TESIS DE GRADO Fatima Fuentes Caicedo “Monitoreo a Distancia del Sistema de Protección Catódica...
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TESIS DE GRADO
Fatima Fuentes Caicedo
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“Monitoreo a Distancia del Sistema de
Protección Catódica en las Líneas
Submarinas del Terminal Petrolero de
Balao-Esmeraldas”
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Objetivo
• Implementar un sistema de monitoreo remoto permanente, para la protección catódica de las 8 líneas Submarinas.
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Metodología
1. Describir su importancia y desarrollo en la tecnología.
2. Aplicación del monitoreo al SPC mejorado.
3. Implantación del software.
4. Poner operativo el sistema y comparar los datos obtenidos.
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INTRODUCCIÓN
• 8 Tuberías de transporte de combustible construidas hace 20 años.
• Sistema anterior colapsado (tuberías sin protección).
• Mejoramiento de Sistema de protección catódica.
• Sistema de monitoreo a distancia entre el TEPRE y Refinería.
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1. MONITOREO
• Software de Alto Desempeño• Hardware de Bajo Costo• Avances en Comunicaciones• Optimización de Recursos
Por qué ahora?
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Qué parámetros?
• Los tres más comúnes en corrosión
voltajeamperios
potencial
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Evolución del Monitoreo
1922 Hoy
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Sindrome del Control Remoto
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POR QUE MONITOREO
• El Control de la corrosión requiere monitoreo periódico, que a través de la historia se ha llevado a cabo en el campo por mediciones directas.
• Standards y Regulaciones exijen más y más monitoreo.
• La tecnología y el medio de los negocios convergen en hacer el control y monitoreo remoto económicamente viable.
• Uso eficiente de recursos.
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Protocolo de Operación (DATOS)
Quizá es el aspecto más ignorado y menos entendido en monitoreo remoto.
Y es el más importante !
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Protocolo de Operación (DATOS)
• El protocolo de operación consiste en series de revisión de datos para asegurar la calidad de la información.
• Sin el protocolo de datos, un bit de información incorrecta podría resultar en información completamente falsa.
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RS232
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Mensaje 10101
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RS232
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Mensaje 11101
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Protocolo Incompleto
• Correcto• Incorrecto• Rechazado
RectificadorUsuario
Linea de Teléfono
Unidad Remota
RS232
1010111101
Maestra
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10101
Protocolo en VivoProtocolo en Vivo
Correcto Re-Envío hasta que sea Correcto
RectificadorUsuario
Linea de Teléfono
Unidad Remota
RS232 Maestra
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Tipos de Monitoreo a Distancia
• Radio• Teléfono• Celular• Satélites de orbita baja y geoestacionarios• Fibra Óptica
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Radio
• - Costo inicial en Hardware
• + Cobertura en ubicaciones remotas
• + No hay costo mensual
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Teléfono
• - Disponibilidad en Lugares Remotos
• + Económico Por Minuto
• + Práctico
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Celular
• - Costo Mensual
• - Falta de Cobertura
• + Bajo Costo de Instalación
• + Disponibilidad en Ubicaciones Remota
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Satélite de Orbita Baja
Estación en TierraRectificador
Central de Control
de Red
Internet
Satélite
Usuario
+ Disponibilidad en Ubicaciones Remotas
- No hay Comunicación en vivo
- Transmisión de datos por Internet
- Retraso en la Información
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Satélite
• - Costo
• + Area de Cobertura
• + Protocolo Completo
• + Comunicación en vivo en dos sentidos
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+ Agilidad
+ Trasmisión de información de acuerdo a ancho de banda.
+ Inmune a la trasmisión de inducción magnética e interferencia estática.
+ Resistencia a extremos ambientales.
- Alto costo inicial y de mantenimiento.
