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CAPITULO IV

RESULTADOS DE LA INVESTIGACION

En este capítulo se presentan los resultados obtenidos de la ejecución

de los objetivos formulados y propuestos al inicio de la investigación. En

el mismo se muestra la descripción del proceso, parámetro variables y

fijos, evaluación del sistema con propuesta de automatización, basado en

equipos específicamente seleccionados, siendo controlados mediante un

software diseñado para un PLC (Controlador lógico programable).

Adicionalmente se presentan las conclusiones y recomendaciones para

futuros trabajos en el área.

4.1. FASE I: DESCRIPCION DEL SISTEMA DE LAVADO Y FILTRADO DE RESIDUOS EN EL CONDENSADOR.

El objetivo principal del sistema de filtrado y lavado de residuos en el

condensador de una planta termoeléctrica (Complejo Termoeléctrico

General Rafael Urdaneta) es el filtrar y mantener limpio el condensador

principal TZ03 y así como también conducir el agua tratada hasta su

disposición final. Los líquidos residuales producidos en la Planta

Termozulia del Complejo Termoeléctrico poseen principalmente

concentraciones altas de sólidos suspendidos, materia coloidal,

hidrocarburos emulsificadores y libres y presencia de materia orgánica.

Las aguas superficiales utilizadas para fines de refrigeración en

centrales eléctricas o plantas industriales contienen sustancias disueltas y

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no disueltas, que, dependiendo de la ubicación y el tipo de sistema de

evaluación previa, pueden variar significativamente en cantidad y

composición.

La disposición no deseada de estas sustancias sobre las superficies de

los tubos se designa como incrustaciones de micro. Normalmente varios

mecanismos de ensuciamiento se producen en los tubos de refrigeración,

al mismo tiempo se intensifican conforme transcurre el tiempo.

Además de la formación de incrustaciones de micro está fuertemente

influenciada por:

Material del tubo (aumento de bio-ensuciamiento con aceros

inoxidables de titanio, así como la tendencia a la corrosión con

materiales de cobre).

La temperatura del agua de refrigeración (tendencia de no estar lo

suficientemente fría.)

Esta contaminación perjudica la transferencia de calor en la tubería de

refrigeración. Teniendo como resultado, la disminución de la eficiencia de

transferencia de calor. Además, puede dar lugar a frecuentes

interrupciones no programadas para fines de limpieza manual y daños a

los intercambiadores de calor. Las Pérdidas de rendimiento debido al

fungus de la cual, cuando se convierte en MW, están en el rango de 9 a

23 MW para una unidad de planta de energía nuclear 1300 MW, y de 4 a

10 MW para una unidad de turbina de 600 MW convencional, no son

aceptables en el negocio internacional del agua, especialmente cuando se

toman las condiciones competitivas de hoy en día.

Este sistema de lavado y filtrado en la actualidad se encuentra

operando de forma manual y con operadores que ejercen una acción de

control en sitio, se requiere automatizar por ser un proceso de vital

importancia en la termoeléctrica, partiendo desde el principio que el

condensador en una central térmica es el foco frío o sumidero de calor

dentro del ciclo termodinámico, mientras más limpio se encuentre mayor

80

será la cantidad de calor transformable. Un condensador obstruido por de

desechos no puede transferir ni refrigerar las tuberías adecuadamente

con las altas temperaturas presentes. Para aumentar esta capacidad

térmica y disminuir la contrapresión, así como el trabajo en bombas,

eficiencia en el filtrado y todo proceso que al condensador corresponda,

se debe llevar hasta el máximo la capacidad de flujo volumétrico de agua,

así como también la capacidad de transferencia de calor que pasa a

través de todo el sistema sin olvidar que con un sistema automatizado de

control y de monitoreo en tiempo real facilitaría los mantenimientos y

evitaría paradas inesperadas.

Para el caso de la planta Termozulia, la Unidad TZ03 de vapor en

ciclo combinado, cuenta con un condensador de superficie de 2 cajas con

2 pasos de agua de circulación por caja, las cuales están comunicadas

directamente (cada una) con bombas de agua de circulación

respectivamente, siendo la comunicación a la entrada y el agua de

circulación o enfriamiento sale por la parte de arriba para conducirse

directamente hacia el lago de Maracaibo. A continuación se muestran las

características constructivas del sistema de lavado y filtrado en el

condensador.

Figura 20. Esquema referencial de termoeléctrica con circuito cerrado

de enfriamiento. Fuente: Salas (2016)

81

En esta imagen referencial observamos un esquema general de la

planta, donde se visualiza enumeradas por orden inicial cada una de las

etapas de lavado y filtrado. Donde se observan tuberías, filtros y bombas

acoplados a un condensador de agua, toda esta serie de etapas de

filtrado serán explicadas en su totalidad; así como también las

deficiencias y necesidad de instrumentos modernos para un monitoreo y

control. Este proceso consta de 3 Etapas, Precolado, Filtrado principal e

(Inyección de bombas y recirculado).

Primera Etapa del sistema de lavado y filtrado

Sistemas de selección previa (Pre-Colado)

Este Sistemas de selección es el puente entre la naturaleza y la

tecnología para muchas industrias. Ellos forman el primer eslabón de la

cadena de conversión de agua natural para la utilización industrial.

Durante muchos años representaban el único lugar donde se limpiaron

los circuitos de agua de refrigeración industriales. Pero el creciente

conocimiento de los beneficios económicos a través de la mejora de la

limpieza del agua, y las demandas de mayor calidad sobre el agua

utilizada industrialmente, han cambiado considerablemente esos

sistemas. Tienen el propósito de retener desechos de grandes

volúmenes. El espacio libre entre las barras del filtro se seleccionan

regularmente entre 80 y 100 mm. Es decir solo ingresan partículas

menores de 80mm que serán filtradas más adelante; es así como se da

inicio al proceso de admisión de agua proveniente del lago de Maracaibo.

Este proceso no tiene ningún tipo de control, monitoreo ni

mantenimiento preventivo, los mantenimientos e inspecciones se hacen

cada cierto tiempo, incidiendo en paradas y mantenimientos correctivos

con un costo elevado. Es por ello que se hace necesaria la instalación de

una serie sensores de nivel fluidos y sensor de flujo volumétrico para

saber cuándo el agua se encuentra en un nivel óptimo y si está

ingresando al sistema en la cantidad requerida, ya que puede haber

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elementos externos de gran dimensión que dificultarían el ingreso

principal de agua a la planta.

A continuación en las siguientes imágenes (referenciales) se aprecian 2

tomas distintas, una animada y la otra representa una imagen real de la

pantalla de barras.

Imagen(a) Imagen (b) Figura 21. Imagen (a) Pantalla de Barras vista superior (Real)

Imagen (b) Representación de Pantallas animada. Fuente: Salas (2016)

En la representación (a) tenemos el sistema de barrera (filtro primario

de admisión) vista de la parte superior filtrando y dejando todos los

escombros de plásticos y desechos de cualquier tipo fuera del alcance las

bombas. Así mismo en la imagen animada hay una flecha indicando la

dirección del flujo.

Luego que el agua entra a la planta termoeléctrica a través del

apantallado de barras, existen 2 compuertas para condenar el flujo de

agua, denominadas “Stop Logs” (Barrera), esta barrera funciona como

una compuerta para aislar el sistema de filtrado y lavado para labores de

mantenimiento. Como se aprecia en la figura (21) dichas compuertas son

de un material sumamente resistente, y solo son instaladas si existe la

necesidad de parada de planta.

83

Figura 22. Stop Logs (Barrera).

Fuente: Salas (2016)

Una vez que se necesita cerrar la admisión de agua a la planta se

proporcionan guías para en el hormigón en el fondo y las paredes del

canal como orientación en la instalación de parada, La protección está

asegurada por un perfil de neopreno circunferencial. La bajada y subida

de dicha barrera se lleva a cabo por medio de un haz de elevación que

presenta el registro de parada en el carril-guía por medio de una

grúa. Dependiendo de la longitud disponible del bastidor de guiado, De

requerirse para propósitos de cierre, puede ser estacionado en la parte

superior del eje de guía. Estas compuertas se instalan manualmente por

los operadores de planta y no tienen asociadas a ellas sensores o

alarmas que indiquen cuando están instaladas, se hace necesario que se

sean cerradas e instaladas automáticamente por control remoto mediante

un control de parada de emergencia, agilizando el proceso de cierre y

agregando una medida de seguridad para los operadores y planta en sí.

Es por ello que con una cadena de limpieza de dos etapas luego de la

barrera principal, esto aislara toda conexión conectada aguas arriba,

suministrando un sistema de pre-selección modificado que cumple con los

requisitos de protección de las bombas modernas de hoy día. En

combinación con los filtros de alto rendimiento de la serie PR-BW (por

ejemplo: tipo de filtro PR-BW 800). Es una solución global para la

protección de ensuciamiento macro de bombas e intercambiadores de

calor o condensadores conectados después de que se crea que es mucho

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más eficaz que antes, es por ello que se tiene otra serie de filtros luego de

los filtros primarios tipo barrera.

Segunda Etapa del sistema de lavado y filtrado.

Filtrado principal

Después que el agua ingresa a las líneas principales de admisión

pasando a través de la pantalla de barras gruesas y pantalla de bloqueo

de fluido, el vital líquido es filtrado por El PR-BW 800 que es un filtro de

lavado a contracorriente de alto rendimiento para la separación de

ensuciamiento macro (desechos de todo tipo) del líquido cuya aplicación

principal es la filtración del agua de refrigeración en centrales eléctricas

proveniente de los elementos filtrantes primarios (barras de admisión).

Este filtro por ser el principal capta partículas con grados de finura de

aprox. 5 - 9 mm, así mismo elimina las incrustaciones macro de los flujos

de gran volumen, incluso más allá de 100.000 m3 / h. De este modo, los

condensadores de turbinas e intercambiadores de calor instalados aguas

abajo, una protección efectiva de elementos contaminantes de gran

escala. Este filtro es de alta tecnología y en su proceso de barrido interno

tiene instalado un motor que sirve como actuador a una bandeja auto

limpiadora enviando los desechos a través de 2 (dos) líneas resaltadas

en círculo negro y rojo. Ver figura (23).

La línea de tubería resaltada en rojo direcciona el fluido y desechos al

filtro PR-BW 100. Y la línea resaltada en negro lo hace al filtro PR-BW

100-FC. En la actualidad el proceso de filtrado y direccionamiento hacia

otros filtros se está realizando manualmente asi como tambien el barrido

interno del filtro a una velocidad (RPM) fija sin variar bajo ninguna

circunstancia, adicional a ello este sistema solo tiene manometros para

medir la presion en cada filtro, el operador debe ir al sitio para monitorear

si esta en trabajando bien el sistema, es decir carece de un control por

presion diferencial para detectar disminucion del flujo por falta de

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mantenimiento, temperatura en filtros producto de la friccion en lineas y

con de RPM en la bandeja autolimpiante.

Imagen (a) Imagen (b)

Figura 23. Imagen (a) FiltroPR-BW 800 vista lateral animada.Imagen (b) Vista superior real.

Fuente: Salas(2016)

Luego de pasar el primer filtro de la segunda etapa de lavado, el fluido

y desechos que viene proveniente del filtro PR-BW 800 por la línea de

flujo (B) pasa a través del filtro El PR-BW-100 FC que está diseñado para

la filtración fina de líquidos. Su diseño está basado en "elementos de filtro

activos". Este tipo de filtro activo trabaja con orificios de 50 a 1.000

micras tomando la filtración fina en las áreas que habían estado fuera del

alcance con caudales de hasta 12.000 m3 / h se. Esto agrega una

posibilidad de control de contaminación fina, especialmente para circuitos

de refrigeración con un solo paso o dos pasos de enfriamiento como es el

caso y no solo eso, también sirve como etapa preliminar de filtración por

membrana. Este filtro protege el sistema y el intercambiador de calor y/o

condensador instalados aguas abajo, combatiendo contra las larvas de

mejillón (Bacterias)y otros desechos cumpliendo una tarea importante

para combatir un posible problema, originando otro tipo de contaminación

en el sistema (Biológica) y física.

En las siguientes representaciones vemos el filtro conectado en las

líneas de entrada y salida. Como se mencionó anteriormente la entrada

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proviene del filtro PRB-800, y sus salidas 2 (dos) van a un mini

condensador y la otra a la descarga en lago.

Imagen (a) Imagen (b)

Figura 24. Imagen (a) Filtro PR-BW 100 FC animado. Imagen (b) Filtro instalado en la industria.

