herramienta informática para localizar puntos de fuga en

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones

TRABAJO DE DIPLOMA

Herramienta informática para localizar puntos de fuga

en la red de cables de cobre presurizada

Autor: Nelson Benítez Méndez

Tutor: Ing. Alain Yumar Hernández

Consultante: MSc. Carlos Rodríguez López

Santa Clara

2012

“Año 54 de la Revolución "

Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas

Facultad de Ingeniería Eléctrica

Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones

TRABAJO DE DIPLOMA

Herramienta informática para localizar puntos de fuga

en la red de cables de cobre presurizada

Autor: Nelson Benítez Méndez

E-mail: [email protected]

Tutor: Ing. Alain Yumar Hernández

Especialista C en Telemática. Dirección Territorial de ETECSA en

Camagüey.


Consultante: MSc. Carlos Rodríguez López

Prof. Dpto. de Telecomunicaciones y Electrónica.

Facultad de Ingeniería Eléctrica. UCLV.


Santa Clara

2012

“Año 54 de la Revolución "

mailto:[email protected]



Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta

Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería

en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución,

para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá

ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.

Firma del Autor

Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la

dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de

esta envergadura referido a la temática señalada.

Firma del Tutor

Firma del Jefe de Departamento

donde se defiende el trabajo

Firma del Responsable de

Información Científico-Técnica

i

PENSAMIENTO

Nada sugiere tanta y tan hermosa Literatura como un párrafo de ciencia.

José Martí

ii

DEDICATORIA

A mis abuelos, que son mi fuerza espiritual.

A mis padres, que me enseñaron a amar esta ingeniería.

iii

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo de diploma no es la simple culminación de mi carrera universitaria, es la

coronación de cuanto hasta aquí he vivido. Agradezco a todos los que han tomado

participación en mi vida desde el mismo momento que nací.

GRACIAS.

iv

TAREA TÉCNICA

1. Realización de una búsqueda bibliográfica para conformar el marco teórico de la

investigación.

2. Estudio del sistema de presurización de las redes de cables de cobre de ETECSA.

3. Caracterización del sistema de monitoreo y gestión de las redes de cables de cobre

presurizadas de ETECSA.

4. Revisión de los métodos existentes para localizar manualmente el punto de fuga.

5. Análisis del procedimiento matemático necesario para modelar computacionalmente el

método de localización de fuga escogido para implementar una herramienta informática,

que permita localizar puntos de fuga en los cables telefónicos presurizados.

6. Estudio del software que permitirá implementar la herramienta informática, dada sus

exigencias matemáticas.

7. Implementación de la herramienta informática para localizar puntos de fuga en la red de

cables de cobre presurizada.

8. Comparación entre los resultados obtenidos con la aplicación de la herramienta

informática y los arrojados por el sistema de monitoreo y gestión de la presurización de

ETECSA.

9. Elaboración del informe de tesis.

___________________ ___________________

Firma del Autor Firma del Tutor

v

RESUMEN

La presurización de cables telefónicos constituye hoy el método más utilizado para preservar los

parámetros eléctricos de los pares conductores, su implementación debe ser complementada con

métodos apropiados de monitoreo y gestión. En los últimos años el sistema de gestión de la

presurización en ETECSA ha presentado inestabilidad, por tal motivo se realizó una

investigación con el objetivo de desarrollar una herramienta informática para localizar puntos de

fuga en la red de cables de cobre presurizada. La misma se nombró LP_Fuga y se encuentra en

fase de prueba en la Dirección Territorial de ETECSA en Camagüey. Constituye una aplicación

que brinda un grupo de ventajas que no presenta el sistema de gestión y monitoreo de la

presurización NiDA 2 utilizado por esta empresa tales como: la localización eficaz de puntos de

fugas; permite la introducción manual de los valores de presión, lo que posibilita analizar las

corazas existentes en regiones que no cuentan con sistemas de gestión y en casos de fallas del

mismo; se puede instalar sin restricciones en una PC común; facilita el trabajo del operario y lo

provee de una nueva herramienta, además su uso pudiera extenderse a otros territorios.

vi

TABLA DE CONTENIDOS

PENSAMIENTO ............................................................................................................................... i

DEDICATORIA .............................................................................................................................. ii

AGRADECIMIENTOS ................................................................................................................. iii

TAREA TÉCNICA ......................................................................................................................... iv

RESUMEN ....................................................................................................................................... v

INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................... 1

Organización del informe ........................................................................................................... 3

CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA SOBRE ASPECTOS GENERALES DE

PRESURIZACIÓN .......................................................................................................................... 4

1.1 Reseña histórica acerca de los sistemas de presurización............................................ 4

1.2 Objetivos y ventajas de la presurización ..................................................................... 5

1.3 Limitaciones ................................................................................................................ 7

1.4 Definiciones y unidades de medida ............................................................................. 8

1.4.1 Presiones ..................................................................................................................... 8

1.4.2 Capacidad neumática .................................................................................................. 9

1.4.3 Flujo gaseoso ............................................................................................................ 10

1.4.4 Resistencia neumática .............................................................................................. 11

1.5 Componentes de un sistema de presurización ........................................................... 12

1.5.1 Fuente de alimentación ................................................................................................ 13

1.5.2 Panel de distribución ................................................................................................ 14

1.6 Sistemas de monitoreo y gestión de la presurización ................................................ 14

vii

1.6.1 Transductores ............................................................................................................... 15

1.6.2 Unidades de adquisición de datos ............................................................................ 16

1.6.3 Unidad central de procesamiento ............................................................................. 16

1.6.4 Los sistemas de monitoreo y gestión de la presurización en el mundo .................... 17

1.7 Localización de fugas ................................................................................................ 18

1.7.1 Régimen estacionario ............................................................................................... 18

1.7.2 Variación de presión en el cable .............................................................................. 19

1.7.3 Curvas gradientes ..................................................................................................... 20

1.7.4 Métodos de localización de fugas ............................................................................ 21

1.7.4.1 Gradiente de presión ........................................................................................ 21

1.7.4.2 Mediciones sucesivas ...................................................................................... 22

1.7.4.3 Mediciones simultáneas .................................................................................. 22

1.7.4.4 Medición de la presión por los extremos de una sección de cable .................. 23

1.7.4.5 Análisis de flujo gaseoso ................................................................................. 24

1.7.4.6 Medición de la resistencia neumática .............................................................. 25

1.7.4.7 Supervisión por telemedición .......................................................................... 25

CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................................... 26

2.1 Estado actual del sistema de presurización en ETECSA ........................................... 26

2.1.1 El TP 204M .............................................................................................................. 28

2.1.2 El MiniDAS 2400 ..................................................................................................... 29

2.1.3 El terminal portátil LC442/DP3 ............................................................................... 31

2.1.4 Unidad Central NiDA ............................................................................................... 32

2.2 Sistema de monitoreo y gestión de la red de cobre presurizada NiDA 2 .................. 32

2.2.1 Topología del sistema NiDA 2 y configuración utilizada por ETECSA ................. 33

2.2.2 Localización de fugas NiDA 2 ................................................................................. 35

2.2.2.1 Localización de fugas mediante el Diagram ................................................... 36

2.2.2.2 Representación esquemática de las fugas en el Synoptic ................................ 36

2.2.3 Limitaciones del sistema de monitoreo y gestión de la presurización en ETECSA 37

viii

2.3 Propuestas de procedimientos para localizar aproximadamente puntos de fuga ....... 39

2.3.1 Propuesta de procedimiento basada en el análisis de la resistencia neumática del

cable .................................................................................................................................. 39

2.3.2 Propuesta de procedimiento basada en la modelación computacional del método del

gradiente de presión .............................................................................................................. 40

2.4 Desarrollo del procesamiento matemático necesario para la modelación

computacional del método del gradiente de presión ................................................................ 41

2.4.1 La recta ..................................................................................................................... 42

2.4.2 La derivada ............................................................................................................... 43

2.4.3 La interpolación ........................................................................................................ 44

2.5 Implementación de la herramienta informática para localizar puntos de fuga .......... 45

2.5.1 Utilización de la función plot ................................................................................... 47

2.5.2 Utilización de la función fit ...................................................................................... 48

2.5.3 Utilización de la función differentiate ...................................................................... 48

CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LA APLICACIÓN DE LA HERRAMIENTA

INFORMÁTICA ........................................................................................................................... 49

3.1 Presentación de la herramienta informática ............................................................... 49

3.1.1 Escenario .................................................................................................................. 49

3.1.2 Descripción de las funciones .................................................................................... 50

3.2 Resultados .................................................................................................................. 52

3.3 Ejemplos de los resultados obtenidos ........................................................................ 55

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................. 61

Conclusiones ………………………………………………………………………………..61

Recomendaciones ..................................................................................................................... 62

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ........................................................................................... 63

ANEXOS ........................................................................................................................................ 65

Anexo I Ambiente de NiDA 2 ................................................................................................. 65

ix

Anexo II Ambiente de LP_Fuga ............................................................................................... 67

Anexo III Código principal de los botones Entrar Datos y Analizar ............................... 67

INTRODUCCIÓN 1

INTRODUCCIÓN

El uso de redes de fibra óptica logra una eficiencia superior a las de cobre, sin embargo su costo

es mucho más alto. En Cuba ha sido solo instalada en la red de transporte. El desarrollo de

tecnologías RDSI (Red digital de servicios integrados) y xDSL (x Digital Suscriber Line) en sus

múltiples variantes, ha permitido que el par de cobre no sólo sea utilizado para telefonía básica,

hoy esta prestación constituye una más dentro de la gama de servicios que se ofrecen utilizando

este medio, aprovechándose así la infraestructura instalada.

La necesidad de brindar un soporte confiable a todos los servicios que transitan por los pares de

cobre, resalta la importancia de conservar sus características eléctricas. Las interrupciones de

estos conductores generalmente provocan una demora prolongada en su restablecimiento,

ocasionando molestias a los abonados y afectando sus prestaciones.

Con el objetivo de proteger los cables telefónicos (denominados corazas) de la entrada de agua o

humedad se institucionaliza en los años 40 del pasado siglo la presurización, técnica que consiste

en inyectar dentro del cable un gas seco, generalmente aire, para mantener en su interior una

presión mayor a la del medio a que está sometido. Hoy constituye el método más importante para

preservar los parámetros eléctricos de los pares de cobre.

A partir de 1990 surgen los sistemas de monitoreo y gestión de la presurización, reduciendo los

tiempos de localización de fugas y los costos de mantenimiento. El costo de una reparación

cuando la falla en una coraza es localizada con precisión por un sistema de monitoreo y reparada

antes de que los clientes sean afectados, comparado con el costo de reparación y tiempo fuera de

servicio si esta se humedece y se interrumpe, puede calcularse en cientos de miles de pesos como

resultado directo de la eliminación de emergencias (Pascual, 2007).

Con la creación de la Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA) en 1994 se

extendió el uso de la presurización a todas las provincias del país. Sin embargo, no fue hasta el

INTRODUCCIÓN 2

año 2001 que se logró introducir el sistema de monitoreo y gestión de la presurización NiDA

1.15q y luego NiDA 2 desde el 2009, en las Direcciones Territoriales de La Habana, Matanzas,

Villa Clara, Cienfuegos, Camagüey, Holguín y Santiago de Cuba, quedando actualmente sin ser

monitoreados el 42 % de los cables presurizados.

El actual sistema de supervisión presenta un conjunto de limitantes que merecieron el

planteamiento de la siguiente situación problémica: el sistema de monitoreo y gestión de la red

de cables de cobre presurizada en ETECSA ha presentado inestabilidad en los últimos años. En

períodos de interrupción del sistema y además en aquellas redes que no están gestionadas, la

determinación del punto de fuga se realiza manualmente, lo que implica poca exactitud y dificulta

el trabajo del operador.

Surge así la necesidad de preguntarse: ¿Cómo desarrollar una herramienta informática que

permita localizar puntos de fuga en los cables telefónicos presurizados y facilite la labor del

operador?

Para dar respuesta al problema científico planteado se propone como objetivo general:

Desarrollar una herramienta informática para localizar puntos de fuga en la red de cables

de cobre presurizada.

Del objetivo general se derivan los siguientes objetivos específicos:

Seleccionar el método más apropiado para localizar puntos de fuga en el sistema de

presurización de ETECSA.

Desarrollar el procesamiento matemático necesario para modelar computacionalmente el

método seleccionado.

Implementar la herramienta informática para localizar puntos de fuga en la red de cobre

presurizada.

Comparar los resultados que se obtienen mediante la aplicación de la herramienta

informática con el software propietario NiDA 2.

A partir de los objetivos surgen como interrogantes científicas:

¿De los métodos existentes para localizar manualmente fugas, qué método seleccionar para

desarrollar la herramienta informática?

¿Qué procedimientos matemáticos se necesitan para lograr la modelación computacional del

método seleccionado?

INTRODUCCIÓN 3

¿Qué software utilizar para implementar la herramienta informática, una vez conocidas sus

exigencias?

¿Qué beneficios se obtienen con la aplicación de la herramienta informática?

Como resultado de este trabajo de diploma, se pretende obtener una aplicación que permita

localizar puntos de fuga en la red de cobre presurizada, antes que el servicio resulte afectado. De

este modo el operario del sistema de monitoreo y gestión dispondrá de una herramienta

alternativa ante posibles fallas, además podrá determinar las averías en las redes presurizadas que

no cuentan con dicho sistema. Su uso se podría extender a otros territorios del país.

Organización del informe

El informe de la investigación se estructurará en introducción, capitulario, conclusiones,

recomendaciones, referencias bibliográficas y anexos.

Introducción: Se define la importancia, actualidad y necesidad del tema que se aborda, además de

los objetivos propuestos.

Capítulo I: Expone un estudio general de los sistemas de presurización de los cables de cobre y

de los métodos existentes para localizar puntos de fuga.

Capítulo II: Se analiza todo el sistema de presurización instalado en Cuba, incluyendo el sistema

de monitoreo y gestión. Se selecciona el método de localización de fuga utilizado para

implementar la herramienta informática y se desarrolla el procesamiento matemático necesario

para modelar dicho método. Por último se explica el algoritmo fundamental seguido en la

implementación.

Capítulo III: Se expone como quedó implementada la herramienta informática y se comparan

los resultados de su aplicación práctica con los arrojados por el NiDA 2.

CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA SOBRE ASPECTOS GENERALES DE PRESURIZACIÓN 4

CAPÍTULO 1. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA SOBRE ASPECTOS

GENERALES DE PRESURIZACIÓN

La existencia de miles de kilómetros de cables de cobre en las redes de planta exterior exige

optimizar su uso para servir como soporte fiable a las nuevas necesidades de ancho de banda de

los clientes, siendo necesario que los pares telefónicos mantengan en buen estado sus parámetros

eléctricos. Como resultado de esta necesidad se han creado varios métodos de protección, de

acuerdo a la época y al desarrollo tecnológico que se alcanza en esta. Ejemplo de ellos han sido

el uso del rectificador catódico (Labrado, 2010), más tarde se utilizó el cable de cobre con

cubierta protectora de PVC rellenos con gel y luego surge el método de presurización. El mismo

se perfecciona con la utilización de sistemas de supervisión a distancia. Hoy la presurización

constituye la técnica más utilizada para la protección de los pares de cobre

En el presente capítulo se realiza un análisis teórico de los sistemas de presurización, sus

objetivos, ventajas y limitaciones. Además se hace un estudio de los conceptos y unidades de

medidas necesarias para una correcta comprensión del tema, se refieren sus principales

componentes y los sistemas de monitoreo y gestión de estas redes. Por último se detallan los

aspectos relacionados con la localización de fugas en los cables y los métodos empleados para

este fin.

