8 computadores de flujo

7/29/2019 8 Computadores de Flujo

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Doc. No. 8COMPUTADORES DE FLUJO


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Gestin de la MedicinDel Gas Natural_________________________________________________

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TABLA DE CONTENIDO

1 INTRODUCCION .........................................................................................................................................32 MEDICIN ELECTRNICA DE GAS ..........................................................................................................3

2.1 ELEMENTO PRIMARIO ......................................................................................................................32.2

ELEMENTO SECUNDARIO ................................................................................................................3

2.3 ELEMENTO TERCIARIO ....................................................................................................................4

3 COMPONENTES DEL COMPUTADOR DE FLUJO ...................................................................................53.1 UNIDAD DE CONTROL, PROCESAMIENTO Y ALMACENAMIENTO ..............................................53.2 TARJETA PARA ACONDICIONAMIENTO DE SEAL ......................................................................63.3 INTERFASE DEL SISTEMA CON EL USUARIO ................................................................................7

3.3.1 Display. ............................................................................................................................................73.3.2 Unidad de software. .........................................................................................................................7

4 CALCULO DE LA CANTIDAD DE GAS (ALGORITMO) POR MEDIO DEL SISTEMA DE MEDICIN DEGAS ELECTRONICA ..........................................................................................................................................7

4.1 NORMAS UTILIZADAS PARA LOS CLCULOS DE LAS CANTIDADES TOTALES EN LOSSISTEMAS DE MEDICIN ELECTRNICA ...................................................................................................8

4.1.1 AGA 3. Medicin de gas natural por placa de orificio ....................................................................84.1.2 AGA 7. Medicin de gas por medidor tipo turbina...........................................................................84.1.3 AGA 8. Compresibilidad del gas ......................................................................................................9

4.2 TIPOS DE ALGORITMOS EN FUNCIN DE LA SEAL QUE ENTREGA EL ELEMENTOPRIMARIO .................................................................................................................................................... 10

4.2.1 Algoritmos para medidores diferenciales ..................................................................................... 104.2.2 Medicin en medidores lineales ................................................................................................... 12

4.3 TCNICAS PARA PROMEDIACIN .............................................................................................. 134.3.1 Calculo del promedio lineal dependiente de la existencia de flujo. .............................................. 134.3.2 Calculo del promedio lineal ponderado de una variable dependiendo del flujo. .......................... 144.3.3 Calculo del promedio formulaic ponderado de una variable dependiendo del flujo. ................. 14

4.4 CALCULO DE LA CANTIDAD CADA HORA Y CADA DA ............................................................ 144.5 COMPRESIBILIDAD, DENSIDAD Y PODER CALORFICO ........................................................... 154.6 INFORMACIN DISPONIBLE IN-SITU ........................................................................................... 15

4.6.1 Instalacin medidor diferencial ..................................................................................................... 154.6.2 Instalacin medidor lineal ............................................................................................................. 164.7 REQUERIMIENTOS PARA REPORTE Y AUDITORIA ................................................................... 164.7.1 Registro de cantidades transaccionadas ..................................................................................... 174.7.2 Registro de cantidades transaccionadas corregidas.................................................................... 174.7.3 Reporte de Configuracin (Config Log). ....................................................................................... 184.7.4 Registro de eventos (Event log) ................................................................................................... 184.7.5 Registro de ensayos ..................................................................................................................... 18

5 INSTALACIN DE EQUIPOS ................................................................................................................... 185.1 INSTALACIN DE TRANSDUCTORES .......................................................................................... 185.2 INSTALACIN COMPUTADOR DE FLUJO Y EQUIPO DE COMUNICACIN. ............................. 19

6 VERIFICACIN Y CALIBRACIN DE EQUIPOS .................................................................................... 207 SELECCIN DE EQUIPOS ...................................................................................................................... 21

7.1 ELEMENTOS SECUNDARIOS ........................................................................................................ 217.2 TRANSMISOR ANLOGO ASOCIADO AL COMPUTADOR DE FLUJO........................................ 217.3 TRANSMISORES INTELIGENTES .................................................................................................. 21

7.3.1 Transmisores convencionales vs Transmisores inteligentes. ...................................................... 217.4 TRANSMISORES MULTIVARIABLES ............................................................................................. 227.5 SELECCIN DE UN COMPUTADOR DE FLUJO ........................................................................... 23


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1 INTRODUCCION

Un sistema de medicin se compone por el elemento primario, secundario y terciario. Este ltimo es elencargado de recibir todas las seales provenientes de los otros, aplicar un algoritmo de clculo ycontabilizar la energa trasferida por el volumen transportado. A continuacin se presenta una descripcin

ms detallada acerca del elemento terciario o computador de flujo.2 MEDICIN ELECTRNICA DE GAS

En un sistema de medicin de gas podemos identificar claramente tres componentes, siendo alguno deestos prescindibles dependiendo de la necesidades que se identifiquen y/o el nivel de incertidumbre demedicin requerido, en caso que la caractersticas de medicin requieran la instalacin de todos loscomponentes, es necesario efectuar un control metrolgico adecuado sobre cada uno de ellos y enconjunto, para lograr una correcta medicin. La operacin integrada de los diferentes elementos permite laobtencin de la magnitud por medir, en nuestro caso volumen o caudal de gas natural. Los elementos son:

Terciario

Primario

Secundarios

Figura 1. Elementos que constituyen los sistemas de medicin

2.1 ELEMENTO PRIMARIOEs el dispositivo o arreglo de dispositivos que permiten reproducir el mtodo de medicin. El elementoprimario se identifica fcilmente relacionndolo con la tecnologa de medicin que se est empleando y lascondiciones ptimas que se requieren para la obtencin de resultados de medicin confiables.

El elemento primario define el tipo bsico de medidor usado para medicin de gas, en los cuales estnincluidos tales como:

Placa de orificio, Medidor tipo turbina, Medidor tipo rotativo, Medidor ultrasnico, etc.

2.2 ELEMENTO SECUNDARIOSon los elementos que se requieren para la medicin de variables diferentes al volumen o caudal de gas yque entren en el modelo matemtico base de la medicin del volumen de gas a facturar. Para los gases


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4

como sustancias compresibles, podemos afirmar sin duda que se requiere conocer la temperatura (Ej: RTD),La presin (Ej: Transductor de presin), y la composicin del gas natural (cromatgrafo en lnea).