Fuente: Salas (2016)

La instalación de este filtro es totalmente necesaria teniendo una

aplicación especial como se ha venido mencionando protegiendo bombas,

condensador y cualquier de los objetos instalados aguas abajo del

crecimiento del mejillón, por separación de larvas de mejillón en el mar y

el agua dulce, en particular: mejillón cebra y la almeja asiática, teniendo

esto en cuenta a la hora del diseño de la termoeléctrica, debido a que la

toma de agua se hace en el lago de Maracaibo. Este filtro carece de un

panel de control local así como la visualización en tiempo real de lo que

está aconteciendo, la medición en sitio solo se hace por medio de

manómetros y el control de velocidad está ajustado manualmente, es

decir que no hay una retroalimentación que indique la necesidad real de

velocidad de retrolavado. En múltiples ocasiones también es necesario

realizar un mantenimiento correctivo, y no tiene válvulas para aislar este

filtro de todo el sistema. En la figura 25 se evidencia un rotor, motor

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reductor y válvula de descarga de cuerpo extraños que están

inoperativos. A continuación se hace una muestra de la arquitectura

interna del filtro en cuestión.

Figura 25. PR-100 BW FC Fuente: Salas(2016)

Cuadro 2. Nombre de elementos

Fuente: Salas(2016) Luego de que las partículas finas son filtradas y enviadas de vuelta al

lago, pasamos al otro filtro de la segunda etapa de filtrado: El PR-BW 100

que es un filtro de retrolavado automático para la separación de

ensuciamiento macro y otras partículas de líquidos sin interrupción del

flujo. Este filtro permite manejar flujos de volumen de 64 a 5.000 m3 / h,

1 carcasa de entrada 7 cojinete

2 cajetín de salida 8 motorreductor

3 placa de separación con el segmento deslizante

9 la válvula de descarga de cuerpos extraños con actuador

4 cartucho de filtro

5 rotor de retrolavado

6 zapato rubor

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que cubren las necesidades de filtrado en el rango de 1 a 9 mm. El

diseño del filtro compacto y esférico permite la máxima flexibilidad de

instalación y minimiza los costes operativos.

La alta eficacia de la "presión de Retrolavado-Aliviado" como la

tecnología básica de lavado ha hecho que el filtro sea una herramienta

necesaria y fiable mecánicamente ya que trata con éxito los tipos más

difíciles de escombros. Al igual que el filtro PR-BW 100FC, el PR-BW100

contempla una entrada proveniente del filtro PRW-800 y dos (2) salidas,

una para cualquier proceso que requiera fluido estrictamente filtrado

instalados aguas abajo, donde se realiza una prueba y conteo de

partículas, y la otra directamente a la descarga en lago. Estas líneas

identificadas como Entrada, salida 1 y 2 se verán identificadas en la figura

26.

Imagen (a) Imagen (b)

Figura 26. Imagen (a) Filtro PR-BW 100 conectado a líneas de proceso, Imagen y Filtro instalado en termoeléctrica.

Fuente: Salas (2016)

89

Figura 27 PR-BW 100 Fuente: Salas (2017)

Cuadro 3. Nombre de elementos 2

Fuente: Salas(2016)

En esta investigación se encuentra que las funciones electrónicas del filtro no

están operativas, entre las que se mencionan el control en apertura de salida,

operación fija del rotor de retrolavado y motor reductor, así como también la

medición de presión diferencial con un manómetro en sitio, esto hace que la

eficiencia térmica, como la eficiencia de filtrado se vean disminuidas

críticamente, al no poder controlar el proceso bajo los parámetros indicados por

el fabricante ni necesidades de la planta reales.

1 carcasa de entrada

5 refuerzo de retrolavado

2 cajetín de salida

6 motor reductor

3 rotor de retrolavado

7 abertura de salida

4 sección de filtro

8

90

Limpieza de Tubos consta de 3 etapas, inyección, recolección,

y recirculación.

Las bolas de limpieza (ver figura 28) se inyectan en la tubería de agua

de enfriamiento a través de la inyección de la bola en la zona de entrada

del intercambiador de calor. Por el flujo de agua que a su vez se

distribuyen en el agua de refrigeración y se mueven a través de los tubos

internos del condensador en las que realizan su trabajo de limpieza.

Después de pasar a través de los tubos de refrigeración las bolas se

separan de la corriente a través de una sección de filtrado tipo strainers

dispuesta en la salida de agua refrigeración, una vez filtradas el sistema

funciona como una retroalimentación, es decir ciclo cerrado de limpieza,

donde son almacenadas en un tanque, monitoreadas y enviadas de vuelta

a la línea de inyección para repetir el proceso de limpieza.

Figura 28. Bolas de limpieza. Fuente: Salas (2016)

Para salvaguardar el resultado de limpieza a largo plazo, la cantidad de

bolas circulantes se selecciona principalmente de manera que en un

promedio de cada tubo de refrigeración recibe doce pasajes de bolas por

hora. Opcionalmente, el número de recirculación de bolas se puede

determinar automáticamente. Pero no es el caso en la planta

termoeléctrica, ya que el número de bolas en proceso se hace manual

91

cuando se determina en inspecciones locales que ya no cumplen con el

estándar de limpieza o cuando la eficiencia térmica se ve disminuida.

Es así que el sistema de Inyección de Bola tiene como propósito la

distribución de bolas de limpieza al intercambiador de calor

(Condensador), mediante 2 (dos) tubería o líneas especializadas para

este proceso (ver figura 29). En las siguientes imágenes se visualiza

como es el proceso de inyección de bolas y la diversidad de las mismas,

teniendo en cuenta que esto es un proceso continuo, y es tan importante

como el filtro PRW-800, ya que mantiene el condensador 100% operativo.

Figura 29. Proceso de Inyección de bola animado.

Fuente: Salas (2016)

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Figura 30. Proceso completo de inyección de bolas Fuente: Systems for Cooling Water Circuits Section 8.1

En la figura (30) Se aprecia un desglose de componentes, válvulas

manuales, filtros. También se aprecia el momento justo donde al estar

apertura la válvula de descarga las bolas limpiadoras ingresan al sistema

de lavado del condensador de la termoeléctrica, ellas son guiadas a

través del agua y van limpiando efectivamente los conductos interno del

93

condensador. Este proceso a pesar de ser simple como la inyección de

elementos, es muy importante tenerlo monitoreado y controlado, hoy en

día la descarga de las bolas se hace manualmente por las bombas y una

válvula parcialmente abierta de descarga. Así como también en la imagen

se aprecia una salida que proviene del filtro PR-BW 800 hacia los demás

filtros y descarga en lago, operada por una válvula manual.

Sección de Colador es un sistema de filtrado en el proceso, cuya

utilidad resulta en la separación de bolas de limpieza para su posterior

recirculación y reutilización. En la Figura (31) se observan las flechas

indicando la dirección de flujo, y las bolas siendo recogidas por el Strainer

(Rojo), y siendo enviadas a las tuberías hasta las bombas de

recirculamiento.

Imagen (a) Imagen (b)

Figura 31. Imagen (a) representa el filtro tipo strainers. Imagen (b) Strainers instalado en proceso.

Fuente: Salas (2016)

Como se aprecia en las imágenes, el Strainer está estratégicamente

ubicado en la descarga (salida del condensador) para ir reteniendo cada

bola de limpieza y aparte realizando este trabajo de colado con paletas

tipo vórtice, por lo tanto las pérdidas de presión son más bajos y así

evitar puntos de aspiración ciegos en el centro del flujo. La inducción de

un flujo secundario se hace en paralelo a la superficie de la pantalla por la

94

que se alcanza un efecto de auto-limpieza de las pantallas; las pantallas

se vean afectados por el ensuciamiento macro en áreas puntuales.

El strainers tiene un trabajo especializado de soldadura como refuerzo

en su construcción para evitar un deterioro y desgaste por corrosión son

diseñados con barras de canto para evitar esteras causadas por

desechos fibrosos. En la próxima imagen vemos el proceso a nivel macro,

incluyendo elementos finales de control instalados que son operados

manualmente.

Figura 32. Proceso de recolección y recirculamiento de bolas. Fuente: Systems for Cooling Water Circuits Section 8.1

Como se evidenció en la figura (32) se tiene el proceso de recolección

de bolas mediante un filtro tipo Strainer, siendo enviado por unas líneas

que son controladas por una válvula de operación manual y manómetros

95

de presión instalados localmente, hacienda difícil la tarea de seguimiento

al proceso si no hay un operador en el sitio. A continuación se explicara el

resto del proceso que se ve en la figura (30) la unidad de recirculado.

Unidad de recirculación de bolas consiste en la extracción,

recarga y recirculación de bolas de limpieza mediante 2 tuberías que

están conectadas a 2 bombas, las mismas se encargan de succionar y

bombear las bolas de vuelta al sistema. Extracción y carga de las bolas

de limpieza Dependiendo de la condición del tubo, las bolas de limpieza

están sujetas a tensiones de diferentes niveles. Antes de que se

desgasten con el mismo diámetro que el tubo de enfriamiento deben ser

reemplazados por una carga de bolas nuevas cumpliendo con los

parámetros necesarios que indica el fabricante.

Aunque no hay indicaciones específicas para saber la frecuencia de

cambio de las bolas se pueden hacer sobre el período hasta la vida

asciende a 4 semanas o más con una buena condición del proceso en el

condensador. Determinar el diámetro de la bola es muy fácil, ya sea

manualmente por medio de un medidor calibrado (rejas de un grosor

determinado) y sacando una muestra del tanque de bolas (Proceso

actual). Así mismo carece un sensor en tanque externo que indique que

han salido del sistema cierta cantidad de bolas que no cumplen con el

tamaño especifico, este elemento debe ir instalado en la entrada del

tanque de almacenamiento de bolas para su monitoreo de forma remota.

Como se mencionó en el mismo párrafo se tiene es una operación manual

en la prueba de calidad de bolas y en el recirculamiento, este proceso

puede hacerse de manera automatizada.

96

Figura 33. Esquemático de bombas en planta termoeléctrica

Fuente: Salas (2016)

Como se aprecia en la imagen el proceso consta de dos (2) bombas y

un tanque tiene asociado a el 2 salidas, una que es para la muestra y

evaluación de bolas (manual) y otra línea que sirve a la re-inyección de

bolas al sistema de lavado que sirve al condensador principal. Todo este

proceso en la actualidad se hace manual, así como la apertura y cierre de

todas las válvulas para un mantenimiento correctivo y/o preventivo.

Culminando con la Fase 1 de la investigación que consiste en la

descripción del proceso de lavado y filtrado en el condensador de la

planta termoeléctrica (Termozulia), se determina que existe una gran

cantidad de procesos e instrumentos operados manualmente. Se hace

necesaria instalar funciones eléctricas y electrónicas para automatizar el

sistema de filtrado y lavado, también habilitar las que no están operativas,

entre las que se mencionan válvulas de control asociadas a entrada y

salida, operaciones de rotor de retrolavado y motor reductores, así como

también la medición de presión diferencial con sensores y transmisores

en sitio. Esto mejoraría los procesos como la eficiencia térmica en el

condensador y de lavado tanto operando como controlando los proceso

bajo parámetros indicados por el fabricante y necesidades de la planta.

97

4.2. FASE II: PARÁMETROS Y REQUERIMIENTOS PARA LA AUTOMATIZACIÓN DEL SISTEMA DE LAVADO Y FILTRADO DE RESIDUOS.

Luego de estudiar el proceso en detalle, es importante resaltar los

parámetros de operación de procesos manuales que se requieren

controlar y automatizar, así como también los requerimientos mínimos y

máximos de variables fijas y no fijas del objeto de estudio a automatizar.

Para este estudio y desarrollo fue necesario que se tomaran datos de las

variables que se consideran como determinantes en el sistema tomando

referencia de manuales de fabricante, libros sobre modelaje, control y

estimación de parámetros en termoeléctricas.

Para tener un control automatizado en una termoeléctrica son

necesarios las siguientes variables fijas y manipuladas; El caudal o flujo

de operación que entra al sistema mediante una bomba electro

sumergible, que es donde inicia el proceso y flujo en la salida de los

filtros que se encuentran en medio del proceso medular de enfriamiento.

Así como también la presión diferencial en entrada y salida en filtros para

conocer en ciencia cierta su temperatura y cambios durante el proceso de

filtrado. El agua por ser el elemento primordial de la naturaleza actuante

en el proceso se evalúa constantemente desde que ingresa y vuelve al

lago, durante la operación y en su salida, esta variable es tan fundamental

como critica durante la operación del sistema.

Se tiene una última variable pero no menos importante la cual es el pH

del agua cuyo valor de coeficiente crítico indica el grado de acidez o

basicidad de una solución acuosa (agua del sistema). Este control así

como los otros se realizan manualmente en sitio por operadores, es

prudente la selección de un sensor de nivel de pH, para que el operador

de planta no tenga que tomar la muestra personalmente.

98

Caudal de operación en sistema de lavado y filtrado del

condensador principal.

Es importante destacar, que para esta investigación se tomaron como referencia las necesidades y requerimientos de operación de la

termoeléctrica con apoyo de los manuales del fabricante. Que determina la cantidad ideal de fluido necesario para que el proceso de lavado y filtrado se ejecute al 100% para todo este sistema y a ser bombeada

respectivamente de vuelta al lago, todas estas medidas se obtienen a en la actualidad a través de monitoreo local (manual y presencial) por operadores, con esta investigación se hará énfasis en los parámetros

mínimos y máximos a ser controlados por un controlador lógico programable.

