieron operar correctamente cuando se las testearon.

 

Conclusión

Las tecnologías digitales han llevado claramente a una mejora en el monitoreo y control de las instalaciones operacionales a lo largo de los años. Estas mismas tecnologías también pueden generar grandes cantidades de datos en bruto y facilitan una conectividad remota.

Estas dos características son fundamentales a la hora de extender la transformación digital más allá de la automatización básica para lograr mayores niveles de confiabilidad y seguridad, y al mismo tiempo reducir el uso de energía y las emisiones.

 

Preparado en base a una presentación de Marcelo Carugo, vicepresidente de Programas Globales de Hidrocarburos y Química, Emerson Automation Solutions.

La desinformación ha dejado a muchas empresas innecesariamente prudentes o con expectativas exageradas, lo que afecta en definitiva el verdadero potencial de la transformación digital.

 

El advenimiento de IIoT con sus promesas de transformación digital es ahora un tema clave en muchas empresas que apuntan a mejorar las operaciones, impulsar la innovación y mantenerse competitivos.

Pero la ambigüedad ha generado conceptos erróneos acerca de cómo alcanzar estos beneficios mediante la implementación de soluciones digitales. Específicamente, la ausencia de un camino claro a la hora de ejecutar proyectos de transformación digital ha dejado a muchas empresas en un nimbo de inseguridad en cuanto a las mejores maneras de comenzar. Para algunos, esto ha significado una renuencia a implementar soluciones digitales. Para otros, ha causado decepción cuando los proyectos no logran los resultados esperados.

En este artículo se describen varios mitos de IIoT y transformación digital, responsables de gran parte de estos inconvenientes.

 

Mito #1
Sensores básicos de bajo costo para todo

Gran pate de lo que define IIoT ha sido adoptado de la electrónica de consumo. Los posibles beneficios son fascinantes, pero la simple y creciente disponibilidad de tecnología de sensores, por sí sola, no equivale a tener viabilidad de los sensores, en otras palabras, que los sensores, especialmente en un entorno industrial, funcionen continuamente en condiciones difíciles.

Está claro que los sensores para uso residencial no se pueden usar para monitorear una columna de destilación o una bomba que mueve un producto de alto valor, pero es necesario buscar maneras viables y económicas para agregar puntos de medición. Esto se puede conseguir ahora con instrumentos wireless diseñados para operar durante décadas en entornos potencialmente difíciles. Por lo general, estos puntos de medición tenían un costo prohibitivo cuando se los implementaba con métodos tradicionales, pero ahora se los puede agregar por una fracción del costo con tecnología wireless y, algunas veces, no intrusiva.

Los instrumentos wireless recortan considerablemente el costo de instalación de sensores de vibración, presión, temperatura, caudal, nivel, acústicos y muchos otros tipos, al eliminar la necesidad de comunicaciones costosas y el cableado de alimentación. Además, estos instrumentos se integran en la infraestructura existente o en los nuevos entornos de analítica utilizando protocolos e interfaces estándar en la industria.

Por otra parte, los usuarios que piensan en sensores económicos deben tener en cuenta todos los costos asociados a la hora de agregar mediciones, lo que incluye confiabilidad, seguridad, reducción de costos de cableado, facilidad de uso e instalación, y también considerar el retorno total de la inversión, en lugar de buscar simplemente el costo más bajo de adquisición.

 

Mito #2
Se necesita machine learning e inteligencia artificial para identificar y resolver problemas

Por supuesto que machine learning e inteligencia artificial transformarán la analítica y la manera en que se desenvuelven las empresas industriales, pero estas tecnologías no se pueden, ni tampoco se deberían, usar en todos los casos. Hoy en día, todavía hay muchos casos donde se recurre a métodos ya probados en la práctica y mejorados que no son tan costosos ni complejos como las implementaciones de machine learning e inteligencia artificial.

Por ejemplo, si un técnico de mantenimiento desea conocer la condición de una bomba, el método actual consiste en ir hasta la instalación con instrumentos portátiles para chequear la condición de los cojinetes y otros factores. Este método se puede transformar digitalmente instalando de manera permanente sensores de monitoreo para capturar datos continuamente y enviarlos luego a una aplicación analítica capaz de determinar el momento en que algún factor ha ingresado en una zona problemática.

Las técnicas son las mismas, pero ahora se realizan de manera continua, automática y con capacidad de identificar si la temperatura o la vibración del cojinete se acercan al mismo umbral que un técnico tendría en mente si realizara el test de forma manual.

Analíticas más avanzadas, tales como machine learning e inteligencia artificial, pueden ser parte del programa, pero son extensiones de técnicas conocidas y probadas, aunque aplicadas de manera más consistente y frecuente. Estas apps de software analítico pueden ayudar a los usuarios a encontrar problemas antes de que afecten las operaciones. Por ejemplo, una analítica basada en modelos permite detectar grandes fluctuaciones y tendencias. Estas herramientas predictivas permiten identificar condiciones anormales sin necesidad de análisis complejos y años de minería de datos.

 

Mito #3
Se perderán empleos

En los últimos 20 años, la fuerza laboral en la industria de procesos se ha reducido por el avance de la automatización y el recorte de costos. Hoy en día, cuando muchas personas experimentadas se están retirando, encontrar reemplazos es todo un desafío, ya que la población de quienes ahora estarían a mitad de carrera se ha vaciado. El nuevo personal, cuando se lo puede encontrar y contratar, suele ser menos experimentado y se lo debe poner al día rápidamente.

La adopción de estrategias eficaces de transformación puede mejorar todas las facetas de esta situación. Por ejemplo, las tareas tediosas y de bajo valor agregado, tales como las rondas de inspección manual, se pueden automatizar. En muchos casos, es posible que esas rondas ya hayan quedado en el olvido. Una transformación digital eficaz significa un aumento de productividad, no una reducción del personal de planta, ya que le permite dedicar más tiempo a tareas críticas y lo empodera para tomar decisiones más eficaces basadas en datos.

Al mismo tiempo, los nuevos empleados podrán ponerse al día mucho más rápido y adquirir habilidades valiosas utilizando tecnologías con las que se han familiarizado a lo largo de sus vidas.

Los trabajadores millennials, muchas veces denominados ‘nativos digitales’, aceptarán más naturalmente estas soluciones de alta tecnología, encontrando los conceptos de transformación digital como algo natural. IIoT y la transformación digital aportarán herramientas para aumentar la productividad mientras mejoran las habilidades de la fuerza laboral actual y nueva.

 

Mito #4
Tecnologías no probadas

Si bien algunas de las tecnologías utilizadas para soportar la transformación digital  todavía están evolucionando, la mayoría de los principios básicos, que son su base, existen desde hace décadas.

No hay nada mágico en monitorear la condición de una bomba. Un técnico que chequea manualmente lo que busca es detectar anomalías, leer vibraciones, etc. El monitoreo automatizado como parte de un programa de transformación digital hace lo mismo, pero de una manera más segura y económica. Hay incluso modelos de analítica de software que han sido utilizados durante décadas y seguirán avanzando con distintas mejoras a medida que evolucionen los algoritmos de captura y análisis de datos.