1.1 Reseña histórica acerca de los sistemas de presurización

La presurización de cables telefónicos fue instituida por primera vez en la década del 40 del siglo

XX, con el fin de proteger los cables telefónicos de la entrada de humedad (Plath, 2006).

Hasta finales de los 70 la mayoría de los cables presurizados eran supervisados por medio de

llaves de presión instaladas a lo largo del cable a intervalos prefijados, de manera que cuando la


presión descendía por debajo de un cierto umbral, se enviaba una alarma a la central telefónica

(Puregas, 2002).

Al detectarse una alarma el personal de mantenimiento debía enfrentarse a la siguiente situación

(Puregas, 2002) :

Se suponía que la fuga debía encontrarse aproximadamente a la mitad de la distancia entre

las llaves de presión anterior y posterior a la que resultase la alarma.

Sin importar el momento el personal de mantenimiento debía partir a solucionar la falla.

Se requerían de 3 a 4 días para reparar la avería.

Para lograr cambiar este modo de operación, comenzó la búsqueda de un sistema eficiente de

monitoreo que detectara rápidamente cualquier anomalía e identificara precisamente y en tiempo

la ubicación de la falla. A partir de los años 90 surgen los sistemas automatizados de monitoreo y

gestión de la presurización, que basan su funcionamiento en la información ofrecida por

transductores de presión instalados en los cables.

A lo largo de los años se ha difundido el uso de la presurización para abarcar otros tipos de

transportadores de comunicación tales como: cable Fibra Óptica, Cable coaxial y guías de ondas

(Plath, 2006).

1.2 Objetivos y ventajas de la presurización

Presurizar un cable telefónico consiste en inyectar un gas seco a presión en su interior, con el

propósito de mantener dentro del mismo, una presión superior a la atmosférica y/o hidráulica a la

que está sometido, evitando la penetración de humedad o agua en caso de presentar una falta en

su cubierta protectora, o en algún cierre de empalme (figura 1.1) (Belleza y Szymancyck,

1995).Idealmente lo que se persigue es mantener a lo largo del cable una presión constante y que

el consumo de gas sea cero (Pascual y Bocalandro, 2009).

La utilización de esta técnica en las empresas de telecomunicaciones ha demostrado que reduce la

cantidad de averías de circuitos, asegurando la continuidad del servicio y la consiguiente

disminución de quejas de abonados.


Figura 1.1. Esquema de un cable presurizado.

En muchas ocasiones el agua no logra introducirse por la cubierta de un cable, pero no ocurre lo

mismo con la humedad o vapor de agua contenido en el aire, que siempre lo consigue al

producirse una succión capilar denominada respiración del cable. La misma es causada por los

cambios de temperatura en su interior (Belleza y Szymancyck, 1995).

El agua, con su alta constante dieléctrica, altera la capacidad mutua entre pares y genera pérdidas

dieléctricas que se incrementan conforme aumenta la frecuencia transmitida. El fenómeno de la

electrólisis estará presente acentuando el deterioro (SEC-VAC, 2010). Mientras más humedad se

absorbe, más se degrada el aislamiento eléctrico. La circulación de gas seco permite el secado

permanente del interior del cable, conservando intactas sus características de aislamiento, así

como su vida útil. De esta forma se conservan los parámetros eléctricos de los cables.

La presurización también evita la sustitución de secciones enteras de cables, así como tener que

abrir su cubierta o mangas de empalmes; permitiendo que tanto la localización, como la

reparación de fallas, puedan desarrollarse en el menor tiempo posible y mediante procedimientos

sencillos, antes que los circuitos sufran interrupciones o se vea afectado el servicio (Jorge, 2011).

La protección que brinda la presurización a la red de cobre, aumenta la disponibilidad del sistema

telefónico, con una sensible disminución en la interrupción del servicio y por consiguiente, de la

pérdida de ingresos por disminución del tráfico (Puregas, 2002).

Con esta técnica se logra una mejor organización de las labores de mantenimiento, permitiendo

dilatar en el tiempo y programar convenientemente, aquellas intervenciones correctivas relativas


a fallas pequeñas; cuya dinámica no sea preocupante, que podrán ser ignoradas y aplazar su

reparación indefinidamente, enfocando la atención en las averías más urgentes.

Estas fallas pequeñas son averías que consisten en pequeños agujeros o grietas que no pueden ser

detectados por ningún otro sistema de control, pero que se ponen en evidencia por la aplicación

de la presurización; con el paso del tiempo el servicio telefónico no se verá comprometido

(Puregas, 2002).

La presurización permite que las reparaciones se puedan programar en jornadas normales de

trabajo y en épocas favorables, en lugar de tener que acudir a estas en condiciones de emergencia.

Garantizándose la estabilidad del servicio bajo cualquier condición ambiental (Belleza y

Szymancyck, 1995). Todas las ventajas mencionadas contribuyen a la reducción de los costos de

mantenimiento y los gastos de mano de obra, productos de la atención del sistema y la

reparación de averías.

1.3 Limitaciones

Mantener un cable presurizado no imposibilita que se produzcan averías en los circuitos, como

consecuencia de daños importantes en las cubiertas de los cables (Pascual y Bocalandro,

2009).Estos daños pueden ser ocasionados por fatigas del material, porosidades de las soldaduras,

cortaduras, perforaciones y roturas provocadas por máquinas excavadoras, fuego, roedores, rayos,

corrosión por derramamiento de químicos o corrosión electrolítica (Labrado, 2010). Los cables y

accesorios que se presurizan deben resistir la presión interna máxima prevista. Cuando por

desperfectos, la presión existente dentro de una coraza presurizada cae por debajo de la existente

en el exterior, se revierte el proceso y se absorbe el agua.

Para la aplicación de este sistema, en la red no pueden existir empalmes no presurizables o

bloqueados, con parafina u otro material, que impida la libre circulación del gas (Pascual y

Bocalandro, 2009). Además se debe velar porque los equipos de deshidratación de aire no bajen

su rendimiento, el aire inyectado tendría un alto contenido de humedad (Domínguez, 2009).

Su implementación debe ser complementada con métodos apropiados de monitoreo, que

incluyan, la medición precisa de la presión y flujo de gas, así como que permitan localizar y

reparar las fugas antes que el servicio pueda ser afectado.


La distancia entre el punto de inyección y el punto más alejado de la red debe limitarse, de

modo que se garantice la protección a todo lo largo del cable y, en caso de fuga, la presión no

descienda por debajo de lo previsto sin que se accione el dispositivo de alarma (Bocalandro,

2005).

1.4 Definiciones y unidades de medida

Es necesario precisar conceptos y unidades de medidas, fundamentales para una mejor

comprensión de estos sistemas. Las unidades que corrientemente se utilizan, son realmente

múltiplos y submúltiplos de las unidades fundamentales, con el propósito de facilitar su empleo y

que los resultados de las mediciones puedan ser expresados en pocas cifras.

1.4.1 Presiones

Presión

Magnitud física que expresa la fuerza ejercida por un cuerpo sobre la unidad de superficie.

Presión neumática

La presión neumática es la fuerza que ejerce un gas comprimido sobre las paredes del recipiente

que lo contiene y se expresa en libras por pulgada cuadrada psi (pound per square inch) o en

g/cm² en el sistema internacional de unidades (Jorge, 2011).

Presión relativa

La presión relativa es la medida en un cable con un manómetro respecto al valor de la presión

atmosférica ambiente. Es decir, es la diferencia entre la presión interna del cable y la exterior en

ese punto. Se expresa en g/cm² M (manométrica) o libras por pulgada cuadrada manométrica psig

(pound per square inch- gauge) en unidades inglesas (Jorge, 2011).

Presión absoluta

La presión absoluta es la medida en el interior de un cable con relación a la atmósfera más la

presión atmosférica existente en ese punto. En unidades decimales se expresa en g/cm² A y en

unidades inglesas se expresa en psia (pound per square inch- absolute).


El sistema de unidades decimales, define como condiciones normales de presión 103.33 g/cm²

y temperatura 20°C, al nivel del mar (Belleza y Szymancyck, 1995). La relación entre lecturas

absolutas y relativas es:

kg/cm² A= kg/cm² M+1.033

En el sistema de unidades inglesas se define como condiciones normales 14.7 lb/pulg² (psi) y 68

F (20°C), al nivel del mar (Belleza y Szymancyck, 1995). La relación entre lecturas absolutas y

relativas en unidades inglesas está dada por:

psia= psig+14.7

Presiones recomendadas

Para garantizar el correcto funcionamiento de los cables telefónicos presurizados y no producir

daños a su integridad, existen valores de presión reglamentarios para garantizar su protección en

dependencia del tipo de instalación:

La presión de salida de aire del compresor 10 psig.

Se requiere de 0.5 psig por cada 0.3 metros de profundidad para desplazar el agua a la

profundidad que se halle el cable.

Los cables soterrados hasta una profundidad de 3.5 metros deben tener una presión

mínima de 6.5 psig.

Los cables enterrados no más de 1.5 metros deben tener una presión mínima de 3 psig.

Los cables aéreos deben tener una presión mínima de 1 psig (Pascual y Bocalandro,

2009).

1.4.2 Capacidad neumática

La capacidad neumática de un cable es el volumen total del espacio libre dado por la diferencia

entre el volumen interior de la cubierta y el espacio cubierto por conductores, material aislante.

Varía en relación directa con el total de pares y el calibre de los conductores. En unidades

decimales se expresa en litros o m³, en unidades inglesas en pies cúbicos ft³ (Jorge, 2011).

Para un mismo tipo de cable la capacidad neumática es directamente proporcional a la cantidad y

al diámetro de los conductores. La figura 1.2a muestra como se incrementa la capacidad

neumática cuando aumenta el diámetro de los conductores, en un mismo cable. En la figura 1.2b

las zonas en blanco representan el espacio libre dentro del cable, note como disminuye cuando

para una misma Coraza x disminuye el diámetro de los conductores a y/2.


La capacidad neumática específica del cable es la capacidad neumática por unidad de longitud.

Es la masa de gas que puede inyectarse en una cierta longitud del cable para aumentar una unidad

de presión aplicada. En unidades decimales se expresa litros/metro (Belleza y Szymancyck,

1995).

1UCN = 1litro / (1g / cm²)

(a) (b)

Figura 1.2. (a) Capacidad neumática contra calibre para un cable de 100 pares. (b) Capacidad

neumática contra calibre.

La unidad de capacidad neumática (UCN) se define como la capacidad neumática que representa

un determinado tramo de cable, cuando se le inyecta una cantidad de gas equivalente a un litro.

En condiciones ambientales normales, su presión aumenta en 1 g/cm² (Belleza y Szymancyck,

1995).

1.4.3 Flujo gaseoso

El flujo o caudal gaseoso es la relación entre el volumen de gas que se traslada en un cable, con

respecto al tiempo que tarda en hacerlo. Se expresa en pies cúbicos por hora CFH (cubit feet per

hour) (Bocalandro, 2005).

Se puede hablar de dos tipos de flujos (Bocalandro, 2005):

El flujo másico: se refiere a la masa de gas que pasa por un punto dado del cable por

unidad de tiempo (g/min).


El flujo volumétrico: refiriéndose al volumen que pasa por unidad de tiempo (l/h ó

m³/día).

En la práctica para la determinación de la gravedad de una eventual falla en la cubierta de un

cable, es importante conocer el valor de la velocidad de desplazamiento del volumen de gas que

ocupa su capacidad neumática.

Al proyectar la puesta bajo presión de un cable, es preciso determinar un flujo de protección

mínimo de gas que debe ser alimentado desde la fuente, para impedir que penetre agua o

humedad, asumiendo condiciones críticas del medio donde se encuentra el cable.

1.4.4 Resistencia neumática

La resistencia neumática (Rn) es la resistencia opuesta por el cable al paso del gas y es debida

principalmente a la fricción del aire en movimiento contra las paredes de los canales del cable.

Estos canales son los pequeños espacios en que dividen los conductores el espacio libre al paso

del gas, que según el tipo y fabricación del cable es entre el 50% y el 70% de su interior. Las

características estructurales del cable determinan la cantidad, el tamaño y la configuración de

estos canales y estos factores pueden determinar a su vez la resistencia neumática (Pascual y

Bocalandro, 2009).

Por definición, Rn es la resistencia que una longitud de cable opone al paso de un gas en régimen

estacionario; es proporcional a la diferencia de presión que existe entre los extremos de dicha

longitud e inversamente proporcional al flujo del gas.

Rn=∆P/Q

Donde: Rn= Resistencia neumática.

∆P= Diferencia de presión en la longitud considerada.

Q= Caudal (Flujo volumétrico o másico).

La resistencia neumática específica, es por definición, la resistencia neumática de un cable por

unidad de longitud (1 Km).

Rne=Rn/L

Donde: Rne= Resistencia neumática específica.

Rn= Resistencia neumática.

L= Longitud.


Rn varía al cambiar el calibre de los conductores y la cantidad de pares, aumentando su valor

al disminuir estos parámetros (figura 1.3). Es dependiente también de los materiales que

componen el cable, los que tienen aislamiento de papel, ofrecen mayor resistencia que los

aislados con material plástico (Belleza y Szymancyck, 1995).

Figura 1.3. Resistencia neumática contra calibre de los conductores.

1.5 Componentes de un sistema de presurización

Un sistema de presurización (figura 1.4) aplicado en una central telefónica, está formado por

componentes internos, ubicados en la central y que forman parte del Sistema de Suministro de

Aire, tales como: una fuente de alimentación de gas seco, panel de distribución con sus

medidores de flujo de gas, juego de tuberías de conexión y sistema de alimentación al cable. Lo

forman también componentes externos, accesorios de presurización que forman parte del sistema

y se encuentran fuera de la Central, tales como: mangas termocontraíbles o mecánicas y tapones.

En la figura 1.4, se aprecia como la válvula de alimentación se instala en el punto de inyección,

permitiendo la conexión de la tubería de polietileno de 3/8 pulgada de diámetro, que conecta el

panel de distribución a dicha válvula. Los paneles están normalizados para este tipo de tubería.

Dentro de los elementos de la válvula, se utiliza un cheque para evitar que en caso de ruptura

pueda escapar el aire. Los tapones de aire se emplean para evitar que el aire que se encuentra

dentro de las corazas se escape.


on

off

PUREGAS

HTL 2500

on

off

Secador Panel de Flujo

Llave de bola

Tubo ½ ´´

Tubo 3/8 ´´

Tapón TapónVálvula Cheque

Flange FittingCable

Figura 1.4. Esquema general de un sistema de presurización.