Fibra Optica
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Aplicaciones Industriales
El número de Canales de Control y Monitoreo Remoto se puede incrementar a 480 conectados a un mismo modem
Monitoreo
Analógico
ControlAnalógico
MonitoreoDigital
ControlDigital
. Voltaje
. Corriente
. Frecuencia
. Temperatura
. Presión
. Hidrometría
. Niveles
etc…
Ajustar
. Velocidad de motor
. Intensidad de luz
. Flujo
. Temperatura
Salida de Electr.
etc…
Revisar
. Apagado/Encendido
. Status de Válvula
. Puerta abierta
. Alarma de Fuego
. Bajo combustible
. etc…
Apagar/Encender
. Luz
. Generador
. Sirena
. Regaderas
. Cargador
. Válvula
. etc…
Mediciones
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Tecnología a Implementar
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Configuración General
Modem Computer
TecladoMouse
Telefomo
Módulo
RECTIFICADOR
L. Telf.
RadioCelular
Satellite
TelefonoLaptop
Mundo
Conexión +-
20 Anodos 20 Anodos
TuberíaElectrodo
(-)
+ +
VI
Estación PrincipalRefinería
Estación MaestraEstación TEPRE
Tierra
Poste demedición de
Potencial
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2. Mejoramiento del SPCDescripción del Problema
• Falta de un adecuado control de potenciales de protección del SPC,
• Deterioro debido a la distancia y dificultad de acceso desde REE al TEPRE,
• No se lleva un correcto control del estado de protección.
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Criterios de Protección
Criterios de NACE, RP01-69-96
1. El criterio de potencial de inmunización del acero.
2. El criterio que indica el potencial de protección
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Diseño del Sistema CatódicoTabla 2 Descripción De Las Tuberías
LÍNEA DIAMETRO (Plg)
LONGITUD(m) PRODUCTO
N° 1 20” 4300 FUEL OIL
N° 2 14” 4300 FUEL OIL
N° 3 10 4000 LPG
N° 4 8” 4300 KEREX
N° 5 12” 4300 DIESEL
N° 6 12” 4300 GASOLINA EXTRA
N° 7 10” 4300 GASOLINA SUPER
N° 8 20” 4000 DESLASTRE
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Resistividad eléctrica del terrenoTabla 3 Medición De Resistividad Electrical-Longitudinal
LECTURAS R () RESISTIVIDAD ( -cm.)
OBSERVACIONES :
Las mediciones a 0+350 y 0+400 son en playa.
FECHA: 5/05/2001 2/24/2001 factor x Ohm 2 a R
ABSCISA PK a = 150cm
a = 300 cm.
a = 500 cm.
a = 150 cm.
a = 300cm
a =500 cm.
0+000 (EB&R) --- -- --- -- -- ---0+050 --- --- --- --- --- --
0+100 10*0,62 10*0,31 10*0,12 2261.95 2073.45 628.32
0+150 10*0,3 1*0,87 1*0,2 2261.95 1093.27 345.58
0+200 1*0,46 1*0,1 1*0,04 113.10 659.73 408.41
0+250 10*0,77 10*0,65 10*0,27 716.28 339.29 314.16
0+300 10*0,12 1*0,46 1*0,1 2638.94 2638.94 314.16
0+350 1*0,23 1*0,1 1*0,02 216.77 188.50 62.83
0+400 (PLAYA) 1*0,14 1*0,1 1*0,1 131.95 188.50 314.16
PROMEDIO: 1191.56 1025.95 341.09
Ver Figura 2.1
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Tabla 4 Medición De Resistividad Eléctrica- Transversal
LECTURAS R () RESISTIVIDAD ( -cm.)
OBSERVACIONES:
Se toman las distancias desde el punto de contacto en las tuberías. El lecho #1 esta antes del estero
El lecho #2 esta después del estero
FECHA:
15/03/2001 factor x Ohm 2 a R
ABSCISAa =
150cma =
300 cm.a =
500cma =
150 cm.a =
300 cm.a =
500 cm.
LECHO # 1 0+000 --- --- --- --- --- ---
0+028 10*0,11 1*0,28 1*0,08 1036,73 527,79 251,330+058 1*0,73 1*0,17 1*0,07 688,01 320,44 219,910+088 1*0,4 1*0,1 1*0,08 376,99 188,50 251,33
PROMEDIO: 700,58 345,58 240,86
LECHO # 2
0+000 10*0,13 1*0,1 1*0,08 1225,22 188,50 251,330+30 1*0,24 1*0,1 1*0,08 226,19 188,50 251,33
0+060 10*0,15 1*0,46 1*0,1 1413,72 867,08 314,16
0+090 10*0,14 1*0,44 1*0,14 1319,47 829,38 439,82
PROMEDIO: 1046,15 518,36 314,16
Ver Figura 2.2
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Selección del Sistema de Protección Catódica
• El sistema representa gran demanda de corriente.