De la misma manera, las más recientes herramientas analíticas se basan en conceptos ya probados. Continuando con el ejemplo de la bomba, un programa de transformación digital no modifica el umbral de la cantidad de vibración que se considera problemática. En todo caso, el paso a una plataforma automatizada codifica la práctica y reduce los errores de una lectura manual. También amplía y mejora las prácticas manuales al examinar tendencias y cambios importantes en los datos, o sea un tipo de análisis que no es práctico con inspecciones manuales poco frecuentes. Las herramientas analíticas están diseñadas específicamente para esas tareas utilizando soluciones conocidas para problemas comunes. Cuando la tecnología adecuada llega a las manos del usuario adecuado y se adapta al problema en cuestión, mejora la disponibilidad de activos y disminuyen los costos.

 

Mito #5
Cada sensor debe estar conectados directamente a la Internet

Si la Internet es parte de una solución de mayor tamaño, ¿no es necesario que cada instrumento esté conectado a la Internet? Después de todo, IIoT tiene que ver con la Internet, ¿no es cierto? Esto puede parecer evidente, pero en las aplicaciones del mundo real, es probable que sea innecesario y excesivo.

Si bien algunos dispositivos estratégicos de campo o de borde pueden comunicarse con lagos de datos en la nube, por lo general hay poca necesidad de llegar a ese extremo. El uso de analítica in situ y de borde puede acercar aún más la toma de decisiones al personal responsable de actuar en esta situación, mientras queda eliminada la necesidad de soluciones más complejas y globales.

Otro aspecto que podría cambiar es un uso ampliado de redes de monitoreo. Muchas de las aplicaciones de monitoreo de desempeño y salud de activos no son necesarias en control de tiempo real, sino que deben estar dedicadas al aspecto de confiabilidad de las operaciones. Aprovechando los puntos de datos existentes y complementando los puntos faltantes con soluciones wireless, las empresas podrán comenzar a configurar analítica y software de gestión de activos en redes de monitoreo dedicadas, orientadas a mantenimiento, confiabilidad y energía, en pos de lograr mejoras del desempeño en estas áreas clave.

 

Mito #6
La transformación digital es estrictamente de arriba hacia abajo y debe ser implementada de una sola vez

Pensando en las grandes transiciones de la tecnología de automatización, la mayoría fueron adoptadas de manera paulatina, o al menos pudieron ser implementadas en el momento de actualizar una instalación existente. Incluso las plantas que se convirtieron de control neumático a electrónico realizaron este cambio de manera paulatina. Lo mismo ocurre con la transformación digital.

Los proyectos pueden ser lanzados en pequeña escala y avanzar desde el nivel de planta, donde las exigencias y los dolores de cabeza son conocidos por el personal de operaciones, que interactúa con el proceso todos los días. El personal a cargo comprende qué exigencias específicas deben abordarse para promover mejoras en el desempeño, aportando una perspectiva valiosa a estos proyectos informando de abajo hacia arriba.

Si las fallas de la bomba son un problema de rutina, es muy sencillo equipar algunas de las instalaciones más problemáticas con instrumentos de monitoreo de condiciones capaces de comunicarse a través del protocolo WirelessHART. Una app de analítica diseñada para este tipo de aplicación podrá recolectar y procesar los datos y luego proveer recomendaciones acerca de cuándo es necesario realizar reparaciones antes de una falla total. Esta aproximación a una transformación digital, o sea una serie de pequeños cambios combinados para lograr grandes resultados, aprovecha la escalabilidad de la tecnología.

Cada actualización de este tipo está diseñada para resolver un problema operativo puntual o reducir un costo excesivo. Estas soluciones comparten infraestructura y se complementan entre sí, modificando con el tiempo la manera en que trabaja la planta, pero siempre siguiendo un camino lógico para resolver problemas, uno a la vez.

 

Mito #7
La transformación digital es demasiado cara con costos importantes de hardware e informática

Ningún proyecto está libre de costos, pero los proyectos adecuados pueden o generar un flujo de ingresos o reducir otros costos de modo de cubrir las inversiones. Esto lleva a una pregunta clave: ¿El retorno de la inversión es lo suficientemente atractivo como para cubrir los costos iniciales y del ciclo de vida?

Algunas veces, las empresas que piensan en proyectos de transformación digital tienen dificultades para responder ya que no están seguras de los costos y posibles retornos.

Muchos proyectos de transformación digital a pequeña escala, tales como el monitoreo automatizado de condiciones de un tipo específico de activo, pueden ser implementados con un costo mínimo en pocos días. Si los instrumentos de monitoreo se instalan en una red WirelessHART existente con capacidad suficiente, el trabajo puede hacerse en un solo día, sin necesidad de una nueva infraestructura cableada.

Las apps para recolectar y analizar datos requieren muy poca sobrecarga de red y son configurables por el usuario sin necesidad de una codificación personalizada.

Los usuarios que han instalado monitoreo para tipos básicos de activos, tales como trampas de vapor, válvulas de alivio de presión e intercambiadores de calor, normalmente han conseguido un retorno completo de los costos del proyecto en seis meses a un año.

Estos tipos de proyectos han sido implementados en suficientes ubicaciones y tienen suficientes elementos en común para que sean comparables, lo que permite a los usuarios aprender de implementaciones pasadas y duplicar o mejorar los resultados. Una vez que se reconocen los ahorros del primer proyecto, las empresas podrán usar esos ahorros para financiar la próxima oportunidad de mejora, creando la capacidad de multiplicar continuamente sus éxitos en los distintos niveles.

 

Conclusión

Hay gente que se obsesiona con la noción de transformación digital a causa de los mitos que circulan y que hacen que las cosas parezcan demasiado complejas y costosas. La verdad es que los proyectos de IIoT y transformación digital no tienen por qué ser grandes proyectos lanzados de una vez por la empresa.

Para ponerlo en términos más positivos, piense en transformación digital como el resultado colectivo de una variedad de proyectos de menor tamaño destinados a mejorar el desempeño de una planta gracias a una mayor disponibilidad y menores costos. Abordar los puntos débiles que surgen a diario a nivel de planta es un método mucho mejor que lanzar cambios tecnológicos y de comportamiento por decreto.

También hay que tener en cuenta que la tecnología debe ir acompañada por cambios de procedimientos. No se obtendrán ganancias reales si la solución de monitoreo de bombas implementada indica una falla pendiente y nadie responde a la advertencia.

Se pueden usar soluciones de monitoreo probadas, fáciles de implementar y escalables para implementar este concepto paulatino de resolver problemas y mejorar el desempeño. Y, a medida que se vayan implementando estas soluciones, su efecto acumulativo es una mejora general del desempeño en múltiples áreas, lo que posiciona a una empresa con una ventaja competitiva tanto a corto como a largo plazo.

 

Preparado en base a una presentación de Brian Joe, gerente de wireless en Emerson Automation Solutions.

Elegir una arquitectura SIS capaz de proteger una operación durante todo su ciclo de vida es una de las primeras decisiones que debe tomar una organización.

 

Cuando una organizaión inicia un proyecto de Sistema Instrumen­tado de Seguridad (SIS), una de las primeras decisiones que debe tomar es la elección de una arquitectura.