Cuadro 4 Variables actuantes en el sistema

Variable Tipo de variable Unidad Física

Rangos

Entrada / Salida

Flujo de operación entrante

푚3/h Max = 100.000 m3/h Min = 1800 m3/h

Flujo de Extracción 푚3/h Min = 1800 m3/h

Manipulada

Posición de las válvulas

Bomba Electro sumergible.

Nivel de agua en lago.

3 - 15 psi

RPM

4-20mA

0% 50% 100%

1200 RPM (Máximo) 1000 RPM (Medio)

800 RPM (Bajo) 20m sobre nivel de succión.

Fuente: Salas (2016)

Como se evidencia en el cuadro (4) el agua tiene un nivel mínimo en la

que debe estar sobre el nivel del mar para que la bomba electro

sumergible funcione y no se afecte su integridad. También se tiene un

mínimo de flujo de operación y un máximo, parámetro necesario para que

el sistema de lavado y filtrado pueda suministrar el flujo volumétrico de

99

agua requerido al condensador para poder realizar un buen intercambio

de temperatura (enfriamiento) a la turbina de la termoeléctrica.

Unos elementos que afectarían la cantidad de agua que entra y salen

en las líneas del sistema son las válvulas, que al operar de manera

manual no permite un control optimo, y retardando cualquier proceso de

mantenimiento o parada. Para poder automatizar es necesario saber los

rangos de operación para dichas válvulas, se propone que todas las

válvulas sean controladas electrónicamente por un controlador lógico

programable, por escalamiento.

La cantidad de agua circulando en el sistema del condensador

también hace vida en todos los filtros instalados aguas arriba y aguas

abajo. Se tiene una serie de 4 filtros tomando en cuenta el principal el

filtro PR-BW 800 como parámetros y requerimientos para su

automatización. Este filtro tiene asociado actualmente un rotor de

retrolavado trabajando en un rango fijo, se requiere conocer sus

características físicas para determinar cuál valor es el mínimo y cual valor

es el máximo para trabajar. Esta información se tomó como referencia en

el manual de operador.

Cuadro 5 Variables actuantes en el sistema 2

Variable Tipo de variable Unidad Física

Rangos

Entrada / Salida

Flujo de operación entrante (Filtro PR-BW

800)

L/푚3 Min = 1.1m3/s Operación = 2.5m3/s

Max = 4.5m3/s Flujo de salida en filtro L/푚3 Min =1.1m3/s

Manipulada

Backwash rotor.

Posición válvula de entrada.

Posición válvula de Salida a otros filtros.

RPM

3 – 15 psi

3 – 15

psi

1200 RPM (Máximo) 1000 RPM (Medio)

800 RPM (Bajo) 0%

50% 100%

0%

50% 100%

Fuente: Salas (2016)

100

Como se evidencia en el cuadro (5) la velocidad del rotor se puede

modificar en tres niveles, cada uno dependiendo de la necesidad del

momento. Ya que si hay alta presión en el sistema o hay alta temperatura

causada por una presión diferencial sabiendo que el agua tiene baja

temperatura, se determina que la velocidad de barrido interno del filtro

PR-BW 800 es muy alta, se debe proceder a disminuir esa velocidad

para que haya menor fricción dentro del filtro. El caudal de agua que pasa

a través del filtro es también tarea de la velocidad del rotor y la calidad del

agua entrante al sistema. Es por ello que se hace necesario controlar el

agua con residuos que es enviada a otros filtros donde tienen asociadas

unas válvulas manuales. Se deben instalar unas válvulas para ser

controladas en 3 rangos. Presión diferencial del sistema

La presión diferencial en el filtro nos proporciona información sobre el

grado de saturación. Con el sistema actual de medición de presión local

por manómetros es el operador quien decide cuando hay alta presión y

debe actuar liberando válvulas o disminuyendo velocidad en el filtrado.

Cuando se presenta un aumento de la presión antes del filtro en

comparación con la presión después del filtro.

Este hecho nos ofrece datos sobre el estado de suciedad o saturación

de los filtros instalados en el sistema de lavado y filtrado. Estos

manómetros no permiten un control oportuno del proceso ya que depende

directamente de un registro manual y del operador que esté pendiente del

mismo el cual, se acerca al sitio en una inspección rutinaria y llevando el

control (registro) de forma manual en un proceso tan importante como lo

es del filtrado en el filtro principal, así como también en otros filtros.

101

Cuadro 6 Variables actuantes en el sistema 3

Variable Tipo de variable Unidad Física

Rangos

Entrada / Salida

Presión diferencial Entrada del filtro

푃푆퐼ó퐵퐴푅

푃 = 푃푔퐻 14,5 PSI.

Max = 80% Min = 40%

Presión diferencial Salida del filtro

푃푆퐼ó퐵퐴푅 푃 = 푃푔퐻 14,5 PSI.

Max = 80% Min = 40%

Manipulada

Backwash Rotor

(motor)

Posición válvula de descarga.

RPM

3 – 15 psi

Max = 1200 RPM Med = 1000 RPM Min = 800 RPM

0%

50% 100%

Fuente: Salas (2016)

Como se evidencia en el cuadro (6) la variable fundamental en cada

uno de los filtros instalados en el sistema de lavado y filtrado de residuos

es la Presión Diferencial. Para tener un control de este parámetro nos

basamos en la ecuación de Presión para establecer los valores ideales en

cada filtro por su condición y tamaño físico. Se hace necesaria la

instalación de transmisores indicadores de caída de presión electrónicos

que permitan el uso de puntos bajos y altos para controlar el ciclo de

limpieza.

De este modo, empezará o girará más rápido el retrolavado

automático solo cuando la presión diferencial alcance un punto alto y se

detendrá o bajará de RPM cuando la presión diferencial alcance un punto

bajo. Así como también el monitoreo del sistema y control manual. Cómo

se mencionó anteriormente los parámetros de operación y control serán

independientes para cada uno de los 4 filtros instalados a lo largo del

proceso de lavado y filtrado de residuos.

102

Temperatura de operación del sistema de lavado y filtrado.

La temperatura del flujo de operación entrante y saliente de cada uno

de los elementos actuantes en el sistema llámense (filtros, condensador,

descarga en válvulas, etc.) se hace muy necesaria. Debido a que, a

mayor temperatura del agua, resulta más difícil es realizar el trabajo

térmico en el condensador (enfriamiento). Esta variable pude ser fija y

manipulable a la vez, ya que los elementos actuantes en todo el sistema

influyen por tratarse de un proceso térmico y de limpieza por obstrucción y

separación rápida de elementos, generando una alta fricción.

El proceso actual monitorea por medio de manómetros en sitio la

entrada del agua proveniente del lago es decir, se mide temperatura al

inicio del proceso y es monitoreada localmente en varios puntos críticos

hasta su salida (descarga nuevamente en el lago).Los rangos mínimos y

máximos presentados en el siguiente cuadro fueron determinados por los

parámetros de operación en los manuales de operación, así mismo se

sustentó teóricamente en sistemas de lavado de múltiples fabricantes.

Cuadro 7 Variables actuantes en el sistema 4

Variable Tipo de variable Unidad Física

Rangos

Entrada / Salida

Temperatura entrada 퐶°

Min = 30 c° Max = 80 c°

Temperatura Salida 퐶° Max = 80 c°

Manipulada

Válvulas de control

Filtros del sistema

3 – 15 psi 푃푆퐼ó퐵퐴푅

0% 50%

100% 푃 = 푃푔퐻 14,5 PSI

Max = 80% Min = 40%

Fuente: Salas (2016)

103

Teniendo los parámetros definidos por la necesidad intrínseca de la termoeléctrica mostrados en el cuadro (7), se plantea de forma imprescindible que para los efectos de la automatización el hecho de tener manómetros que no transmitan data, sino que dependan de un proceso manual no permite controlar ni verificar eficazmente la temperatura del agua que está trabajando en el sistema de lavado. Considerando toda esta información se recomienda la instalación de sensores de presión diferencial, así mismo sensores transmisores de temperatura en múltiples puntos del sistema. Control del pH

En la actualidad no se lleva un registro ni control del nivel de pH de

forma automática. A 25 °C, un pH igual a 7 es neutro, uno menor que 7

es ácido, y si es mayor que 7 es básico. A distintas temperaturas, el valor

de pH neutro puede variar debido a la constante de equilibrio del agua:

Kw. La determinación del pH es uno de los procedimientos analíticos más

importantes y más utilizados en química y bioquímica. El pH determina

muchas características notables de la estructura y de la actividad de las

moléculas, por lo tanto, del comportamiento de células y organismos lo

cual son fundamentales para mantener un control en el sistema de

lavado y filtrado y mantenerlo fuera agentes de contaminantes como algas

y / o desgaste acelerado de los componentes internos del sistema. A

continuación de muestran los parámetros.

104

Cuadro 8

Variables actuantes en el sistema 5 Variable Tipo de variable Unidad

Física Rangos

Entrada / Salida

pH entrante 푝H Max = 6.5 Min = 6.3

pH saliente 푝퐻 Max = 6.5

Manipulada Posición de las

válvulas 4-20mA 0%

50% 100%

Fuente: Salas (2016)

Evidenciado los valores mínimos y máximos del pH, se puede concluir

que el valor del pH se puede medir de forma precisa mediante

un potenciómetro, también conocido como pH-metro un instrumento que

mide la diferencia de potencial entre dos electrodos; un electrodo de

referencia (generalmente de plata/cloruro de plata) y un electrodo de

vidrio que es sensible al ion de hidrógeno. El pH de una disolución se

puede medir también de manera aproximada empleando ácidos o bases

débiles que presentan diferente color según el pH. Es por ello que se

recomienda la instalación de un sensor a la entrada y otro en la salida del

proceso, para su control y monitoreo.

Luego de haber estudiado cada uno de los parámetros y

requerimientos del sistema de lavado y filtrado en el condensador, bien

podemos definir que herramientas y tipo de sensores se necesitarían para

la propuesta de automatización, que se hará en la Fase III de esta

investigación. A continuación se hace referencia a las variables y

sensores asociados para su control mediante un PLC.

Caudal o Flujo de operación de sistema (Se necesitan sensores

transmisores de flujo, nivel de agua, bombas y válvulas de control).

Flujo de operación en filtros (Sensor transmisores de presión,

presión diferencial, control de RPM de retrolavado y válvulas de

control).

105

Temperatura de Agua (Sensor transmisor de temperatura y

válvulas de control) pH del agua (Sensor transmisor de pH, eficiencia de filtros)

Presión en sistema (Sensores transmisores de presión diferencial,

presión, flujo, temperatura, válvulas de control, bombas).

4.3. FASE III: DISEÑO LA AUTOMATIZACIÓN.

Después de conocer el funcionamiento del proceso de lavado y filtrado

y los parámetros / requerimientos de operación del sistema de filtrado y

lavado de residuos, haciendo comentarios objetivos al respecto de las

características del mismo, se consideró que las variables más relevantes

son la presión diferencial en filtros y el caudal de operación proveniente

del lago, ya que a través de estos valores se evalúa el comportamiento y

la operatividad del mismo. Por lo tanto, se prosigue a determinarlos

instrumentos necesarios como propuesta en el diseño necesario para una

automatización del sistema de lavado y filtrado de residuos.

Según los requerimientos para la automatización de sistemas

operacionales de CORPOELEC, se establecen lineamientos para

garantizar la continuidad y excelencia operacional de la industria eléctrica

del país, con la optimización de los procesos y una visión hacia la

independencia y soberanía tecnológica. Se insta a cumplir las Leyes de la

República Bolivariana de Venezuela, las Normas Internacionales básicas,

Normas ISA, etc.; Siendo obligatorio su cumplimiento en la ejecución de

proyectos de Automatización Industrial a todos los sistemas operativos a

nivel nacional.

Con la necesidad particular automatizar todos los procesos en el

sistema de lavado y filtrado de residuos, cabe destacar que la etapa inicial

de la producción energética, es el aprovechamiento de fuentes naturales,

donde es posible garantizar el funcionamiento del proceso como es el

106

caso del complejo termoeléctrico (Termozulia). Esta termoeléctrica

aprovecha cada uno de los recursos naturales provenientes del lago para

el enfriamiento del condensador, y así como otros procesos que no serán

mencionados en esta investigación, donde por error humano, falta de

supervisión y control en tiempo real han presentado diversas

consecuencias como paradas no programadas.

Para el inicio de la propuesta de automatización del sistema de lavado

y filtrado de residuos en el condensador de la termoeléctrica se debe

tener en cuenta la pirámide de automatización a utilizar en esta en dicho

diseño, partiendo desde los elementos primarios de medición, hasta los

elementos finales que lo componen los sistemas de gestión integral de la

empresa (personas).

Figura 34. Pirámide de automatización Fuente: Higuera (2007)

El diseño de la automatización parte de la necesidad de mejorar las

condiciones de operación del sistema lavado y filtrado de residuos,

teniendo un control y monitoreo de las variables como lo son la presión,

presión diferencial, flujo máximo y mínimo, temperatura entre otras. Ya

que estas cambian durante la vida del proceso; se quiere evitar que por

107

falta de monitoreo y control haya un desgaste progresivo del condensador,

bombas, filtros y demás accesorios, por lo cual se requiere instalar

instrumentos especializados, válvulas, equipos de medición y demás

accesorio para mejorar el proceso.

