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Categoría: Tecnología

Ana Luisa Guerrero

México, D.F., 19 de enero 2016.- (aguzados.com).- Desde una ubicación remota y en tiempo real se pueden detectar fugas y tomas clandestinas en ductos de transporte terrestre, gracias a la integración de seis sistemas desarrollados por científicos del Instituto Mexicano del Petróleo (IMP), del Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) y de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM).

De acuerdo con el informe anual sobre la situación operativa, programática y financiera de Petróleos Mexicanos (Pemex), en 2013 incrementaron 75 por ciento las tomas clandestinas al pasar de mil 744 detectadas en 2012, a tres mil 52; asimismo, creció en 13.4 por ciento el volumen de combustible sustraído ilícitamente, al pasar de 8.2 millones de barriles en 2012 a 9.3 millones de barriles.

Este problema es preponderante no solo por el costo del volumen sustraído sino por los riesgos que las tomas clandestinas conllevan, dado que pueden causar graves daños a las personas involucradas en el robo, a las comunidades, a las instalaciones petroleras y al medio ambiente.

Como una alternativa de solución, los investigadores sumaron esfuerzos en distintas áreas para que este sistema no intrusivo combine y ponga en función diferentes principios físicos de detección y localización, adicionalmente se puede incorporar al Sistema de Control y Adquisición de Datos (SCADA) de Pemex.

Financiado por el Fondo Sectorial Conacyt-Secretaría de Energía en materia de Hidrocarburos, el proyecto Sistema para la detección de fugas y tomas clandestinas en ductos de transporte de gas y líquidos se conformó con la implementación de seis subsistemas: acústico, fibra óptica, cálculo de balance con método de Lazo Cerrado, cálculo de balance con el método de Vigilantes Virtuales y los sistemas de procesamiento integral y comunicación.

Aportar una solución

La investigación surgió de la necesidad de Pemex de proteger sus ductos, detectar tomas clandestinas y la intrusión de terceros, para lo cual el IMP respondió a la convocatoria con un equipo de especialistas, liderados por el doctor Sergiy Sadovnychiy, comprometidos en brindar una solución vinculada con el sistema SCADA y que cumpliera la normatividad de la paraestatal.

“Actualmente se aplican diversos métodos para detectar fugas, desde satélites hasta los recorridos a pie con ayuda de perros entrenados, pero ninguno cumple en su totalidad los requerimientos de Pemex con seguridad, precisión de localización y determinación de fugas, por eso nuestra idea fue integrar los diferentes métodos no intrusivos y en tiempo real”, dice a la Agencia Informativa Conacyt el responsable técnico del proyecto.

Detalla que a lo largo de sus 50 años de historia, el IMP ha apoyado a Pemex con servicios de inspección y mantenimiento de los ductos, pero en la actualidad los requerimientos son más estrictos y se requiere, además, predicción y evaluación de riesgos a fin de implementar programas que contemplen la seguridad de las personas, la protección al medio ambiente y a la infraestructura.

Fue así que al determinar los métodos que deberían integrar el sistema se buscó a los investigadores que fueran expertos en cada una de las áreas. El Instituto Mexicano del Petróleo cuenta con vasta experiencia en sistemas acústicos, desarrollo de equipos y determinación de fugas e inspección en derechos de vía con ayuda de cámaras de video e infrarrojo y otros, pero carece de especialistas en fibra óptica, por ello se convocó a un grupo de investigación muy sólido y con gran experiencia en el CICESE, bajo la dirección del doctor Mikhail Shlyagin; al tiempo que sumaron el esfuerzo del Instituto de Ingeniería de la UNAM para que contribuyera en el cálculo de balance por método de Vigilantes Virtuales por conducto de la doctora Cristina Verde Rodarte.

La conjunción de estos esfuerzos les permitió integrar la propuesta que resultó ganadora de la convocatoria del Fondo Sectorial Conacyt-Sener-Hidrocarburos 2010-1. El proyecto concluyó formalmente en octubre de 2014 e integró pruebas de campo a petición de Petróleos Mexicanos.

Sistemas de detección

El sistema está integrado por cuatro métodos de detección (acústica, fibra óptica, cálculo de balance por método de Lazo Cerrado y cálculo de balance por método de Vigilantes Virtuales), cada uno funciona de manera independiente y detecta distintos fenómenos con respecto a la ocurrencia de un evento. La riqueza y variedad de datos es lo que permite diagnósticos más confiables por medio de los sistemas de procesamiento y comunicación.