Es posible implementar sistemas exitosos y robustecidos utilizando una arquitectura SIS integrada o interconectada dentro de las restricciones que imponen los estándares internacionales de ciberseguridad, tales como IEC 62443, y/o las recomendaciones locales, tales como las pautas de NAMUR. Comprender los beneficios y las consideraciones detrás de cada arquitectura es crítico a la hora de tomar una decisión informada en la búsqueda de una solución que satisfaga de la mejor manera las necesidades de la organización.

 

Arquitectura de ciberseguridad sostenible para SIS
Figura 1 – NAMUR ofrece un conjunto similar de pautas al del estándar de ciberseguridad ISA 62443, con funciones SIS agrupadas en tres zonas: SIS núcleo, SIS extendido y arquitectura del sistema de control (referido como ‘periféricos’ por NAMUR).

 

Comprender los estándares

Los estándares de ciberseguridad ofrecen pautas para separar los componentes críticos para la seguridad de los no críticos. Según las pautas de ISA, los activos críticos para la seguridad deben agruparse en zonas que estén lógica o físicamente separadas de los activos no críticos para la seguridad.

Por su parte, NAMUR ofrece un conjunto similar de pautas en la hoja de trabajo NA 163, “Evaluación de riesgos de seguridad de SIS”. Estas pautas definen tres zonas lógicas: SIS núcleo, SIS extendido y arquitectura del sistema de control (referido como ‘periféricos’ por NAMUR), que deben estar física o lógicamente separadas (figura 1).

Un SIS núcleo contiene los componentes necesarios para ejecutar la función de seguridad (logic solver, componentes de E/S, sensores y elementos finales).

El SIS extendido contiene los componentes del sistema de seguridad que no son necesarios para ejecutar la función de seguridad (por ejemplo, las estaciones de trabajo de ingeniería).

Los periféricos son componentes y sistemas, por ejemplo el sistema de control de procesos básico (BPCS por sus siglas en inglés), que no son ni directa ni indirectamente asignados a SIS, pero podrían usarse en el contexto de una función de seguridad (por ejemplo, una solicitud de reinicio desde la BPCS o la visualización de la función de seguridad en una HMI).    

Es importante reconocer que ninguno de los estándares define una arquitectura requerida. Los usuarios deben decidir la mejor manera de estructurar sus redes SIS y asegurarse de que la solución final proporcione una separación lógica o física suficiente entre el BPCS y el SIS. Generalmente, esto les da a las organizaciones tres opciones para diseñar redes SIS:

  • Un SIS aparte, completamente desconectado e independiente del BPCS;
  • Un SIS integrado e interconectado con un BPCS por medio de protocolos industriales (normalmente Modbus);
  • Un SIS integrado e interconectado con un BPCS, pero suficientemente aislado para cumplir con los estándares de ciberseguridad.

Algunos sostienen que un SIS aparte es más seguro que cualquier otro tipo de implementación de SIS. Sin embargo, todas las arquitecturas enumeradas anteriormente pueden entregar una postura de seguridad robustecida, siempre y cuando la postura esté definida de antemano y se aplique durante el diseño, la implementación y el mantenimiento del sistema de seguridad.

Si bien es importante, la arquitectura SIS es tan sólo un aspecto a la hora de definir la seguridad en un sistema de seguridad

 

Arquitectura de ciberseguridad sostenible para SIS
Figura 2. Una infraestructura con ‘air gap’ separa los componentes críticos de SIS de los no críticos, pero agrega mantenimiento adicional para mantener capas de seguridad de defensa en profundidad en dos sistemas diferentes.

 

Maximizar la defensa en profundidad

La protección de un SIS requiere implementar una estrategia de defensa en profundidad. Ante el aumento del número de ciberataques, una sola capa de protección para los activos críticos de seguridad no es suficiente. Los administradores de redes están empleando muchas capas de seguridad (antivirus, gestión de usuarios, autenticación por múltiples factores, prevención y detección de intrusiones, whitelists, firewalls y más) que garantizan que los usuarios no autorizados se enfrenten a una barrera de entrada insuperable.

El objetivo de una estrategia de defensa en profundidad es aumentar los mecanismos de protección de control de acceso, que se consigue agregando capas de protección que se complementan entre sí.

 

Arquitectura de ciberseguridad sostenible para SIS
Figura 3. Las arquitecturas interconectadas separan físicamente el SIS del BPCS, pero mantienen una conexión con el BPCS. Esta configuración normalmente requiere que se mantengan múltiples enlaces de ingeniería y sistemas de defensa en profundidad.

 

Defensa en profundidad – Sistemas separados

Uno de los métodos más comunes para proteger un SIS es separar completamente el sistema, creando un espacio físico o ‘air gap’ entre las funciones del SIS núcleo y el BPCS (figura 2). A primera vista, los beneficios de este método parecen obvios. Si el SIS está separado por completo de los demás sistemas, se robustece por defecto contra intrusiones.

Sin embargo, incluso los sistemas separados no son inmunes a los ciberataques. Los usuarios a la larga necesitarán acceso externo al sistema para distintas tareas, tales como extraer registros de eventos para el análisis de secuencia de eventos, bypasses, invalidaciones, registros de pruebas de verificación o simplemente para realizar cambios de configuración y aplicar actualizaciones de seguridad.

Los drives USB, que son los medios que se usan normalmente para implementar estas actualizaciones, no son fáciles de proteger. 

La dependencia de medios externos es una de las razones por las que un SIS separado sigue necesitando capas de protección adicionales, similares a las utilizadas para proteger el BPCS. El robustecimiento adecuado de un sistema deja que los usuarios gestionen dos conjuntos separados de arquitecturas con defensa en profundidad. Esto se traduce posiblemente en más horas de trabajo, paradas más prolongadas y áreas adicionales donde los descuidos pueden debilitar capas de protección.

 

Defensa en profundidad – Sistemas interconectados

Los sistemas interconectados funcionan como sistemas separados en el sentido de que las funciones relacionadas con la seguridad se encuentran físicamente separadas de las funciones no relacionadas con la seguridad (figura 3). La diferencia es que, en los sistemas interconectados, los elementos del BCPS y las funciones del SIS núcleo se conectan mediante enlaces diseñados con protocolos industriales abiertos, por ejemplo Modbus. Normal­mente, los firewalls u otro hardware y software de seguridad restringen el tráfico entre el BPCS y el SIS.

Puesto que tanto el SIS núcleo como el SIS extendido se encuentran separados físicamente de los periféricos, los sistemas interconectados ofrecen una protección adecuada para cumplir con los estándares ISA y NAMUR. Sin embargo, igual a lo que ocurre con los sistemas separados, el hardware y el software de SIS necesitan estar protegidos. Los usuarios deben asegurarse de que el SIS núcleo no se vea comprometido a través de conexiones al SIS extendido.

Para alcanzar esta protección, los sistemas interconectados necesitan que las capas de seguridad de defensa en profundidad estén duplicadas en múltiples sistemas. En algunos casos, las múltiples instancias de seguridad que deben monitorearse pueden aumentar la carga de trabajo necesaria para mantener la seguridad adecuada. Adicional­mente, es responsabilidad del usuario final asegurarse de que el enlace entre el BPCS y el SIS esté configurado de modo que el sistema no esté expuesto al riesgo. 