Es por ello que en esta Fase III mostraremos los diagramas de bloque

de control de proceso para entender los procesos que están en control y

los elementos que ejecutan ese control, así mismo el esquema actual

P&ID y la propuesta con un diagrama detallado.

Figura 35. Diagrama de bloque del sistema de lavado y filtrado de residuos en condensador de la termoeléctrica lazo abierto.

Fuente: Salas (2016)

En este diagrama de bloque de control de proceso se evidencia una

constante en la entrada de agua que ingresa al sistema y pasa a través

del pre-filtrado (Screen), que no es monitoreada ni controlada por ningún

tipo de válvula ni sensor de nivel. Las barreras principales (Screen)

constan de 2 etapas una que está siempre abierta y otra que se utiliza

para efectos de mantenimiento, también se aprecia que no tiene una

retroalimentación para avisar si está abierta o cerrada. La bomba BBA 01

que se ve en cuadro, está siempre encendida, y es operada manualmente

por un operador.

BBA 01 SCREEN (Abierta)

Entrada de Agua

108

Figura 36. Diagrama de Bloques de Filtro Debris a lazo cerrado Fuente: Salas (2016)

En el esquema de control de proceso de la figura 36 observamos el

Filtro Debris 01 en el cual se tiene 3 variables: presión, temperatura y

caudal, cuya única acción de control efectúa por medio del lazo de

medición de Presión P2, que es observada por un operador en sitio, si la

presión de salida está por encima o muy por debajo del rango permitido.

La presión diferencial máxima permitida a través de la cesta del filtro es

de 14,5 psi equivalente a 1,0 bar, es en ese momento donde se da

ingreso a una mayor cantidad de flujo volumétrico de agua a través de

una válvula manual. Una acción de control necesaria en este punto es

que se controle las RPM, del motor de retrolavado evidenciado en el

siguiente gráfico (37) con las siglas M1. El cual tiene una velocidad

constante que no varía bajo ningún estímulo.

En la salida del Filtro Debris se tiene un caudal saliente, que da entrada

al condensador TZ03 con la función de enfriar con las bolas limpiadoras.

109

Figura 37.P&ID del sistema de lavado y filtrado de residuos en condensador de la termoeléctrica (Actual) Lazo 1.

Fuente: Salas (2016)

En la figura 37 se visualiza que en proceso inicia por una entrada de

agua no controlada, que esta normalmente abierta y no existe un medidor

de flujo ni válvula de control para regular la entrada. Existe una bomba

denominada BBA 01, la cual es una bomba electro sumergible que se

encuentra encendida a una velocidad constante, este fluido es dirigido al

filtro principal denominado F01, cuya medición de presión se hace a

través del manómetro PI 01, para notar cambios de temperatura y presión

se tiene que estar en el sitio y conocer las medidas de interpretación, ya

que no tiene asociado ninguna alarma de seguridad, el control del filtro

para las RPM de retrolavado están fijadas en 1000 RPM. Dicho filtro tiene

asociado 3 salidas, para el condensador, para el filtro F03 y F04. En la

línea hacia el condensador, hay 2 válvulas manuales que están en un 50%

para la inyección de bolas limpiadoras.

110

Debido a lo anteriormente expuesto, en esta investigación se tiene la

necesidad de hacer la propuesta de automatizar el lazo mostrado en la

figura 34, debido a que con el proceso actual no se tiene el control

deseado para los parámetros de operación mencionados la Fase II

cuadros: (n), es necesario instalar un sensor de nivel de agua electrónico

en el lago para monitorear si el agua está en un nivel óptimo (20 metros

sobre la boquilla succión) para operación normal, que trabaje en conjunto

con switch que sirva de aviso cuando la puerta de mantenimiento

(Screen) este instalada.

Así mismo que la bomba BBA01 sea controlada y monitoreada en un

IHM tomando en cuenta señales de temperatura, sobre corriente y RPM.

Ya que es de vital importancia la operatividad de dicha bomba

manteniendo un caudal entre Min = 1.1M3/s Operación = 2.5M3/s y Max =

4.5M3/s, adicional a un control de RPM de bomba que consta de 3

rangos, 800, 1000 y 1200 RPM, es necesaria la instalación de una válvula

de control, con capacidad de regulación en conjunto con la BBA01 y

mantener el Flujo, presión (Presión máxima 80% de capacidad del filtro

F01 y 40% mínimo) y temperatura de proceso (30°C min 80 °C Max) en

los rangos requeridos.

Así mismo es de vital importancia monitorear y controlar la presión,

temperatura y flujo entrante y saliente en el filtro F01, por ello se deben

instalar una serie de sensores transmisores de temperatura, caudal,

presión y presión diferencial fiables para un control óptimo. En el filtro F01

como se describió en la Fase I hay un motor M1, que controla el

retrolavado interno, cuya velocidad (RPM) deben ser controladas

remotamente, en vista de la necesidad de controlar el flujo, presión y

temperatura en todo el sistema. La Saturación interna puede provocar una

alta presión en las líneas, a su vez subidas de temperatura y disminución

del caudal de agua; que no permitiría enfriar el vapor del generador en el

condensador TZ03, siendo esta el propósito principal, resguardar la

integridad del condensador y enfriar óptimamente estos gases.

Deficiencia en el flujo, alta temperatura y una alta presión, resultan en

111

una mala combinación de factores, es por ello que en el sistema actual se

hace referencia la sustitución de todas las válvulas manuales, por válvulas

controladas electrónicamente, con actuadores que permitan el control en

3 estados, 0%, 50% y 100%; siendo estas una herramienta mecánica muy

funcional para controlar tanto dichos parámetros cómo la descarga de

inyección de bolas limpiadoras, MV01 Y MV02, cuya descarga está fijada

manualmente en 50%.

Siendo esta etapa, la inicial en el proceso de lavado y filtrado de

residuos en el condensador de una planta termoeléctrica de ciclo

combinado, es de suma importancia tomar en cuenta la propuesta de la

instalación de los instrumentos anteriormente mencionados, ya que si no

controlamos el proceso desde su inicio, es poco probable que los

resultados durante y el final del proceso sean los requeridos. A

continuación se hace muestra de otros lazos del proceso (Salida del

condensador, F02 y descarga en lago.

Figura 38. Diagrama de bloques de lazo cerrado en entrada y salida del condensador TZ03.

Fuente: Salas (2016)

En la figura 38 se tiene el proceso de inyección de bolas limpiadoras en

el condensador TZ03, en el proceso de igual manera se tienen las 3

Condensador TZ03

Temperatura T2

Caudal Q2

Presión P3

Caudal Q3 Temperatura T3

Bolas Limpiado

ras F02 F01

+

Actuador manual

Inyección de bolas

Constante 50%

112

variables: Presión, Caudal y temperatura. La única que tiene una acción

de control sobre la inyección de bolas limpiadoras es el caudal saliente

del condensador, el cual debe no debe estar por debajo de 1.1M3/s

siendo este el caudal mínimo permitido. En el proceso se evidencia la

acción manual de apertura de válvulas por un operador, y carece de un

control de temperatura o presión. Ya que el fluido puede estar en el rango,

pero la temperatura no.

Figura 39. Diagrama de bloques de Filtro Strainer Fuente: Salas (2016)

En la figura 39 observamos el Filtro Strainer F02, cuyo propósito es

filtrar las bolas inyectadas en el condensador. La única acción de control

en dicho filtro es orientada por un indicador de presión P5 en la salida del

mismo, un operador en sitio debe estar pendiente que no se obstruyan las

rejillas del filtro recolector, si la presión sube se aperturan 2 válvulas

manuales al 100% para que las bolas sean dirigidas con mayor fluidez a

dos líneas conectadas en serie con bombas que reinyectaran las bolas al

tanque y al sistema de lavado del condensador. Como se aprecia en la

imagen el proceso carece de una retroalimentación en el caudal de agua

y el control temperatura o presión. Ya que la obstrucción del filtro puede

ser consecuencia de un atasco del motor de retrolavado, o que las RPM

del motor no son suficientes para cumplir con las necesidades del proceso

de filtrado. En la siguiente imagen se aprecia la instrumentación.

Control + -Presión P3

Temperatura T3 Caudal Q3 Proveniente del

Presión Presió

Caudal Caudal Temperatura

BBA 01 BBA 02

Actuador Actuador

Descarga en lago

113

Figura 40. P&ID del sistema de lavado y filtrado de residuos en

condensador de la termoeléctrica (Actual) Lazo 2. Fuente: Salas (2016)

En esta etapa del proceso luego que el agua y las bolas limpiadoras

son inyectadas a través del condensador cumpliendo con la etapa de

“limpieza” en el diagrama actual no se evidencia indicadores de

temperatura, presión ni caudal, es decir no se tienen valores de referencia

ni control para saber si el mismo caudal entrante, está saliendo dentro del

rango (Min = 1.1M3/s Operación = 2.5M3/s y Max = 4.5M3/s)

monitoreando que el caudal de agua entrante sea correcto y que el

saliente esté por debajo del mínimo nos indicaría que el condensador se

encuentra obstruido, esto causaría elevaciones de temperatura, presión y

déficit en el enfriamiento del vapor de las turbinas. Es por ello que es

necesario instalar en la salida del condensador una válvula de control y

sensores de temperatura, presión y caudal.

114

Las bolas limpiadoras son recogidas por un filtro tipo Strainer, definido

como F02, cuya velocidad de retrolavado es constante en 1000 RPM, y

no tiene asociadas ningún tipo de válvulas manuales y de control a la

línea de recirculamiento ni descarga en lago como se visualiza en la

Figura 35. El fluido saliente de F02, des descargado directamente en lago

sin control de temperatura, ya que solo tiene asociado el manómetro PI

02, siempre y cuando la presión máxima del filtro se encuentre entre (40%

min y 80%) cualquier tipo de obstrucción o mal funcionamiento del

retrolavado interno.

El control de temperatura de descarga es importante ya que no el agua

saliente del proceso no debe superar los 80°C ni tener un nivel de pH

diferente a (6.3 min y 6.5 max), de ser así afectaría la fauna marina

perjudicando y dañando el ecosistema marino. Es por ello que se hace la

propuesta de instalación en esa línea, válvulas de control de flujo para

regular el flujo y la presión, sensores transmisores pH y temperatura.

En la descarga principal, llegan 2 líneas provenientes el filtro F03 Y

F04, cuyas válvulas manuales están fijadas en un 50% de apertura en

todo momento. El filtro F03 Y F04, no sirven al condensador TZ03, pero si

a otros procesos de pruebas aguas abajo donde es importante monitorear

el pH y temperatura del agua para otros procesos de menor índole, para

controlar la temperatura y flujo se requiere de la instalación de sensores

transmisores en la línea y válvulas de control de flujo, que se desean

mantener en los mismos rangos que opera normalmente toda la planta,

mencionados en la Fase II.

En la siguiente figura explicaremos el funcionamiento de los

instrumentos y variables actuales asociados a los filtros F03 Y F04 y el

sistema de recirculado de bombas e inyección que tienen cierta acción de

control sobre el proceso donde se harán recomendaciones al respecto.

115

Figura 41. Diagrama de bloques de filtro F03 (PR-BW 100-FC) con

lazo cerrado de control en presión. Fuente: Salas (2016)

En la figura 41 se aprecia el sistema de control (manual) actuante en el

filtro F03, donde solo hay una acción de control teniendo como variable

fundamental la presión saliente P9, la cual es medida por un manómetro

en sitio, si el operador observa que la presión es alta la única acción que

liberaría el filtro es la apertura de una válvula al 100%. Esta técnica de

control carece de efectividad, ya que el filtro PR-BW 100-FC, tiene

incorporado un sistema de retrolavado para acelerar y disminuir la

velocidad de limpieza interna, las rpm del motor que controla dicho

retrolavado están fijadas en 1000 RPM.

Para mantener la operación del filtro en los parámetros ideales es

necesario tener una medición de presión diferencial, presión y

temperatura, para ejercer una acción de control sobre las válvulas y

retrolavado interno.

La salida de este filtro va directo a un pequeño condensador para otras

pruebas y en su salida se dispone aguas abajo, en la actualidad este

proceso también carece de un indicador de pH, siendo este necesario

para cualquier acción de control y evitar daños en el pequeño

Presión P10

FILTRO DEBRIS

F03 Actuador Control +

-

Temperatura T6

Caudal Q6

Presión P9

Caudal Q7

Temperatura T8

pH

Descarga en lago

Mini condensador y Aguas

abajo

116

condensador. En la siguiente figura se muestra el esquema de control en

bloques del filtro Debris F04, siendo este muy parecido teniendo la misma

acción de control.

Figura 42. Diagrama de bloques de filtro F03 (PR-BW 100) con lazo cerrado de control en presión.