Es posible encontrar estaciones de medicin sin elementos secundarios, como es el caso de la medicinresidencial, donde el gas natural a baja presin se mide utilizando tan solo un medidor de diafragma, sin

embargo, tambin es posible contar con el elemento adicionales, tales como transductores de presindiferencial, medidores de densidad, medidores de poder calorfico, medidores de humedad, etc.

2.3 ELEMENTO TERCIARIOSon los equipos objeto del presente documento, destinados al clculo de la cantidad total de gas (volumen,masa, energa) a partir del elemento primario y elementos secundarios. Estos reciben seales anlogas odigitales, las cuales son convertidas y procesadas para obtener el volumen a condiciones de flujo o a unconjunto de condiciones de base preestablecidas.

La tarea primaria del computador de flujo electrnico en aplicaciones tales como transferencia de custodia esmedir el caudal y/o volumen de gas de gas con una alta exactitud y confiabilidad. Pero adicionalmente esutilizado para:

Almacenar histricos de las condiciones de flujo, volumen y caudal. De tal forma que se convierteen una herramienta para verificar en el tiempo si las condiciones de operacin del sistema demedicin permanecen dentro de los limites admisibles. En la Figura 2 se presenta un ejemplo querepresenta el histrico de caudal en un sistema de medicin, donde se detecta exceso de velocidaden el elemento primario.

Registro de verificaciones o calibraciones realizadas anteriormente a los elementos secundarios.Esta informacin es muy til para la determinacin de los intervalos de calibracin de los elementossecundarios asociados al computador o corrector de volumen y evaluacin del compartimiento atravs del tiempo.

Correccin de volumen de gas por efectos de compresibilidad del gas (Report AGA 8). Llevando elvolumen y caudal de gas a condiciones de referencia.Comunicacin mediante algn tipo de protocolo con estaciones remotas, permitiendo la facilidad de

seguimiento remoto de la estacin de medicin.

Ejecucin de funciones de alarma y control, etc.

Registro de las diferentes condiciones de operacin en tiempo real.

0,00

500,00

1000 ,00

1500,00

2000,00

2500,00

31/08/2006 05/09/2006 10/09/2006 15/09/2006

fecha (dia/mes/ao)

caudal(m3/h)

Caudal del medidor

caudal maximo permisible

Figura 2. Ejemplo de utilizacin de los histricos que almacenan los computadores de flujo.


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5

Figura 3. Gama de computadores de flujo

3 COMPONENTES DEL COMPUTADOR DE FLUJODe forma genrica, un sistema de medicin electrnica de gas se compone de:

3.1 UNIDAD DE CONTROL, PROCESAMIENTO Y ALMACENAMIENTO

Esta unidad es la CPU del computador de flujo, puesto que tiene la funcin de coordinar todo el sistema paraque sea un dispositivo autnomo en campo (VerFigura 4). De tal forma que procesa todas la variables demedicin y efecta los clculos necesarios para la correccin del volumen y caudal de gas siguiendo losestndares de medicin (AGA, ISO, etc). Consta tanto del hardware(Tarjeta) como del f i rmware(programacin del microprocesador).

Medidor turbina

Orificio

Presin

diferencial

Presin esttica

Temperatura

Densidad

Medidor ultrasnico

Composicin

Contador

Interfase

de la seal

Procesador

Central

Algoritmo

Procesamiento

de datos

Interfase del

sistema

pulsos

Anloga

Anloga

Anloga

Anloga

Anloga

Anloga

Medidor turbina

Orificio

Presin

diferencial

Presin esttica

Temperatura

Densidad

Medidor ultrasnico

Composicin

Contador

Interfase

de la seal

Procesador

Central

Algoritmo

Procesamiento

de datos

Interfase del

sistema

pulsos

Anloga

Anloga

Anloga

Anloga

Anloga

Anloga

Figura 4. Diagrama de bloque de un sistema de medicin de gas electrnico (EGM).


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6

3.2 TARJETA PARA ACONDICIONAMIENTO DE SEAL

Previo a la obtencin de la seal de los elementos secundarios que sern procesados en la unidad decontrol, debe realizarse el acondicionamiento de seal mediante una tarjeta para ser posteriormenteenviadas a la unidad de procesamiento y control.

A continuacin se presenta un ejemplo de diagrama de bloque de una tarjeta acondicionadora de seal.

Acond.

temp

Acond. de

presin

Aislamiento

Acond. de

alimentacin

ADC

Alimentacin

Pulsos de

turbina

Presin

esttica

Temperatura

Sealdigitalizada

a

la

unidad

de

control

Acond.

temp

Acond. de

presin

Aislamiento

Acond. de

alimentacin

ADC

Alimentacin

Pulsos de

turbina

Presin

esttica

Temperatura

Sealdigitalizada

a

la

unidad

de

control

Figura 5. Esquema de un ejemplo de acondicionamiento de seal.

Esta unidad trabaja en conjunto al elemento primario, el cual enva una seal proporcional al caudal nocorregido a la tarjeta de acondicionamiento del computador de flujo, que en algunos casos asla la sealproveniente.

La seal del medidor hacia el computador de flujo pude ser:

Seal de pulsos. En este caso el medidor entregar al computador de flujo pulsos quecorresponden a un determinado volumen o caudal del medidor primario. Puede presentarse doscasos:

Que el computador de flujo almacene los pulsos y los convierta a volumen y calcule la frecuencia paraobtener caudal.

Pulsos

Volumen

Caudal

Pulsos

Volumen

Caudal Figura 6. Determinacin del caudal y volumen a partir del conteo de pulsos.

Que el computador determine la frecuencia y obtenga el volumen y caudal a partir de esta.


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frecuencia

Volumen

Caudal

frecuencia

Volumen

Caudal Figura 7. Determinacin del caudal y volumen a partir de medicin de frecuencia.

Seal diferencial. En este caso el medidor entregar al computador de flujo una seal elctricaproporcional a una cada de presin diferencial en el elemento primario. Generalmente esta seales manejada a travs de una diferencia de corriente de 4-20 mA.