 

Defensa en profundidad – Sistemas integrados

Otra opción en el diseño de sistemas separados es SIS integrado (figura 4). En esta implementación, el SIS está integrado al BPCS, pero hay una separación lógica y física entre el SIS núcleo y el SIS extendido. Normalmente, esta separación viene con protocolos patentados que utilizan ciberseguridad embebida lista para funcionar de inmediato, lo que elimina muchos de los riesgos de seguridad que significa implementar manualmente una conexión entre el SIS y el BPCS.

El SIS integrado necesita los mismos niveles de protección de defensa en profundidad que los sistemas separados, pero, al haber algunas capas de seguridad que protegen tanto al BPCS como al SIS, un SIS integrado puede reducir considerablemente el tiempo y el esfuerzo invertidos para monitorear, actualizar y mantener capas de seguridad. Este método ofrece protección que va más allá de las capas de seguridad comunes. Un SIS integrado también cuenta con capas de protección adicionales y específicas para proteger el SIS núcleo.

La eliminación de interfaces complicadas entre el SIS núcleo y el SIS extendido con un entorno integrado puede derivar en pruebas de aceptación en fabrica (FAT) más sencillas y más rápidas, lo que lleva a la concreción de proyectos en menos tiempo y con menos trabajo.

 

Arquitectura de ciberseguridad sostenible para SIS
Figura 4. En una arquitectura de SIS integrado, las funciones críticas para la seguridad están separadas lógica y físicamente, aun cuando cumplen con los estándares ISA y NAMUR, pero se encuentran ubicadas en el mismo sistema, lo que elimina la necesidad de mantener múltiples implementaciones de defensa en profundidad.

 

Gestión de puntos de entrada

Considerar cuidadosamente las capas de defensa en profundidad es fundamental para conseguir un SIS ciberseguro, pero no es suficiente. Para garantizar la seguridad adecuada de una red SIS, las organizaciones deben limitar los puntos de entrada a las funciones críticas para la seguridad y proporcionar mitigaciones para cualquier riesgo que pueda afectar dichos puntos de entrada.

Cuantos más puntos de entrada estén disponibles en las funciones críticas para la seguridad de un SIS, más oportunidades tendrán los ciberataques de aprovechar las vulnerabilidades que pudieran existir en las capas de seguridad. Por ejemplo, aun cuando sea posible defender de forma adecuada cinco puntos de entrada contra intrusiones, es mucho más fácil y demanda menos recursos defender solamente uno

  

Puntos de entrada – Sistemas interconectados

NAMUR ofrece pautas muy claras para una arquitectura por zonas del SIS en un formato interconectado (figura 1). En el diagrama, el SIS núcleo, el SIS extendido y los periféricos están adecuadamente aislados en sus propias zonas. Las conexiones implementadas entre los elementos de la arquitectura en las tres zonas (estaciones de ingeniería, BPCS, sistemas de gestión de información de planta, sistemas de gestión de activos y más) pueden introducir muchos puntos potenciales de conexión al SIS núcleo. Estos puntos de conexión no presentan inherentemente un riesgo de seguridad, ya que se supone que todo estará asegurado con una adecuada defensa en profundidad. Sin embargo, cada una de estas puertas debe ser asegurada, lo que puede llevar a cinco o más conjuntos de hardware y software de seguridad que necesitan ser gestionados y mantenidos. 

 

Puntos de entrada – Sistemas integrados

Las arquitecturas de un SIS integrado ofrecen un diseño que limita los puntos de entrada. Los mejores sistemas instrumentados de seguridad cuentan con un solo componente que actúa como guardián y/o proxy para todo el tráfico que va y viene de las funciones críticas para la seguridad. El resultado es un solo punto de entrada que es necesario defender, probablemente usando las mismas capas de defensa en profundidad que protegen el BPCS y algunas capas de protección adicionales más específicas al SIS núcleo. Este diseño puede reducir el mantenimiento y el monitoreo, mientras brinda el mismo nivel de separación de un SIS estándar, o incluso mayor, que cualquier otra arquitectura.

Muchas veces se asume que una mayor separación física entre el SIS y el BPCS significa una mayor seguridad inherente. Sin embargo, como ocurre en el caso de sistemas con ‘air gap’, una mayor separación física puede derivar en un aumento de carga de trabajo de mantenimiento y monitoreo para garantizar una defensa en profundidad adecuada. Esta carga adicional, en última instancia, limita el valor para los usuarios que buscan optimizar el desempeño y la producción, a la vez que tratan de cumplir con los estándares de ciberseguridad.

En cambio, los sistemas integrados y los interconectados pueden alcanzar niveles altos de conectividad, mientras ofrecen flexibilidad en la implementación de estructuras de ciberseguridad con defensa en profundidad. Ambas arquitecturas ofrecen los niveles de seguridad más altos, por lo que los equipos de trabajo que buscan mantener un SIS bien defendido durante todo el ciclo de vida del sistema, suelen descubrir que tienen más y mejores opciones que nunca para un BPCS y un SIS que se ajusten a los objetivos de cada organización en particular.

 

Preparado en base a una presentación de Sergio Díaz y Alexandre Peixoto, gerentes de producto de DeltaV DCS y SIS en Emerson.

Nuevo software de visualización de datos para medición de caudal

ProcessViz de Micro Motion es una solución de software para la visualización gráfica de datos de caudalímetros Coriolis. Disponer de una visualización instantánea de los datos de proceso sin necesidad de procesarlos permite convertirlos en información viable directa, lo que ayuda a los operadores de planta en industrias químicas, de alimentos y bebidas y de petróleo y gas a reducir el tiempo necesario para identificar un problema en el proceso de medición de caudal. En definitiva, esto permite ahorrar dinero al reducir la necesidad de paradas o cierres para rastrear el origen de un problema.

Este nuevo software es compatible con transmisores Coriolis de Micro Motion que ofrecen capacidades de salida de historial de datos y una instantánea del proceso de medición. Ya no hay necesidad de manipular datos para ver lo que está sucediendo en el caudal. Los datos están disponibles en un formato que permite al usuario identificar y analizar problemas de proceso.

Este software responde a la necesidad en el mercado de una herramienta que permita diagnosticar problemas del proceso ocasionados por cambios en el caudal, lo que ahorra tiempo y dinero.

Refinerías y petroquímicas:  El camino hacia una performance de cuartil superior

 

Los cambios en el mundo de los hidrocarburos han obligado a refinerías y petroquímicas a aumentar su flexibilidad para aceptar cambios y mantener operaciones seguras, confiables y eficientes.

Las oportunidades de mejora se encuentran en tres áreas principales: mejorar la disponibilidad de la planta, conseguir mayores márgenes de ganancia y cumplir con las regulaciones cada vez más estrictas en lo que hace a combustibles limpios.

La diferencia de disponibilidad de planta que hay entre cuartil superior y cuarto cuartil es sorprendente. Los costos de mantenimiento en el cuarto cuartil son 3,5 veces más altos y hay 6 veces más días de parada. Los del primer cuartil tienen una disponibilidad 14% mejor de los activos mecánicos.

Para alcanzar la performance del cuartil superior, un factor clave es alinear la organización, lo que incluye gestión de salud, seguridad y medio ambiente (HSSE por sus siglas en inglés), ingeniería, operaciones, mantenimiento, informática y logística de la cadena de suministro, todo apuntando a optimizar procesos y flujo de trabajo.