1.5.1 Fuente de alimentación

Existen tres métodos fundamentales para mantener la presión gaseosa en las redes de

telecomunicaciones (Jorge, 2011):

1. Método de alimentación estática: consiste en la inyección de gas seco comprimido

proveniente de cilindros neumáticos de nitrógeno.

2. Método de flujo continuo: consiste en la inyección permanente y a presión constante de

gas seco. Las fuentes están constituidas, por compresores, secadores y filtros de aire.

3. Método de flujo continuo por tuberías: consiste en la inyección permanente de gas seco

por medio de tuberías instaladas paralelamente a los cables.

Se prestará especial atención al caso dos, que es el mayormente utilizado, porque no necesita un

alto grado de hermeticidad de las corazas, permite ignorar fugas pequeñas y puede mantener la

presión de protección mínima requerida (Pascual y Bocalandro, 2009).

El compresor secador (figura 1.4) es el encargado de suministrar el aire seco que será inyectado a

los cables. Su funcionamiento se basa en filtrar, comprimir y extraerle la humedad al aire del

ambiente.

Un buen compresor debe ser capaz de sustituir el volumen de gas que haya escapado de la red de

cable bajo presión, mantener los valores de presión especificada en todos los cables de la red,

poder alimentar la red de cable aun cuando se realicen ampliaciones previstas y suministrar la

cantidad suficiente de gas a una sección cualquiera de la red, de forma tal, que en caso de ocurrir

una fuga la presión garantice protección (Labrado, 2010).


1.5.2 Panel de distribución

El panel de distribución o panel de flujo (figura 1.4), se utiliza para la

distribución y monitoreo del aire procedente del compresor que es inyectado en los distintos

cables. Permite medir el flujo de aire suministrado a cada uno de estos y el volumen total

entregado por el compresor. Pueden tener 5, 10 ó 20 salidas.

Para desarrollar estas funciones cuenta con instrumentos básicos, que resultan de fácil

accesibilidad y que permiten analizar y llegar a conclusiones previas sobre el funcionamiento de

la red presurizada:

El contador de volumen: es el encargado de registrar el control de volumen total de aire

suministrado por el compresor. La lectura viene dada en pies cúbicos por hora CFH

(cubit feet per hour), medidos a la presión de inyección.

El medidor de flujo o rotámetro: mide constantemente el aire que se suministra a cada

cable. Son unidades individuales de medición y control del flujo de los cables. Cada uno

está provisto de una llave de paso, de modo que si se desea, se corta la alimentación de

aire a un cable determinado (Pascual y Bocalandro, 2009).

Existen en la actualidad modernos paneles de flujo con tecnología digital, de menores

dimensiones y que pueden ser encuestados directamente vía PSTN o TCP/IP por los sistemas de

monitoreo de la presurización (Puregas, 2010a).

1.6 Sistemas de monitoreo y gestión de la presurización

Un sistema de presurización, debe ser complementado con métodos apropiados de gestión que

permitan monitorear el funcionamiento del sistema en tiempo real, conocer las mediciones

precisas de la presión y el flujo de gas en los cables, así como detectar anomalías en las cubiertas

de las corazas que pudieran ser fuente de fugas, permitiendo realizar las labores de reparación y

mantenimiento antes que pueda ser afectado el servicio. Los sistemas de monitoreo y gestión de

la presurización son los encargados de supervisar y controlar constantemente la red presurizada,

también son denominados sistemas de supervisión por telemedición.

La inversión de cualquier tipo de sistema de monitorización tiene un alto valor inicial, pero sus

resultados son sustanciales a mediano plazo. La realización del mantenimiento preventivo genera

altos beneficios, evitando la sustitución de secciones enteras de cables y las pérdidas


consecuentes a la interrupción del servicio. De acuerdo con (Pascual, 2007), estudios

realizados demuestran que el costo de mantenimiento preventivo, como promedio, es de un tercio

del costo de mantenimiento correctivo debido a los ahorros continuados.

Estos sistemas basan su funcionamiento en tres niveles fundamentales (Pascual, 2007):

Nivel 1 Transductores.

Nivel 2 Unidades de Adquisición de Datos.

Nivel 3 Unidad Central de Procesamiento.

1.6.1 Transductores

Un transductor es un dispositivo al que se aplica una energía de entrada y devuelve una energía

de salida; esta energía de salida suele ser diferente al tipo de energía de entrada. Transforma una

magnitud física en otra diferente. Debido a la facilidad con la que se transmite y amplifica la

energía eléctrica, los transductores más utilizados son los que convierten otras formas de energía,

como calor, luz o sonido, en energía eléctrica.

Los transductores de presión (TP) son dispositivos electrónicos que transforman la presión en una

magnitud eléctrica, en los sistemas presurizados en frecuencia. Con una relación de conversión

Presión/ Frecuencia:

1 mbar= 1 Hz.

Dichos transductores son instalados convenientemente, en los registros, lugares de fácil acceso,

en empalmes donde existan cambios de calibre, derivaciones o ramificaciones del cable

telefónico (vía neumática), en el comienzo y terminación de los cables. Se separan a distancias

que garanticen el cálculo del punto de fuga, para cables con derivación generalmente entre 200 y

350 metros. En largos tramos de corazas sin derivaciones, se pueden espaciar aun más los TP.

Centro

Telefónico

Ruta 1: C1,C2,C3

Ruta 2: C1,C2,b

Ruta 3: C1,a

C1 C2

a

C3

b

Armario

Distribuidor

Figura 1.5. Representación de vías neumáticas.


Es importante señalar que una vía neumática (figura 1.5) es el recorrido o ruta que sigue el aire

a lo largo de la sección de cable, desde el punto de inyección y hasta cada una de sus

terminaciones (Pascual y Bocalandro, 2009).

Los TP se conectan mediante un par de conductores (par telefónico) a la unidad de adquisición,

de la cual reciben alimentación y hacia la cual envían un tono de una frecuencia proporcional a la

presión. Se instalan dentro de los empalmes o en colectores, denominados “housing” en la

bibliografía en inglés. Son usados también transductores de flujo, de temperatura y de humedad.

1.6.2 Unidades de adquisición de datos

Una unidad de adquisición de datos realiza continuamente un lazo de exploración de un sensor y

anota el valor actual de esa medida. Atienden también a órdenes periódicas de muestreo desde la

unidad de registro, a las que responderán con los valores actuales anotados de las medidas.

La unidad de adquisición de datos del sistema de gestión de la presurización alimenta e interroga

los transductores utilizando una rutina cíclica y recibe sus respuestas en frecuencia, almacena y

controla los valores recibidos comparándolos con umbrales programados, verificando si existe

alguna condición de alarma. Si esta condición se manifiesta, la unidad efectúa una transmisión de

alarma hacia la unidad central de procesamiento, utilizando una línea telefónica, además

interactúa con esta para recepcionar los parámetros programados en ella (Puregas, 2002).

1.6.3 Unidad central de procesamiento

Es una estación de trabajo (Nicotra_Sistemi, 2002a), PC con un software capaz de realizar las

funciones de programación y visualización de la arquitectura de la red de cables presurizados,

interroga periódicamente o por pedido del operador a la unidad de adquisición asignada, para

mantener un conocimiento permanente del estado del sistema y verificar su correcto

funcionamiento, además localiza puntos de fuga utilizando gráficas y almacena eventos para

análisis estadísticos.

En las versiones más avanzadas de monitoreo de la presurización existen cuatro niveles, de

manera que el tercer nivel se encarga de la supervisión regional y el cuarto nivel de la supervisión

de los niveles regionales, de la redundancia de datos, de la carga de trabajo distribuida y del

respaldo ante el fallo de una unidad de procesamiento del tercer nivel.


1.6.4 Los sistemas de monitoreo y gestión de la presurización en el mundo

Según la bibliografía revisada entre los sistemas de monitoreo de la presurización más difundidos

en el mundo se encuentran:

El Sistema de Monitoreo Unificado UMS (Unified Monitoring System) de Lancier,

producido y comercializado por NATELCO S.A.C.I. Ver información sobre el tema en

(Pascual, 2007), (Jorge, 2011) y (Lancier, 2007). Este sistema es utilizado por Deutsche

Telecom, Telecom Argentina y Telefónica de Brasil.

La Solución de Monitorización de la Presurización de Cables CPMS (Cable Pressure

Monitoring Solution) desarrollado por Monitronix Europa. Algunos de los clientes que

utilizan las soluciones de Monitronix son: Telstra, Cable & Gíreles Comunications,

Telecom, Batelco, Tella, TELIKOM PNG, Eircom y China Telecom. Consultar (Jorge,

2011) y (Europe-Monitronix, 2012)

Sistema de Supervisión de Cables Presurizados producido y comercializado por

INELCOM. Es un software privado de Telefónica de España y se encuentra en

explotación en ese país y sus Filiales desde 1988. Una información bastante completa

sobre el tema se puede encontrar en (INELCOM, 2005), (Jorge, 2011) y (Pascual, 2007).

El Pressure MAP (Management Analysis Program), Programa de Análisis de Gestión de

la Presurización desarrollado por la compañía privada norteamericana System Studies

Incorporated (Jorge, 2011). El sistema se encuentra instalado en las principales

operadoras telefónicas de Estados Unidos y en varias compañías de telecomunicaciones,

entre las que podemos mencionar (Airtalk, 2012): BellCanada, SaskTel Telia (Suiza),

Korea Telecom, Columbia Ministry of Communication (Kuwait), Elisa (Finlandia), entre

otras.

El Sistema PVMS de sus siglas en inglés Pure View Management System, desplegado por

la firma canadiense Puregas (Puregas, 2010b) y (Puregas, 2012).

El Sistema de Adquisición de Datos Nicotra NiDA (Nicotra Data Acquisition), fabricado

por la firma Italiana Nicotra Sistemi S.P.A y comercializado por Canadian Puregas

Equipment Limited. El Sistema de Nicotra con NiDA 2 se encuentra instalado en

numerosas compañías telefónicas, entre ellas se encuentran: Brasil (CTBC Telecom,

Telefónica SP y Telemar-BA); Canadá (Quebec Telecom, New Foundland Telecom, New

Brunswick Telecom, Unitel Bell); China (China Telecom, MOR- Railways, CESEC-

Military); Alemania (Deutsche Telecom); Italia (TELECOM Italia); Israel (Bezeq);


Portugal (Lisboa y Oporto Telecom); Uruguay (ANTel Country wide system);

Sudáfrica (Telkom South Africa Country wide system) y Cuba (ETECSA). Un amplio

estudio de este sistema se puede encontrar en (Plath, 2007), (Nicotra_Sistemi, 2002c),

(Nicotra_Sistemi, 2011), (Nicotra_Sistemi, 2002b), (Jorge, 2011), (Labrado, 2010) y

(Pascual, 2007)

1.7 Localización de fugas

Para determinar una fuga a través del procedimiento convencional, luego de detectar la caída de

presión en el cable se debe proceder a tomar los valores de presión a lo largo de su recorrido. Se

requiere como promedio treinta minutos por cada punto de medición, luego se toma un papel

milimetrado y se llevan a un gráfico a escala estos valores en correspondencia con sus distancias

desde la central, del análisis de este gráfico depende la ubicación del punto de fuga. El avance

tecnológico ha permitido la evolución de este procedimiento hasta los sistemas actuales de

supervisión por telemedición o sistemas de monitoreo y gestión de la presurización. Para definir

la posición de una fuga se comienza por emplear métodos de determinación aproximada, luego

puede ser necesario aplicar un método de localización precisa para su localización exacta.

1.7.1 Régimen estacionario

Se conecta un cable a una fuente de presión, dejando su extremo alejado abierto, permitiendo

que el gas escape libremente. Inicialmente el cable estará lleno de aire a la presión atmosférica.

Debido a la resistencia neumática del cable, se requiere un cierto tiempo para que el aire seco

inyectado comprima y desplace la masa inerte de gas en el interior de la coraza. A medida que el

gas penetra eleva la presión en cada punto; esto se repite en toda la longitud del cable.

Si en cada instante se traza un gráfico de presiones, se van obteniendo curvas. Cuando por el

extremo abierto se produzca el escape libre del gas, estas curvas se transformarán en una recta;

siempre que se mantenga en los distintos puntos del cable valores de presión y caudal constantes.

A este estado se le denomina de régimen estacionario (figura 1.6) (Belleza y Szymancyck,

1995).

Se dice que el flujo está en régimen estacionario, cuando la presión y la intensidad del flujo en un

punto cualquiera permanecen constantes.


Figura 1.6. Régimen estacionario. Variación presión-longitud inicial.

1.7.2 Variación de presión en el cable

Si se logra realizar la presurización ideal de un cable, con temperatura circundante igual en toda

su extensión, al transcurrir un cierto tiempo, la presión en su interior tomará en cada punto de su

longitud un valor igual a la presión de alimentación.

Figura 1.7. Efecto de fuga en sistema con alimentación a flujo continuo.

Si a cierta distancia del punto de alimentación ocurriese una fuga, la presión se reduciría

gradualmente en la dirección del flujo, en razón de la resistencia neumática del cable (figura 1.7)

(Belleza y Szymancyck, 1995). Al transcurrir el tiempo, la presión en el punto de fuga tomará un

valor constante.


1.7.3 Curvas gradientes

Las curvas gradientes de presión son la representación de la variación longitudinal de la presión

gaseosa reinante en un cable, para un sistema de alimentación continua (figura 1.8a) (Belleza y

Szymancyck, 1995).

Una fuga se manifiesta por una discontinuidad angulosa de la curva, el punto de alimentación se

mantiene en el valor de presión existente en ese punto, luego se describe un decrecimiento casi

rectilíneo hasta el punto de fuga y teóricamente a partir de allí, un valor mínimo constante (figura

1.8c).Las características del estado estacionario permanecerán constantes mientras permanezca

invariable el valor de la presión de inyección y la magnitud del escape, resulta más sencilla la

medición y evaluación en este régimen. Durante el estado transitorio, el trazado de la curva toma

la forma de la figura 1.8b.

Figura 1.8. (a) Estado de régimen normal. (b) Estado transitorio en el instante posterior al inicio

de una fuga. (c) Estado de régimen en situación de una fuga. (d) Efecto por estrangulamiento.

El taponamiento, estrangulación del cable, valores de presión que provoquen turbulencias

internas, etc., crea un efecto de estrangulamiento y produce en el trazado de la curva una


variación de su pendiente (figura 1.8d), en ese punto de obstrucción (Belleza y Szymancyck,

1995).

1.7.4 Métodos de localización de fugas

Los métodos de localización aproximada difieren según se trate de alimentación continua o

estática. Los métodos de localización precisa son idénticos en ambos casos y son los siguientes:

Líquido detector (solución de jabón).

Detector de frecuencia ultrasonora.

Inyección de gas halogenado (freón, aretón, difrón) y detección del mismo.

Existen varios métodos para la localización aproximada de fugas (Belleza y Szymancyck, 2000)

que son analizados a continuación.