Fuente: Salas (2016)

En la figura 43 se aprecia el filtro F04, el cual es muy similar al F03,

con la diferencia de que el F03, alimenta un mini condensador para

prueba a aguas abajo, y este no. Tiene la misma acción de control por la

variable P12, siendo esta vista a través de un manómetro local, y cuya

acción de control es realizada por un operador, desaprovechando la

capacidad que tiene el filtro y su motor de retrolavado, como también el

poder controlar las válvulas asociadas a las líneas de admisión y

descarga de filtro de ser operadas electrónicamente de manera remota y

automática. Tanto para el F03 y F04.

Es importante mantener un control de la temperatura del agua y pH que

se envía a prueba en aguas abajo. Actualmente no hay sensores ni

manómetros que registren esas variables. A continuación se mostrara la

instrumentación del sistema F03 Y F04 para su mayor comprensión.

Presión P10

FILTRO DEBRIS

F04 Actuador Control +

-

Temperatura T11

Caudal Q10

Presión P12

Caudal Q12

Temperatura T12

pH 2

Descarga en lago

Aguas abajo

117

Figura 43. P&ID del sistema de lavado y filtrado de residuos en condensador de la termoeléctrica (Actual) Lazo 3 y 4.

Fuente: Salas (2016)

Como se mencionó anteriormente luego que las bolas de limpieza

cumplen su tarea de lavado internamente en el condensador TZ03, ellas

son recogidas por el filtro F02, trasportadas por una tubería y bombeadas

en ese momento por las bombas BBA 02 Y BBA 03. Como se visualiza en

la figura 38, se evidencian las válvulas MV5 Y MV6 que se encuentran

50% aperturadas. Controlar dichas válvulas mediante un PLC es de vital

importancia, ya que si el flujo de agua en la salida del condensador de ve

afectado, se va a necesitar que todas las válvulas asociadas al sistema de

inyección de bolas, aperturen al 100% y que las bombas BBA02 y BBA03

operen al máximo, enviando suficientes bolas a la línea principal del filtro

F01.

Las bombas BBA 02 y BBA 03 tienen un botón de encendido manual

en sitio, el cual depende en un 100% del operador para su arranque o

118

parada. Se hace la propuesta de controlar las bombas y monitorear su

condición actual electrónicamente ya que si el flujo de operación en el

sistema es mínimo aproximadamente 1.1M3/s hasta 1.8M3/s y la

temperatura oscile entre 30°C y 38°C, no es necesario que ambas

bombas estén trabajando, ellas se pueden alternar y cuando se requiera

en el proceso (aumente el flujo y la temperatura) trabajen en conjunto.

Así mismo en los filtros F03 y F04, solo existe medición de temperatura

y presión por un manómetro PI 03 Y PI04, estos filtros operan con los

mismos instrumentos y parámetros de operación, el ingreso de fluido

proveniente del F 01, se hace a través de una línea controlada por

válvulas manuales, y su descarga 2 (dos) se hacen en la descarga

principal de proceso, y para un pozo a prueba sin monitoreo de

temperatura ni pH como se mencionó anteriormente. Los motores M3 Y

M4 (retrolavado interno) se encuentran a una velocidad fija 1000 RPM. A

menudo no es necesario que operen a esta velocidad, ya que el trabajo

de filtrado más fuerte se hace en el filtro F01, estos filtros son ultra finos y

para procesos específicos, donde en ocasiones el retrolavado interno

puede trabajar en mínimo (800 RPM), es por ello que amerita que se haga

un control de velocidad con un PLC; esto haría el proceso más eficiente,

evitando fatiga y desgaste acelerado de los motores M3 Y M4; se debe

considerar también la instalación de sensores transmisores de presión y

temperatura ya que ellos van a servir como indicadores del estado actual

de la filtración en cada uno de ellos.

Haciendo énfasis en la necesidad que tiene actualmente el proceso, en

cuanto a instrumentos y control automático es importante caracterizar por

bloques el proceso para interpretar de manera satisfactoria la propuesta

de automatización.

En el siguiente diagrama se va a mostrar la estructura del proceso a

automatizar, en donde se explicara en cuadros la secuencia lógica de

proceso para que una vez analizada se pueda realizar el diagrama P&ID y

diagrama de flujo con la lógica de control.

119

Figura 44. Diagrama de flujo del proceso. Fuente: Salas (2016).

En la figura (44) tenemos el esquema de proceso, donde todo inicia

con la entrada de agua, esta entrada está instalada en el lago de

Maracaibo, actuando como la materia prima más importante. Esta a su

vez tiene un sensor de nivel en el lago y asociada una válvula de control

de flujo, es ahí donde se verifica el nivel de agua en el lago de Maracaibo

como medida de seguridad. Ya que si por algún fenómeno natural, el lago

se seca no se puede operar la termoeléctrica.

Una vez que el agua entra es medida su temperatura para un control

de monitoreo; luego inicia el proceso de filtrado y lavado de los residuos,

mediante el F01 (Filtro BRW-800) donde se va a medir temperatura

mediante diferencial de presión. Todos los residuos captados por este

proceso de filtrado, son enviados a dos (2) filtros, uno para residuos finos

F03 y descarga en salida de lago y para prueba aguas abajo controlada

120

por una válvula neumática accionada electrónicamente. Y el otro filtro

“F04” para enfriar un mini condensador ubicado aguas abajo, prueba y el

restante descarga en lago, este filtro protege este sistema contra fungus

y otros elementos biológicos contaminantes, presentes en el lago de

Maracaibo, luego de ello también es descargado el fluido al final del

proceso.

Luego que el filtro principal F01, limpia su bandeja y envía un retorno

de desechos al lago, toda el agua que pasa a través de este proceso es

enviado al condensador en conjunto de una inyección de bolas como se

aprecia en el proceso de entrada en el condensador. Ahí es evaluada la

temperatura del agua y un sensor de flujo másico para saber si las bolas

están ingresando al sistema, al igual que a la salida, se chequea presión

diferencial y temperatura; para luego ser filtradas todas las bolas

limpiadoras por un filtro tipo strainer F02, todas estas bolas son enviadas

por una línea hasta unas bombas y un sistema de almacenamiento donde

son evaluadas la calidad de las bolas (tamaño) para ser reinyectadas al

sistema de lavado. Es así cuando el agua Proveniente de los 4 Filtros

F01, F02, F03, F04 finalmente descargada al lago de Maracaibo,

sensamdo y registrando su temperatura y pH. Esto nos servirá para saber

si el agua tiene presente otros elementos que puedan incidir en el

desgaste acelerado de los equipos. Para el control de pH existe un

sistema de inyección de químicos que no es contemplado en esta

investigación, se necesita manejar los datos solamente.

Demostrado en todos los procesos operativos del sistema de lavado y

filtrado de residuos en el condensador de la planta termoeléctrica

(Termozulia) y con la necesidad de un control y monitoreo se hace el

siguiente propuesta de automatización explicadas por lazos de control.

121

Figura 45. P&ID del sistema de lavado y filtrado de residuos en condensador de la termoeléctrica (Propuesta) Lazo 1.

Fuente: Salas (2016)

En la figura 45 se evidencia la instalación de una serie de instrumentos

para dar inicio al proceso, un sensor transmisor de nivel analógico nos

indicara el nivel de agua en el lago para determinar cuando existe un bajo

nivel para la operación y empezar a condicionar el proceso, el Screens

(Pantalla de barras) tendrá asociada switch normalmente abierto, para

que cuando se instale la puerta de mantenimiento, envíe una señal de

aviso al PLC, indicando que la toma de agua principal se encuentra

cerrada, y no arranque la bomba BBA 01.

122

Una vez que el agua ingresa su temperatura es monitoreada por el

sensor transmisor FT 01, y puede ser controlado del flujo de agua a través

de una válvula de control CV 01; el filtro principal F01, tendrá un sensor

DPT de presión diferencial y un sensor de presión transmisor previo al

filtro, a diferencia del actual que solo mide presión en la entrada.,

transmisor de temperatura en la salida del filtro para saber a ciencia cierta

que temperatura y un sensor de flujo para medir y controlar el caudal por

la valvula CV 12 entrante al condensador. Se aprecian también las

válvulas CV 02 CV 03, para controlar la inyección de bolas, y las válvulas

CV 06 Y CV 07, para controlar la salida del filtro F01 hacia los filtros F03

F04. El rotor de retrolavado, será controlado mediante un PLC, en

conjunto con el sensor de presión diferencial y la temperatura resultante y

modificando las RPM.

123

Figura 46. P&ID del sistema de lavado y filtrado de residuos en condensador de la termoeléctrica (Propuesta) Lazo 2.

Fuente: Salas (2016)

Una vez el flujo proveniente del condensador TZ03, pase a través del

sensor transmisor FT 05 de presión PT 03 y temperatura TT 03, el mismo

nos indicara si el flujo volumétrico de agua, temperatura y presión en línea

124

están dentro de los parámetros referidos en la Fase II cuadro 5, 6 y 7; se

realizó la instalación de la válvula de control CV 04 en caso de ser

necesario recudir el flujo de agua y aumentar la presión entrante en el

filtro F02, que tendrá asociado un sensor transmisor de presión diferencial

DPT 02 y temperatura TT 04, con un sensor indicador de pH para su

descarga en lago como etapa final del proceso de filtrado y lavado. El filtro

tipo strainer F 02 va a direccionar todas las bolas retenidas en el para el

sistema de recirculado e inyección de bolas, en dichas líneas estarán

instaladas 2 válvulas de control CV 08 Y CV09. El filtro F 02, tendrá un

control de RPM para su rotor de retrolavado operado por un PLC. Así

mismo Se aprecian 2 líneas provenientes de los filtros F 03 Y F 04 con

sensores de temperatura y sensor de pH para pruebas aguas debajo de la

planta.

Figura 47. P&ID del sistema de lavado y filtrado de residuos en condensador de la termoeléctrica (Propuesta) Lazo 3 y 4.

Fuente: Salas (2016)

125

En la figura 47 se observa el lazo de control 3 y 4, donde observamos

los filtros F 03 y F 04 con motores M3 Y M4, dichos motores de

retrolavado interno van a ser controlados por un PLC. Estos filtros tienen

1 entrada controlada y 2 descargas, también controladas por válvulas de

control y monitoreando su temperatura para descarga en lago y para

pruebas aguas abajo. En la imagen se aprecian 2 bombas BBA 01 Y BBA

02, que estarán asociadas un PLC así como también un sensor de

tamaño de bolas en su descarga.

Luego de conocer en qué consiste cada lazo de control demostrado en

las figuras 45,46 y 47 se procederá a mostrar el esquema DTI o P&ID

propuesto, completo con todos los lazos conectados entre sí, y las líneas

de control conectadas a un PLC. Ver anexo 1.

En el anexo 1 se aprecia el P&ID de la propuesta de automatización,

luego de haber estudiado y caracterizado el proceso de lavado y filtrado

de residuos en el condensador de una termoeléctrica, mostrando un

esquema con instrumentos que utilizaran los parámetros y variables a

controlar desde el inicio, hasta el final del proceso. En la parte superior del

diagrama vemos que todos los equipos están centralizados en un PLC, el

cual controlara todo el proceso y nos permitirá visualizar y controlar en

tiempo real en una Interfaz Humano Maquina (HMI). En el siguiente

cuadro (9) se hará mención de la nomenclatura al respecto del P&ID.

126

Cuadro 9. Nomenclatura utilizada para los diagramas.

PT Trans. De pres. M Motor DPT Trans. De pres. D. CV Válvula de contr. TT Trans. De temp. FT Trans. De flujo BBA Bomba

PLC Control Log. Program. LT Trans. De nivel

LE Sensor de nivel AT Sensor de pH y Flujo M

Fuente: Salas (2016).

El cuadro anterior especifica la nomenclatura de cada elemento presente

en el diagrama P&ID y programación en lenguaje escalera, entrada de

flujo condensador la salida del mismo, así como también la nomenclatura

para los dispositivos y sensores actuantes en el proceso y para las

posibles situaciones a presentarse durante el proceso.

Para controlar las variables antes descritas se debe tener un esquema

lógico por el cual se demuestra el comportamiento del sistema frente a la

obtención de informaciones suministradas del cultivo, por medio de

sensores los cuales transforman la información analógica obtenida a

digital para su manipulación por el sistema automatizado. A continuación

se muestra el diseño del comportamiento de las variables.

Luego de haber presentado un P&ID actual cada uno de los procesos

actuales visualizando un diagrama de flujo de procesos, es prudente

realizar un diagrama de flujo lógico, en el cual estará basado el software

de control. El mismo estará detallado por segmentos para su explicación.

127

Figura 48. Diagrama de flujo de control lógico. Fuente: Salas (2016).

El proceso inicia cuando la entrada de agua está activa, se selecciona

un estado lógico MANUAL / AUTOMATICO, si es automático el proceso

continua una secuencia lógica, si es manual todos los procesos quedan a

disposición del operador como apertura de válvulas, encendido de

bombas, control de retrolavado, etc. En el momento que el proceso está

en automático es necesario que el nivel de agua cumpla con los

parámetros mínimos permitidos para que la compuerta este abierta y

encienda la bomba BBA 01, dicha bomba está fijada a 1200 RPM y se

apertura en 50% el ingreso total.