• Facilidad de acometida eléctrica.
• Vida útil superior a 20 años.
• Neutraliza corrientes vagabundas provenientes de sistemas aledaños.
Método de Corrientes impuestas
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Instalación del Sistema Catódico
RectificadorTabla 10 Acometidas Eléctricas En La Caseta De La
Estación
Unidad Descripción
TransformadorRectificador
Rectificador inmerso en aceite Voltaje entrada: 440 VAC Frecuencia: 60 Hertz Fase: Three Voltaje: DC 50 VDC Corriente DC: 250 Amps Tipo de cabina: A prueba de explosión Material de cabina: Acero Pintado
Malla Barras de cobre Tejido de alambre de cobre
Acometida Eléctrica
Cajas de breakers para 440 y 110V Transformador de 440 a 110V
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Ánodos
• Ánodos de Titanio platinado.• Voltajes pequeños-corrientes
grandes.• Desgaste imperceptible
0.01g/A-año.
• Imax. 3000 A/m2
Figura 2.4 Instalación De La Cama De Ánodos
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Conexiones• Cable direct burial (HMWPE) 1/0, .
• Pernos ranurados de cobre, grandes.
• kit de encapsulaciones de resina para pernos ranurados,
• Cintas autofundentes para garantizar u correcto sellado de las uniones y empalmes,
• Soldadura cadweld tipo CAHA
• Protectores de soldadura con bitumastic
Figura 2.6 Soldadura Cadweld
Figura 2.5 Encapsulación Epóxica Para Unión Y Sellado De Cables
Rncapsulación
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Potenciales de Medición
• Cabezas de medición de potencial
• Electrodos de referencia de Ag/ AgCl SER-008-SUB
• Caja de shunt para los lechos de ánodos
• Caja de shunt para las 8 tuberías
• Caja de lectura para los electrodos de referencia.
Figura 2.7 Estación De Monitoreo
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Juntas de Aislamiento Eléctrico
• Se aísla completamente de sistemas aledaños
• Instalación de jugos aislantes en zona de lanzadores y By-pass de Oleoducto.
• Pruebas de aislamiento eléctrico.
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Instalación del Hardware
• Ultravioleta • Agua• Polvo• - 40 a + 85 ºC
Confinamiento Primario
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Unidad de Campo Remota
CAJA(IP 65, c/Seguro)
Unidad de Procesamiento
Terminales de Conexión
Entrada deComunicaión
Fuente de Poder(110 V - 60 Hz)
Se
nso
res
y A
ctu
ado
res
Modem
Batería
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Lo Esencial del Hardware
• Tarjeta expandible de32 hasta 480 Canales• Todos los canales tienen su propio Microprocesador• No requiere programación en campo• Aislamiento Eléctrico de Cada Canal
– NO HAY TIERRA COMUN
• Supresión de sobretensión eléctrica- ESD - Descarga Electrostática- EMP - Protección Electromagnética
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Esquema Gráfico del Módulo
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Conexiones al Hardware
• Entrada de tuberías (-) y electrodos de referencia (+)
• Cables con orden de colores y puntos para no cometer errores al cambiar la polaridad.
• Fácil manejo Figura 2.12 Caja De Conexión Al Módulo
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Hardware de la Estación Principal
• Modem.- Transforma los datos de la computadora en señales telefónicas y viceversa.- Incorporados - Externos
• Procesador Pentium
• 32 MB RAM Min.
• 1 GB Disco Duro Mínimo
• Windows 95, 98, 2000 o NT
• Monitor a Color
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3. Software de Monitoreo
• Tecnología nueva• Acopio de datos en
sitio• Compatibilidad OLE• Es el último eslabón en
la cadena desde el proceso al usuario
Figura 3.1 Componentes Del Software
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Configuración del Software
• Panel principal
• Crear modem en el puerto
• Configuración del modem
Figura 3.2 Grupo De Programas
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Parámetros de InstalaciónTabla 12 Referencia De Los Parámetros De Comunicación
Referencia Entrada Explicación
Password [Clave] TEPRE Contraseña que será utilizada para autenticar el acceso.