1.7.4.1 Gradiente de presión

Luego de transcurrido un determinado tiempo para la estabilización del sistema se procede a la

localización manual de una fuga, se toma el valor de presión en el TP más alejado o ubicado en

el último tercio del trayecto del cable, teniendo en cuenta que el gas fluye de un punto de mayor

presión (punto de alimentación) a uno de menor (fuga). Luego se efectúan otras tres mediciones,

una en el TP ubicado en la galería de cables de la central y las otras dos en cámaras de registro

intermedias, para luego llevar estos valores y sus distancias desde la central a un papel

milimetrado, donde se traza el gráfico gradiente original (en régimen normal) y su

correspondencia con las rectas que determinan estos valores hallados. La intersección entre

ambas rectas define el punto de escape (figura 1.9a).

Generalmente los resultados que se obtienen son más complejos. En la figura 1.9b la curva C

indica un escape en el punto FC, con presión 0 en el resto del cable, lo que define una falla de

gran tamaño. Mientras que del análisis de la curva D, resultan dos escapes, de los cuales debe

repararse primero el mayor o el más cercano a la oficina para que el menor describa un gradiente

con mayor inflexión y pueda localizarse con suficiente exactitud.


Figura 1.9. (a) Determinación de la ubicación de una fuga. (b) Análisis de una o más fugas.

1.7.4.2 Mediciones sucesivas

La exactitud de la localización de las fugas presenta una relación directa con la rapidez en que se

tomen los datos de la presión, ellos están dados teóricamente para un único instante.

Este es un método utilizado para el caso de una fuga en un sistema con alimentación estática,

como la presión continúa disminuyendo, mientras se están realizando las mediciones a lo largo

del cable, la curva manométrica trazada en base a estos valores sufrirá un descenso y con ello una

deformación. Por esta circunstancia su valor de inflexión mínimo podrá sufrir un corrimiento y

por tanto producir un error de apreciación en la determinación de la posición de la fuga.

A fin de determinar la posición final de la fuga se debe trazar otra curva y con ello se hallará otro

valor mínimo. Del análisis de sus posiciones, se puede deducir la ubicación real de la fuga.

1.7.4.3 Mediciones simultáneas

Se mide simultáneamente en tres o más puntos la presión, con lo que se evita el error inherente a

la curva por el trazado con mediciones sucesivas. La serie de tres mediciones se comienza por el

extremo donde se supone que se halla la fuga. La próxima serie se realiza de manera que la

ubicación de la medición más alejada de la central coincida con la más cercana en la medición

precedente y se continúa hasta cubrir la sección del cable. En el gráfico de gradiente se

representan todos los valores de las mediciones halladas uniendo la serie por segmentos de recta.


Figura 1.10. Método de trazado en serie de tres mediciones.

Luego se prolonga la línea quebrada correspondiente a la primera serie, con una paralela a la

segunda línea quebrada obtenida, luego por otra quebrada correspondiente a la tercera serie y así

se continúa hasta completar la curva manométrica continua, proceso que se presenta en la figura

1.10. Si la fuga se halla entre dos puntos de medición adyacentes, la línea de intersección se

obtiene prolongando las líneas quebradas.

1.7.4.4 Medición de la presión por los extremos de una sección de cable

Este método se aplica expresamente en los cables directamente enterrados, cuando no hay en

ellos ningún punto intermedio accesible para los efectos de las mediciones manométricas.

Consiste en determinar la posición de una fuga en base a las medidas de presión efectuadas en las

dos extremidades de la sección del cable considerada. Su análisis se limita al caso en que la

sección esté constituida por un cable homogéneo (igual Rn en toda su longitud), provisto de

tapones en sus dos extremos.

Se aplica una presión constante Pas a un extremo A de la sección de cable (figura 1.11) durante

un período lo suficientemente largo para que el flujo de gas alcance un régimen estacionario.

Seguidamente, se mide la presión reinante en el otro extremo B del cable (Pbr). En estas

condiciones la curva manométrica correspondiente presenta la forma de la curva de trazo

continuo. La presión Pbr que se obtiene en el extremo opuesto a aquel en que se aplica la presión

es igual a la presión en el punto de fuga.


Figura 1.11. Determinación de la posición de una fuga en un cable enterrado.

En una segunda fase, se procede en sentido inverso, aplicando en el extremo B una presión

constante PBs. Se espera a que se haya establecido un régimen estacionario y se mide la presión

en el extremo A. La curva manométrica correspondiente presenta la forma de la curva de trazo

discontinuo de la figura 1.11, en este caso la presión PAr será igual a la presión en el punto de

fuga.

1.7.4.5 Análisis de flujo gaseoso

Este método se aplica a la localización de una fuga en una sección de cable homogénea

mantenida bajo presión gaseosa mediante un sistema de flujo continuo.

Cuando en una sección de cable, alimentada por una sola fuente de gas a presión constante, el

flujo de gas adquiere un régimen estacionario y si se conocen los valores P1, P2, L01 y W, puede

calcularse el flujo Q, si se conoce además el valor de P3, puede calcularse la distancia L2 entre el

extremo de alimentación y la fuga (figura 1.12).

Pueden aplicarse las relaciones siguientes:

Q= [(P1+Pa)-(P2+Pa)²] / W*L01

L2= [((P1+Pa)-(P3+Pa)) / ((P1+Pa)-(P2+Pa))]*L01

Donde:

Q= Flujo de gas en la sección de cable en la que hay fuga.

P1, P2= Presión medida en dos puntos del lado de alimentación.

P3= Presión medida en el otro extremo del cable.


W= Resistencia neumática del cable por unidad de longitud.

L01= Distancia entre el punto P1 y la fuga.

Pa= Presión atmosférica.

Figura 1.12. Determinación de la posición de una fuga aplicando el método analítico.

1.7.4.6 Medición de la resistencia neumática

En una red en que la sección de cable está alimentada a través de un orificio calibrado, o sea, con

un valor de resistencia neumática calibrada en relación con la resistencia neumática del cable, es

posible calcular de manera aproximada la distancia entre el orificio calibrado y la fuga. Se

recomienda medir esta relación en el momento de tenderse cada cable, para los puntos apropiados

de este.

1.7.4.7 Supervisión por telemedición

La supervisión a distancia ya fue explicada en el epígrafe 1.6, los TP indican los valores de

presión en cada una de sus posiciones y una computadora procesa el total de las mediciones

recibidas.

CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS 26

CAPÍTULO 2. MATERIALES Y MÉTODOS

En el presente capítulo se analiza el sistema de presurización en ETECSA, se caracteriza el

Sistema de Monitoreo y Gestión de la presurización NiDA 2, su topología y la configuración

utilizada en esta empresa, así como sus limitaciones. Se selecciona el método de localización de

fuga más conveniente para implementar la herramienta informática y se define el desarrollo

matemático necesario para la modelación computacional del método. Por último se describe el

algoritmo fundamental que se utiliza para programar la aplicación.

2.1 Estado actual del sistema de presurización en ETECSA

La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba (ETECSA) considerando las ventajas de la

presurización para la protección de la extensa red de cables de cobre en explotación en el país, ha

encaminado su estrategia a lograr su implementación en todas las corazas factibles de protección.

A pesar de los esfuerzos aún no se encuentran presurizadas el 100% de estas.

En la búsqueda de proveedores de sistemas de presurización, la oferta más factible para la

empresa resultó la propuesta de Canadian Puregas Equipment Limited a través de la cual se

obtuvieron los siguientes elementos del sistema (Jorge, 2011):

Compresores o Secadores de Aire de diferentes capacidades, desde 2500 a 10000 Pies

cúbicos por Día (SCFD del inglés Standard Cubic Feet per Day).

Paneles de flujo de 5, 10 y 20 tomas.

Componentes del sistema de alimentación (mangueras, codos, válvulas de alimentación,

válvulas de prueba, etc.)

Actualmente la empresa cuenta con un total de 127 secadores de aire y 142 paneles de flujo.

Otros componentes importantes de la actividad como módulos de empalmes y resinas para los

tapones del aire inyectado, han sido adquiridos a diferentes proveedores.


La tabla 2.1 muestra la distribución nacional por tipo de estos equipos y específicamente en la

provincia de Camagüey. Esta provincia cuenta con un total de 10 secadores de aire y 11 paneles

de flujo.

Nacionalmente la red soterrada está compuesta por 1290 corazas, de ellas 1061 son factibles de

proteger desde el punto de vista económico; se encuentran presurizadas 882 (83,13% de 1061) y

de estas, 512 son supervisadas, representando el 58,04% del total de presurizadas y el 48,25 %

del total de corazas que ameritan presurización (Jorge, 2011).

Tabla 2.1. Desglose de los secadores de aire y paneles de flujo instalados en ETECSA y su

ubicación en Camagüey.

Región

Paneles de flujo,

con número de

tomas:

Modelos de secador de tipo:

Puregas Natelco

5 10 20 2500

SCFD

3500

SCFD

5000

SCFD

8400

SCFD

10000

SCFD

5000

SCFD

Camagüey 0 11 0 7 0 2 1 0 0

Nacional 5 135 2 49 24 26 16 10 2

Tabla 2.2. Distribución de los equipos y corazas presurizadas en la provincia de Camagüey.

Región

Paneles

de flujo,

con

número

de tomas:

Modelos de secador de tipo:

Puregas Corazas

presurizadas

% Corazas

gestionadas

10 2500

SCFD

3500

SCFD

5000

SCFD

8400

SCFD

Camagüey 6 2 0 2 1 37 100%

Nuevitas 1 1 6 0%

Florida 1 1 4 0%

Sta. Lucia 1 1 2 0%

Guáimaro 1 1 4 0%

Esmeralda 1 1 4 0%

Total 11 10 57 64.9%


En la provincia de Camagüey existen 57 corazas presurizadas y son supervisadas 37,

representando el 64.9% del total de presurizadas. La distribución de estos datos en la provincia,

así como la de los paneles de flujo y secadores, se muestra en la tabla 2.2.

En todas las provincias del país están instalados los sistemas de presurización, sin embargo no

todas monitorean el estado de la red, incluso dentro de las que se monitorea, existen una gran

cantidad de regiones con 0% de gestión. En la figura 2.5 se pueden observar las regiones que

cuentan con unidades de adquisición y los seis clientes que supervisan el sistema.

En el año 2001 se introduce el sistema de monitoreo y gestión de Nicotra Sistemi Spa,

comercializado por la Canadian Puregas Equipment Limited con la versión NiDA 1.15q. De esta

forma fueron incorporados los siguientes elementos de monitoreo (Pascual, 2007):

Los transductores de presión, TP 204 Stick primero y luego TP 204M std, además los

transductores de flujo TFL 600 micro std.

Las unidades de adquisición MiniDAS, modelo 2400.

Unidades de procesamiento MP 8000.

En la actualidad, la versión 1.15 de NiDA resulta obsoleta y no responde a las necesidades de la

empresa en cuanto a la gestión y supervisión, por limitaciones del software. Ante esta situación se

decide su actualización, implementando la versión NiDA 2, con mejores prestaciones en el logro

del objetivo de la empresa de centralizar la monitorización de las redes de cobre presurizadas.

Con esta versión de Nida se introduce una unidad central (Servidor) de mayores requerimientos

que la antigua MP 8000.

2.1.1 El TP 204M

El TP 204M es el transductor de presión más utilizado para sistemas de monitoreo de redes de

cables presurizados (Nicotra_Sistemi, 2002e). Se instala en el interior de los empalmes y en los

contenedores MB 1/P, habilitados para su montaje externo. Este dispositivo, corrientemente

utilizado por las mayores compañías telefónicas de todo el mundo debido a sus elevados

estándares, presenta como principales características técnicas (Nicotra_Sistemi, 2002d) :

Voltaje de alimentación: 25÷120 Vdc.

Corriente de reposo (Stand by): 50 μA (típica), 25 μA (efectiva).

Corriente de trabajo: 5.5 mA (típica).

Rango de respuesta de frecuencia: 800 ÷ 2000 Hz.


Rango de medición de presión: 800 ÷ 2000 mBar.

Relación presión/frecuencia: 1 mBar 1 Hz.

Nivel de señal: > 0 dBm.

Tiempo total del ciclo de medición: 2 seg.

Código de direccionamiento: hasta 127.

Precisión: 0.5%.

Rango de temperatura de operación: -20 ÷ +70 °C.

Dimensiones: 94 x 27 x 17 mm.

Peso: 35 gr

Distancia de operación: hasta 40km.

Conversión de Hz en psia: Hz 0.0145 = psia.

La figura 2.1 muestra la distribución de los pines del TP 204M. Estos se utilizan para pogramar

su número de dirección, a través del código binario. Por ejemplo, para programar el número 65

se cortocircuita utilizando un jumper el pin marcado con 1 y el 64.

Figura 2.1. Distribución de los pines del TP204M.

2.1.2 El MiniDAS 2400

La unidad de adquisición de datos MiniDAS posee 8 líneas para el control de los transductores,

con una capacidad máxima de 1016, 127 TP por línea. Se puede utilizar también el DAS-800 de

16 líneas, diseñado para monitorear mayor cantidad de TP .

El MiniDAS posee un puerto serial RS232 para la adquicisión o configuración a través de la

conexión local de un terminal portátil. Es necesario programar los siguientes parámetros de la

línea de comunicación (Nicotra_Sistemi, 2001b):

Velocidad: 9600 baudios

Longitud del caracter: 8 bits


Bits de parada: 1

Paridad: no paridad

Protocolo: RDY/BSY_O

La Unidad Central, un cliente local o un terminal portátil se puede conectar al equipo utilizando

la Red Telefónica Pública Conmutada (PSTN) (figura 2.2b) y/o a través de una línea dedicada

(figura 2.2a) (Nicotra_Sistemi, 2001b). Para esto posee un módem de comunicación de datos a

2.4Kbs V22bis MNP5 (Nicotra_Sistemi, 2001c).

Figura 2.2. (a) Conexión a través de línea dedicada con LMX. (b) Conexión a través de la línea

telefónica conmutada.

En la figura 2.2a, el LMX es un multiplexor que se conecta directamente a la Unidad Central

(MP8000) (Nicotra_Sistemi, 2001b).

En el momento en que los TP reciben la alimentación, son sincronizados y transmiten la

medición en secuencia cada 2 segundos. La rutina cíclica de encuesta de los transductores está

representada en la figura 2.3. La duración del estado activo de los TP es de 1,5 segundos,

comenzando desde A*2 segundos (A es el número de dirección del TP).

Figura 2.3. Respuesta múltiple de los transductores.

Recurriendo a una lista de comandos, es posible conocer la lectura actual del MiniDAS u

obligarlo a leer una línea determinada. Un ejemplo de una lectura relizada por este equipo,


accediendo a este con el HyperTeminal a través de la línea telefónica y utilizando el comando

Ncbl, se muestra en la figura 2.4. La lectura muestra la medición en frecuencia, los valores en

0000 representan intervalos de tiempo reservados para transductores no conectados, también

pueden ser TP conectados que no están leyendo. El operador es el encargado de conocer el

direccionamiento y la representación de la distribución de los transductores bajo su custodia.

Cuando el MiniDAS adquiere una medida defectuosa puede presentar los siguientes mensajes de

diagnóstico:

0000 – No conectado. No se detecta señal del transductor.

