Estación de medición de caudal de gas

Resumen

El presente trabajo aborda el diseño de un sistema destinado a medir y registrar el consumo de gas natural asociado al accionamiento de válvulas neumáticas en redes de transporte de gas, con el objetivo de contribuir a la cuantificación y gestión de las emisiones fugitivas de metano (CH₄). La problemática surge debido a que el gas utilizado durante la operación de estas válvulas no es actualmente contabilizado de manera sistemática, dificultando la evaluación de su impacto ambiental y la implementación de estrategias de reducción. La propuesta consiste en desarrollar un sistema de medición basado principalmente en sensores ultrasónicos de caudal, complementados con sensores de presión y temperatura, que permitan determinar el volumen de gas consumido y corregirlo a condiciones estándar. Para el procesamiento de la información se selecciona una plataforma de sistemas embebidos CIAA-NXP, mientras que la comunicación remota se plantea mediante tecnología LoRaWAN, adecuada para instalaciones distribuidas y de baja infraestructura de comunicaciones. Asimismo, se propone una arquitectura de almacenamiento y procesamiento en la nube mediante servicios de AWS y la utilización de Power BI para desarrollar tableros de visualización e indicadores ambientales y operativos. De esta manera, los datos obtenidos pueden transformarse en información útil para la supervisión, trazabilidad y toma de decisiones. Finalmente, el análisis realizado indica que la solución propuesta resulta técnica y económicamente viable, especialmente cuando se considera su implementación en múltiples plantas compresoras. El sistema constituye una alternativa para mejorar la medición y gestión de las emisiones de metano, favorecer la eficiencia operativa y contribuir al cumplimiento de objetivos ambientales y regulatorios del sector energético.

Descripción

Índice general 1. Introducción General 1 1.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2. Estado del Arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.3. Motivación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 2. Introducción Específica 4 2.1. Válvulas de gasoductos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2.2. Operadores neumáticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 2.3. Sensores de presión y temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 2.4. Sensores para medición de caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 2.5. Volumen corregido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5.1. Ecuación de Estado del Gas Ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5.2. Factor de Compresibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5.3. Volumen Estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5.4. Caudal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 2.5.5. Caudal Estándar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.5.6. Caudal Másico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.6. Sistemas embebidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 2.6.1. STM32F407VG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2.6.2. PIC18F4550 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.6.3. CIAA(LPC4337) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 2.6.4. ESP32-WROOM-32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.7. Transmisión de información y redes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.7.1. ComunicaciónmedianteRS-485 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.7.2. ProtocoloModbus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.7.3. Comunicación inalámbrica mediante LoRa. . . . . . . . . . . . . . . 18 2.7.4. LoRaWAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.7.5. Criterios de confiabilidad y robustez . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3. Diseño e Implementación 21 3.1. Diseño del Caudalímetro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1.1. Selección del sensor de caudal ultrasónico . . . . . . . . . . . . . . . 22 3.1.2. Arquitectura de hardware del sistema embebido . . . . . . . . . . . . 23 3.1.3. Integración de sensores y adquisición de datos . . . . . . . . . . . . 23 3.1.4. Comunicación inalámbrica mediante LoRa. . . . . . . . . . . . . . . 23 3.2. Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3. Posprocesamiento en Servidor y AWS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 3.3.1. Arquitectura propuesta en AWS(conceptual) . . . . . . . . . . . . . 26 3.3.2. Recepción de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.3.3. Base de datos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.4. Tableros de PowerBI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.4.1. Tableros de visualización con PowerBI . . . . . . . . . . . . . . . . 27 3.4.2. Indicadores ambientales. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.4.3. Indicadores operativos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3.4.4. Valor agregado del uso de PowerBI . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5. Portabilidad y costos del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5.1. Costos estimados del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5.2. Costo total y análisis a escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 3.5.3. Evaluación global de viabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 4. Conclusiones 32 4.1. Conclusiones generales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4.2. Próximos pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 4.3. Integración. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Bibliografía 34

Materias

Cita recomendada

Robledo, J. R. (2026). Estación de medición de caudal de gas [Tesis, Universidad Nacional de Tucumán, Facultad de Ciencias Exactas y Tecnología]. RIDUNT. https://ridunt.unt.edu.ar/handle/123456789/6133