De acuerdo con el doctor Edgar Canul García, responsable del método computacional de procesamiento integral de datos, cada módulo envía una notificación del evento las cuales se complementan entre sí debido a la variedad de fenómenos detectados en su conjunto (ya que ninguno puede detectar la totalidad de los fenómenos).

“Cuando ocurre un evento cada módulo envía notificaciones (si las hay) a través del sistema de comunicación, el cual las unifica en una entrada única que va hacia el sistema de procesamiento integral. Este módulo analiza la entrada global y, mediante agentes expertos (redes neuronales, sistemas expertos y lógica difusa) se emite un diagnóstico basado en sus propias reglas, teorías y algoritmos”, detalla en entrevista.

El investigador del IMP concluye que de esta forma, con base en cuatro diagnósticos individuales, se obtiene un diagnóstica global, pues cada módulo de detección envía una notificación informando del evento, la confiabilidad de ocurrencia y otros parámetros.

Estas notificaciones son recibidas por el sistema de comunicación y enviadas al sistema de procesamiento integral, el cual las pondera y emite un solo diagnóstico integral; dicha información puede ser consultada por un sistema SCADA.

Acústico

El Instituto Mexicano del Petróleo fue el responsable del sistema acústico. A cargo del doctor Juan Manuel López Carreto, este método se conforma por sensores a los extremos de la tubería, a través de los cuales se recopila información sobre las vibraciones que se están generando en el ducto, así como golpes en el derecho de vía. Con base en las mediciones de estos sensores se hace una correlación matemática, se dictaminan los tiempos y a partir de ello se determina la localización aproximada de un posible evento de perturbación.

“En las pruebas experimentales que realizamos pudimos comprobar su efectividad. Localizamos siete eventos, cuatro de ellos se encontraban en un área muy reducida con una exactitud o proximidad de 200 metros, menor a lo que dictamina la norma en estos casos”, asegura el especialista.

Explica que este sistema trabaja por sí solo y brinda resultados en tiempo real, pero al momento de conjuntarse con los otros métodos a través de redes neuronales ofrece datos con mayor exactitud.

En el proyecto se realizó un prototipo del equipo y un software llamado IMP Acústico Fuga Detector. Este sistema se probó en campo con ductos LPG de 14 pulgadas y 18 kilómetros de longitud.

Fibra óptica

El sistema de fibra óptica fue desarrollado por científicos del CICESE, centro público de investigación del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), y consta de sensores distribuidos con base en fibra óptica que permite detectar y localizar vibraciones, deformaciones dinámicas y cambios de temperatura en el área de cobertura del cable que puede tener una longitud de unas decenas de kilómetros.

Bajo la dirección del doctor Mikhail Shlyagin, investigador del Departamento de Óptica, se creó una red de sensores ópticos distribuidos en un cable de fibra óptica que está enlazado con varios componentes de equipo optoeléctrico, como láseres, fotodetectores, amplificadores, filtros ópticos y modulares de luz que, a su vez, están conectados a una computadora que procesa por medio de un software diseñado en el CICESE. El sistema puede determinar eventos en tiempo real con un margen de error menor a cinco metros.

“El sistema con el que trabajamos no fue de mucha novedad científica, pero es el primer prototipo de sensor distribuido hecho en México y es un prototipo funcional que no solo se pudo mostrar en laboratorio, sino que fue instalado en campo comprobando que funciona muy bien”, destaca en entrevista.

Las pruebas, organizadas por el IMP y Pemex, se realizaron en campo en un ducto de gas líquido y muestran que el sistema puede detectar una excavación realizada manualmente con una pala, a una distancia de 10 kilómetros.

En laboratorio los ensayos se aplicaron en tramos de 25 kilómetros, pero asevera que teóricamente pueden abarcar mayores longitudes porque un solo sistema optoeléctrico tiene la capacidad para cubrir hasta 50 kilómetros.

De acuerdo con el investigador, este sistema aplicado a la industria petrolera es seguro porque no conlleva peligro de que provoque chispas cerca de los ductos.

Cálculos de balance

Sergiy Sadovnychiy explica que el subsistema de cálculo de balance de Lazo Cerrado, desarrollado en el IMP por un equipo encabezado por el maestro Ricardo Lopezlena, contabiliza con un modelo matemático los flujos que ingresan al ducto y los que salen, tomando en cuenta las características del flujo como viscosidad y densidad y también el perfil topográfico del mismo ducto. A partir de esa contabilidad detecta si la cantidad inicial de fluidos es igual a la final en un periodo de tiempo.