128

Una vez que el agua ingresa, se censa la temperatura de la misma y el

flujo, que deben estar en los rangos presentados en la FASE 2, de no

cumplirse el proceso no puede realizar ninguna acción hasta que se

alcance el flujo necesario, se apertura la válvula CV01 al 50% y la válvula

CV 12 al 50%. La apertura de las válvulas no va a cambiar hasta tanto

reciban otra señal de control. Luego si la Temperatura 01 y la 02 se

encuentran en el rango y el flujo está en el rango el proceso continua con

la apertura del 50% y se mide la presión diferencial y se le da una rotación

de retrolavado de nivel medio (1000 rpm).

Si la temperatura esta fuera del rango máximo, se apertura las válvulas

al 100% para que fluya mayor cantidad de volumen métrico de agua y se

alivie la presión. También esto podría ocurrir si la presión DPT 01 está por

encima del rango permitido, haciendo que el filtro active su velocidad de

rotación hasta el nivel máximo, a fin de controlar la temperatura y presión

del fluido liberando residuos contaminantes y haciendo que fluya más

agua en el proceso. Si resultara que la presión, se redujo drásticamente al

igual que la temperatura el motor puede trabajar a 800 RPM.

En el sensor TT 03 y FT 05 se censa el flujo resultante del

condensador y la temperatura, para mantener los valores dentro de los

parámetros, si en algún punto la presión la temperatura sube, o el flujo de

agua disminuye, como en otros casos, se procede a la apertura válvulas

para alivianar. Para este caso también se dan los parámetros pertinentes.

129

Figura 49. Diagrama de flujo de control lógico 2.

Fuente: Salas (2016).

En esta otra etapa, sabiendo que los parámetros de control están en el

valor deseado, la apertura de las válvulas de descarga del condensador

CV 04 en 50%, el filtro strainer cumplirá sus labores de retención de

bolas, y en sus líneas se recogerá un 50%, debido a que en la inyección

de bolas también estará apertura la válvula para un 50%; como se aprecia

en el diagrama CV 08 CV 09 CV 03 CV 02 BBA 01 BBA 02, válvulas y

bombas en un 50%. Es por ello que si los parámetros de temperatura,

flujo o presión diferencial varían, así como en el filtro primario, este sabrá

130

que velocidad de rotación de retrolavado tendrá en operación. De ser

necesario todo se activara al 100%. Independientemente de lo que

transcurra en la etapa inicial del proceso de lavado, ya que los procesos

pertenecen a dos lazos de control totalmente distintos. A continuación se

hace referencia del diagrama de control lógico. Ver anexo 2.

Como pudo apreciarse en la el anexo 2, el cual representa el diagrama

de flujo del sistema con el diseño de automatización propuesto, se

contemplan las decisiones que debe tomar automáticamente el mismo, es

decir, tomando en cuenta que el proceso será manipulado en manual y

automático para el lavado y filtrado de residuos, tanto apertura como

cierre de válvulas, fallas en las bombas de transferencia de bolas,

temperatura, alta presión en líneas u otra situación que requiera presionar

el botón de emergencia.

En consideración a lo antes expuesto, este diseño de automatización

permitiría que al momento que la termoeléctrica se encuentre en

operación para el correcto funcionamiento del sistema de almacenamiento

automatizado, este será diseñado de manera que responda a las

instrucciones dictadas mediante un controlador lógico programable (PLC),

el cual será programado de acuerdo al diseño de automatización

planteado siguiendo la lógica del diagrama de la figura (43) , cuya

simulación será realizada en la fase 4 de esta investigación. A

continuación se presenta gráficamente el sistema de almacenamiento de

fluidos en estudio.

Redes de control de proceso

Para establecer el diseño de la automatización es necesario

seleccionar una red de comunicación de datos. Esta permitirá establecer

a nivel de Hardware la conexión específica entre el controlador de campo,

el de sala de control y los instrumentos de campo en función a la pirámide

131

de automatización de la teoría de Instrumentación de plantas. Los

protocolos de comunicación son medios por la cual en función de la

velocidad, cantidad y tamaño de procesamiento de los datos, los mismos

son transferidos desde un punto hasta el otro en planta.

Redes de comunicación de datos Una red industrial es la colección de dispositivos que pueden

almacenar y manipular datos que están interconectados entre sí, con el

propósito de lograr una operación eficiente y segura de una planta

industrial. Para ello se muestran las diversas topologías existentes:

a) Topología tipo árbol: Cada nodo se encarga del control de la red

debajo de e, permitiendo también conectar más dispositivos

Figura 50. Topología tipo árbol.

Fuente: Salas (2016)

b) Topología tipo estrella: El nodo central controla toda la red, todas

las comunicaciones han de hacerse necesariamente a través de

este

132

Figura 51. Topología tipo estrella. Fuente: Salas (2016)

c) Topología tipo anillo: Un nodo retransmite los datos al siguiente en

un flujo circular, cada estación está conectada a la siguiente y la

última está conectada a la primera.

Figura 52. Topología tipo anillo.

Fuente: Salas (2016)

d) Topología tipo bus: Todos los nodos pueden recibir y transmitir a la

vez.

133

Figura 53. Topología tipo bus. Fuente: Salas (2016)

Para el diseño del sistema de automatización en el sistema de lavado y

filtrado de residuos en el condensador de la termoeléctrica, la elección

más adecuada para la red de control es la topología tipo bus, para que así

todos los dispositivos compartan el mismo canal para comunicarse entre

sí y ante una eventual falla de cualquier nodo, no impida que la red siga

funcionando

Clasificación de las redes

Existen diferentes tipos de redes para diferentes tipos de aplicaciones y

requerimientos, que corresponden a diferentes niveles de automatización.

A continuación se menciona las características más resaltantes de estas

redes:

a) Redes de conexión serial - Proveen un bajo costo de enlace. - Reducido volumen de datos. - Diseñadas normalmente para distancias pequeñas.

b) Redes a nivel de sensor

134

- Interconectan sensores y dispositivos. - Reducido volumen de datos a transmitir. - Diagnóstico y configuración. - Diseñadas normalmente para distancias pequeñas.

c) Redes de nivel supervisor - Gran cantidad de controles y equipos inteligentes a alta

velocidad. - Alto volumen de datos a gran distancia. - Colección de datos, carga y descarga de programas.

Protocolos de comunicación

Es necesario definir los protocolos que se utilizaran en el sistema de

control distribuido ya que estos permitirán el flujo de información entre los

equipos que estarán conectados a la red:

a) Profibus (Processfield bus) es un estándar de bus de campo, opera

bajo el esquema maestro-esclavo, especialmente diseñado para la

comunicación entre equipos del sistema y del proceso, con profibus

los dispositivos de diferentes fabricas pueden comunicarse sin la

necesidad de una interfaz, es empleado para la interconexión de

dispositivos de campo de entrada/salida simples con PLC’s y PC’s,

usado para transmisión de datos a alta velocidad. b) Profibus DP (Processfield bus - decentralizedperipheral) está

basado en el estándar europeo EN 50170, a partir de la norma

alemana DIN 19-245. Profibus DP es específica para

automatización de planta, por su alta velocidad, eficiencia,

comunicación con sistemas de control y entradas/salidas

distribuidas a nivel de dispositivo. Las Características Profibus DP: - Velocidades de transmisión: 9.6 Kbps a 12 Mbps. - Medio de transmisión: Par trenzado apantallado.

135

c) Modbus Es un protocolo de transmisión desarrollado para sistemas

de control y supervisión de procesos con control centralizado. - ModbusRTU (Unidad de Terminal Remota) Es un modo de

transmisión del modbus para intercambiar datos normalmente

usado en las comunicaciones entre equipos de control, es

también conocido como Modbus–B (por modbus binario), Está

diseñado para transferir datos de forma segura por cada byte

de control, así como el mensaje de errores de transmisión d) HART El protocolo HART (High way-Addressable-Remote-

Transducer) agrupa la información digital sobre la señal analógica

típica de 4 a 20 mA DC. La señal digital usa dos frecuencias

individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 1 y 0

respectivamente y que en conjunto forman una onda sinusoidal que

se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA.

e) Foundation Fieldbus H1 es una de las versiones del protocolo

Foundation Fieldbus. FOUNDATION H1 (31.25kbit / s) es un

protocolo de comunicación bidireccional utilizado para

comunicaciones entre dispositivos de campo y el sistema de

control. Utiliza pares trenzados o medios de fibra para comunicarse

entre múltiples nodos (dispositivos) y el controlador. El controlador

requiere sólo un punto de comunicación para comunicarse con

hasta 32 nodos, esto es una mejora significativa con respecto al

método de comunicación estándar de 4-20 mA que requiere un

punto de conexión separado para cada dispositivo de

comunicación en el sistema del controlador.

f) Fibra Óptica F.O. Es uno de los medios más versátiles para la

transmisión de información, utilizando luz en un medio óptico para

este propósito. Para la transmisión, la fibra óptica utiliza el principio

de la reflexión interna total. Existe la fibra Monomodo y la

Multimodo. La primera tiene un centro muy pequeño de manera

que sólo puede transmitir un haz de luz, soportando velocidades de

136

transmisión del orden de los Gbps a distancias mayores a 100km

sin requerir repetidores. g) La fibra multimodo por su parte soporta un ancho de banda menor

que la fibra monomodo, generando varios pulsos de luz que viajan

a diferentes ángulos. Se emplean en redes con distancias cortas

por su facilidad de montaje e instalación. Para distancias grandes,

la fibra mono modo es la mejor opción. Una vez detallados los sistemas de comunicación de datos a través de

las redes de datos y protocolos de comunicación se presenta (ver cuadro

10) como una matriz de selección de protocolos de comunicación a

establecer como hardware en el sistema de automatización del sistema

de lavado y filtrado de residuos en el condensador de una planta

termoeléctrica.

137

Cuadro 10 Matriz de selección de protocolo de comunicación

Bus de Campo Topología Medio Físico Velocidad Distancia

Segmento Nodos por Segmento

Acceso al Medio

PROFIBUS Bus lineal Estrella,

Anillo

Par trenzado

apantallado 76´8 Kbps 1.200 m 125 Paso de testigo

Maestro/esclavo

WORLDFIP Bus lineal

Par trenzado apantallado Fibra Óptica

Hasta 1 Mbps y 5 Mbps

Hasta 5 Km y 20 Km

64 Árbitro de Bus

HART Bus lineal Cable 2 hilos 1´2 Kbps 3.000 m 30 Maestro/esclavo

MODBUS Bus lineal Par trenzado

Hasta 19´2 Kbps 1 Km 248 Maestro/esclavo

BITBUS Bus lineal

Par trenzado Fibra Óptica

Hasta 1´5 Mbps

Hasta 1.200 m 29 Maestro/esclavo

CAN Bus lineal Par trenzado

Hasta 1 Mbps

Hasta 1.000 m 127-64 CSMA/CD con

arbitraje de bit

SDS Bus lineal Cable de 4 hilos

Hasta 1 Mbps 500 m 64 CSMA

DEVICENET Bus lineal Par trenzado

Hasta 500 Kbps

Hasta 500 m 64 CSMA/CDBA

CONTROLNET Bus lineal, Árbol, Estrella

Coaxial Fibra Óptica

5 Mbps Hasta 3.000 m 48 CTDMA

SERIPLEX Bus lineal Cable 4 hilos apantallado

98 Kbps 1.500 m 300 Maestro/esclavo

AS-i Bus lineal, Árbol-Estrella

Cable 2 hilos 167 Kbps Hasta 200

m 32-62 Maestro/esclavo

ARCNET Bus Estrella

Par trenzado Fibra óptica Coaxial

2´5 Mbps 122 m 255 Paso de testigo

M-BUS Bus lineal Cable 2 hilos

Hasta 9´6 Kbps 1.000 m 250 Árbitro de bus

UNI-TELWAY Bus lineal Par trenzado apantallado

Hasta 19´2 Kbps 20 m Hasta 28 Maestro/esclavo

COMPO-BUS/S Bus lineal Cable de 2 ó 4 hilos

Hasta 750 Kbps

Hasta 500 m 32

Maestro/esclavo

FIELDBUS HSE

Estrella

Par trenzado fibra óptica

Hasta 100m

1900 m

32

Maestro/esclavo

FIELDBUS H1

Bus lineal

Par trenzado fibra óptica

Hasta 31.25 kbps

Hasta 9500 m

32 Maestro/esclavo

Fuente: Salas (2016)

Arquitectura de comunicación

138

Previamente definiremos algunos términos para el mejor entendimiento

de la arquitectura propuesta.

Servidor de aspectos: Contiene la información de los objetos

manejados en la aplicación, detalles de los tags, en general la información

con la que trabaja el sistema para la interacción con el usuario (aspectos).