P(analoga)

ej:4-20mA

Volumen

Caudal

P(analoga)

ej:4-20mA

Volumen

Caudal Figura 8. Determinacin del caudal y volumen a partir de medicin del diferencial de presin.

Seal de caudal. . En este caso el medidor entregar al computador de flujo una seal elctrica

proporcional al caudal en el elemento primario. Generalmente esta seal es manejada a travs deuna diferencia de corriente de 4-20 mA.

Q(analoga)

ej:4-20mA

Volumen

Caudal

Q(analoga)

ej:4-20mA

Volumen

Caudal Figura 9. Determinacin del caudal y volumen a partir de medicin caudal por medio de una seal anloga

de 4-20 mA.

3.3 INTERFASE DEL SISTEMA CON EL USUARIO

Existen varias formas de interfase con el usuario entre las que se encuentran:

3.3.1 Display.

Los computadores de flujo poseen una pantalla donde es posible visualizar el volumen y caudal, corregido yno corregido, y adicionalmente los diferentes parmetros configurados y registrados por el computador.

3.3.2 Unidad de softw are.

Los computadores de flujo poseen un software de aplicacin para servir de interfase con el usuario con laposibilidad de descargar la informacin contenida en el computador de flujo a un PC para manipular dichosdatos e imprimir reportes. Algunos software poseen una base de datos donde se puede almacenarinformacin e histricos de las diversas estaciones donde se encuentran ubicado los computadores de flujo.

4 CALCULO DE LA CANTIDAD DE GAS (ALGORITMO) POR MEDIO DEL SISTEMA DE MEDICIN

DE GAS ELECTRONICA

Con respecto al algoritmo, para asegurar un clculo de la cantidad de gas y desempeo adecuado de lossistemas de medicin de gas electrnica se debe tener en cuenta:

El tipo de seal que entrega el elemento primario ya sea pulsos, 4-20 mA, u otra seal.


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La frecuencia con la que se debe realizar el muestreo y el clculo de la cantidad (masa, volumen oenerga) en funcin de la variaciones de caudal del flujo de gas que atraviesa la estacin demedicin.

Los clculos realizados para la obtencin de la cantidad total (masa, volumen, caudal volumtrico,

energa), por parte del algoritmo del computador de flujo corresponda a resultados equivalentesobtenidos si se utiliza ecuaciones de clculo dados por estndares reconocidos.

Las tcnicas para la realizacin del promedio de los parmetros que intervienen en el clculo.

4.1 NORMAS UTILIZADAS PARA LOS CLCULOS DE LAS CANTIDADES TOTALES EN LOSSISTEMAS DE MEDICIN ELECTRNICA

4.1.1 AGA 3. Medicin de gas natural por placa de ori f icio

Donde define la ecuacin para el clculo de caudal a condiciones estndar

El clculo del factor de compresibilidad es referido a la norma AGA 8

fullinst

H L

Tomada

de alta

Presin

Tomada

caidaPresin

Termoresistncia PT100

Sensor multi-variable

Placa deOrifcio

fullinstfullinst

H L

Tomada

de alta

Presin

Tomada

caidaPresin

Termoresistncia PT100

Sensor multi-variable

Placa deOrifcio

Figura 10.Aplicacin de computadores de flujo para medidores diferenciales (placas de orificio)

4.1.2 AGA 7. Medicin de gas por medidor tipo turbin a.

Donde define la ecuacin para el clculo de volumen a condiciones base.


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9

Esta ecuacin es tambin utilizada para el clculo de volumen base en medidores: Ultrasnicos Turbinas Rotativos Cono Vortex, etc.

Figura 11. Ejemplo de aplicacin de computadores de flujo en sistemas de medicin tipo turbina

El clculo del factor de compresibilidad del fluido y base es referido a la norma AGA 8.

4.1.3 AGA 8. Compresibi l idad del gas

Para el clculo del factor de compresibilidad del gas, el reporte AGA 8 detalla tres mtodos con surespectivo algoritmo de clculo, los cuales de describen brevemente a continuacin:

Mtodo de caracterizacin detallada

Requiere la composicin de gas natural en %molar para ser ingresado y obtener el valor de factor decompresibilidad de gas.


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Mtodo de caracterizacin gruesa 1Requiere:

Gravedad especifica.Poder calorfico superior por unidad de volumenLa concentracin de CO2

Mtodo de caracterizacin gruesa 2Requiere:

Gravedad especifica.La concentracin de N2La concentracin de CO2

Otras normas utilizadas para el clculo de la cantidad total de volumen, masa o energa se enuncian acontinuacin:

AGA 5, utilizado para el clculo del poder calorfico. AGA 9, clculo de flujo compensado utilizando ultrasnico API 21.1 Auditoria, reportes, calibracin, verificacin y seguridad de los datos.

4.2 TIPOS DE ALGORITMOS EN FUNCIN DE LA SEAL QUE ENTREGA EL ELEMENTO PRIMARIOLa cantidad requerida puede ser expresada en masa, energa o volumen, y las ecuaciones dependen delelemento primario, el documento Manual of Petroleum Measurement Standards Chapter 21 Flowmeasurement Using electronic metering systems Section 1. Provee una gua que especfica loscomponentes del algoritmo que son consistentes en aplicaciones para medicin de gas electrnica.

4.2.1 Algo ri tmo s para medidores diferenciales

En aplicaciones de medicin diferencial, una cantidad total est determinada por la integracin de laecuacin del caudal volumtrico en el intervalo de tiempo definido. El clculo de la cantidad total esexpresado de la siguiente forma:

0

*t

t

t

C qt dt

Ct= unidad de cantidad acumulada entre el tiempo to y tqt= es la rata de flujo de la cantidad (masa, volumen ,energa) a calcular.dt = diferencia de tiempo entre las muestras en integracin.

Para estas operaciones se admite que el clculo de la cantidad pueda ser realizado mediante la utilizacindel valor del multiplicador integral (IMVimp) y el valor integral (IVimp).

Cada factor definido puede ser computado con variables de entrada independientes en un intervalo detiempo. Para el mismo intervalo de tiempo la cantidad total puede ser obtenida mediante:

Cimp = IMVimp*IVimp

Donde,Imp: unidad definida por el perodo multiplicador integral.Cimp: cantidad acumulada durante el periodo multiplicador integral.IMVimp: Valor del multiplicador de la integral por el perodo integral multiplicador.