Installation Phone No. [Núm. Telefónico de la Instalación]
725337 El número telefónico a marcar para conectarse a la instalación remota.
Modemgroup [Grupo de Módem]
CONFIGURADO
El grupo de módem a usar para establecer una conexión.
External [Externo] Si se selecciona, indica que la instalación no está conectada a un sistema telefónico interno.
Set Device Time [Ajustar Hora del Dispositivo]
Siempre que llame a la instalación remota, envíele la fecha y la hora actual.
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Hold Line [Línea de Espera]
30 Seg. Duración mínima en la que el software Comanche mantendrá una conexión con la instalación. ¡Al seleccionar Permanente se mantendrá la línea por siempre! ¡Esto deberá seleccionarse solamente en casos de prueba!
Modem Init [Inicialización del Módem]
AT Cadena de inicialización que usará el módem de la instalación remota.
Modem Dial [Marcación del Módem]
ATDT Los comandos del módem requieren tonos al marcar a la estación principal
Teléfono No. 1 / No. 2 700184 Números telefónicos primario y secundario para llamar a la estación principal.
Call Sequense [Secuencia de llamada]
Si un módulo falla al marcar a la estación principal, utiliza el parámetro de secuencia de llamada para intentos posteriores de marcación. Ist Number y 2nd Number [1º Número y 2º Número] se refieren al Teléfono No. 1/No. 2. El valor Delay [Demora] ajusta el tiempo de espera entre dos llamadas subsecuentes.
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Planificación de Alarmas
• Manejo de alarmas automatizadas
• Grupos de Trabajo • Administración de
Responsabilidades
Figura 3.16 Grupo De Trabajo Y Calendario
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Registro de Datos y Mensajes• Lecturas de
potencial “on”• Selección de
contactos a registrar• Ejemplo:
Número de ciclos= n =10
Velocidad de muestra= V= 1 min.Duración= t= 5 min.
Lecturas= n x t/ v= 10 x 5/ 1
Lecturas= 50
• Lista de Mensajes
Figura 3.17 Parametros De Medeción
Referencia
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Interfaz Gráfica • Herramienta para el
proceso de controlar.• Ilustra y simplifica los
procedimientos.• Conexión entre la estación
principal y los objetos.• Se muestra la información
necesitada por el usuario.• Interconexión entre las
hojas de trabajo.
Figura 3.21 Visualización De Potenciales
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Diagrama de Flujo de las hojas de Trabajo
PORTADA
VISGRAL2
FOTESTACFOT_AN1 JUNTA
LECHO
PLANO ELECT
LECHO
FORECT
CONEX
RECTIFIC
VISGRAL2
PORTADA
Visualización
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4. Pruebas de Monitoreo y Resultados
Se pone a prueba el funcionamiento en conjunto de todas las partes del sistema.
• Puesta en Marcha
• Manejo de Datos Obtenidos
• Análisis de los Datos
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Puesta en Marcha
Realizada la implantación de cada uno de sus componentes:
• Mejoramiento e instalación del SPC
• Hardware con sus conexiones al SPC
• Instalación y programación del Software
Se puede poner en marcha el sistema completo.
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Estación Maestra
Figura 4.1 Diagrama De Proceso Del SPC
"ON"Sala de
Operadores
"ON"BreakersCaseta
RectificadorEnergizado
"ON"Rectificador
Ajuste enInstrumentos
V , I
Medición dePotenciales
Nivel deProtecciónTuberías
Fin
Inicio
Estación Maestra (TEPRE)
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Estación Principal
• Alternativa para obtener lecturas y mensajes
• Establecer conexión
• Enviar los parámetros al hardware
• Realizar las lecturas
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Figura 4.2 Sistema De Mensajes
Figura 4.3 Mensajes Procesados / Recibidos
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Manejo de Datos• Herramienta útil para tener una apreciación
estadística.• Exporta a programas de manejo de base de
datos como son: Excel, Lotus 123, Quatro Pro, Dbbase, Access, Approach y otros.