0001 – Fuera de rango. Fuera del rango de medición.

0002 – No estable. La frecuencia del transductor no es estable.

0003 – Corto circuito. El consumo de corriente para esa línea de transductores es muy

alto.

0004 – No energizada. El suministro de energía del MINIDAS a la línea no trabaja

correctamente.

0005 – No hay comunicación con el módulo LD (Larga Distancia). La comunicación del

MINIDAS de larga distancia falló.

0006 – Mala comunicación con módulo LD.



Figura 2.4. Lectura de la línea uno del MiniDAS.

2.1.3 El terminal portátil LC442/DP3

El LC442/DP3, conocido como Tester, está diseñado para complementar el sistema de

presurización de Nicotra. Es un dispositivo de múltiples propósitos, permite la configuración del

MiniDAS en ausencia de comunicación con la Unidad Central, para esto se conecta el terminal

portátil (Tester) al puerto serie RS232 de la unidad de adquisición. En ausencia del sistema de

gestión, en casos de interrupciones físicas de dicho sistema o en el desarrollo de nuevas


instalaciones en el terreno, este dispositivo constituye también, una herramienta alternativa de

adquisición de datos; para utilizarlo con este fin se debe conectar la línea de alimentación de los

transductores al terminal y este adquiere la frecuencia de la señal generada por los TP. Ofrece

igualmente otras mediciones, como la amplitud total de la señal y el consumo de corriente

(Pascual y Bocalandro, 2009).

Este terminal portátil LC442/DP3 se puede comunicar también a través de un módem (2.4Kbps

V22bis MNP5), por línea dedicada o PSTN. Contiene una batería de larga duración, además es

fácil de manipular y transportar, lo que eleva su importancia para trabajar en el terreno

(Nicotra_Sistemi, 2001a).

2.1.4 Unidad Central NiDA

La antigua unidad central MP 8000 está compuesta por una computadora IBM compatible,

conectada a la red telefónica mediante una tarjeta fabricada por Nicotra, denominada DEMIO

XT. Trabaja bajo el sistema operativo MSDOS y entorno Microsoft Windows 98. Tiene

incorporada una llave para poder correr el software (Puregas, 2002). La nueva versión NiDA 2

introduce una nueva topología, los requerimientos mínimos para el servidor central y los clientes

NiDA 2 se especifican en la tabla 2.3 (Jorge, 2011).

Tabla 2.3. Requerimientos mínimos de software y hardware del sistema NiDA 2 para el servidor

y los clientes.

Elementos Servidor Cliente

De software Microsoft Windows 2000 o superior

Oracle 9i

Software NiDA 2.0

Microsoft Windows 2000

o superior

Oracle 9i

Software NiDA 2.0

De hardware Procesador Pentium IV

1 GB de Memoria RAM

60 GB de Disco Duro

Controlador SCSI U2W

Tarjeta de Red 10Mb/s.Ethernet.

MODEM 56.6 Kb/seg

Torre de CD

Procesador Pentium IV

512 MB de Memoria

RAM

60 GB de Disco Duro

Tarjeta de Red 10Mb/s.

Ethernet.

MODEM 56.6 Kb/seg

Torre de CD

2.2 Sistema de monitoreo y gestión de la red de cobre presurizada NiDA 2

Entre las principales funcionalidades del sistema NiDA 2 se pueden listar:


Trabajo continuo las 24 horas del día (Nicotra_Sistemi, 2002b).

El sistema monitorea el estado de los cables de cobre presurizados analizando los datos

de presión enviados por los transductores, a través de los cuales puede localizar un

eventual punto de fuga, que podrá ser representado igualmente en un esquemático o en un

mapa, a través de la interfaz GIS (Sistema de información geográfica, del inglés

Geographic Information System ).

Está equipado con los transductores apropiados para medir otras importantes condiciones

de operación de los cables presurizados: humedad relativa, flujo de aire y condiciones de

operación tales como, temperatura del local y presencia de agua (Nicotra_Sistemi, 2002a).

Puede monitorear condiciones de alarma a través de sensores de contactos on/off.

El sistema es capaz de obtener datos de operación directamente de los secadores de aire

Nicotra (Nicotra_Sistemi, 2002c).

En cada nivel del sistema los diagnósticos cíclicos están diseñados para controlar el

estado de los datos desde sus niveles inferiores.

Permite la notificación de alarma a distintos terminales tales como: correo electrónico,

teléfonos móviles y paginador (Nicotra_Sistemi, 2002b).

Al producirse una alarma el sistema imprime el reporte predefinido de la misma y

propaga su notificación. El envío de las alarmas es completamente configurable de

acuerdo a varios parámetros como: si son de competencia territorial, competencia

administrativa, el perfil de usuario, las horas de trabajo (días de trabajo, días de fiesta, 24

horas de servicio, etc.).

La base de datos central se está alineando constantemente de forma automática con las

bases de datos regionales, proporcionando total acceso a las lecturas y alarmas (Jorge,

2011).

2.2.1 Topología del sistema NiDA 2 y configuración utilizada por ETECSA

La flexibilidad y escalabilidad del sistema NiDA 2 destacan entre sus principales características.

La topología del sistema NiDA 2 incorpora un cuarto nivel a los tres niveles fundamentales

descritos en el epígrafe 1.6.

El cuarto nivel o SCU (Supervisory Control Unit) Central, es una estación de trabajo instalada en

la oficina central, donde está disponible toda la información relacionada con el estado de la red

monitoreada y el sistema de gestión. La base de datos a este nivel está constante y


automáticamente alineada con las bases de datos regionales y sus componentes de campo. Un

operador trabajando en la estación central, tendrá el completo control de todo el sistema y se

encargará de la supervisión de los niveles regionales (Nicotra_Sistemi, 2002a).

El tercer nivel o SCU Regional solo gestiona una subred, mantiene la alineación de su base de

datos con la de la estación central y envía las alarmas a los terminales apropiados. El mecanismo

de réplica de la base de datos requiere de un canal de comunicación entre cada SCU Regional y la

SCU Central sobre una Intranet, por lo tanto se requiere una red TCP/IP.

El sistema reconoce a los Clientes como otro tipo de SCU. Los operadores pueden realizar todas

las operaciones sobre el sistema a nivel de Cliente. La conexión entre ellos y la base de datos del

sistema será igualmente vía PSTN o LAN/WAN (Nicotra_Sistemi, 2002c).

En el segundo nivel las unidades de adquisición de datos son denominadas como RTU, del inglés

Test Remote Unit (Unidad Remota de Pruebas). La interfaz de comunicación entre las RTU y la

SCU es vía PSTN o vía intranet soportando protocolo TCP/IP (Pascual, 2007). El primer nivel se

mantiene como fue descrito en el epígrafe 1.6.

Esta configuración de la topología del NiDA 2, en la que se despliegan los cuatros niveles

jerárquicos del sistema utilizando un SCU Central y varios SCU Regionales, es denominada Base

de Datos Distribuida. Esta configuración garantiza redundancia de datos al estar guardados en

dos memorias diferentes, la SCU Central y la Regional a que corresponda, la base de datos puede

estar corriendo indistintamente en una u otra SCU o en ambas a la vez. En la operación normal

del sistema, la distribución de la carga entre las SCU Regionales no requiere de grandes

servidores ni canales de banda ancha. En caso que una SCU Regional falle, la central asumirá

directamente la gestión de la subred originalmente controlada por la que está en falla. En caso

que falle la SCU Central, las Regionales se mantendrán gestionando las Subredes de su

competencia.

La configuración utilizada por ETECSA es la denominada Cliente-Servidor (figura 2.5), existe

únicamente una CSU Central, servidor que monitorea toda la red de cables presurizados,

desplegándose tres niveles. Se introduce una máquina de respaldo para lograr redundancia,

obteniéndose una nueva configuración Cliente-Servidor con respaldo. La base de datos por su

parte está corriendo automáticamente en ambos servidores, de manera que el de respaldo está


permanentemente listo para una posible sustitución en caso de falla. Esta configuración es más

viable económicamente (Jorge, 2011).

El MiniDAS en Camagüey adquiere las medidas de los transductores de campo bajo su

supervisión y actualiza la base de datos en el servidor utilizando la Red Telefónica Pública

Conmutada (PSTN), el cliente en Camagüey accede a la base de datos en el servidor a través de

GESNET (Red de Gestión de ETECSA) sobre protocolo TCP/IP. En el esquema (figura 2.5) se

aprecian cuáles son los 6 clientes programados que tiene el sistema y su carga de trabajo.

Figura 2.5. Configuración del Sistema de Monitoreo y Gestión de la presurización NiDA 2

instalada por ETECSA.

2.2.2 Localización de fugas NiDA 2

Toda la operación del sistema parte del intercambio con la herramienta Console de gestión del

mismo (anexo I), una aplicación con interfaz gráfica de usuario que permite interactuar con el

programa, diseñada para administrar el estado de monitoreo, visualizar las alarmas y situaciones

anómalas de la red supervisada (Nicotra_Sistemi, 2002b).


2.2.2.1 Localización de fugas mediante el Diagram

Entre las principales funciones del sistema se encuentra la localización automatizada de fugas,

esta se ejecuta mediante el Diagram (anexo I), herramienta empleada para graficar la tendencia

de la presión dentro de los cables a través de las rutas neumáticas.

El Diagram realiza un gráfico de presión (ordenadas) contra distancia (abscisas). En las abscisas,

en caso de presentar una fuga la vía neumática analizada, se visualiza un triángulo negro en el

lugar donde se predice que se encuentra la avería, como se aprecia en la figura 2.6.

Figura 2.6. Localización de la fuga utilizando la herramienta Diagram.

Para facilitar la localización de la fuga en el terreno se muestran detalles adicionales como la ruta

neumática, distancia de la fuga desde el comienzo del cable, dirección y distancia del registro de

la red soterrada más cercano.

2.2.2.2 Representación esquemática de las fugas en el Synoptic

El Synoptic (anexo I) permite la generación automática de una vía neumática gráfica para

visualizar cada TP conectado, con una asociación de estado-color como se muestra en la figura

2.7. Los TP con lecturas por encima de 5,8 psi aparecen en color verde y representan un estado

correcto de la presión en ese punto. Cuando la lectura reflejada se encuentra entre 2,9 y 5,8 psi el


TP es mostrado en color amarillo, representando una alarma “MENOR”. Las lecturas

inferiores a 2,9 psi reflejan una alarma “MAYOR” y los transductores aparecerán representados

en color rojo. Estos valores son las presiones recomendadas empleadas en ETECSA, calculadas

bajo condiciones críticas del medio que rodea el cable. El Synoptic permite también visualizar la

distancia de la fuga (Jorge, 2011).

Figura 2.7. Localización de la fuga en el Synoptic

2.2.3 Limitaciones del sistema de monitoreo y gestión de la presurización en ETECSA

La aplicación del sistema de Adquisición de Datos Nicotra versión 2 en ETECSA, ha hecho

posible que la empresa disfrute de las ventajas que arrastra consigo la aplicación de un sistema de

monitoreo y gestión de la presurización. Pero no todas las cosas son buenas, el actual sistema de

supervisión presenta también un conjunto de limitantes que merecen ser analizadas.

La inversión realizada para obtener el software, los equipos y los dispositivos necesarios para la

aplicación del monitoreo tiene un costo elevado (Jorge, 2011):

Un TP 204M std: oscila alrededor de los $190.00 USD.

Un contenedor para transductores MB 1/P: $92.83 USD.

Una unidad MiniDAS: $3,000.00 USD.

Estación de trabajo para un cliente remoto: $727.00 USD.


Software para un cliente remoto: $3,107.00 USD.

Servidor: $ 3,281.85 USD.

Software para servidor nivel tres: $ 41,071.00 USD.

Si además analizamos el desembolso para instalar sólo el sistema de presurización, el gasto

económico es muy elevado. Una unidad de alimentación secadora de aire P2500 HTL-S cuesta

$4,420.00 USD y un panel de flujo de 10 tomas $1,467.00 USD, sin contar el resto de los

aditamentos.

Por esta razón no es siempre factible el monitoreo de regiones con pequeñas cantidades de

corazas presurizadas. La obtención solo de un MiniDAS para el monitoreo, no acarrearía los

beneficios previstos a largo plazo, además de estarse desaprovechando capacidad de líneas.

En varias de estas regiones pequeñas, por lo general municipios, se han instalados los TP para

conocer las lecturas de presión de los mismos utilizando el Tester, pero el Software NiDA 2 no

cuenta con una herramienta que ayude al operador a entrar ese juego de datos y determinar la

existencia y localización de una posible fuga. El operador, después de obtener las lecturas en

frecuencia correspondiente a los valores de presión, tiene que convertir esos valores a psi y trazar

manualmente una curva gradiente, para así poder diagnosticar el buen estado de la coraza o

localizar un punto de fuga.

Igualmente en la arquitectura del sistema de monitoreo y gestión se pueden producir fallas físicas

o por problemas de configuración, que dejen al cliente NiDA sin acceso a la base de datos en el

servidor. En este caso, el encargado puede encuestar vía PSTN el MiniDAS y conociendo el

esquema de las corazas bajo su custodia, tomar la lectura de los TP instalados en una coraza

específica, pero para analizar las condiciones de la misma debe realizar el procedimiento manual

descrito.

Otra de las dificultades es que, por ser NiDA un software propietario, no especifica a los clientes

que algoritmo o método emplean para localizar aproximadamente las fugas. Se piensa que puede

ser a partir de la comparación de la gráfica gradiente en régimen estacionario con la curva

gradiente de la información actual recibida. Además, el software solo se instala en la PC de los

clientes, la cual puede presentar fallas y dejar al operador sin gestión. Los clientes están sujetos y

bloqueados por el fabricante.


En ocasiones, el lugar determinado como punto de fuga por el NiDA 2 no se corresponde con

la localización real de la avería, además en corazas que tienen tres o menos TP, este software no

es capaz de localizar fugas. El operador en estos casos no cuenta con ninguna otra herramienta

computacional para comparar los resultados.

2.3 Propuestas de procedimientos para localizar aproximadamente puntos de fuga

Partiendo de las limitantes mencionadas y específicamente de la no existencia de una herramienta

que facilite el trabajo del operador en las redes no gestionadas (42% de las corazas presurizadas)

y ante posibles interrupciones del correcto funcionamiento del sistema de monitoreo, comenzó la

búsqueda de procedimientos que permitan desarrollar una herramienta informática, capaz de

localizar el lugar de la fuga. Esta búsqueda se apoyó en la información recopilada sobre

localización manual de fugas.

2.3.1 Propuesta de procedimiento basada en el análisis de la resistencia neumática del

cable

En el subepígrafe 1.4.4 se definió la resistencia neumática del cable como la resistencia que una

longitud de cable opone al paso del gas y se mencionó que es proporcional a la diferencia de

presión que existe entre los extremos de dicha longitud, característica que constituye el

fundamento básico de esta propuesta.

Se conoce que Rn=∆P/Q y que Rne=Rn/L, por tanto:

Rne= (∆P/Q)/L

Si el cable dispone de un diámetro externo de 1 pulgada, una longitud de 1,000 pies, la diferencia

de presión es de 1psig y el caudal mide 1 CFH, resulta que el cable tendrá una resistencia

neumática de 1 URN, unidad de resistencia neumática.