0

*

impt

imp

t

IV iv dt


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Donde,iv : ecuacin de la rata del valor integral.

Grficamente corresponde a:

dt

qt= * fP P dt

Para placa de orificio

dt

qt= * fP P dt

Para placa de orificio

Figura 12. Representacin grfica de la integracin requerida para obtener la cantidad acumulada

a. Clculo del valor integral.API 21.1 define el valor integral como el valor resultante de la integracin de la porcin considerada de laecuacin de caudal que mejor define las condiciones de cambio contino del flujo en el periodo de tiempoespecificado.

0

*

impt

imp

t

IV iv dt

Cuando una placa de orificio es utilizada para el clculo de caudal volumtrico, la porcin considerada de laecuacin es la raz del producto de la cada de presin y la presin esttica absoluta:

t

t

f dtPP

0

*

Por cuestiones de practicidad, este valor integral puede ser calculado mediante la sumatoria de losresultados obtenido de la porcin de ecuacin, cada un segundo.

Es decir que:

t

iifi

PP0

*

Definido por el mtodo deRANS


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b. Valor multiplicador integral.El valor multiplicador integral es el valor resultante del clculo de todos los otros factores de la ecuacin declculo volumtrico que no se incluyeron en el valor integral. Los valores de entrada dinmicos requeridos enel clculo del multiplicador del valor integral son los promedios obtenidos durante el perodo de tiempo delclculo, usando las tcnicas de promediacin que se describirn ms adelante.

Siguiendo el ejemplo para la placa de orifico anteriormente mencionada, tenemos que el multiplicador delvalor integral corresponde a:

ffr

lvdTZG

ZsdYEFTCIMV

1

2)(*61.7709

c. Deteccin de bajos caudales. Un valor de bajo caudal debe ser definido para un medidor diferencial enacuerdo con las partes que intervienen en la compra-venta, basados en las condiciones extremas reales deoperacin del sistema de medicin.

Los factores que influyen en la seleccin del punto de caudal bajo (low -flow cutoff) para una aplicacin

incluye:

Condiciones anticipadas de flujo mnimo para la aplicacin,Exactitud y span de los sensoresVariabilidad esperada del flujo

Este valor es seteado por el usuario. Para AGA las unidades son pulgada de agua o kPa.

d. Frecuencia de muestreo. Con que frecuencia se debe realizar el muestreo?. Para la determinacin de lafrecuencia de muestreo se utiliza la metodologa RANS. Esta metodologa permite determinar laincertidumbre que se presenta al tomar una determinada frecuencia. Es obvio que a medida que lafrecuencia es menor, la incertidumbre aumenta. Para saber con detalle el mtodo RANS, puede referirse alanexo A del API 21.1.

4.2.2 Medicin en medid ores l ineales

En aplicaciones de medicin lineal, la cantidad total es determinada por la suma de las cantidades definidasen un intervalo tiempo.

En aplicaciones de mediciones lineales, el elemento primario provee mediciones en unidades de volumenactual a condiciones de flujo.

Para el clculo de la cantidad de volumen, energa o masa a condiciones base, API define el siguientealgoritmo:

Las operaciones deben ser de tal forma que en el clculo de la cantidad total sea considerado una cantidadvolumtrica actual (CVA) y un valor base multiplicador (VBM). Cada uno de estos valores es definido

para ser calculado a intervalos de entrada de variables independientes.

Para un comn intervalo de tiempo la cantidad total est definida como:

)(*)( bmpbmpbmp VBMCVAC donde el subndice bmp corresponde a la unidad de tiempo definida para el periodo del multiplicador base.


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Para obtener el valor del CVA se divide los pulsos acumulados durante el perodo multiplicador base por elK-factor (constante del medidor) dado en pulso por unidad de volumen.

El VBM es el resultante del clculo de todos los otros factores que afectan el clculo de la cantidad y no sonincluidos en el CVA. Los factores dinmicos son obtenidos mediante tcnicas de premediacin en el perodo

multiplicador base.Un ejemplo son los sistemas de medicin con medidores tipo turbina donde el volumen base se obtiene:

( )( )( )f b b

b f

b f f

P T ZV V

P T Z

yCVA= Vf

( )( )( )f b b

b f f

P T ZVBM

P T Z

a. Deteccin de flujo cero. La condicin de flujo cero es definida como la ausencia de pulsos para cualquierperodo multiplicador base. Durante las condiciones de flujo cero, las variables de entrada muestreadassern descartadas de los promedios.

Cuando se define el perodo multiplicador base, se debe tener en cuenta la frecuencia con que el medidorentrega los pulsos de tal forma que se pueda evitar condiciones de no flujo originados por ausencia depulsos debido a que el tiempo entre pulsos es mayor al perodo multiplicador base.

b. Frecuencia de muestreo. Con que frecuencia se debe realizar el muestreo?. Para la determinacin de lafrecuencia de muestreo se utiliza la metodologa RANS. Esta metodologa permite determinar laincertidumbre que se presenta al tomar una determinada frecuencia. Es obvio que a medida que lafrecuencia es menor, la incertidumbre aumenta. Para saber con detalle la aplicacin del mtodo RANS,puede referirse a Al anexo A del API 21.1.

4.3 TCNICAS PARA PROMEDIACINExisten cuatro tcnicas para realizacin de promedios que pueden ser aplicadas durante el muestreo de unavariable de flujo o variables de entradas utilizadas para calcular la cantidad (volumen, masa, energa)requerida o para proveer valores requeridos en los reportes histricos y auditorias.

Estas tcnicas son las siguientes:

Nota: con el objeto de brinda mayor claridad de las tcnicas se colocar un ejemplo en el que pueda seraplicada cada una de las tcnicas de promedio mencionadas.

4.3.1 Calculo del prom edio l ineal dependiente de la existencia de flujo.

Este mtodo realiza el promedio de las variables sin tener en cuenta los valores donde se present lacondicin de flujo cero, de tal forma que si hay flujo el valor de Fi = 1. Pero si se presenta flujo ceroFi=0.