En este servidor se almacenan las librerías para las ventanas de

interacción de los actuadores, la definición de los bloques de control, el

acceso a campos de las variables tipo estructuradas, entre otros.

Servidor de conectividad: Soporta las comunicaciones del sistema y

como su nombre lo indica, la conectividad, mediante el software OPC

correspondiente (RsLinx y RsLinx Enterprise). Para el caso de la presente

investigación se utilizara un computador convencional para las

aplicaciones en incluso, el servidor de conectividad puede ser el mismo

que el de aspectos

Estaciones de Ingeniería: Serán computadores dedicados a tareas de

ingeniería como creación o modificación de la lógica implementada

(diagrama escalera y creación de la interfaz del HMI), ingreso de

parámetros y requerimientos del sistema, creación de alarmas o

establecer niveles de severidad para la protección de la planta

termoeléctrica Termozulia.

Estaciones de Operación: Son computadores o pequeñas pantallas

computarizadas (HMI) dedicados a las tareas operativas para el

funcionamiento del sistema. Permiten el mando local o remoto de

actuadores, el reconocimiento y desactivación de alarmas. De acuerdo a

la complejidad del proceso se define la cantidad de estaciones de

operación.

Red Cliente Servidor: Se utiliza para la comunicación entre servidores

y estaciones cliente (ingeniería, operación, aplicación, entre otros)

Red de Control: Es una red de área local (LAN), se basa en Ethernet

empleando protocolo MMS. Para sistemas pequeños la red de control y

de cliente/servidor puede ser combinada en una sola red de sistema de

automatización.

139

El diseño propone una solución integral en la adquisición de datos en

los instrumentos por el protocolo de comunicación Fieldbus

FOUNDATION. Con posibilidad de enlazar los datos obtenidos con un

SCADA principal en la termoeléctrica por Ethernet, adicional a ello y

conectividad al servidor en caso de ser requerido. Con una sola red de

control PLC – HMI – Instrumentos – Actuadores.

Figura 54. Red de control.

Fuente: Salas (2016)

Según lo anteriormente expuesto el tipo de protocolo de comunicación

será FieldBus H1 Foundation como estación independiente, debido a la

necesidad de transferir los datos de manera segura, además de tener una

buena velocidad de conexión. Múltiples transmisores enlazaran la

comunicación con Fieldbus a través de par trenzados; para ello es

necesaria la instalación de módulos de comunicación Fieldbus en el PLC

por la necesidad de proporcionar acceso a datos de dispositivos de

campo, así como a información sobre el estado de los dispositivos. Con

una topología Bus lineal.

Se seleccionó por tener estas cualidades:

I. Es público

II. Su implementación es sencilla y requiere poco desarrollo

III. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones

140

Adicional a ello es ideal para aplicaciones que usen control regulatorio

básico y avanzado, para mucho del control discreto asociado con esas

funciones. Los instrumentos de campo analógico y discretos

convencionales usan cableado punto a punto es decir un par por

dispositivo. Con FieldBus no tendríamos limitaciones ya que soportara

hasta 32 dispositivos en un solo par de hilos (llamados segmentos). En la

práctica real lo tipo es de 4 a 16 dispositivos por segmento H1, después

de considerar los aspectos tales como alimentación, modularidad del

proceso y la velocidad de ejecución del lazo de control.

Las actividades de supervisión, control y protección del sistema de

lavado y filtrando, serán ejecutadas por un sistema instrumentado integral

conformado por una serie de Instrumentos de Campo, un Controlador

Lógico Programable (PLC), una Estación de Interfaz Hombre-Máquina

(IHM) local, que permitirá integrar la estación al Sistema de Supervisión y

Control en un SCADA de ser requerido.

Para la selección de los instrumentos que cumplen las funciones de

supervisión, medición, control y protección que deben ser implantados

para la automatización del sistema de recolección de crudo, se

recomienda utilizar:

Sensores de presión electrónicos para monitorear la presión

diferencial en los filtros de lavado y filtrado

Válvulas neumáticas accionadas electrónicamente para mayor

fiabilidad como elemento final de control.

Actuadores eléctricos de última tecnología para una respuesta

inmediata durante cualquier eventualidad.

Así mismo sensores transmisores de temperatura, nivel de fluido

(switch), Switch en compuerta de entrada, velocidad angular, pH y

flujo.

La estructura operativa y funcional del sistema de Supervisión del

sistema de lavado y filtrado de residuos estará definida por los siguientes

requerimientos:

141

Controlador Lógico Programable (PLC): Procesador con una

capacidad de 800 Kb y procesar 55 canales programables de I/O,

ya que se tienen un total de 42 entradas y salidas. Así mismo se

requiere que el PLC pueda enlazar comunicación con la pc y el

HMI por comunicación serial; debe ser equipado con un rack de

I/O, una fuente de poder, tarjetas de I/O Analógicas y Discretas

con un módulos de comunicación para instrumentos FieldBus H1.

Interfaz Hombre-Máquina (IHM): Con una capacidad de hasta 32

MB de memoria, equipado con un monitor gráfico, puertos de

comunicación RS232, RS485, USB e ETHERNET. Este

subsistema sirve de medio de comunicación del operario con el

proceso para la supervisión y ejecuciones de actividades

operacionales de manera local.

Capa Física de protocolo de comunicación

La capa física abarca propiamente toda comunicación y también

abarca las reglas por las cuales pasan los bits de uno a otro. Sus

principales características son:

Mecánicas: relaciona las propiedades físicas del interfaz con el

medio de transmisión. A veces, incluye la especificación de un conector

que une una o más señales del conductor, llamadas circuitos.

Eléctricas: relaciona la representación de los bits (en términos de

niveles de tensión) y la tasa de transmisión de datos maneja voltajes y

pulsos eléctricos.

Funcional: especifica las funciones realizadas por los circuitos

individuales del interfaz físico entre un sistema y el medio de transmisión.

De procedimiento: especifica la secuencia de eventos por los que

se intercambia un flujo de bits a través del medio físico.

142

Figura 55. Cable Par trenzado blindado (STP).

Fuente: http://moodle2.unid.edu.mx/dts_cursos_mdl/lic/TI/BN/AM/08/Capa_fisica_

del_modelo_OSI.pdf

Como se muestra en la figura 55 la capa física a utilizar es el cable par

trenzado tipo STP; utiliza dos pares de alambres que se envuelven en una

malla de cobre tejida o una hoja metálica. El STP ofrece una mejor

protección contra el ruido que el cableado UTP, pero haciéndolo

considerablemente más caro. El nuevo estándar de 10 GB para Ethernet

incluye una disposición favorable para el uso de cableado tipo STP, y

hace que sea un cable fiable y moderno para cualquier proceso a

automatizar.

4.4. FASE IV: SELECCIÓN DE INSTRUMENTOS

En el desarrollo de la presente fase se presentan los equipos e

instrumentos que se requieren para la automatización del proceso de

vaporización del agua, según el requerimiento del proceso son necesarios

transmisores de presión, de temperatura y de nivel, que permitan sensar,

acondicionar y/o transmitir la magnitud de la variable en tiempo real,

además de actuadores motorizados eléctricos o válvulas motorizadas

143

para manipular las variables necesarias que regulan el proceso según un

punto de referencia. Tomando en cuenta una selección que permita elegir

el de mayor beneficio según la aplicación y utilidad que se determinó en

los requerimientos de la planta; los cuales se listan y especifican a

continuación:

a) Transmisor de temperatura Rosemount 3144P

Este es un modelo líder a nivel industrial en transmisores de

temperatura, proporciona fiabilidad in situ insuperable y soluciones de

medición de procesos innovadoras, mejora la eficiencia con las mejores

capacidades y especificaciones de producto. Optimización de la fiabilidad

en la medición gracias al diagnóstico diseñado para cualquier protocolo

en cualquier sistema, el diagnóstico por degradación del termopar

supervisa la condición operativa del lazo del termopar, lo que permite el

mantenimiento preventivo aunado al seguimiento de temperatura mínima

y máxima, además rastrea y registra las condiciones de temperatura

extremas de los sensores de proceso y el medio ambiente.

144

Cuadro 11 Datos de transmisor de temperatura Rosemount 3144P.

Tipo de medición: Medición diferencial de acuerdo a un patrón

Configuraciones de

producto:

Sensor basado en Termo resistencias, termopar,

ohm o mili voltios (opcional).

Salida: 4-20mA con señal digital basada en HART™o

FOUNDATION™ FieldBus. .

Fuente de

alimentación

De 12,0 a 42,4 V cc (con carga de 250 ohmios, se requiere una fuente de alimentación de 18,1 V cc).

Precisión de

referencia:

0,02% del Span

Estabilidad a largo

plazo

5 años

Rango descendente: 100:1

Fuente: Rosemount (2016)

Figura 56. Transmisor de temperatura Rosemount 3144P.

Fuente: Rosemount (2016)

El transmisor de temperatura Rosemount 3144P proporciona una

precisión, estabilidad y confiabilidad líderes en la industria para sus

mediciones de temperatura. Resistente y duradera, la Rosemount 3144P

cuenta con una carcasa de doble compartimiento para garantizar la

fiabilidad del transmisor y diagnósticos avanzados para mantener su

punto de medición en funcionamiento. Acuda al modelo 3144P de

Rosemount cuando su medición requiera precisión y control críticos de la

misión.

145

Cuadro 12 Datos de transmisor de temperatura Endress+Hauser AG.

Tipo de medición: Medición diferencial de acuerdo a un patrón

Configuraciones de

producto:

Sensor basado en Termo resistencias, termopar,

ohm o mili voltios, instalación en cabeza de sonda

Salida: HART, digital, 4-20 mA para bus de campo

Fuente de

alimentación

De 12,0 a 42,4 V cc (con carga de 250 ohmios, se requiere unafuente de alimentación de 18,1 V cc).

Precisión de

referencia:

0,10% del Span

Estabilidad a largo

plazo

5 años

Rango descendente: 100:1

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 57. Transmisor de temperatura Endress+Hauser AG TMT162

Fuente: Direct Industry (2016).

Fiabilidad, precisión y estabilidad a largo plazo inigualables en

procesos críticos. El transmisor remoto configurable transfiere y supervisa

las señales convertidas de sensores RTD y termopares así como de

señales de resistencia y voltaje usando selectivamente HART®,

FOUNDATION Fieldbus ™, PROFIBUS® PA-communication. Visualiza

las señales en su propia pantalla retro iluminada. Una carcasa de campo

146

permite una conexión directa en áreas de proceso agresivas así como en

aplicaciones higiénicas como opción.

Cuadro 13 Datos de transmisor de temperatura YOKOGAWA YTAXX0.

Tipo de medición: Medición diferencial de acuerdo a un patrón

Configuraciones de

producto:

Sensor con entrada IDT, termopar, ohmio o mV

DC. Copia de seguridad de falla del sensor.

Salida: HART, digital, 4-20 mA para bus de campo

Fuente de

alimentación

De 12,0 a 42,4 V cc (con carga de 250 ohmios, se requiere unafuente de alimentación de 18,1 V cc).

Precisión de

referencia:

0,8% del Span

Estabilidad a largo

plazo

4 años

Rango descendente: 100:1

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 58. Transmisor de temperatura YOKOGAWA YTAXX0.

Fuente: Direct Industry (2016)

El YTA110 / 310 es un transmisor de temperatura de montaje en

campo que acepta una sola entrada de sensor y YTA320 de entrada dual,

esta entrada puede ser de un RTD, termopar, ohm o DC milivoltio. Estos

147

modelos admiten el protocolo de comunicación digital BRAIN o HART® 5

funciones de entrada dual incluyen la copia de seguridad del sensor, con

un promedio de temperatura, y la temperatura diferencial. El YTA320

también añade la disponibilidad de FOUNDATION ™ Fieldbus todas las

comunicaciones digitales.

Cuadro 14 Matriz de Selección de Medidor de Temperatura.

MEDIDOR DE FLUJO Rosemount Endress-H Yokogawa Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ✘ ○ ✔

Disponibilidad ✔ ✘ ✘

Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ✔ ✔ ○ Muy Bueno ✔Bueno ○ Regular ● Malo ✘

Fuente: Salas (2016) En función a los parámetros y características estudiadas anteriormente

se elige el sensor de temperatura Rosemount. Este sensor es uno de los

mejores sensores y transmisores de temperatura del mercado a pesar de

tener un costo considerable, libera por 5 años costos de mantenimiento, y

tiene una disponibilidad en mercado excelente aparte siendo de fácil

instalación, y conexión a la sala de control principal.

b) Transmisor de presión Rosemount 3051 El transmisor de presión Rosemount 3051 con protocolo de

comunicación Fieldbus, proporciona alta exactitud, estabilidad y

confiabilidad, además tiene capacidades para tolerar grandes cantidades

148

de presión. También posee muy buen rendimiento, exactitud y estabilidad

a largo plazo.

Cuadro 15 Datos de transmisor de presión Rosemount 3051.