En este contexto, la tecnología puede jugar un rol importante. Al agregar mediciones para soportar alertas predictivas, las refinerías pueden tomar medidas correctivas antes de que se produzcan fallas mecánicas en los activos. El análisis predictivo, cuando se lo combina con personal y nuevos procesos, puede reducir las paradas no planificadas.

La investigación realizada por Emerson acerca de FMEA (Failure Modes and Effects Analysis) confirma que su tecnología puede detectar más del 70% de los potenciales modos de falla en casi todos los activos y más del 80% en los activos con la mayor posibilidad de una parada en refinerías y plantas petroquímicas.

Un ejemplo son los sensores wireless de corrosión no intrusivos en tuberías y recipientes, que permiten identificar problemas mucho antes de que lleven a condiciones inseguras y una parada.

Una gran refinería de Medio Oriente trabajó junto con Emerson para evaluar la confiabilidad y establecer referencias para mejorar su hoja de ruta. El proyecto incluía procesos de trabajo, tecnologías de diagnóstico, gestión de cambio y capacitación cultural. La implementación de esta hoja de ruta resultó en una reducción del 9% en costos de mantenimiento mientras aumentaba la disponibilidad mecánica en un 2%.

Hoy en día, al disponer de mayores cantidades de shale gas y shale oil, los productores downstream se vieron obligados a aumentar la flexibilidad a la hora de procesar crudos de menor costo a fin de conseguir mayores ganancias. Medir continuamente las propiedades del petróleo crudo para optimizar las relaciones de mezcla permite minimizar el ensuciamiento y la corrosión, lo que, en última instancia, significa para las refinerías la posibilidad de evitar el deterioro de activos, cuellos de botella y reducciones de producción.

Una refinería norteamericana implementó una caracterización del crudo en tiempo real a fin de optimizar de manera continua el desempeño de la unidad de crudo y recibir una alerta temprana en el momento en que se acercaban a los límites. A partir de estos cambios, se mejoraron las ganancias un 5% cada año y se redujo el número de reducciones de producción en la planta.

Las reglamentaciones acerca de combustibles limpios están impulsando el requerimiento de tener combustibles con un menor contenido de azufre. Las inversiones en operaciones de mezcla en línea y capacidades racionalizadas de tanques aumentan la flexibilidad en la mezcla de producción y reducen los requerimientos de almacenamiento en tanques. Por su parte, el análisis continuo en línea y las estrategias optimizadas de control de mezcla permiten mejorar la eficiencia operativa y cumplir con los requerimientos reglamentarios.

En definitiva, al incorporar tecnologías de automatización y desarrollar capacidades, prácticas y flujos de trabajo, es posible logar mejores KPIs con un retorno de las inversiones, en algunos casos, de menos de un año.

 

Preparado por Marcelo Carugo, vicepresidente de Global Refining and Chemicals Programs en Emerson Automation Solutions.

Dos de los términos que van creciendo en popularidad en los últimos años son ‘nativo digital’ e ‘inmigrante digital’. Los nativos son aquellos individuos lo suficientemente jóvenes como para conocer las computadoras y la Internet desde su infancia. Para ellos, tales tecnologías siempre han existido. Los inmigrantes, ya sea por edad o circunstancia, entraron en contacto con estas tecnologías mucho más tarde en su vida. Con suerte, para ellos, tales tecnologías son un agregado bienvenido a su trabajo y su vida, pero todavía pueden recordar los momentos en que la mayoría de las actividades eran más manuales, locales y aisladas.

Al respecto, para quienes trabajan en las industrias de procesamiento, ha habido una división práctica diferente con la informática, y esto es más complicado.

Por ejemplo, la mayoría de quienes trabajan en refinerías tienen experiencia con sistemas de control distribuido (DCSs), o sea con los sistemas de automatización que operan en sus plantas y unidades de proceso. Los que están cerca de la edad de jubilación probablemente puedan recordar los comienzos de los años ’80 cuando estos sistemas eran todavía nuevos, pero nadie dudaba de que la tecnología basada en computadoras era la mejor manera de operar estas instalaciones.

Simultáneamente, también a comienzos de los años ’80, el concepto de informática (IT) se filtraba en nuestras mentes a medida que los sistemas computarizados se trasladaban a oficinas con la introducción de la computadora personal (PC). Con el tiempo, las PCs fueron reemplazando mainframes y minicomputadoras, mientras las unidades de escritorio se hacían presentes en lugares totalmente nuevos.

El mundo de la planta y el mundo de la oficina fueron creciendo en distintas direcciones: hardware y software especializados y propietarios en plantas versus hardware y software cada vez más estandarizados en oficinas y redes corporativas. La primera dirección llevó a lo que se conoce como tecnología de operaciones (OT), con sus distintas prácticas y requerimientos, para diferenciarla de IT.

OT e IT siguieron su camino en paralelo y separados hasta que surgieron dos cambios importantes. Primero, los constructores de DCSs descubrieron que las plataformas IT habían avanzado lo suficiente en potencia, confiabilidad y versatilidad como para soportar muchas de las necesidades de un DCS. También se dieron cuenta de que ya no era necesario elaborar y fabricar tanto hardware y software propietario, especialmente en las plataformas de HMI.

El otro cambio tuvo que ver con la gerencia de una refinería, que comenzó a reunir datos de plantas y unidades de proceso individuales. Los departamentos de IT se conectaban con los sistemas OT para extraer datos, y OT dejaba de estar aislado.

¿Dónde estamos ahora? Ambos mundos se han poblado con sus respectivos nativos digitales, pero es un concepto diferente acerca de lo que significa ‘digital’, con distintos lenguajes y culturas. Las tendencias que comenzaron hace décadas siguen, por lo que la separación dejó de estar si se tiene en cuenta que IT ingresa cada vez más en el mundo OT, reemplazando viejas plataformas propietarias. OT ya no tiene otra opción práctica que aceptar el cambio y aprender el nuevo lenguaje.

Las diferencias culturales no son tan fáciles de resolver, pero se pueden suavizar a medida que la gente de IT vaya aprendiendo qué es OT, particularmente las necesidades especiales de un proceso de manufactura. Los programas de digitalización requieren una amplia combinación de IT y OT, y muchas veces ya no se puede definir la línea divisoria.

Las redes Ethernet cableadas y wireless son parte integral de la infraestructura de una planta y se están volviendo cada vez más generalizadas. Sin embargo, OT todavía está viva y bien presente en los niveles más bajos de las redes de planta. Los dispositivos de campo individuales, tales como instrumentación y actuadores de válvula, siguen comunicándose utilizando protocolos diseñados específicamente en lugar de Ethernet. La mayoría de los dispositivos de campo están cableados, aunque son cada vez más los que se comunican a través de un protocolo wireless industrial, por ejemplo WirelessHART. Los proyectos de digitalización deben cerrar esta persistente brecha de conectividad de hardware y software, en un momento en que los mecanismos para hacerlo están mejorando día a día, con Ethernet wireless (por ejemplo, WiFi) como herramienta clave.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización
Figura 1. Hardware robustecido en entornos de planta, con algunas unidades certificadas para ubicaciones peligrosas.