1

1* *

k

f i i i

if

p p t Ft


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Calculo del promedio formulaic1 ponderado de una variable dependiendo del tiempo.

Es similar al mtodo anterior pero adicionalmente tiene en cuenta el grado que posee la ecuacin de flujo, de

tal forma que si es un sistema con placa de orificio Y = 0,5 (*i f iP P ) en caso que sea turbina Y= 1.

1/

1

1 * *kyy y y

f f f i i i

if

p p donde p p t Ft

4.3.2 Calculo del prom edio l ineal pon derado de una variable dependiendo del flujo.

En este caso se realiza la premediacin en funcin de la variacin del rata de la cantidad.

1

1* *

k

f i i i

iz

p p t Wt

Donde Wi:pulsos/K-factor para turbina

*i f iP P Para placa de orificio

4.3.3 Calculo del promedio formulaic ponderado de una variable dependiendo del flujo.

Similar al anterior, anterior pero adicionalmente tiene en cuenta el grado que posee la ecuacin de flujo, de

tal forma que si es un sistema con placa de orificio Y = 0,5 (*i f iP P ) en caso que sea turbina Y= 1.

k

i

iiiy

z

yf

yyff Wtp

tpdondepp

1

/1

**1

Con el objeto de obtener ms informacin acerca de las tcnicas de clculo de promedios referirse al API21.1, Apndice B.

4.4 CALCULO DE LA CANTIDAD CADA HORA Y CADA DAPara dar cumplimiento a los requerimientos API, con respecto a los reportes histricos y de auditoria, lacantidades acumuladas para un perodo dado, Cperodo, es la suma de las cantidades obtenidas durante cadaperiodo multiplicador integral, Cimp o la suma de las cantidades obtenidas durante cada periodo multiplicadorbase, Cbmp.

Las siguientes ecuaciones son las que aplican:

t

i

bmpperiodo

t

i

impperiodo CCoCC00

Para la cantidad acumulada durante una hora, el nmero de muestra mnimas es 1 muestra por cada hora.

Para la cantidad acumulada durante un da, el nmero de muestra mnimas es 24 horas.

1 Denominacin dada en API 21.1 para designar el mtodo de promediacin que considera el grado de laecuacin de calculo de la cantidad medida


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4.5 COMPRESIBILIDAD, DENSIDAD Y PODER CALORFICO

La compresibilidad, la densidad y el poder calorfico pueden ser requeridos como variables en el clculo delas cantidades: masa, energa y volumen.Cuando se requiere la compresibilidad, densidad o el poder calorfico, estos pueden ser determinados

utilizando las ecuaciones de clculo de estndares, reconocidos y apropiados.Los valores de densidad, compresibilidad y poder calorfico, pueden ser introducidos en el calculo como unvalor constante, entrada dinmica dada por un muestreo (se asocia cromatgrafo, densitmetro, calormetroetc.) o como una combinacin de valores constantes y entradas dinmicas dada por un muestreo.

4.6 INFORMACIN DISPONIBLE IN-SITULa referencia API 21.1 describe las especificaciones mnimas que deben suministrar los computadores deflujo en el lugar donde se encuentran instalados. Un resumen de estos requisitos es dado a continuacin conel objeto de brindar informacin que permita la correcta seleccin de un computador de flujo para obteneruna adecuada medicin en el tiempo.

4.6.1 Instalacin medido r diferencial

Para sistemas de medicin de presin diferencial donde los clculos de transferencia de custodia sonejecutados in situ, debe estar disponible la siguiente informacin o debe ser adquirida in situ con undispositivo porttil de recoleccin de datos:

Registros recolectados o utilizados incluyendo la ltima recoleccin de registros:Al menos el promedio cada hora, de los valores de temperatura, presin esttica, presindiferencial. Tambin densidad relativa, contenido de energa y composicin si estos sonrequeridos.

Al menos la cantidad total cada hora.Fechas y horas para todos los valores promedios y totales.Cantidad total acumulada durante cada periodo de medicin especificada contractualmente(periodo definido en acuerdo entre las partes).

Valores de variables de entrada que afectan la medicin, como las siguientes:

Dimetro del orificio de referencia, dimetro interno de referencia del tubo.Calibracin de span de presin esttica, presin diferencial, y temperatura.Valores de entrada de densidad relativa, contenido de energa, composicin, densidad, u otrostrminos requeridos para el adecuado calculo.Lecturas instantneas de los valores de presin, temperatura, presin diferencial, cantidadacumulada, rata de la cantidad, alarmas por condiciones extremas de trabajo, condiciones de error.

Registro en copia dura o electrnica que incluya como mnimo lo siguiente:

Valores de calibracin de equipos (AS LEFT y AS FOUND) para medicin de presin, presindiferencial y temperatura. Tambin densidad relativa, densidad, poder calorfico, composicin delgas en caso existan y sean requeridos.Valores viejos y nuevos de cambios de cualquier variable de entrada que afecta la cantidad

calculada.Un resumen completo de todas las alarmas o condiciones de error que afectan la medicin,incluyendo la descripcin de cada condicin de alarma.Un resumen de indicacin diaria de las horas o porcentaje en el que se present la condicin deflujo cero.Fecha y hora de todos los eventos (cambios realizados en las variables de entrada) en el registro,identificados cronolgicamente.


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Una declaracin de la cantidad, que tenga por lo menos, la cantidad total diaria de transferencia decustodia y promedios de presin esttica, presin diferencial, y temperatura. Tambin densidadrelativa, poder calorfico, composicin, densidad en caso sean requeridas. Esta declaracin debeestar almacenada en la unidad de memoria o disponible in situ, segmentada en intervalos.Un nico nmero de identificacin del sistema de medicin disponible in-situ.

4.6.2 Instalacin medido r l ineal

Para sistemas de medicin lineal donde los clculos de transferencia de custodia son ejecutados in situ,debe estar disponible la siguiente informacin o debe ser adquirida in situ con un dispositivo porttil derecoleccin de datos:

Registros recolectados o utilizados incluyendo la ltima recoleccin de registros:Al menos el promedio cada hora de los valores de temperatura, presin esttica, presindiferencial. Tambin densidad relativa, contenido de energa y composicin si estos sonrequeridos.