“Para los efectos prácticos, todos los cables con núcleo de construcción similar tienen,

aproximadamente el mismo valor de Rn, independientemente de su diámetro. En condiciones de

flujo laminar, la resistencia neumática puede considerarse constante e independiente de la

presión” (Belleza y Szymancyck, 1995).

A partir de las afirmaciones anteriores se puede determinar si hay fuga, analizando la variación

de presión entre las distancias que separan los transductores. Esto es: considerando Q=1CFH y


conociendo la resistencia neumática específica del cable, se toma la distancia entre dos

transductores consecutivos y se calcula (despejando ∆P) la diferencia de presión entre estos TP

en condiciones normales. Si en el campo ∆P > ∆P en condiciones normales, se determina que hay

fuga en alguna parte de la longitud entre estos transductores, así se analizaría para toda la

longitud del cable. En la práctica se debe determinar un margen, de manera que para afirmar que

hay fuga, ∆P en el campo > Margen + ∆P en condiciones normales.

Sin embargo, la resistencia neumática de un cable dista mucho de ser tan estable, su valor varía

mucho de un punto a otro del cable y aún en el tiempo. Esta depende de la capacidad del cable y

del calibre de sus conductores e incluso del tipo de aislamiento utilizado, además puede diferir

sensiblemente según el fabricante, aún cuando los cables se construyan bajo especificaciones

idénticas (Belleza y Szymancyck, 1995).

Un mismo tipo de cable, con igual cantidad de pares y de calibres; por las condiciones de su

instalación: cañerías rectas o curvas, libres u obstruidas, en pendiente, con empalmes parafinados

semiobstruidos o valores de presión que provoquen turbulencias internas, hacen variar mucho el

valor de la resistencia neumática del cable. Esto imposibilita crear un gráfico que cuente con la

variación de la resistencia neumática del cable y trabajar con él, su utilización sería imprecisa.

En Cuba se cuenta con una gran diversidad de corazas, distintos: fabricantes, cantidad de pares,

calibre de los conductores, aislamiento y cubierta protectora, lo que imposibilita determinar un

valor de Rn característico. Esto, unido a las limitantes mencionadas, no permite la

implementación de esta solución.

2.3.2 Propuesta de procedimiento basada en la modelación computacional del método del

gradiente de presión

Para localizar una fuga, debido a las variaciones internas de la resistencia neumática, el gráfico

presión contra distancia resulta compuesto por una serie de curvas, por lo que se deben utilizar

métodos gráficos aproximados.

Como el flujo en masa es invariable en toda la longitud del cable (en régimen de flujo

estacionario), la presión no varía linealmente sino según una ley parabólica. La aplicación

rigurosa de la ley parabólica sería en la práctica muy complicada (Belleza y Szymancyck, 1995).

Por ello, si se prescinde del proceso de transición y solamente se tiene en cuenta el caso


estacionario, en el que todas las presiones y corrientes de flujo se han estabilizado, se puede

suponer que la distribución de presión es lineal. El gráfico resulta compuesto entonces por una

serie de rectas, obteniéndose una línea quebrada que introduce cierto error en la estimación de la

posición de la fuga.

Partiendo de este análisis se decidió buscar una solución basada en la modelación computacional

del método de gradiente de presión (acápite 1.7.4.1), que brinda una idea de la distribución de

presión en el cable y de su redistribución cuando se produce una fuga. Constituye el método más

usado para la determinación manual de una avería en un sistema de alimentación de flujo

continuo.

En la práctica, para trazar las curvas gradientes, se marcan en un gráfico los puntos

correspondientes a las presiones medidas, separados a escala por sus respectivas longitudes,

luego se unen los puntos adyacentes por segmentos de recta. El análisis de las pendientes

obtenidas permite determinar la posición de la fuga.

La pendiente en cada punto de la curva está dada en función del flujo de gas, de la resistencia

neumática y de la distancia medida a lo largo del cable, entre el punto correspondiente y la fuga.

Es mayor cuanto mayor sea la resistencia para un flujo de gas dado (Belleza y Szymancyck,

1995).

Esta propuesta basa su funcionamiento en el análisis matemático de las variaciones de pendientes

entre segmentos de rectas consecutivos, apoyándose en el método de gradiente de presión.

Constituyendo la solución seleccionada para la implementación de la herramienta informática,

considerando la fortaleza teórica y la unicidad de sus resultados.

2.4 Desarrollo del procesamiento matemático necesario para la modelación

computacional del método del gradiente de presión

Se desarrolló el procesamiento matemático necesario para modelar el método del gradiente de

presión (figura 2.9), tomando en consideración la importancia de la pendiente y de sus

variaciones entre los segmentos de recta consecutivos.

La unión de los segmentos de recta determina una función , no se conoce una expresión

analítica de la misma, sino valores aislados de ella y se necesita disponer de una expresión que

permita, aunque sea de manera aproximada, poder evaluar a la función en otros valores de . Es


decir, se necesita conocer que valores de presión (eje ) corresponden a distancias (eje )

intermedias entre los puntos ubicados.

La herramienta matemática que permite encontrar una expresión analítica simple para la función,

de modo que pueda ser evaluada en cualquier punto, es la interpolación. Específicamente es

necesario realizar la interpolación lineal, realizándose una aproximación de una función general

por una clase de funciones más simples, el grado de interpolación debe ser lineal porque la

utilización de grados mayores produciría un efecto de suavización de la curva que no se desea,

además la función interpoladora debe ser lo suficientemente simple, como para que resulte fácil y

rápido evaluarlo en los puntos deseados y que operaciones tales como la diferenciación e

integración puedan realizarse fácilmente (Álvares et al., 1998).

El próximo paso es encontrar la pendiente ( ) de los segmentos de recta. Si se desea conocer el

valor de la pendiente de una recta tangente a la función en un punto , basta con derivar la

función en dicho punto. Numerosas aplicaciones del cálculo dependen de la capacidad de deducir

hechos referentes a la función a partir de información concerniente de sus derivadas. Entonces

para encontrar en cada segmento, se debe encontrar la derivada de la función de ese segmento

(Stewart, 2002).

La determinación del lugar de la fuga se hace comparando las pendientes entre segmentos

adyacentes (figura 2.9). Si la diferencia de entre dos rectas consecutivas es mayor que un

número V, se decide que existe una fuga en un lugar cercano a la intercepción de dichas rectas.

Este número V es el umbral entre lo que debe ser obviado y lo que debe ser considerado una

fuga. Es determinado a partir de la implementación práctica de la herramienta, observando para

puntos de fuga previamente localizados en el campo, qué diferencia de pendiente tienen las

rectas en el lugar de la fuga.

2.4.1 La recta

Todo el procesamiento matemático se efectúa sobre un sistema coordenado rectangular. A cada

punto en el plano se le puede asignar un par ordenado único .

En geometría euclidiana, la recta o línea recta, se extiende en una misma dirección, existe en una

sola dimensión y contiene infinitos puntos (Wooton, 1979).Se nombran mediante dos de sus

puntos, por tanto, dos puntos determinan una recta. Pueden ser expresadas mediante una ecuación


del tipo , donde son variables en un plano. En dicha expresión es

denominada la "pendiente de la recta" y está relacionada con la inclinación que toma la recta

respecto al par de ejes que definen el plano. En una recta, la pendiente es siempre constante.

La pendiente puede ser positiva, negativa o cero. La pendiente de la recta (a) que se muestra en la

figura 2.8 es positiva y la recta (b) tiene negativa. Una recta horizontal es una recta paralela al

eje (recta c). Nótese que una recta es horizontal si y sólo si su pendiente es cero (Swokowski,

1989).

Figura 2.8. Rectas con diferentes signos de pendientes.

2.4.2 La derivada

La derivada de una función es uno de los instrumentos más poderosos de las matemáticas y las

ciencias aplicadas. La noción de derivada depende de la noción de límite de una función.

La derivada de en , denotada por , está dada por:

si este límite existe. Sea una función definida en un intervalo abierto que contiene a . El

símbolo se lee prima de , si existe significa que el límite existe y decimos que la

función es derivable en , que es diferenciable en o que tiene derivada en (Swokowski,

1989).

Si usamos la notación tradicional para indicar que la variable independiente es y la

dependiente es , entonces algunas otras notaciones comunes para la derivada son:


La recta tangente a la curva en el punto es la recta que pasa por y tiene

la pendiente dada por la ecuación .

Puesto que esto es lo mismo que la derivada , podemos decir que la recta tangente a

, en , es la recta que pasa por cuya pendiente es igual a , la

derivada de en (Stewart, 2002).

2.4.3 La interpolación

Fundamentalmente la aproximación de funciones se usa para (Suárez, 1980):

Reemplazar funciones complicadas por otras más simples, de modo que operaciones tales

como la diferenciación e integración puedan realizarse más fácilmente.

Evaluar funciones tabuladas para puntos intermedios.

Si se conocen los valores que toma la función en los puntos diferentes ,

el problema de interpolación consiste en hallar una función cuyos valores puedan ser

calculados para cualquier en un intervalo que contiene a de manera que (Álvares

et al., 1998):

, ,…,

Los puntos se denominan nodos de interpolación y el polinomio se llama

función interpoladora y debe ser lo suficientemente simple como para que resulte fácil y rápido

evaluarlo en los puntos deseados

La interpolación polinómica consiste en buscar un polinomio que coincida en dichos

puntos. Entre los diversos tipos de aproximación polinomial que están en uso, la más flexible y

de más fácil construcción es la aproximación por polinomios de interpolación (Suárez, 1980). El

método de Lagrange brinda un algoritmo eficiente para hallar el polinomio interpolador. Por otra

parte, un polinomio de grado alto, suele tener un comportamiento oscilante, por lo general

indeseable. Es preferible buscar varios polinomios de menor grado, cada uno de los cuales pase

por un número reducido de nodos consecutivos. A este modo de proceder se le llama

interpolación por tramos (Álvares et al., 1998).


2.5 Implementación de la herramienta informática para localizar puntos de fuga

Debido al procesamiento matemático definido para realizar la modelación computacional del

método de gradiente de presión se decidió implementar la herramienta informática en el software

matemático MATLAB. Este es un potente programa computacional para realizar cálculos

numéricos con vectores y matrices, MATLAB es el nombre abreviado de “MATrix LABoratory”.

Una de sus capacidades más atractivas es la de realizar una amplia variedad de gráficos en dos y

tres dimensiones (Jalón et al., 2005).Ofrece un entorno de desarrollo integrado (IDE) con un

lenguaje de programación propio (lenguaje M). Creado por la compañía The MathWorks, es un

gran programa de cálculo técnico y científico muy usado en universidades y centros de

investigación y desarrollo. Dispone de un código básico y de varias librerías especializadas

(toolboxes). Entre sus prestaciones básicas se halla la creación de interfaces de usuario GUI

(siglas en inglés de Graphical User Interface), dispone de herramientas adicionales que expanden

sus prestaciones, tal como, GUIDE (Entorno de Desarrollo de Interfaz Gráfica de Usuario -

Graphical User Interface Development Environment).

Para implementar el programa se siguió el algoritmo básico mostrado en el diagrama de la figura

2.9. Se ingresan los datos correspondientes al número de dirección del transductor , la presión

medida por este y la distancia que lo separa del transductor anterior o la distancia a la que se

encuentra del inicio del cable.

Luego comienza un proceso de validación de los valores que se introducen. En caso de no

cumplirse alguna de estas validaciones, se muestra un mensaje de error con la notificación

específica del error cometido. Se explican a continuación:

Transductor: siempre tiene que ser un valor numérico natural que esté entre 1 y 127,

porque 127 es la máxima cantidad de TP que pueden estar conectados a una línea del

MiniDAS y el código máximo que se puede direccionar en los transductores.

Presión: siempre tiene que ser una valor numérico positivo, si es en Hz tiene que estar

entre 800 y 2000 Hz, porque es el rango de respuesta de frecuencia de los TP 204M. Si es

introducido en psi debe ser mayor que cero y menor que 10, porque 10 psi es la presión

máxima recomendada de salida de aire del compresor, para no producir daños a la

integridad del cable. Para dejar un margen por encima de este valor se establece que debe

ser menor que 11 psi.

Distancia: siempre tiene que ser un valor numérico positivo.


Entrar Datos:

Transductor

Presión

DistanciaEntreTP o DistanciaTotal

Transductor:

Valor numérico

1-127

Presión (Hz o Psi):

Valor numérico

800<Hz<2000

0<Psi<11

DistanciaEntreTP o DistanciaTotal:

Valor numérico >=0

Notificación

de

error

Graficar:

plot(DistanciaTotal, Presión)

Determinación de fuga:

m segmento 2 - m segmento 1 < V Fuga

Vector Transductor

Vector Presión

Vector DistanciaTotal

Interpolar:

cf_ = fit(DistanciaTotal',TrasPresion','linearinterp')

Derivar:

[d1] = differentiate(cf_,Xi)

Fin de

entrada de

datos

Figura 2.9. Diagrama básico del desarrollo matemático y de su implementación computacional.


A medida que se validan estos valores se llenan los vectores Transductor: almacena el número

de dirección de los TP que se analizan, Presión: recibe los valores de la presión medida por estos

TP, DistanciaEntreTP: contiene la distancia que separa los TP que se están observando y

DistanciaTotal: almacena la suma acumulativa de las distancias introducidas al vector anterior.

Cuando se termina de entrar consecutivamente el número de un TP, la presión medida por él y la

distancia (puede ser la que lo separa del anterior o la total respecto al inicio), se ubica ese punto

en un gráfico de presión contra distancia recurriendo a la función plot.

Al terminar de graficar todos los nodos que se van a analizar, se procede a realizar su

interpolación utilizando la función fit. Luego se aplica la derivada a la expresión analítica

interpolada utilizando la función differentiate. Se comparan las diferencias de pendientes y si

existe alguna fuga se señala en el gráfico, de lo contrario se introduce un nuevo juego de datos.

2.5.1 Utilización de la función plot

Esta es la función clave de todos los gráficos 2-D en MATLAB. En sus diversas variantes, no

hace otra cosa que dibujar vectores, estos son el elemento básico de todos los gráficos

bidimensionales (Hahn and Valentine, 2007).

La sintaxis básica de esta función es PLOT (X, Y) donde X, Y son vectores de igual longitud.

Los elementos de X se representan en abscisas y los de Y en ordenadas. Los puntos coordenados

que definen estos vectores son unidos consecutivamente por segmentos de rectas (Hunt et

al., 2001).

El vector DistanciaTotal se le pasa como argumento X y Presión como argumento Y. El resto de

las líneas configuran las propiedades de plot, tales como: el color, tipo y ancho de línea usada, las

características de los marcadores de punto, el título de la gráfica, además de la extensión y

etiqueta de los ejes.

% Graficando DistanciaTotal contra Presión

plot(DistanciaTotal, Presion,':bs','LineWidth',1.5,...