 

Una tarea típica de planta, antes y ahora

Años atrás, los técnicos enviados para reemplazar actuadores de válvula en las unidades de operación de una refinería tenían varias tareas a cumplir: encontrar la válvula específica, verificar su número de tag y contactarse con los operadores de la sala de control mientras realizaban el trabajo mecánico y las conexiones eléctricas. El técnico pedía a los operadores que confirmen que los datos del nuevo actuador aparecían correctamente en las pantallas y luego enviar comandos a la válvula a través del sistema de control para verificar su desempeño correcto desde esa dirección.

En condiciones ideales, esta práctica solía dar buenos resultados. Siempre que los operadores no estuvieran ocupados con alguna otra cosa, por ejemplo una perturbación o un cambio en la calidad de producto, podían brindarle suficiente atención a un técnico bien capacitado trabajando con una lista de chequeo de funciones.

Pero son muchas cosas que pueden salir mal con tales interacciones, o simplemente consumen demasiado tiempo. El progreso es más lento si la sala de control introduce múltiples distracciones o si el técnico encuentra un problema y debe pedir ayuda con un ajuste de configuración o una terminación de cableado poco clara.

Pensemos ahora en la misma tarea, pero esta vez utilizando la tecnología digital más sofisticada disponible hoy en día. Nuestro técnico cuenta con una tableta robustecida (figura 1) que se comunica a través de la red WiFi de la planta. La orden de trabajo aparece en la pantalla, incluido el número de tag del actuador de válvula correspondiente, junto con información detallada del producto. Leyendo un código de barras en el actuador, puede verificar que es la unidad correcta y enviar un mensaje de regreso a la sala de control advirtiendo a los operadores que el dispositivo está cambiando al modo manual, aun cuando la válvula permanezca en su posición actual. Todas las instrucciones y parámetros necesarios para instalar y configurar el actuador se encuentran accesibles en la tableta.

La comunicación desde la tableta con el actuador se realiza a través de la red, trátese de un actuador cableado o que utiliza WirelessHART. Todos los puntos de configuración pueden ser transferidos a través de la red en lugar de ser ingresados manualmente por el técnico.

Todos los tests de verificación, desde el campo o la sala de control, se pueden realizar desde la tableta, que puede asumir cualquiera de las funciones. Esto evita involucrar a la sala de control, aun cuando los operadores pueden ver lo que está pasando, si es necesario, e incluso verificar la ubicación del técnico desde la sala de control, gracias a las tecnologías de reconocimiento de localización.

Una vez completadas la instalación y las pruebas, el técnico concluye la tarea en la tableta para completar automáticamente la orden de trabajo. Luego, procede a restaurar la vista del actuador en la sala de control, haciendo saber que se encuentra de vuelta online y en el modo automático. El reemplazo del actuador queda finalizado y los operadores apenas se pudieron dar cuenta de la situación, ya que poco tuvieron que ver con el procedimiento, más allá de monitorear la actividad del técnico a un alto nivel.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización
Figura 2. Encontrar información crítica permite ahorrar mucho tiempo durante las tareas de comisionamiento, resolución de problemas y otras actividades.

 

Las rondas

El técnico también podría estar a cargo de realizar rondas de planta en una o más unidades. En el pasado, esto significaba llevar un portapapeles y verificar la lectura de un manómetro y/o nivel de aceite, anotando luego la información en una hoja y enviándola a la sala de control u oficina de mantenimiento.

Es probable que esas funciones sean realizadas ahora por instrumentos, aunque a muchos gerentes de planta todavía les gusta tener personal que camine por la instalación, usando ojos, oídos e incluso narices para notar cosas que quizás a la instrumentación le resulte imposible detectar. Hay veces que las rondas manuales se deban realizar con mal tiempo o en áreas potencialmente peligrosas de la planta, pero es allí donde los proyectos de digitalización pueden ayudar a mejorar estas tareas de baja tecnología.

El tradicional portapapeles es reemplazado ahora por una tableta robustecida, completa con las instrucciones a tener en cuenta (figura 2). El técnico puede comunicarse de vuelta con la sala de control desde cualquier lugar a través de la tableta y puede tomar fotos o un video de algún componente de los equipos para que los operadores o cualquier otra persona de la empresa puedan visualizarlo a través de la red corporativa. Esto es sencillo ya que, con la autorización correcta, es posible acceder a la información a través de la intranet de la empresa y posiblemente a través de la Internet.

Si el técnico necesita información técnica acerca de un componente de los equipos, es sencillo buscarla en la base de datos de la planta o en la documentación original del fabricante en la web. Si es necesario solicitar ayuda al fabricante, es muy sencillo enviar fotos o un video del problema para su evaluación. La situación quizás no requiera que el fabricante envíe algún técnico de servicio, ahorrando tiempo y costo.

Por su parte, la seguridad siempre ha sido y es un tema importante cuando hay personal que se desplaza por una planta, en especial cuando las rondas requieren ir a áreas particularmente peligrosas. Las redes de planta están preparadas para llamadas de emergencia de ‘trabajador caído’, pero también pueden incorporar funciones de reconocimiento de localización, triangulando una fuente de radio a una posición muy exacta en tres dimensiones.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización

 

Una mejor cobertura

Los escenarios mencionados no son nada nuevo, pero no todas las refinerías los implementan.

Se ha hablado durante años acerca de trabajadores móviles, localización de personal y otras capacidades por el estilo. En la actualidad, la diferencia está en una mejor cobertura de red y ancho de banda.

Piense en alguien con un teléfono inteligente 10 años atrás. Ese primer teléfono inteligente estaba habilitado para la web, pero tratar de llegar a un sitio web o descargar un documento en un aeropuerto o en la calle era algo muy aleatorio.

Muchos usuarios simplemente se daban por vencidos más veces que no. ¿Por qué? Querían mucha más prestación de lo que tenían. La cobertura de la red en la mayoría de las áreas era demasiado angosta y el ancho de banda demasiado reducido para cumplir con las expectativas.

Muchas redes WiFi en una planta tenían, y quizás todavía tengan, el mismo problema. Teóricamente, había cobertura, pero mover cualquier cantidad de datos era una propuesta dudosa. Asimismo, muchas empresas que implementan redes también subestimaron el uso que tendrían que cubrir y no incluyeron suficiente infraestructura para tener una cobertura completa o suficiente ancho de banda. Pero en los últimos años, el hardware tanto de redes públicas como de redes privadas ha avanzado enormemente en cuanto a cobertura y capacidad de manejo de ancho de banda.

Veamos las redes de planta. En la actualidad, un router WiFi industrial puede soportar más protocolos y más dispositivos, además de operar en condiciones más exigentes que un router de hace solo unos pocos años (Tabla 1) y con un mayor número de diseños modulares más fáciles de implementar (figura 3). Dichos routers soportan redes WiFi de gran ancho de banda y pueden operar junto con dispositivos de campo WirelessHART usando WiFi como red de retorno.

Un router wireless también puede servir como gateway para dispositivos WirelessHART e ISA100 Wireless, si están instalados. Los instrumentos y actuadores wireless todavía se pueden comunicar utilizando sus protocolos dedicados, pero la comunicación con los sistemas host, tales como un DCS o un sistema de gestión de activos, puede realizarse por cable o vía WiFi – en ambos casos, usando normalmente un protocolo Ethernet.