Al menos la cantidad total corregida y no corregida cada hora.Fechas y horas para todos los valores promedios y totales.Cantidad total acumulada durante cada periodo de medicin especificada contractualmente(periodo definido en acuerdo entre las partes).

Valores de variables de entrada que afectan la medicin, como las siguientes:

K factor y/o meter factorCalibracin de span de presin esttica, presin diferencial, y temperaturaValores de entrada de densidad relativa, contenido de energa, composicin, densidad, u otrostrminos requeridos para el adecuado calculo.Lecturas instantneas de los valores de presin, temperatura, presin diferencial, cantidadacumulada, rata de la cantidad, alarmas por condiciones extremas de trabajo, condiciones de error.

Registro en copia dura o electrnica que incluya como mnimo lo siguiente:

Valores de calibracin de equipos (AS LEFT y AS FOUND) para medicin de presin,temperatura y meter factor y/o k-factor. As como densidad relativa, densidad, poder calorfico,composicin del gas en caso que existan y sean requeridos.Valores viejos y nuevos de cambios de cualquier variable de entrada que afecte la cantidadcalculada.Un resumen completo de todas las alarmas o condiciones de error que afecten la medicin,incluyendo la descripcin de cada condicin de alarma.Un resumen de indicacin diaria de las horas o porcentaje en el que se present la condicin def lu jo cero.Fecha y hora de todos los eventos (cambios realizados en los variables de entrada) en el registro,identificados cronolgicamente.Una declaracin de la cantidad, que tenga por lo menos, la cantidad total diaria de transferencia decustodia y promedios de presin esttica, y temperatura. Tambin densidad relativa, poder

calorfico, composicin, densidad en caso que sean requeridas. Esta declaracin debe estaralmacenada en la unidad de memoria o disponible in situ, segmentada en intervalos.Un nico nmero de identificacin del sistema de medicin disponible in-situ.

4.7 REQUERIMIENTOS PARA REPORTE Y AUDITORIA

De acuerdo con la norma API 21.1, el sistema EGM (medicin de gas electrnica) debe ser capaz deestablecer la rastreabilidad (audit. Trail) del sistema, por la compilacin y retencin de informaciones


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suficientes, para verificar cantidades de transferencia de Custodia, el desempeo de la operacin delsistema y garantizar la inviolabilidad de los datos.

Esta rastreabilidad (audit Trail) incluye los siguientes tipos de reportes:

Registro de Cantidades Transaccionadas (QTR). Registro de Eventos (Event Log). Registro de Alarmas de proceso (Alarm Logs). Registro de Ensayos.

El audit trail y los reportes definen :

Los requerimientos mnimos de un registro de cantidad de transaccin y registros de una cantidadde transaccin corregida.

Documentacin asociada con la operacin de un EGM. Los perodos mnimos de retencin de datos para asegurar y verificar la integridad de los registros

de rastreabilidad (audit. trail).

La razn primaria por el cual se retienen los datos histricos es para proveer soporte a las cantidadesreportadas en la medicin y declaracin de cantidadpara un ciclo de conteo dado.

4.7.1 Registro de cantidades transaccio nadas

El registro de cantidades transaccionadas es el grupo de datos histricos e informacin que soporta lacantidad contada o cantidades de volumen, masa o energa. El registro de la cantidad de transaccin seridentificada por un nico identificador alfanumrico denotando un dispositivo de medicin electrnico yelemento primario especifico.

Para el caso de los medidores tipo diferencial el registro debe poseer:Fecha del perodo, horas, cantidad, tiempo de flujo, presin diferencial, temperatura de flujo, presinesttica y densidad relativa.Debe existir el registro de las cantidades transaccionadas cada da y cada hora.

Para el caso de los medidores tipo lineal el registro debe poseer:Fecha del perodo, horas, cantidad, cantidad no corregida, tiempo de flujo, temperatura de flujo, presinesttica y densidad relativa.Debe existir el registro de las cantidades transaccionadas cada da y cada hora.

4.7.2 Registro de cantidades transaccio nadas corregid as

El registro de cantidades transaccionadas corregidas provee las constantes y parmetros variablesoriginales y los corregidos.

Cuando se habla de corregidos, se refiere a:

Constantes de algunos parmetros de flujo que fueron corregidas por una anterior configuracinincorrecta, o que la constante posee un error en el tiempo. Parmetros de flujo dinmicos corregidos como resultado de una calibracin, fallo, condiciones de

operaciones adversas equipo de medicin.

El registro de cantidades transaccionadas corregidas, es requerido para reflejar los cambios con respecto alos valores originales de las constantes y variables dinmicas que son utilizadas en el registro de cantidadestransaccionadas finales.


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El resultado de la comparacin entre los resultados originales y corregidos permite tomar decisiones conrespecto a la correccin de los parmetros originales y el clculo del registro de cantidad revisado.

Adicionalmente este registro clarifica y justifica el ajuste de cantidades finales.

4.7.3 Reporte de Configu racin (Config Log ).Este reporte contendr e identificar todo los parmetros constantes de flujo usados en la generacin de unregistro de cantidad transaccionada. Este reporte debe tener como mnimo la siguiente informacin dada enlas tablas:

Tabla 1. Lista de los parmetros mnimos que debe poseer el reporte de configuracin

Medidor tipo diferencial Medidor l ineal

Identificacin del medidor Identificacin del medidorFecha y hora Fecha y horaPresin atmosfrica Presin atmosfricaPresin base Presin baseTemperatura base Temperatura baseDimetro interno del tubo de referencia del medidor Meter Factor

Dimetro de referencia del orificio de la placa k FactorLocalizacin de la toma de la presin esttica Rango de presin esttica calibradoConfiguracin de la toma de presin Rango de presin diferencial calibradoMaterial de la placa de orificio Rango de temperatura calibradaMaterial del tubo del medidor Diferencial bajo "Cut off"Rango de presin esttica calibrado Densidad relativa*Rango de presin diferencial calibrado Compresibilidad*Rango de temperatura calibrada Componentes del gas*Diferencial bajo "Cut off"Densidad relativa*CompresibilidadComponentes del gas*

4.7.4 Registro de eventos (Event log)El registro de eventos es utilizado para anotar y registrar excepciones y cambios en los parmetros de flujocontenidos en el reporte de configuracin que ocurren y generan impacto en el registro de la cantidadtransaccionada. Los eventos incluyen, los cambios o modificaciones de los parmetros dados en la Tabla 1.