'MarkerEdgeColor','k','MarkerFaceColor','b','MarkerSize',5),...

axis([0 1000 0 11 ]),axis('autox');

title('Gráfica de Distancia y Presión');

grid on;

xmax=axis;

axis([0 (xmax(1,2)+70) 0 11 ]);

xlabel('Distancia');

ylabel('Presión');


2.5.2 Utilización de la función fit

La función fit se utiliza para ajustar curvas. La sintaxis fundamental de esta función es FO=

FIT(X, Y, FT), FO (fit object) es un objeto ajustado que encapsula el resultado de la

aproximación del modelo especificado por FT (tipo de ajuste, del inglés fittype) utilizando como

argumento los datos X, Y. FT es una cadena de caracteres, que especifica el tipo de interpolación,

se usó „linearinterp‟ especificando la interpolación lineal.

ft_ = fittype('linearinterp');

TrasDistanciaTotal=DistanciaTotal';

TrasPresion=Presion';

cf_ = fit(TrasDistanciaTotal(ok_),TrasPresion(ok_),ft_,'Exclude',ex_(ok_));

h_ = plot(cf_,'fit',0.95);

Los vectores X, Y deben ser vectores columna por lo que se calcula la traspuesta de los vectores

DistanciaTotal y Presión. Se utilizan criterios de exclusión para eliminar nodos de interpolación

no deseados. Se grafica la función con un límite de confianza de 95%.

2.5.3 Utilización de la función differentiate

Esta función realiza la diferenciación del objeto que resulta del ajuste. La sintaxis fundamental es

DERIV1 = DIFFERENTIATE (FITOBJ, X). FITOBJ especifica la función ajustada que se desea

diferenciar y X es un vector que especifica la cantidad de puntos en que se desea derivar.

DERIV1 es un vector con igual longitud que X. Matemáticamente hablando, DERIV1 =

(la derivada de FITOBJ en X).

% Derivando la función arreglada cada 10 metros

Xi=(0:10:max(TrasDistanciaTotal));

[d1] = 10000*differentiate(cf_,Xi);

Se deriva la función interpolada cada 10 metros. Los registros de los soterrados se encuentran

separados generalmente a más de 50 metros, esta distancia está muy ligada a las características

del trazado urbano, pueden llegar a más de 100 metros en ocasiones. Por este motivo, se

considera que muestrear la pendiente cada 10 metros permite localizar puntos de fuga con

suficiente exactitud. Para facilitar el empleo y que los resultados de la función differentiate

puedan ser expresados en pocas cifras se multiplica por 10000.

CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LA APLICACIÓN DE LA HERRAMIENTA INFORMÁTICA 49

CAPÍTULO 3. RESULTADOS DE LA APLICACIÓN DE LA

HERRAMIENTA INFORMÁTICA

En el presente capítulo se hace un análisis de los resultados obtenidos con la aplicación de la

herramienta informática implementada, diseñada para localizar puntos de fuga en los cables

telefónicos presurizados de ETECSA. Primeramente se realiza una presentación de la aplicación,

describiendo el escenario de trabajo y las funciones de sus componentes. Luego se exponen los

resultados obtenidos y la comparación con el software propietario NiDA 2. Finalmente se

muestran varios ejemplos que ilustran los resultados de la comparación.

3.1 Presentación de la herramienta informática

Haciendo uso de la herramienta GUIDE de MATLAB se diseñó una interfaz gráfica de usuario

GUI que permite al operador, luego de obtenidas las lecturas de presión de los TP, simular el

comportamiento de esta en el interior del cable; para así poder determinar la existencia o no de

puntos de fuga y en caso de que existan averías, localizar aproximadamente su ubicación. La

herramienta se bautizó con el nombre LP_Fuga (Localización de Puntos de Fuga), la misma se

puede ejecutar como todas las aplicaciones de Windows, haciendo doble clic sobre el icono

correspondiente al ejecutable. En caso de no estar instalado MATLAB, es necesario instalar

primero el MCR (MATLAB Compiler Runtime). Al iniciar la aplicación se abre la ventana

mostrada en la figura 3.1. Este escenario requiere unas primeras explicaciones.

3.1.1 Escenario

El área de entrada y análisis de datos presenta cajas de texto para introducir la dirección numérica

del TP, la presión medida (opcionalmente, en psi o la respuesta del TP en Hz) y la distancia, que

puede ser la que lo separa del transductor anterior o la que lo aleja del inicio del cable. Las


funciones principales de los botones que integran esta parte de la GUI son explicadas en un

subepígrafe independiente.

En el área de graficado se realiza la representación de la variación longitudinal de la presión en

el interior del cable, es aquí donde se señala el lugar aproximado de existencia o no de una fuga.

Presenta también, cajas de texto para señalar el nombre de la coraza que se está analizando y

mostrar la fecha que tiene programada la PC.

En la parte superior se encuentra una barra de menú desplegable; la misma permite el acceso a

todas las funciones de la herramienta, incluyendo algunas que no son visibles en esta ventana

inicial. Debajo de este menú se halla una barra de herramienta con iconos que representan

diferentes funciones para apoyar el trabajo con la aplicación y otros que replican los botones del

área de entrada y análisis de datos.

Figura 3.1. Ventana principal de la herramienta informática.

3.1.2 Descripción de las funciones

En el área de entrada y análisis de datos, el botón Entrar Datos es el encargado de validar los

mismos y representarlos en la gráfica luego de haber llenado las tres cajas de texto de esta área

(anexo III). Se debe señalar que en caso de que los valores de presión se entren en Hz, estos se

convierten y se representan en psi, haciendo más fácil su interpretación visual.


La principal función del programa la desempeña el botón Analizar, una vez que se terminen de

introducir todos los datos correspondientes a una coraza, realiza todo el procesamiento

matemático necesario para modelar computacionalmente el método del gradiente de presión y

determinar la existencia de puntos de fuga, mostrando el resultado gráfico de este análisis (anexo

III). Todo lo que sucede tras este botón es transparente a la persona que esté trabajando con la

herramienta, por lo cual, esta puede ser utilizada por personas que no sean especialistas en el

tema. Luego de realizar un análisis, el botón Borrar permite graficar nuevas corazas sin tener que

reiniciar la aplicación; limpiando toda el área de graficado y borrando de memoria los datos

introducidos.

En la barra de herramientas, el icono Abrir documentos, posibilita acceder a los esquemas de los

cables presurizados para obtener la información que se necesite de los mismos. Es posible abrir

todo tipo de archivos, pero por defecto, se visualizan los que tienen formato pdf. El icono que se

encuentra a su lado es Salvar gráfica, como su nombre lo indica se usa para guardar el resultado

de una simulación. Antes es necesario haber puesto el nombre de la coraza que se está

analizando. Esta función resalta la necesidad de mostrar y mantener actualizada la fecha de la

PC, porque la gráfica se guarda por defecto en formato jpg y es importante que en la foto

aparezca el día en que se analizó ese cable. También es posible guardar las gráficas en otros

formatos.

El icono Cursor de datos permite conocer las coordenadas (x, y) en todos los puntos de la gráfica

interpolada, los últimos tres iconos contienen las funciones de los botones: Entrar Datos, Analizar

y Borrar, respectivamente. El resto presenta funcionalidades elementales que su propio nombre

describe.

En la barra de menú están representadas prácticamente todas las funciones anteriormente

descritas, así como la forma de acceder directamente a ellas con el teclado, pero existen otras

adicionales que merecen una explicación. En el menú Edición se despliega la opción Comentario,

para plasmar un criterio en una ventana de diálogo y posicionarlo en el lugar de la GUI que se

escoja. Este comentario se podrá salvar con la gráfica, de manera que pueda proporcionar

información importante cuando se desee volver a analizar esta coraza.

En el menú Herramienta aparecen opciones que permiten un análisis más detallado y profesional

de las gráficas. Este es el caso de Gráfico de las pendientes, mediante el cual se puede observar la

magnitud de la variación de las pendientes entre segmentos de rectas consecutivos. En este


mismo menú la activación de las opciones Definir umbrales y Excluir nodo (anexo II) hacen

aparecer en la ventana inicial herramientas, que por ser recomendadas para el uso de personas

conocedoras del tema, se decidió visualizarlas sólo cuando son llamadas.

Definir umbrales posibilita establecer valores mínimos (por defecto 0 psi) y máximos (por

defecto 10 PSI) de presiones recomendadas, los puntos que se encuentren fuera del rango

definido serán excluidos cuando se realice el análisis. Por su parte, Excluir nodo, permite excluir

de la interpolación algún nodo que, por la apreciación del operador, es considerado como una

lectura de presión incorrecta, puede ser por mal funcionamiento del TP.

3.2 Resultados

Para determinar el valor umbral V, que corresponde al valor límite de diferencia de pendientes

entre segmentos consecutivos, se recurrió a resultados prácticos. Partiendo del conocimiento de la

ubicación de puntos de fuga, localizados en el campo por la brigada de presurización de ETECSA

en Camagüey, se fijó este valor umbral V en 15. En todos los puntos analizados la variación de

pendiente en la ubicación de dicho punto siempre fue mayor que 15 y la mayoría osciló entre

valores mayores que 20, dependiendo de la magnitud de la fuga. La figura 3.2 muestra un caso

donde esa diferencia fue de 16.705; reafirmando que se escogió un valor umbral correcto,

dejándose un pequeño margen de seguridad para localizar averías ligeramente más pequeñas y

que no son despreciables. Todos los casos demostraron que, luego de reparadas las fugas, esta

diferencia disminuyó considerablemente por debajo de este umbral.

Las simulaciones realizadas, siguiendo este criterio de localización de fuga (comparar las

diferencias de pendiente con 15), demostraron que cuando la avería es solamente en el extremo

distante de la coraza no se perciben cambios intermedios mayores que 15; producto de lo cual no

se señalaría fuga en ninguna posición. Para apoyar este procedimiento se creó un criterio que

permitiera poder localizar estas fugas, las cuales son percibidas por una caída abrupta de la

presión en dirección a su localización respecto al inicio del cable.

Este criterio se basó en el cálculo de la razón de caída de presión cada 50 metros, en corazas

consideradas con fuga al final del cable y corazas sin fuga en toda su longitud; estableciéndose

un límite entre la razón que describe un cable en correctas condiciones y la que posee uno con

fuga en el final. Finalmente este umbral se fijó en 0.06 psi cada 50 metros. Por tanto, si no se

encuentra ningún cambio de pendiente mayor que 15 en toda la longitud de la coraza, se analiza


si su razón de caída de presión cada 50 metros es mayor que 0.06 psi, de serlo, es considerado

con fuga en su extremo distante, de lo contrario está en buenas condiciones.

Todas las simulaciones se realizaron siguiendo estos dos criterios y el algoritmo descrito. Para el

cálculo de los umbrales se contó con la colaboración de especialistas de la Dirección Territorial

de ETECSA en Camagüey, con años de experiencia en el tema de la presurización. Además se

tuvieron en cuenta los umbrales de las fugas localizadas durante el período de investigación.

Figura 3.2. Cambio de pendiente en un punto con fuga, localizado en el campo.

Como muestra la tabla 3.1, se simularon corazas de La Habana, Cienfuegos, Villa Clara,

Camagüey, Holguín y Santiago de Cuba, incluyendo prácticamente la totalidad de las provincias

que cuentan con sistema de gestión. Una misma coraza se simuló varias veces en distintos

momentos; antes y después de haberse reparado una fuga o haberse realizado alguna labor de

mantenimiento en su estructura, por lo que se utilizó el término situación para referirse a cada

uno de estos momentos. Para seleccionar las corazas simuladas se tuvo en cuenta el correcto

funcionamiento de la misma, que tuvieran más de un transductor y que representaran un

comportamiento lógico de la presión en el cable.

En total se simularon 105 corazas en 151 situaciones. Los resultados de las simulaciones se

compararon con las localizaciones de puntos de fugas arrojadas por el NiDA 2. Las situaciones


de corazas con dos o tres nodos no se compararon con este software, porque no es capaz de

evaluar la existencia de fugas en ellas. Estos casos se analizaron conjuntamente con especialistas

de la Dirección Territorial de ETECSA en Camagüey que atienden la presurización y se avalaron

con conocimientos teóricos. Estas situaciones representan el 28.48% del total, resaltando la

importancia de la herramienta informática, debido a que posibilita al operario poder localizar

computacionalmente los puntos de fugas que el NiDA 2 no ubica.

Tabla 3.1. Distribución de las simulaciones realizadas.

Situaciones

Provincias

Subtotales

%

Total La

Habana

Cienfuegos Villa

Clara

Camagüey Holguín S. de

Cuba

Comparadas 7 8 21 38 23 11 108 71.52

151 No

comparadas

1 0 16 14 11 1 43 28.48

En total fueron comparadas con el NiDA 2 108 situaciones para un 71.52%, lo que permitió

realizar un análisis exhaustivo de las comparaciones. De las mismas, 65 compartieron iguales

resultados, representando solamente un 60.2% (tabla 3.2), por lo que se procedió a analizar las no

coincidencias para determinar cuál de los dos sistemas realizaba mejores localizaciones.

Las 39 situaciones que no coincidieron con el análisis de este software propietario fueron

detalladamente analizadas. Con el apoyo de la teoría de localización de fugas y los resultados

prácticos de localización, se determinaron cuáles de las no coincidencias correspondían a

localizaciones correctas a favor del LP_Fuga y cuáles a favor de NiDA 2. Fue necesario

incorporar una nueva designación para nombrar aquellas simulaciones en las que las dos

ubicaciones eran correctas, pero se señalaban en puntos diferentes, utilizándose el término

“localizaciones parciales”. Estas representan solo un 3.7% de todas las situaciones comparadas.

En la tabla 3.2 se aprecia que el 36.1% de las situaciones comparadas corresponden a las no

coincidencias entre NiDA 2 y LP_Fuga. De estas, el 32.4% son situaciones en las que basados en

criterios teóricos y en los resultados prácticos, se decidió que la localización correcta del punto de

fuga, la realizó la herramienta informática, comprobándose las limitaciones del NiDA 2 para

lograr este fin, con solo un 3.7% de no coincidencias a su favor. Si al porciento de las no

coincidencias a favor del LP_Fuga, se le agregan las situaciones coincidentes, se obtiene que el

92.6% de las situaciones comparadas corresponden a una determinación correcta del punto de

fuga por la herramienta, demostrándose las ventajas de la misma.


Tabla 3.2. Resultados de las comparaciones con el NiDA 2.

Situaciones

comparadas

Coincidencias No coincidencias Localizaciones

parciales A favor LP_Fuga A favor NiDA 2

108 65 35 4 4

100% 60.2% 32.4% 3.7% 3.7%

3.3 Ejemplos de los resultados obtenidos

En este epígrafe se analizan ejemplos representativos de casos de coincidencias, no

coincidencias, localizaciones parciales y de situaciones con tres nodos. En cada figura la gráfica

superior corresponde al Diagram del NiDA 2 y la inferior al LP_Fuga, en la misma situación. En

las gráficas, el eje de las ordenadas corresponde a la presión en psi y las abscisas a la distancia en

metros. Los ejemplos mostrados son casos evidentes de decisión de existencia de fuga, pero

generalmente el análisis de las corazas es más complejo.