Esta combinación de WiFi y WirelessHART permite implementar conceptos de IIoT, por lo que IT y OT se pueden integrar como nunca antes. Estas redes abarcan dispositivos de campo wireless, sensores inteligentes, soluciones de gestión de activos y analítica, todos preparados para lograr la transformación digital.

Para que esto sea realidad en toda su extensión, se requieren muchos puntos de acceso wireless (WAPs) WiFi usando una tecnología de gran ancho de banda. A la escala de una refinería típica, podría significar entre 100 y 400 WAPs WiFi para conseguir una cobertura completa y sin problemas. Cuando se lo implementa, el acceso está disponible en cualquier lugar, lo que permite desplegar capacidades de trabajadores móviles y tener una implementación rápida de instrumentación wireless.

Los routers simplifican la planificación de la implementación gracias a su diseño modular. Es fácil agregar un gateway WirelessHART o ISA100 a una determinada unidad. Las antenas inteligentes para instrumentación wireless pueden mejorar el alcance, mientras restringen la cobertura al interior de una zona cercada. La mayoría de los routers tienen clasificación Clase 1/División 2, mientras las antenas son Clase 1/División 1 para su extensión a áreas peligrosas.

Algunos usuarios piensan que las redes wireless quizás signifiquen una mayor superficie de ataque para los ciberdelincuentes. Afortunadamente, las redes y su hardware actual incorporan mecanismos defensivos muy fuertes. Por ejemplo, WirelessHART está protegido por una encriptación AES de 128 bits en la capa de red/transporte y un mecanismo de acople de red con dos factores.

El diseño de las redes WiFi e interfaces con otros sistemas normalmente están a cargo de IT, que puede usar las últimas herramientas y prácticas de seguridad para evitar vulnerabilidades en los puntos de transferencia de datos. Las empresas que actualizan como rutina sus routers y otros equipos de red evitan los problemas derivados de tener que mantener un hardware multigeneracional en el lugar, lo que implica el uso de técnicas de seguridad más antiguas.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización
Figura 3. Los routers pueden manejar más dispositivos mientras toleran entornos de planta extremos. Su construcción modular facilita su configuración e implementación.

 

Ventajas para los usuarios

¿Cómo poner en práctica estas tecnologías? Las empresas que han implementado programas de mejora con digitalización muestran una variedad de áreas donde han logrado importantes avances:

  • Una mejor infraestructura WiFi y WirelessHART con mayores tasas de transferencia de datos y niveles de confiabilidad;
  • Mayor seguridad del personal con capacidades de localización y reunión;
  • Datos de consumo de energía más detallados, lo que se traduce en ahorros en conservación y costo al ampliar el monitoreo y el análisis de datos;
  • Mayor confiabilidad y disponibilidad de activos de manufactura;
  • Aumento de la productividad a resultas de respuestas rápidas a condiciones anormales utilizando herramientas de trabajadores móviles;
  • Ejecución más rápida de chequeos de lazos durante comisionamiento y puesta en marcha, lo cual puede generar mucho dinero al conseguir tiempo de operación adicional;
  • Mayor disponibilidad de planta al reducirse el número de paradas inesperadas.

Todos estos son elementos de digitalización, y hay muchas más posibilidades, ya que siempre se descubren nuevas ideas. Cuando una infraestructura wireless pueda desempeñarse de un modo que no se tenga que pensar en ello, ya sea a nivel de red de dispositivos o de empresa, es posible lograr un gran progreso. Y cuando los proveedores y usuarios puedan conformar una base instalada con redes wireless, sensores inteligentes y soluciones de gestión de activos, estaremos ante la concreción de lo que realmente es digitalización.

 

Preparado en base a una presentación de Christopher Logue, de Emerson Automation Solutions.

Lo aprendido de la radiodifusión FM y AM se puede aplicar a la medición de nivel en tanques para conseguir una mejor prestación en aplicaciones exigentes.

 

La modulación de frecuencia puede mejorar la medición de nivel por radar
Figura 1. Los nuevos instrumentos de nivel FMCW son compactos y pueden operar en un lazo de dos hilos 4-20 mA estándar. También hay modelos con certificación de seguridad.

 

En 1933, el norteamericano Edwin Armstrong demostraba una nueva tecnología que habría de transformar la radiodifusión: transmisiones con modulación de frecuencia (FM) capaces de brindar un sonido de mayor fidelidad y menos interferencia que la modulación de amplitud (AM). Con el tiempo, la radiodifusión FM se convirtió en un estándar para radio y televisión  con un formato que se usa en las comunicaciones wireless digitales de hoy en día. AM sigue estando pero FM es una clara preferencia en la mayoría de las aplicaciones.

Hay distintas manera de incorporar FM en una gran variedad de aplicaciones, lo que incluye radar para medición de nivel en tanques. El radar básico aprovecha la capacidad de una onda electromagnética de rebotar en distintas superficies, incluyendo líquidos. La medición del tiempo que insume una señal para viajar a la superficie de un líquido, reflejarse y regresar al dispositivo instalado en la parte superior del tanque, permite calcular la distancia recorrida y, por lo tanto, el nivel del líquido en el tanque.

Este es el principio de funcionamiento tanto de la medición de nivel por radar sin contacto (NCR) como por radar de onda guiada (GWR). Los instrumentos de nivel por radar ofrecen una medición de arriba hacia abajo, directa, exacta y confiable de la distancia a la superficie de líquidos, suspensiones, lodos e incluso algunos sólidos.

GWR transmite un pulso hacia abajo a través de una sonda de guía de onda (figura 2), que puede extenderse hasta el fondo del tanque. Esto guía el pulso y permite concentrar la reflexión, de modo que no se vea afectada por los objetos que podrían estar dentro del tanque y causar una reflexión no deseada. El inconveniente es la posibilidad de que la sonda interfiera con objetos en movimiento, por ejemplo un agitador.

La tecnología NCR (figura 3) envía una señal a través del espacio abierto de un tanque hacia la superficie del producto almacenado. Al no tocar el contenido, la medición no se ve afectada por condiciones de proceso, tales como densidad, viscosidad, conductividad, recubrimiento y vapor.

También es una alternativa ideal para tanques con objetos en movimiento, productos corrosivos, amplio rango de temperaturas y condiciones difíciles de presión, ya que la exactitud de la medición no se ve afectada en absoluto. Con capacidades de diagnóstico incorporadas, su comisionamiento directo y sin la presencia de partes en movimiento, los instrumentos NCR ofrecen facilidad de uso y requieren poco mantenimiento.

 

La modulación de frecuencia puede mejorar la medición de nivel por radar
Figura 2. GWR envía un pulso hacia abajo a través de una guía de onda para minimizar la disipación de la señal.

 

Llegó la era de FMCW

Dado que la distancia desde un instrumento de radar a la superficie del contenido de un tanque podría ser un poco más de 0,3 – 0,6 metros, el tiempo que requiere el pulso para viajar es virtualmente instantáneo. Obtener una medición exacta de algo tan rápido implica cierta ingeniería inteligente.

NCR utiliza uno de dos métodos: pulsos u onda continua modulada en frecuencia (FMCW). GWR usa pulsos, pero la señal más enfocada que se consigue con la guía de onda se traduce en características operativas diferentes a NCR.