4.7.5 Registro de ensayos

Consiste en el registro o documentacin de pruebas realizadas a los equipos de medicin que puedanafectar el clculo de la cantidad medida. Estos registros contienen generalmente las calibraciones yverificaciones realizadas a los equipos de medicin.

5 INSTALACIN DE EQUIPOS

5.1 INSTALACIN DE TRANSDUCTORES

Los transductores deben ser instalados en concordancia con las recomendaciones del fabricante y larevisin actual del Cdigo Nacional Elctrico.

Los transductores utilizados en los sistemas de medicin en transferencia de custodia expuestos alambiente deben ser protegidos.


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Para sistemas de presin diferencial se permite conectar el transductor de presin esttica en cualquiera delas conexiones del diferencial (puede ser la toma aguas arriba o aguas abajo). No se acepta que la toma depresin esttica se separe de las del diferencial.

fullinst

Presin

diferencialPresin

esttica

Presin

diferencial

Presin

esttica

fullinst

Presin

diferencialPresin

esttica

fullinst

Presin

diferencialPresin

esttica

Presin

diferencial

Presin

esttica

Figura 13. Instalacin adecuada del transductor de presin esttica en un sistema de medicin por presindiferencial

5.2 INSTALACIN COMPUTADOR DE FLUJO Y EQUIPO DE COMUNICACIN.

El dispositivo EGM y el equipo de comunicacin asociada, debe ser instalado y mantenido en concordanciacon las recomendaciones del fabricante y el Cdigo Elctrico Nacional. Adicionalmente:

Los materiales de la instalacin deben ser compatibles con los riesgos que se presenten en laaplicacin (Temperatura de operacin, Presencia de ambientes corrosivos, y clasificacin de reaspeligrosas).

El equipo debe poseer proteccin contra interferencias de radio frecuencia. De tal forma que no

pueda influir en el funcionamiento adecuado del computador de flujo. En caso de no estar aprobado para instalacin en reas peligrosas, se recomienda la instalacin de

este sistema con base en los lineamientos dados en el documento de AGA Classification, of gasutility Areas for Electrical Installations.

La instalacin del computador de flujo debe prever la ubicacin de un aterrizaje con el objeto dedesviar picos de alta energa elctrica y altos voltajes por efectos de interferencia electromagntica.La tierra debe poseer la ms baja resistencia posible. Las mejores condiciones son obtenidascuando proporcionan una conexin directa al punto de igualacin de potencial y este a la varilla deaterrizaje por un cable lo ms corto y grueso posible. El diseo del aterrizaje se debe realizar enacuerdo con las recomendaciones del fabricante y el Cdigo Elctrico Nacional.


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Figura 14. Esquema de un ejemplo de aterrizaje del computador de flujo6 VERIFICACIN Y CALIBRACIN DE EQUIPOSEl sistema de medicin electrnica (incluye computador de flujo y transductores) debe ser capaz de brindaruna incertidumbre asociada a la cantidad total objeto de la medicin, no mayor de 1.0% dentro de lascondiciones normales de operacin de presin y temperatura. (de acuerdo a los requerimientos reportadospor el API 21.1)

Es vlido aclarar que este criterio no incluye la incertidumbre asociada al dispositivo primario. Si variascondiciones de operacin se presentan tales como pulsaciones de flujo, flujo multifase, etc, el valor deincertidumbre puede aumentar. Por tanto es recomendable la eliminacin de todas estas condicionesanmalas.

Los dispositivos asociados al computador de flujo que requieren ser calibrados y verificados son:

Transmisor de presin esttica. Transmisor de presin diferencial Transmisor de temperatura Generador y contador de pulsos Cromatgrafo en lnea Densitmetro

Ubicacin del aterrizaje


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Adicionalmente estos dispositivos requieren de verificacin, la cual se realiza en campo con equipos paracalibracin con trazabilidad demostrada. Para ver detalles de requerimientos acerca de la verificacin de losdispositivos referirse a API 21.1 Numeral 1.8.

En cuanto a los equipos para la calibracin/verificacin, API 21.1 recomienda utilizar patrones que poseanuna incertidumbre por lo menos dos veces mejor que la caracterstica del transmisor. De tal forma que si eltransmisor posee una incertidumbre de 0,2% (k=2), el patrn para calibracin o verificacin debe ser de 0,1% (k=2).

7 SELECCIN DE EQUIPOS

7.1 ELEMENTOS SECUNDARIOSEscoger el transductor correcto para su aplicacin puede significativamente reducir los costos a largo plazode su sistema proveyendo mayor exactitud y reduciendo costos de mantenimiento.

Existen varios tipos de transmisores que estn disponibles en el mercado para aplicaciones EGM. Entre lagama de sensores se encuentra una diferencia bien considerable que se presentan a continuacin:

7.2 TRANSMISOR ANLOGO ASOCIADO AL COMPUTADOR DE FLUJO.Este transmisor anlogo convierte la seal anloga del proceso variable a un valor digital mediante undispositivo conversor anlogo/digital. El transmisor a esas condiciones se convierte nuevamente a un valoranlogo (tpicamente 4 a 20 mA) por medio de su conversos digital a anlogo (D/A). Esta seal anloga esentonces convertida por el computador de flujo de anloga a digital con un convertidor anlogo/digital.

La venta del computador de flujo se realiza con frecuencia junto al transmisor de forma que los factores decorreccin y linealizacin del transmisor estn dentro del procesador del computador de flujo.

7.3 TRANSMISORES INTELIGENTES

En los transmisores inteligentes, la variable de proceso es convertida a un formato digital por el conversordel transmisor anlogo/digital. El valor final de proceso permanece en su forma digital y es ledo

directamente por el procesador del computador de flujo quien realiza el procesamiento de clculos.

Un transmisor inteligente incorpora un microprocesador y memoria que permite retener coeficientes decorreccin, informacin del mdulo, factores de linealizacin, caractersticas de fabricante. Esto permite quelos transmisores inteligentes puedan ser reemplazables o removidos de un computador de flujo a otro sinprdidas de caractersticas de fbrica.