Figura 3.3. Coincidencia determinada por diferencia de pendiente mayor que 15.

Las figuras 3.3 y 3.4 representan dos ejemplos de coincidencias. En la primera se observa la

correcta localización de la fuga en un punto de pronunciado cambio de pendiente, este es un caso

que fue comprobado con la ubicación práctica en el terreno. La segunda, es un ejemplo de fuga al


final del cable, evidenciado por la caída de 1.92 psi en aproximadamente 1430 metros, sin una

inflexión angulosa en puntos intermedios pronunciada, que signifique fuga; solo un cambio

visible de pendiente que es provocado por el efecto de taponamiento.

Figura 3.4. Coincidencia en la determinación de fuga en el final del cable.

La figura 3.5 muestra un caso en el que ocurre una discontinuidad angulosa y a partir de allí se

describe un comportamiento mínimo prácticamente constante. Esta es una gráfica muy similar a

la mostrada en la figura 1.8c, que constituye una de las formas más simples de manifestarse una

fuga, ubicada como se señala en la gráfica del LP_Fuga en el punto de discontinuidad. Por tanto,

observando la gráfica de NiDA 2, se considera un ejemplo importante de no coincidencia, que

resalta los problemas de dicho software para localizar un caso tan común.

En la figura 3.6 tampoco hay coincidencias en los resultados. Se trata de un cable que puede ser

considerado hermético, en aproximadamente 1400 metros sólo se pierden 0.2 psi, prácticamente

presurización ideal. Sin embargo, el NiDA 2 señala una fuga en el final del cable que es

completamente incorrecta, mientras que la herramienta informática no marca ninguna, siendo este

el resultado real.


Figura 3.5. No coincidencia en la determinación de una fuga

Figura 3.6. No coincidencia en la determinación de fugas en un cable hermético.


Figura 3.7. Determinación de una fuga al final del cable con solo tres nodos.

Figura 3.8. Determinación de una fuga en un cable de tres nodos.


Las figuras 3.7 y 3.8 representan corazas de solo tres TP que exponen el mensaje de alerta que

muestra NiDA 2 cuando se intenta localizar fugas en ellas. Sin embargo, en cada una se observa

la ubicación correcta del punto de fuga por la herramienta implementada, tratándose en el primer

caso de un cable en el que desciende la presión de 6.91 psi a 2.33 psi en menos de 1050 metros y

que presenta una fuga clara en su extremo distante. La figura 3.8 tiene también mucha similitud

con la gráfica de la figura 1.8c, considerándose correcta la localización del LP_Fuga.

Figura 3.9. Ejemplo de una localización parcial.

La localización parcial es la mostrada en la figura 3.9, donde ninguno de los dos resultados es

considerado incorrecto. Se trata de una coraza con fuga en las dos posiciones. El NiDA 2 solo es

capaz de localizar una fuga, sin embargo la herramienta informática puede determinar más de

una fuga manifestada por cambios de pendientes mayores que 15, pero en caso que estas existan

y además haya fuga en el final del cable, solo se señalarán las primeras. Se debe proceder a

reparar primero las intermedias y luego evaluar la del final del cable.

En este momento LP_Fuga se encuentra en fase de prueba en la Dirección Territorial de

ETECSA en Camagüey. En sentido general constituye una herramienta informática que brinda un

grupo de ventajas que no presenta el software propietario NiDA 2 tales como: la localización


eficaz de puntos de fugas en las corazas, incluyendo las que tienen dos o tres nodos; permite la

introducción manual de los valores de presión, lo que posibilita analizar las corazas existentes en

regiones que no cuentan con sistemas de gestión y en casos de fallas del mismo; se puede instalar

sin restricciones en una PC común, permitiendo analizar el sistema sin especificidad del

momento; facilita el trabajo del operario y lo provee de una nueva herramienta, además su uso

pudiera extenderse a otros territorios.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 61

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

Como resultado del proceso de investigación, en este trabajo de diploma se llegó a las siguientes

conclusiones:

1. Fue realizado un estudio general sobre los sistemas de presurización y los métodos de

localización de fugas.

2. Se caracterizó el sistema de monitoreo y gestión de las presurización en ETECSA,

señalando sus limitaciones.

3. Se propuso el método del gradiente de presión como el indicado para localizar puntos de

fuga en el sistema de presurización de ETECSA.

4. Fue desarrollado un procesamiento matemático que permite modelar computacionalmente

el método del gradiente de presión.

5. Fue implementada una herramienta informática para localizar puntos de fuga en la red de

cables de cobre presurizada que puede ser instalada en una PC común, permitiendo

analizar el sistema sin especificidad del momento y facilitando el trabajo del operador.

6. Los resultados de la aplicación de la herramienta fueron comparados con las

localizaciones de puntos de fuga realizadas por el software de monitoreo y gestión de la

presurización NiDA 2, resaltando las limitaciones del mismo para esta actividad,

demostrando así las ventajas de la herramienta implementada.

7. La documentación de la investigación realizada aumenta el valor teórico-práctico de este

trabajo en cuanto al estudio de la localización de puntos de fuga. Pudiera constituir un

material de consulta del tema.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 62

Recomendaciones

Teniendo en cuenta los resultados alcanzados, se realizan las siguientes recomendaciones:

1. Dar a conocer en la entidad los resultados de la investigación.

2. Continuar el desarrollo de la herramienta informática, automatizando la entrada de datos

una vez que sean instaladas las nuevas unidades de adquisición de datos OMNIRACK.

3. Continuar evaluando los resultados de localización de puntos de fuga realizados con la

herramienta, priorizando principalmente la comprobación práctica.

4. Diseñar futuras investigaciones que permitan determinar la correcta localización de fugas

en corazas de 2 y 3 nodos.

5. Determinar a través de criterio de expertos la validez de contenido de los resultados

obtenidos en la investigación.

6. Hacer extensivo el uso de la LP_Fuga a otros territorios del país.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 63

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ANEXOS 65

ANEXOS

Anexo I Ambiente de NiDA 2

Figura A1.1. Vista de la ventana Console de NiDA 2.

ANEXOS 66

Figura A1.2. Vista de la ventana Diagram de NiDA 2.

Figura A1.3. Vista de la ventana Synoptic de NiDA 2.

ANEXOS 67

Anexo II Ambiente de LP_Fuga

Figura A2.1. Ambiente de LP_Fuga mostrando las herramientas Definir umbrales y Excluir nodo.

Anexo III Código principal de los botones Entrar Datos y Analizar

%% Botón Entrar Datos

% --- Executes on button press in pushbuttonEntrar.

function pushbuttonEntrar_Callback(hObject, eventdata, handles)

%Validación de los números de los TP

Identificador_Todo_Bien=[1 0 0 0 0 0]; %Bandera para identificar cuando se activa algún

% %mensaje de error.

if ((get(handles.radiobuttonHz,'Value')) == (get(handles.radiobuttonHz,'Min')))...

==((get(handles.radiobuttonPSI,'Value')) == (get(handles.radiobuttonPSI,'Min')))

Identificador_Todo_Bien(1,1)=0;

errordlg('Debe seleccionar una unidad de medida', 'Unidad de Medida', 'modal');

end

b = str2double(get(handles.transedit,'string')); % Verificando que sean sólo

%números.

if isnan(b)

errordlg('El valor de los TP debe ser numérico', 'TP', 'modal');

elseif str2double(get(handles.transedit,'string'))<0 % Verificando que no sean más de

%127 transductores.

errordlg('No es un valor lógico para el número de transductor', 'TP', 'modal');

elseif str2double(get(handles.transedit,'string'))>127

errordlg('No es un valor lógico para el número de transductor', 'TP', 'modal');

else


end

%Validación de los valores de la presión

if isnan(str2double(get(handles.presedit,'string'))) % Verificando que sean sólo

%números.

errordlg('El valor de la presión debe ser numérico', 'Presión', 'modal');

else


end

ANEXOS 68


if (get(handles.radiobuttonHz,'Value') == get(handles.radiobuttonHz,'Max'))

%Verificando que 800< Hz <2000.

if str2double(get(handles.presedit,'string'))<800


errordlg('La Presión en Hz no debe ser menor que 800Hz ', 'Presión', 'modal');

elseif str2double(get(handles.presedit,'string'))>2000


errordlg('La Presión en Hz no debe ser mayor que 2000Hz ', 'Presión', 'modal');

end

end


if (get(handles.radiobuttonPSI,'Value') == get(handles.radiobuttonPSI,'Max'))

%Verificando que 0< psi <11.

if str2double(get(handles.presedit,'string'))<0


errordlg('La Presión en psi no debe ser menor que 0 ', 'Presión', 'modal');

elseif str2double(get(handles.presedit,'string'))>11


errordlg('La Presión en psi no debe ser mayor que 11 ', 'Presión', 'modal');

end

end

%Validación de los valores de la distancia

if isnan( str2double(get(handles.disedit,'string'))) % Verificando que sean sólo

%números.

errordlg('Entre sólo números para la distancia', 'Distancia', 'modal');

elseif str2double(get(handles.disedit,'string'))<0 % Verificando que sean sólo números

%positivos.

errordlg('Entre sólo números mayores que cero para la distancia', 'Distancia', ...

'modal');

else


end

global ContadorEntradaDatos

global Transductor

global Presion

global DistanciaEntreTP

global DistanciaTotal

global Excluir_nodo_numero

%Si esta bandera es igual a [1 1 1 1 1 1] significa que no hubo ningún

%error y que se puede incrementar el contador.

if [1 1 1 1 1 1]==(Identificador_Todo_Bien)

ContadorEntradaDatos=ContadorEntradaDatos+1;

% Para que este vector siempre tenga la misma dimensión que

% ContadorEntradaDatos.

Excluir_nodo_numero(1,ContadorEntradaDatos)=0;

%Llenando el vector Transductor.

Transductor(1,ContadorEntradaDatos)=str2double(get(handles.transedit,'string'));

%Comprobando si los datos son introducidos en Hz.

if (get(handles.radiobuttonHz,'Value') == get(handles.radiobuttonHz,'Max'))

%Si son introducidos en Hz se tienen que convertir a Psi

%y luego llenar el vector Presión

Presion(1,ContadorEntradaDatos)= ...

0.0145*str2double(get(handles.presedit,'string'))-14.7;

else

%Llenando el vector Presión directamente en Psi.

Presion(1,ContadorEntradaDatos)=str2double(get(handles.presedit,'string'));

end

%Comprobando si se está entrando la distancia entre registros.

ANEXOS 69

if (get(handles.radiobuttonEntreTP,'Value') == get(handles.radiobuttonHz,'Max'))

%Llenando el vector DistanciaEntreTP.

DistanciaEntreTP(1,ContadorEntradaDatos)=str2double(get(handles.disedit,'string'));

%Llenando el vector DistanciaTotal.

DistanciaTotal=cumsum(DistanciaEntreTP);

else %De lo contrario si se está entrando la Distancia Total.

%Llenar directamente el vector DistanciaTotal.

DistanciaTotal(1,ContadorEntradaDatos)=str2double(get(handles.disedit,'string'));

end

hold on;

% Graficando DistanciaTotal contra Presión

plot(DistanciaTotal,Presion,':bs','LineWidth',1.5,'MarkerEdgeColor','k', ...

'MarkerFaceColor','b','MarkerSize',5),...

axis([0 1000 0 11 ]),axis('autox');title('Gráfica de Distancia y Presión');

xmax=axis;

axis([0 (xmax(1,2)+70) 0 11 ]);


ylabel('Presión');

%% Botón Analizar.

% --- Executes on button press in pushbuttonAnalizar.

function pushbuttonAnalizar_Callback(hObject, eventdata, handles)

global Presion

global DistanciaTotal

global Excluir_nodo_numero

Umbral_minimo=0;

Umbral_maximo=10;

if strcmp(get(handles.Definir_umbrales,'checked'),'on')

Umbral_minimo=str2double(get(handles.editValor_minimo,'string'));

Umbral_maximo=str2double(get(handles.editValor_maximo,'string'));

end

% La regla es exclusión para distancias menores que cero, además presiones menores que

%Umbral_minimo y mayores de Umbral_maximo.

ex_ = (DistanciaTotal < 0) | (Presion <= Umbral_minimo | Presion >= Umbral_maximo);

ok_ = isfinite(DistanciaTotal) & isfinite(Presion);%Esto es otro criterio para excluir

%valores que no sean numéricos o que sean valores infinitos, se deja reservado para

%usos posteriores.

if strcmp(get(handles.Excluir_nodo,'checked'),'on')

ex_=ex_|Excluir_nodo_numero;

end

% Se realiza una interpolación lineal atendiendo a los criterios de

% exclusión.

ft_ = fittype('linearinterp');

% Fit this model using new data

if sum(~ex_(ok_))<2 %Comprobando si hay suficientes puntos para interpolar.

errordlg('No hay suficientes puntos después de aplicar el criterio de exclusión ')

else

TrasDistanciaTotal=DistanciaTotal';

TrasPresion=Presion';

cf_ = fit(TrasDistanciaTotal(ok_),TrasPresion(ok_),ft_,'Exclude',ex_(ok_));

% Plotear la curva modificada

axes(handles.axes1);

hold on;

h_ = plot(cf_,'fit',0.95);


ylabel('Presión');

ANEXOS 70

legend off;

set(h_(1),'Color',[1 0 0],...

'LineStyle','-', 'LineWidth',2,...

'Marker','none', 'MarkerSize',8);

% Derivando la función arreglada cada 10 metros

Xi=(0:10:max(TrasDistanciaTotal));

[d1] = 10000*differentiate(cf_,Xi);

Longitud = length(d1);

CartelFuga=0;

for contador=1:1:Longitud-1

%Comprobando si hay fuga por cambio de pendiente mayor que 15.

if ((d1(contador+1)- d1(contador))> 15)

CartelFuga=CartelFuga+1;

Distancia_Fuga(1,CartelFuga) =10*contador;

end

end

end

if CartelFuga~=0


hold on;

for i=1:CartelFuga

% poniendo en el gráfico el cartel de fuga

text(Distancia_Fuga(1,i)+10,9.4,'Fuga','FontWeight','bold');

line([Distancia_Fuga(1,i) Distancia_Fuga(1,i)],[0.5

10],'Marker','*','LineStyle','-','LineWidth',2,'MarkerSize',10)

end

else

%Comprobando si hay fuga al final del cable

Razon_de_caida_de_presion=((cf_(0)-cf_(max(DistanciaTotal)))*50/max(DistanciaTotal));

if Razon_de_caida_de_presion>0.06


hold on;

% Poniendo en el gráfico el cartel de fuga al final del cable

text(max(DistanciaTotal)+10,9.4,'Fuga al','FontWeight','bold');

text(max(DistanciaTotal)+10,9.0,'Final del','FontWeight','bold');

text(max(DistanciaTotal)+10,8.6,'Cable','FontWeight','bold');

line([max(DistanciaTotal)max(DistanciaTotal)],[29.8],'Marker','*', ...

'LineStyle','-','LineWidth',2,'MarkerSize',10)

end

end

herramienta informática para localizar puntos de fuga en

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