Los sistemas de pulsos utilizan expansión en tiempo para convertir estos intervalos extremadamente cortos a una escala de tiempo más lenta. El eco de una superficie contiene decenas de miles de cortos pulsos de radar transmitidos desde el instrumento en la parte superior del tanque y dirigidos directamente al material de proceso que está abajo. El instrumento mide el retardo de tiempo entre la señal de eco transmitida y recibida, y un microprocesador incorporado calcula luego la distancia a la superficie del material y, en consecuencia, mide el nivel.

FMCW utiliza el mismo concepto de señal reflejada pero lo aplica de manera diferente. En lugar de medir el tiempo de vuelo de un pulso específico, un instrumento FMCW transmite una señal continua desde la antena en la parte superior del tanque, pero con una frecuencia que cambia constantemente (figura 4). Una vez reflejada la señal por la superficie del contenido, el eco es captado por la antena. Puesto que la señal transmitida varía constantemente en frecuencia, el eco tiene una frecuencia levemente diferente a la de la señal que se transmite en ese momento. La diferencia entre estas frecuencias es directamente proporcional al retardo del eco, lo que permite medir exactamente la distancia.

La comparación entre estos dos conceptos es similar a la radiodifusión AM versus FM. Los sistemas de pulsos se parecen más a AM, ya que la señal es más susceptible a interferencia proveniente de distintas fuentes, tales como estructuras internas de un tanque, espuma, altas concentraciones de vapor y turbulencia. Por ejemplo, si la turbulencia es importante, un pulso puede llegar a dispersarse y perderse por completo debido a una pobre reflexión. El instrumento podría asumir incorrectamente que la reflexión del siguiente pulso es el pulso perdido, pero con un tiempo de retorno muy posterior, lo que equivale a leer una distancia mayor que la real. La exactitud de la medición también se ve afectada por cualquier deriva de la frecuencia del pulso e incluso por la temperatura dentro del tanque.

FMCW captura la información de la variable de proceso en el dominio de frecuencia, lo que soporta una conversión de señal más exacta. Su procesamiento de señal puede ignorar las fuentes de interferencia comunes. Además, FMCW ofrece una mayor sensibilidad de recepción y utiliza señales de mayor intensidad que los sistemas de pulsos, lo que le permite desempeñarse mejor en situaciones difíciles con turbulencia y espuma.

 

La modulación de frecuencia puede mejorar la medición de nivel por radar
Figura 3. NCR minimiza su extensión en el tanque y no toca el producto.

 

Todavía se usan ambas tecnologías: pulsos y FMCW

De la misma forma que la radio FM no ha eliminado la AM, todavía hay muchos instrumentos de radar con tecnología de pulsos. ¿Por qué no han sido reemplazados por FMCW?

La tecnología FMCW no es nueva; de hecho, existe desde hace décadas y sus ventajas tecnológicas han sido reconocidas desde el principio. La razón por la que quedan tantos instrumentos de pulsos tiene que ver en gran medida con el consumo de energía. Los instrumentos de pulsos son eficientes y permiten que los instrumentos GWR que usan WirelessHART puedan operar durante años con baterías.

En cuanto a FMCW, por definición, se suponía que eran dispositivos grandes y voluminosos de cuatro cables que consumían, al menos según los estándares de instrumentación, mucha energía. Si una fuente de alimentación no era conveniente, muchos usuarios se quedaban con instrumentos de pulsos a menos que alguna condición del proceso exigiera algo más sofisticado.

Pero esta situación ha cambiado. Al igual que muchos dispositivos electrónicos, los instrumentos FMCW ya son mucho más pequeños y más eficientes con una mejor utilización de la energía. Es por eso que los instrumentos de dos hilos FMCW NCR (figura 1) tienen cada vez más aceptación.

 

La modulación de frecuencia puede mejorar la medición de nivel por radar
Figura 4. La capacidad de FMCW de usar el cambio de frecuencia para determinar la distancia evita los problemas que pueden afectar las mediciones con pulsos.

 

Aplicaciones donde brilla FMCW

 

Espuma

Los líquidos con espuma pueden alterar la reflexión del eco, y es difícil predecir cómo interfiere con una medición exacta, ya que depende en gran medida de las propiedades de la espuma. Hay espumas que pueden amortiguar por completo la señal, mientras otras pueden ser transparentes.

El espesor, la densidad y la constante dieléctrica son factores clave que es necesario analizar. La espuma seca tiende a ser transparente, por lo que el instrumento lee la superficie real del líquido. Si la espuma es húmeda o especialmente densa, las microondas suelen reflejarse desde la superficie de la espuma, en cuyo caso lo que se ve como nivel es la parte superior de la espuma.

Los más recientes instrumentos FMCW incorporan una función de superficie dual, que le permite al usuario seleccionar la superficie de la capa de espuma o la superficie del producto subyacente como salida. Con esta función se puede medir la superficie del producto y no la capa de espuma.

FMCW tiene una mayor sensibilidad de recepción y utiliza señales de mayor intensidad que los sistemas de pulsos, por lo que funciona mejor en situaciones difíciles donde puede haber turbulencia y espuma.

 

Condensación

La tecnología FMCW, por lo general, no se ve afectada por condensación y vapor de baja presión, pero sí por una condensación intensa en la antena. En este caso, conviene purgar el aire para prevenir la obstrucción de la antena.

En aplicaciones de alta temperatura, se recomienda montar el transmisor en un tanque aislado. El aislamiento evita que la boquilla se convierta en un punto frío, provocando condensación y acumulación de líquido en la antena.

 

Tanques de almacenamiento, compensación y mezcla

La tecnología FMCW ofrece mediciones de nivel altamente confiables y exactas cuando se la aplica en recipientes tanto metálicos como no metálicos con cualquier líquido, incluyendo petróleo, gas condensado, agua o productos químicos. Estos transmisores no tienen partes en movimiento y no entran en contacto con el producto, lo que reduce el mantenimiento y mejora la seguridad. Si hay agitadores, se dispone de instrumentos FMCW que usan software para ver ecos falsos pasados para que la exactitud de la medición no se vea afectada.

 

Reactores

Las reacciones químicas pueden generar una variedad de condiciones dentro de los tanques, dando origen muchas veces a vapores, espuma y turbulencia, mientras la densidad puede variar como parte de la reacción y la presión ir desde vacío a presión positiva. Los instrumentos FMCW pueden soportar estos factores y ofrecer una medición exacta y confiable.

 

Vainas

Cuando el contenido de un tanque es turbulento, a causa de agitación, mezcla de productos o salpicaduras, puede quedar interrumpida la señal de retorno. Agregar una vaina reduce este efecto al aislar la superficie y bajar la turbulencia. En estos casos, por lo general, se utiliza GWR, pero los instrumentos FMCW también pueden ofrecer lecturas exactas dentro del espacio confinado de la vaina.

 

Conclusión

Las dos técnicas principales de modulación en instrumentos NCR (pulsos y FMCW) son eficaces pero, por su mayor sensibilidad y exactitud, FMCW resulta adecuada para aplicaciones exigentes. Los instrumentos FMCW de hoy en día son más compactos y ofrecen una alta eficiencia energética, lo que les permite operar con la baja alimentación suministrada por un lazo de dos hilos, lo que elimina la necesidad de una infraestructura de alimentación adicional.

 

Preparado en base a una presentación de Ingemar Serneby, de Rosemount Tank Radar, Emerson Automation Solutions.

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