“También tenemos modelos matemáticos y datos de sensores de presión, flujo y temperatura. Cuando hay diferencia entre el modelo matemático y de sensores no necesariamente significa que hay pérdida, este sistema primero detecta y diagnostica la pérdida y después puede calcular cuánto se ha perdido. Con un método especial y un algoritmo específico puede localizar dónde está la fuga y envía esos datos al sistema de procesamiento integral. El sistema de procesamiento integral combina estas notificaciones con las de los otros módulos de detección, y a partir de ellos se determinan los eventos que ocurren”, abunda.

El investigador explica que cuando el modelo matemático encuentra la correspondencia exacta entre los datos del ducto real (por acústica y fibra óptica) con los que maneja el simulador matemático, puede diagnosticarse si en realidad hay una fuga, además de su localización y magnitud.

El cálculo de balance por método de Vigilantes Virtuales opera por un algoritmo que calcula una serie de datos que indican el comportamiento de los ductos de gas o líquido en condiciones normales de operación. Desarrollado por los investigadores del Instituto de Ingeniería de la UNAM, aplica un modelo matemático de mecánica de fluidos cuyos datos resultantes se comparan con el registro de mediciones de presión que la propia tubería genera, y de la diferencia entre ellos se obtienen los síntomas de la presencia de las fugas.

Conexión con SCADA

Este sistema integral —que tiene el registro de diez derechos de autor y una solicitud de patente— puede ser consultado por cualquier sistema SCADA (en particular el de Pemex) para monitorear el estado del ducto.

En esta fase del proceso, explica el maestro Fernando Real Gómez, del IMP, se plantea que las notificaciones generales se pueden enviar vía mensajes de texto a usuarios específicos o ser almacenadas en bases de datos, incrementando así las alternativas de conectividad.

Este proyecto es la primera etapa cuyo objetivo fue desarrollar métodos de detección. Se espera que en una segunda fase haya recursos para realizar un prototipo industrial que sea instalado en un ducto de transporte de hidrocarburos.

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Érika González

Puebla, Pue, 19 de enero 2016.- (aguzados.com).- Roberto Álvarez Zavala, técnico académico del Laboratorio de Materiales y académico de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM) de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP), diseñó un instrumento capaz de concentrar la radiación solar en un haz de luz manipulable, que puede ser transportado a cualquier punto que se desee.

El dispositivo está integrado por un colimador solar compuesto por un conjunto de superficies parabólicas que se encargan de reflejar la luz del sol en una coreografía geométrica, cuyo resultado final es luz comprimida. “Se denomina colimar al efecto de cambiar el área de corte transversal de un haz de luz para obtener un haz de las mismas características, solo que de diferente área transversal”, explicó Álvarez Zavala.

El objetivo es obtener un haz de luz solar de una centésima parte de su área transversal inicial y, por consiguiente, con una densidad energética cien veces mayor. “Colimar un metro cuadrado de luz representa aprovechar más de mil watts de energía, suficientes para iluminar varios metros cuadrados en una casa o hacer funcionar un horno de microondas, a través de un espacio de diez por diez centímetros”.

Una vez que el haz se encuentra concentrado, pasa por un tubo de aluminio para que la luz pueda circular y ser enviada a cualquier punto que se necesite, como se hace con el agua potable.

“Un tubo de luz común ilumina un espacio como máximo en proporción directa a su área, pero si se logra colimar un haz de energía solar, los tubos serían diez veces más potentes”, aseguró.

Energía sustentable y económica

De acuerdo con el investigador, una de las ventajas de utilizar esta herramienta es que los habitantes de una vivienda tendrían a su alcance una fuente de iluminación de calidad, que puede ser utilizada en grandes espacios, sin la necesidad de usar energía eléctrica, lo que a su vez representaría un ahorro económico.

Otro beneficio es que el dispositivo contribuye a reducir el consumo de hidrocarburos y, en consecuencia, las emisiones de dióxido de carbono al ser utilizado como fuente de calor en una estufa solar, que no requiere de combustibles para cocinar.

Las estufas solares deben estar en espacios abiertos y expuestas al sol para funcionar. Sin embargo, con la ayuda del concentrador o colimador será posible que este tipo de estufas esté en el interior de la casa, pues la radiación del sol sería tomada desde la azotea y enviada directamente a la cocina a través de los tubos de luz hacia una parrilla. Esto significaría un menor consumo de gas y electricidad.

Aún hay más, pues las ventajas de este aparato no se limitan solo a aspectos energéticos y económicos, ya que de acuerdo con diversos estudios “la iluminación solar en espacios interiores tiene beneficios psicológicos en las personas; por ejemplo, los estudiantes tendrían un mejor rendimiento escolar y las personas estarían menos propensas a presentar cuadros de depresión”.