7.3.1 Transmi sores con vencio nales vs Transm isores intel igentes.

Como ya se haba comentado, los transmisores convencionales poseen su caracterizacin residiendodentro del computador de flujo, de tal forma que si ocurre un dao al sensor, la unidad completa debe sernuevamente caracterizacin. En los transmisores inteligentes este inconveniente no se presenta porqueestos sensores son reemplazables, debido a que sus factores de caracterizacin estn intrnsecos en eltransmisor.

Los transmisores inteligentes poseen una mayor exactitud que los transmisores convencionales, enalgunas ocasiones hasta tres veces mayor. Esto es debido a que en el transmisor inteligente solo realiza unaconversin (anloga/digital) y entra directamente al procesador del computador de flujo. Mientras que eltransmisor convencional realiza dos conversiones (anloga/digital - digital/anloga) y entra al computadorpara efectuar otra conversin (anloga /digital). De tal forma que el tratamiento de seal influye en laexactitud de la medicin.


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Los transmisores inteligentes pueden poseer mayores caractersticas de estabilidad, en algunos casos hastacuatro veces en comparacin con los transmisores anlogos convencionales. Como ejemplo: un transmisoranlogo con una estabilidad de 0,2% fuera del lmite despus de seis meses de la ltima verificacin,mientras que el transmisor inteligente posee una estabilidad de 0.1% despus de 12 meses. Adicionalmenteel uso de un transmisor inteligente permite obtener ahorros por costos asociados a los intervalos de

calibracin debido a que los intervalos aumenten y por tanto la intervencin de patrones, equipos y personal,disminuye.

7.4 TRANSMISORES MULTIVARIABLESActualmente es muy comn encontrarlos en computadores de flujo. Estos transmisores pueden medirpresin estticas, presin diferencial y poseer asociado un termmetro para medicin de temperatura defluido.No todos los sensores multivariables poseen sensores inteligentes, ya que depende de la caractersticas

metrolgicas de la aplicacin. En transferencia de custodia lo ms lgico es obtener transmisoresmultivariables inteligentes por las altas exactitudes que exige la aplicacin.

La mayor v entaja de un transmisor m ul t ivar iab le es su cos to. Un simple transmisor multivariable puedereemplazar tres transmisores convencionales a un valor casi de mitad de precio.

Figura 15. Ejemplo de un transmisor multivariable.

Figura 16. Modelo de transmisor multivariable.


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7.5 SELECCIN DE UN COMPUTADOR DE FLUJO

Antes de la llegada de los computadores de flujo, los registros con carta circulares eran el pilar principal de

la medicin de flujo. Como ejemplo la carta de registro en papel para la cada de presin en una placa.Estas cartas reunan y enviaban a la compaa de gas semanal o mensualmente las bases para laintegracin. El proceso de integracin era lento y en algunos casos se presentaba la posibilidad de medirgas cuando no haba disponibilidad de las cartas. Las muestras de gas se realizaban t r imestra lmentey lainformacin del anlisis de gas era remitida al departamento que se encargaba del clculo de volumen,masa o energa de gas.

Con los computadores de flujo, la responsabilidad de entrar y mantener la informacin usada para el clculode la cantidad de gas registrada y mantener la informacin del audit trail se ha transferido de las oficinas acampo. Otras pocas responsabilidades como la archivacin se mantienen en la oficina.

Teniendo en cuenta las responsabilidades que posee un computador de flujo y las caractersticas tpicasque se encuentran en el mercado, se enuncian a continuacin factores importantes que deben serconsiderados al escoger un computador de flujo:

Opciones de configuracin AGA: Verificar que el computador posea la opcin de configuracinpor parte del usuario de las ecuaciones que correspondan a la determinacin de la cantidad,adecundose al tipo de sistema de medicin y los elementos secundarios asociados.

Tcnicas de promediacin: API 21.1 define cuatro tipos de tcnicas de promediacin explicadasanteriormente. El computador de flujo deber soportar estas tcnicas y permitir al usuarioseleccionarla. Si solo posee una tcnica de promediacin, este deber ser el mejor mtodo para suaplicacin.

Capacidad de expansin futura.Dentro de los proyectos que inician con un sistema de medicin bsica se pueden encontrar en el tiemporequerimiento de esquemas de control y monitoreo de inyeccin de odorante, control de blow down, control

de condensados, control de purgas, etc. A la escogencia de un computador de flujo se debe tener en cuentala visin que posee la compaa en cuanto estos tipos de control y monitoreo, debido a que algunoscomputadores de flujo poseen caractersticas de monitoreo y conexiones de salida que permiten enviarseales de control (por ejemplo a una vlvula para purga) que permiten suplir estas necesidades.

Configuracin de seguridadLa habilidad para mantener la configuracin en la EEPROM (MEMORIA DEL COMPUTADOR DE FLUJO)debe ser provista para proteger el EGM contra perdida de configuraciones en el evento de una inicializacinde memoria, tambin conocido como arranque en fri.

Configuracin y formato de la base de datos de los histricos.Debido a los cambios de requerimiento de los histricos de compaa a compaa, Es funcional que launidad permita tomar la decisin de definir los puntos que sern archivados.

Disponibilidad de puertos de comunicacin.Los computadores de flujo proveen mltiples puertos de comunicacin para ambos: software y hardware detal forma que permite gran flexibilidad y conexiones a varios tipos de dispositivos de comunicacin. Elcomputador de flujo debe proveer los puertos necesarios para su aplicacin y tener en cuenta posiblesexpansiones.


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Accesos de teclado local.Un teclado asociado a un computador de flujo permite simplificar el acceso para editar informacin ycalibracin de tal forma que permite incrementar la eficiencia del operador.

El consumo de electricidad posee un impacto definido sobre el costo inicial de una instalacin decomputador de flujo, y el ms abajo en consumo de electricidad es el mejor. Los computadores de flujoactuales consumen una fraccin de la energa de sus precursores, tpicamente menos de un vatio para unaunidad bsica. La reduccin de pasar del panel solar y exigencias de batera considerablemente puede bajarel coste instalado del computador de flujo.

8 computadores de flujo

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