Figura 4.5 Command Center Lecturas
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• Una vez puesto en marcha el sistema y los datos obtenidos
• Control de la variación del potencial desde su estado natural con respecto al tiempo.
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Potenciales Eléctricos de Protección
TUBERIA
Pot. Natural [mV]
Pot. Protección [mV]
Pot. Protección [mV]
Pot. Protección [mV]
Dic. 01 Ene-02 Feb-02 Mar-02
L 1 FUEL OIL 373 549 845 1140
L 2 FUEL OIL 536 720 880 1041
L 3 LPG 641 662 900 1192
L 4 KEREX 570 831 1002 1174
L 5 DIESEL 580 911 1006 1101
L 6 GASOLINA EXTRA 667 710 974 1238
L 7 GASOLINA SUPER 733 911 1065 1219
L 8 DESLASTRE 643 747 824 900
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Figura 4.6 Variación De Los Potenciales De Protección
1140
1041
1192 11741101
1238 1219
900
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
mV.
L 1 L 2 L 3 L 4 L 5 L 6 L 7 L 8
Tuberías
Potencial ON / OFF
Potencial Natural Dic. 01
Pot. Protección Ene. 02
Pot. Protección Feb. 02
Pot. Protección Mar. 02
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Análisis de Datos• Diferencia de 0.002V entre las lecturas en sitio y
la Estación Principal.
• Se mantiene la misma diferencia entre las mediciones realizadas en la caja de conexión al módulo y los Postes de potencial.
• El monitoreo del V y A, registra valores continuos de 73A y 6V en promedio, una vez obtenida el proceso de estabilización y distribución uniforme del sistema.
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5. Conclusiones
1. Las Líneas quedaron protegidas con niveles entre 900 y 1200 mV y con el sistema de monitoreo activado.
2. La tecnología reduce el esfuerzo humano requerido para mantener funcionando un sistema de protección catódica mediante el monitoreo a distancia.
3. Elimina la necesidad que el personal viaje hasta las estaciones de prueba a tomar las mediciones.
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Conclusiones
4. El sistema se puede tener en funcionamiento las 24 horas del día, teniendo una capacidad de más de 690.000 lecturas.
5. El sistema de monitoreo Comanche quedó configurado de tal manera que notifique a través de una llamada de sonido tipo alarma y enviar mensajes al fax de los grupos de trabajo.
6. El programa permite un análisis exhaustivo sobre lo que esta ocurriendo en las tuberías y otorga a tiempo futuro datos estadísticos sobre el comportamiento del SPC.
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Conclusiones
7. El monitoreo brinda un fácil acceso al personal técnico autorizado, sin necesidad de que tenga conocimientos avanzados en computación.
8. Resulta económico y rentable la implantación del SPC, un Software de alto desempeño con un hardware de bajo costo, avance en comunicaciones y la optimización de los recursos.
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Recomendaciones
1. Realizar un mantenimiento periódico para verificar el correcto funcionamiento y operación.
2. Se recomienda el uso de sistemas de comunicación por medio de radio o celular, que permitan una comunicación continua para futuras instalaciones.
3. Se recomienda que cada vez que se realice soldadura en las tuberías, se desconecte los cables de entrada al módulo, ya que la descarga eléctrica podría ocasionar severos daños en el equipo.
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Recomendaciones
4. Ampliar las variables de inspección.
5. La utilidad, funcionalidad y fácil manejo del programa permite que se aplique este sistema para otro tipo de estructuras, tales como: poliductos en tierra, oleoductos, tanques de almacenamiento, etc.
6. Ampliar sus posibilidades instalando una tarjeta de control digital que permita apagar y encender el rectificador desde la estación principal.
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Recomendaciones
7. Realizar una tesis de grado para el control y monitoreo de los 60 tanques de almacenamiento de 40m y 60m de diámetro, en la Refinería Estatal de Esmeraldas.
8. Su utilización para otras variables de monitoreo y control en aplicaciones diferentes a la Protección Catódica.