Álvarez Zavala, egresado de la licenciatura en Física por la BUAP, concibió este sistema desde que era estudiante, con el fin de resolver el problema ambiental que representan las emisiones de dióxido de carbono, lo que le tomó un año de trabajo e investigación hasta encontrar los mecanismos necesarios para su funcionamiento.

El uso de energía solar para iluminar interiores no es un tema nuevo y si bien colimar es un proceso rutinario en los laboratorios, a la fecha no se había desarrollado un dispositivo que uniera estos dos elementos, lo que dio como resultado un método innovador, cuyo número de solicitud de registro de patente ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) en el área de energía sustentable es MX/a/2012/011271.

¡Más luz!

La radiación solar se define como el flujo de energía que recibimos del sol en forma de ondas electromagnéticas que permite la transferencia de energía solar a la superficie terrestre. Estas ondas electromagnéticas son de diferentes frecuencias y aproximadamente la mitad de las que recibimos están entre los rangos de longitud de onda de 0.4 micrómetros (μm) y 0.7 μm, y pueden ser detectadas por el ojo humano, constituyendo lo que conocemos como luz visible. De la otra mitad, la mayoría se sitúa en la parte infrarroja del espectro y una pequeña parte en la ultravioleta.

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Érika González

Puebla, Pue, 19 de enero 2016.- (aguzados.com).- Un grupo de investigadores de la Facultad de Ciencias Químicas (FCQ) de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP) diseñó biopelículas activas capaces de adherirse a las frutas que evitan su rápida maduración, disminuyendo así las pérdidas económicas que esto representa para las industrias procesadoras y comercializadoras de alimentos.

Según explicó Raúl Ávila Sosa Sánchez, profesor investigador de la FCQ y responsable de la investigación, este proceso consiste en añadir antimicrobianos de origen natural a las películas, obtenidos a partir de especias como el orégano, con el fin de integrarlas como un fino recubrimiento de los alimentos.

Gracias a esta formulación se logró disminuir hasta en 60 por ciento el crecimiento de hongo sobre la superficie de las frutas y duplicar el tiempo de vida de anaquel.

“Una película activa es una matriz continua elaborada con sustancias poliméricas que funciona como barrera, la cual puede almacenar ciertos compuestos deseados. Su función es retardar la migración de humedad, de gases y de transpiración de un fruto, además de que son capaces de transportar solutos y ciertas propiedades mecánicas”, abundó.

Frescos como una lechuga

El método lo aplicaron en frutas como el mango Ataulfo y la papaya Maradol, las cuales fueron recubiertas con películas hechas de almidón y sorbitol, así como de timol y carvacrol, dos antimicrobianos derivados del aceite esencial de orégano.

“Con la ayuda de un aspersor los recubrimos y los dejamos secar durante diez días a temperatura ambiente (20 grados) para medir ciertos valores como la vida de anaquel, el número de manchas, la acidez, el índice de madurez, el color y la firmeza, entre otros”, explicó.

Los resultados demostraron que los alimentos que no habían sido tratados comenzaban a madurar más rápido, en comparación con aquellos que fueron recubiertos con las películas que presentaban mayor firmeza y menor número de manchas.

El recubrimiento comestible permite que sea más lenta la salida de oxígeno, lo que retarda el proceso de maduración, y gracias a los antimicrobianos se evita que se desarrollen los microorganismos responsables del deterioro de las frutas.

El académico, doctor en Ciencias de Alimentos, dio a conocer que para procesar una película activa se necesitan tres elementos: un polímero natural, almidón o una sustancia capaz de retener una amplia variedad de compuestos; un solvente que puede ser agua previamente tratada para modificar sus valores de pH, y un plastificante, sustancia química que ayuda a integrar las capas de polímeros para que la película sea flexible.

“Las fuerzas intramoleculares que se encuentran en el plastificante se van a encargar de unir y brindar estabilidad al conjunto de polímeros, para que de esta forma la película tenga la capacidad de adherirse a cualquier tipo de superficie, como la de un alimento”, refirió.

Y aunque los resultados en pruebas con mango y papaya han sido positivos, el investigador afirma que continuarán trabajando con este tipo de tecnologías para experimentar con otros alimentos vegetales, a diferentes niveles de temperaturas y condiciones de humedad, así como desarrollar modelos de predicción y estudios toxicológicos.

