Facultad de Ciencias e Ingeniería

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Diseño de un sistema ciber-físico para monitorizar variables relacionadas con derrames de líquidos de gas natural en el sistema de transporte por ductos del proyecto camisea
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2022-04-19) Jacinto Calderon, Cristhian Gustavo; Villota Cerna, Elizabeth Roxana; Santos López, Félix Melchor
Durante los 18 años de operación del Proyecto Camisea se han registrado 13 fallas en los sistemas de transporte por ductos de líquidos de gas natural (LGN). Muchas de estas fallas son producto del movimiento lento de suelos, las infiltraciones de agua o la perforación intencional de los ductos. Sea cual fuere la causa, muchas veces ocurre que las fallas terminan no siendo identificadas por el sistema de detección de fugas y derrames SCADA de la empresa transportadora (TgP). El objetivo del presente proyecto es evaluar la factibilidad de diseñar un sistema ciber-físico que permita identificar derrames de pequeña magnitud a lo largo del poliducto de LGN, a la vez que alerte en caso de derrame tanto a la empresa transportadora como a los organismos técnicos supervisores y fiscalizadores (como el OEFA y Osinergmin). Contar con un sistema como el descrito, permitirá que se tomen acciones inmediatas tal que se consiga reducir drásticamente tanto el impacto ambiental como el socioeconómico. Con este fin, la pregunta de investigación es la siguiente: ¿de qué manera se podrían vincular las tecnologías de la información y la comunicación con los procesos físicos tal que se puedan monitorizar las variables relacionadas con los derrames de LGN? En este contexto, se debe tener en cuenta que el bajo porcentaje de falsas alarmas es una medida para que un sistema de monitorización de derrames sea considerado eficiente. La pregunta de investigación se responde a través del diseño de un sistema ciber-físico que implica la interacción de: (i) un sistema físico, diseñado según la norma de diseño alemana VDI 2221 y (ii) un sistema ciber, diseñado de acuerdo al proceso de diseño “Attribute-Driven Design 3.0” del Instituto de Software de la Universidad de Carnegie Mellon. El sistema físico consiste en un conjunto de estaciones de monitoreo que cumple con términos de referencia dados por Osinergmin, y presenta una configuración redundante en el suministro de energía, para alimentar en todo momento a dispositivos electrónicos, entre los que destacan sensores no intrusivos, acondicionadores de señales, y un microcontrolador. Estos dispositivos, en conjunto, se encargan principalmente de la adquisición y transmisión de los datos relacionados con derrames de LGN hacia el sistema ciber. El sistema ciber consiste en una arquitectura de Cloud computing, diseñada en base a los principales casos de uso identificados, escenarios de atributos de calidad, restricciones y preocupaciones arquitecturales. Las funciones del sistema ciber son recibir y procesar las tramas de datos, notificar al sistema físico en caso de un derrame y presentar el proceso de monitoreo a través de una plataforma cloud. De esta manera se obtiene como resultado un sistema integrado que genera las condiciones para detectar derrames y establecer alertas a tres niveles: in situ, a través de SMS y a través de la plataforma cloud.
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Sistema automático de monitoreo de mercurio en tiempo real en aguas aledañas a explotaciones mineras y petroleras usando una plataforma IOT
(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2019-03-05) León Márquez, Fernando Alonso; Santos López, Félix Melchor
El Perú es un país dotado de un vasto número de recursos geológicos que lo convierten, por tanto, en una potencia mundial para la producción minera. Sin embargo, los vertimientos de desechos producidos por la actividad minera y petrolera tienen un impacto grande en el ecosistema ocasionando serios problemas de contaminación ambiental. Estos vertimientos poseen metales pesados tales como mercurio, plomo y cadmio, los cuales son movilizados por las aguas contaminando todo lo que esté a su alrededor alterando tanto la vida humana como la del resto de especies. Por otro lado, la detección tradicional de metales pesados no se realiza en tiempo real, sino que es manual y se lleva a cabo en laboratorios equipados con personal calificado. Entonces una medición en laboratorio, que puede ser realizada días después de haber colectado la muestra, puede no reflejar de manera certera los cambios dinámicos de los contaminantes en el agua. Asimismo, el mercurio es uno de los metales pesados con más impacto contaminante, por ende, su monitoreo es de real importancia para mantener un control más eficiente sobre el modo en que el mercurio está contaminando. Es así que, el presente trabajo plantea un diseño innovador de un sistema de monitoreo en tiempo real de mercurio en aguas aledañas a explotaciones mineras y petroleras usando una plataforma IoT, de modo que los datos obtenidos por los sensores sean enviados a una plataforma en la Nube, permitiendo de esta manera que los entes reguladores puedan tener acceso a estos datos y observar los cambios dinámicos que se producen en la contaminación del agua. Adicionalmente, el diseño mecánico de este sistema le permite operar en un río en la selva, debido a que es una de las zonas más afectadas por contaminación por mercurio; el diseño eléctrico- energético también comprende la autonomía energética del sistema, ya que posee un sistema de panel solar con batería, lo que ofrece versatilidad en el lugar donde se plantea poner en operación al sistema; y además, la comunicación inalámbrica entre los diferentes elementos que comprenden el sistema proporciona buena conectividad para la transmisión de datos. Finalmente, la aplicación del sistema propuesto ayuda a enfrentar de un modo más innovador la problemática de la contaminación de los recursos hídricos ya que fortalece el control y monitoreo del agua, de modo que se puedan tomar mejores y más rápidas decisiones.

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