Así que dentro de poco, productores de alimentos perecederos, estudiantes y personas que gustan conservar alimentos por largo tiempo, podremos disfrutar de esta nueva tecnología.

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Érika González

Tehuacán, Pue, 15 de enero 2016.- (aguzados.com).- En la Universidad Tecnológica de Tehuacán, un equipo de estudiantes desarrolló un dispositivo incubador híbrido para aves de corral que, mediante radiación solar indirecta y aire caliente, estabiliza la temperatura y reduce 50 por ciento el consumo de energía eléctrica.

Dulce Alejandra Serrano Cruz, estudiante de la carrera de Energías Renovables, Diana Olivares Barbosa y Jesús Castillo Campos, ambos estudiantes de Ingeniería en Mecatrónica y el maestro Carlos Alberto Daza Merino, profesor de tiempo completo del área de Mecatrónica y asesor del proyecto, diseñaron y construyeron esta innovación, que tiene aplicaciones directas para la industria avícola.

Jesús Castillo Campos explicó que el dispositivo que desarrollaron incorpora un colector solar parabólico de aire continuo que, adaptado a una incubadora para aves de corral, reemplaza parte del calor que reciben los embriones por radiación solar indirecta como fuente calórica.

Con este sistema se obtiene una temperatura más estable que oscila entre 35 y 40 grados Celsius, con un porcentaje de humedad del aire de entrada en un rango de 60 a 80 por ciento, así como la reducción del consumo energético durante un tiempo de nueve a 10 horas diarias, dependiendo la época del año.

“Durante el día se mantiene la temperatura con el calentador solar y durante la noche con bombillas ya que todo el día los huevos tienen que tener la misma temperatura. El periodo de incubación es de 21 días”, refiere Diana Olivares.

Sistema de incubación

En México, la avicultura es la principal industria en la transformación de proteína vegetal en proteína animal. Este país es el cuarto productor de pollo en el mundo y el sexto, en huevo.

La importancia del sector avícola en México radica en el papel estratégico que juega en la nutrición de la población. Los productos avícolas están presentes en la mayoría de los hogares ya que son nutritivos, versátiles y tienen precios relativamente bajos.

En la región de Tehuacán, Puebla, 65 por ciento de las empresas se dedican a la crianza de aves de corral para comercializar, 25 por ciento son productores de aves de corral, de los cuales la mayoría de ellos son pequeños productores que utilizan el producto para la venta o consumo personal. El sector avícola juega un papel importante, ya que seis de cada 10 personas incluyen en su dieta productos avícolas, por lo que se ha buscado aumentar y mejorar la producción de aves de corral por medio de la incubación artificial, la cual tiene una gran ventaja sobre la incubación natural.

Equipo de jóvenes investigadores

Dulce Alejandra Serrano Cruz, de 24 años, se encargó del diseño y desarrollo de la interfaz gráfica mediante GUIDE de Matlab y Labview, del cálculo y selección de los sistemas fotovoltaicos tipo isla, así como del diseño de calentadores solares de aire continuo y estudio de calidad y ahorro de energía.

Diana Olivares Barbosa, de 21 años, diseñó y desarrolló la interfaz gráfica mediante GUIDE de Matlab y Labview, se encargó de la impresión de placa electrónica con Altium Designer, del diseño de los dispositivos mecánicos con CATIA y de la simulación en software de dinámica de fluidos con SolidWorks.

Por su parte, Pedro de Jesús Castillo Campos desarrolló la interfaz gráfica mediante GUIDE de Matlab y Labview, trabajó con Diana en la impresión de la placa electrónica con Altium Designer, de la simulación en software de circuitos con PROTEUS y de la programación de microcontroladores arduino y microchip.

Carlos Alberto Daza Merino, ingeniero electromecánico y maestro en Ingeniería Electrónica, se dio a la tarea de asesorar y encauzar este proyecto.

Reconocimientos

Durante el Cuarto Encuentro de Jóvenes Investigadores de Puebla que organizó la Secretaría de Educación Pública (SEP) a través del Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Puebla (Concytep), en coordinación con el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), este proyecto quedó entre los tres primeros lugares dentro de la categoría “Medio ambiente, tecnología ambiental, energía y desarrollo sustentable”.

Además, su valiosa participación en la ExpoCiencias Regional 2015 - con sede en el Instituto Tecnológico Superior de la Sierra Norte de Puebla (ITSSNP) - les dio el pase directo a la ExpoCiencias Nacional que se llevó a cabo del 6 al 9 de diciembre en el Centro de Exposiciones ExpoTampico en Tampico, Tamaulipas.

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