Tipo de medición Presión diferencial, manométrica, absoluta y

multivariable

Señal de Salida 4-20 mA HART®, Wireless HART™,

FOUNDATION™ fieldbus

Exactitud de

referencia ±0,025% del spam

Rendimiento total ±0,1% del spam

Rango 200:1

Estabilidad a largo

plazo Estabilidad durante 10 años

Fuente: Rosemount (2016)

Figura 59. Transmisor de presión Rosemount 3051. Fuente: Emerson (2016)

149

El Rosemount 3051 tiene la mayor gama de soluciones de presión,

nivel y caudal en el sector, que están disponibles con certificación SIL 2/3

para cumplir con las necesidades exigentes de las aplicaciones para

seguridad, control, monitorización, automatización y desempeño,

haciéndola una de las preferidas por los clientes a nivel mundial.

Cuadro 16 Datos de transmisor de presión Endress+Hauser.

Tipo de medición Diferencial

Señal de Salida 4-20 mA HART®, Profibus

Exactitud de referencia ±0,075% del spam

Rendimiento total ±0,1% del spam

Rango -70 a 400 °C

1,5 a 240 psi

Estabilidad a largo plazo Estabilidad durante 7 años

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 60. Transmisor de presión Endress+Hauser FMD78. Fuente: Direct Industry (2016)

El transmisor de presión diferencial Delta bar FMD78 con sensor

metálico utiliza dos juntas capilares de diafragma. Usado típicamente en

aplicaciones de proceso e higiene para la medición continua de

diferencias de presión en líquidos, vapores, gases y polvos. El módulo de

150

datos HistoROM integrado facilita la gestión de los parámetros del

proceso y del dispositivo. Diseñado según IEC 61508 para su uso en

aplicaciones de seguridad SIL3.

Cuadro 17 Datos de transmisor de presión con membrana aflorante WIKAI.

Tipo de medición Manométrica, Absoluta

Señal de Salida 4-20 mA HART®

Exactitud de referencia ±0,075% del spam

Rendimiento total ±0,1% del spam

Rango -40 a 80 °C

1,5 a 1450 psi

Estabilidad a largo plazo Estabilidad durante 8 años

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 61. Transmisor de presión Wikai UPT-20. Fuente: Direct Industry (2016)

El transmisor de proceso modelo UPT-2x ha sido desarrollado para

aplicaciones que requieren un sensor inteligente. Particularmente la

compensación de temperatura integrada hace que el transmisor del

proceso sea interesante para una amplia gama de aplicaciones. La celda

151

de medición está hecha de acero inoxidable 316L de una combinación de

alta calidad Elgiloy®.

Cuadro 18 Matriz de Selección de Medidor de Temperatura.

MEDIDOR DE FLUJO Rosemount Endress-H Wikai Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ✘ ○ ✔

Disponibilidad ✔ ○ ○ Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ✔ ● ✘

Muy Bueno ✔Bueno ○ Regular ● Malo ✘ Fuente: Salas (2016)

En función a los parámetros y características estudiadas anteriormente

se elige el sensor de presión Rosemount 3051 ya que el mismo tiene la

capacidad de medir presión manométrica, absoluta y presión diferencial.

Así mismo tiene mayor capacidad de comunicación con diferentes

protocolos de comunicación. Este sensor es uno de los mejores sensores

y transmisores de presión disponibles en mercado, ya que otras marcas

pueden ser más económicas pero no realizan diferentes tipos de

mediciones de presión y gozan de uno o dos protocolos de comunicación,

cuando en el mercado hay muchos más.

c) Transmisor de nivel Rosemount 3051L

Este transmisor es un modelo coplanar el cual ha sido construido con

vía a su fiabilidad, además de tener un alto rendimiento y flexibilidad, a fin

de garantizar un producto de calidad, este transmisor tiene como ventaja

152

que elimina la realización del ensamblaje. Este instrumento se debe

calibrar cada 6 meses.

Cuadro 19 Datos de transmisor de nivel Rosemount 3051L.

Tipo de medición: Medición de nivel diferencial y manométrica

Configuraciones de

producto:

3051L con sellos de diafragma extendidos y al

ras. Sello de diafragma 1199 opcional.

Salida: 4-20mA HART™, FOUNDATION™ fieldbus,

Profibus PA, 1-5 V CC HART Low Power.

Precisión de referencia: 0,075% del span

Rango descendente: 100:1

Fuente: Emerson (2016)

Figura 62. Transmisor de nivel Rosemount 3051L.

Fuente: Emerson (2016)

Con una fiabilidad probada en el campo, el transmisor de nivel

Rosemount 3051L es una solución de nivel completamente integrada.

Este transmisor certificado de seguridad permite un montaje directo o un

sistema Tuned-System ™ para un rendimiento optimizado que reduce los

efectos de temperatura en un 10-20% y mejora el tiempo de respuesta en

más del 80% en comparación con las instalaciones tradicionales. Los

153

diagnósticos de asesoramiento de potencia permiten a este dispositivo

supervisar la integridad del bucle eléctrico y la Interfaz del Operador Local

(LOI) ofrece la puesta en servicio in situ.

Cuadro 20 Datos de transmisor de nivel GHM Messtechnik.

Tipo de medición: Sensor de nivel potenciométrico

Configuraciones de

producto:

De acero inoxidable, compacto, con salida analógica, flexible, con visualización

Salida: 4-20mA HART™, FOUNDATION™ fieldbus,

Profibus PA, 1-5 V CC HART Low Power.

Precisión de referencia: 0,5% del span

Rango descendente: 100:1

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 63. Transmisor de nivel GHM Messtechnik MLP437-MR.

Fuente: Direct Industry (2016)

Material y son capaces de CIP / SIP. Vapor temporal

Esterilización hasta 140 ° C

- No hay partes mecánicamente móviles

- Diseño compacto apto para aplicaciones alimentarias e higiénicas

- Independiente de los cambios de presión, temperatura y densidad

- Instalación higiénica

154

Cuadro 21 Datos de transmisor de nivel por Ultrasonido programable Greyline.

Tipo de medición: Sensor de nivel por ultrasonido

Configuraciones de

producto:

Transmisor indicador de nivel compacto para medición por ultra sonido programable. Sin

contacto para aplicación en tanque Salida: 4-20mA HART™, FOUNDATION™ fieldbus,

Profibus.

Precisión de referencia: 0,5% del span

Rango de operación: 0m a 152m

-40 °C a 65 °C

20 PSI

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 64. Transmisor de nivel por Ultrasonido Greyline instrument LIT25.

Fuente: Direct Industry (2016)

El Transmisor Greyline muestra, controla y transmite el nivel. Monte el

sensor ultrasónico sin contacto en la parte superior de su tanque y el

recinto compacto y estanco de la electrónica / pantalla en una ubicación

conveniente cerca. Los operadores pueden calibrar el LIT25 con su

teclado de 2 teclas, sin subir el tanque. Utilice el relé incorporado para

155

control de nivel o alarma, la gran pantalla de 4 dígitos para la indicación

local y la salida aislada de 4-20 mA para transmitir el nivel a un PLC.

Cuadro 22 Matriz de Selección de Medidor de Temperatura.

MEDIDOR DE FLUJO Rosemount GHM

Messtechnik Greyline

Instrument Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ✘ ○ ✔

Disponibilidad ✔ ○ ○ Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ✔ ● ✘

Muy Bueno ✔Bueno ○ Regular ● Malo ✘ Fuente: Salas (2016)

En función a los parámetros y características estudiadas anteriormente

se elige el sensor de nivel Rosemount 3051L. Este sensor es uno de los

más sencillos en la industria de medición de nivel en tanques abiertos o

cerrados debido a su fácil instalación, mantenimiento y buena recepción

de señal en sala de control.

d) Transmisor de Flujo Rosemount serie 8700

Un medidor de flujo magnético (medidor de flujo mag) es un medidor de

flujo volumétrico que no tiene piezas móviles y es ideal para aplicaciones

de aguas residuales o cualquier líquido sucio que sea conductor o a base

de agua. Los medidores de flujo magnéticos en general no funcionan con

hidrocarburos, agua destilada y muchas soluciones no acuosas. Los

medidores de flujo magnéticos también son ideales para aplicaciones en

las que se requiere una baja caída de presión y bajo mantenimiento.

156

Cuadro 23 Datos de transmisor de Flujo magnético Rosemount 8732.

Tipo de medición: Sensor de flujo magnético

Configuraciones de

producto:

Transmisor indicador de flujo de montura de campo, con doble carcaza para aplicaciones

críticas. Salida: 4-20mA HART™, FOUNDATION™ fieldbus,

Profibus.

Precisión de referencia: 0,15% del span

Rango de operación: 0 a 67159L/s

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 65. Transmisor de Flujo Magnético Rosemount 8732.

Fuente: Direct Industry (2016)

Los transmisores de flujo magnético Rosemount serie 8700 tienen

disponible múltiples diagnósticos. El mejor desempeño de su clase, junto

con los diagnósticos avanzados proporciona capacidades de

administración de procesos sin precedentes. Con una interfaz de

operador local (LOI) retro iluminada opcional, los cambios y ajustes de

configuración pueden realizarse incluso en lugares peligrosos sin exponer

la electrónica al entorno.

157

Cuadro 24 Datos de transmisor de Flujo Electromagnético Siemens Sitrans FM-

MAG 6000. Tipo de medición: Sensor de flujo magnético

Configuraciones de

producto:

Tecnología Sensorprom, permite sustituir el transmisor y reprogramar automáticamente sin

perdida. Búsqueda de errores optimalizada. Salida: 4-20mA HART™, FOUNDATION™ fieldbus,

Profibus, MODBUS-RTU, Device NET

Precisión de referencia: 0,15% del span

Rango de operación: ½” a 78” de diámetro y medición. 1450 psi

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 66. Transmisor de Flujo Electromagnético Siemens Sitrans FM-

MAG600 con MAG3100. Fuente: Direct Industry (2016)

El SITRANS FM MAG 6000 es un transmisor basado en

microprocesador. Es potente y permite un fácil montaje y una puesta en

marcha y mantenimiento sin problemas. El transmisor es robusto y resulta

idóneo para la aplicación en cualquier campo. Su precisión de medida es

de ± 0,2% del caudal y puede equiparse con los módulos de

comunicación ópticos para la fijación en bastidor. Para obtener la medida

del caudal completa, el transmisor SITRANS F M MAG 6000 debe

158

combinarse con un siguientes sensor de la serie MAG como se aprecia en

la figura 68.

Cuadro 25 Datos de transmisor de Flujo electromagnético KROHNE.

Tipo de medición: Sensor de electromagnético

Configuraciones de

producto:

Industria de agua, química, aguas residuales, plantas de energía. Resistente a cambios de ph, productos no homogéneos abrasivos y

corrosivos. Salida: Hart 7, NAMUR NE 107

Precisión de referencia: 0,15% del span

Rango de operación: 0 a 48858 L/s

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 67. Sensor Transmisor de Flujo Electromagnético KROHNE

IFC300 OPTIFLUX 2000. Fuente: Direct Industry (2016)

El convertidor de señal electromagnética IFC 300 está diseñado para

medir la velocidad de flujo, conductividad, volumen y flujo de masa de

medios líquidos eléctricamente conductores. El convertidor de señal se

puede combinar con cualquier sensor de medición, haciéndolo

ampliamente utilizado.

159

Cuadro 26 Matriz de Selección de Medidor Flujo.

MEDIDOR DE FLUJO Rosemount Siemens

KROHNE

Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ○

✘ ✔

Disponibilidad ✔ ✔ ○ Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ✔ ✔ ○

Muy Bueno ✔Bueno ○ Regular ● Malo ✘ Fuente: Salas (2016)

En función a los parámetros y características estudiadas anteriormente

se elige el sensor de electromagnético de Rosemount. Por cumplir a

cabalidad con las necesidades de medición de flujo y resistencia, siendo

el siemens más moderno y con mayor rango de protocolos de

comunicación pero siendo más costoso. Este sensor promete realizar

mediciones con un bajo índice de error, mucha resistencia y casi nulo

mantenimiento.

e) Sensor Transmisor de dos hilos para medición de pH

Un sensor de transmisor de dos hilos es alimentado por lazos que

pueden medir pH, ORP, conductividad, resistividad, oxígeno, cloro libre,

cloro total, monocloramina y ozono, por lo que es útil en un amplio rango

de aplicaciones analíticas para líquidos

160

Cuadro 27 Datos del Sensor Transmisor de dos Hilos Rosemount 5081.

Tipo de medición: Sensor de dos hilos Configuraciones de producto:

Mide oxígeno disuelto (niveles de ppm o ppb), cloro libre, cloro total y ozono.

Reconocimiento automático del búfer para la calibración del pH.

Salida: 4-20mA HART™, FOUNDATION™ fieldbus. Precisión de referencia: 0,05% del span Rango de operación: -20° C a 65°C

Humedad 0 a 95% 0 a 9 pH

Fuente: Emerson (2016)

Figura 68. Transmisor de dos Hilos 5081 Rosemount pH/ORP.

Fuente: Rosemount (2016)

El Transmisor a prueba de explosiones Rosemount 5081 es un

dispositivo de un solo canal que puede aceptar entradas de sensores de

pH / ORP, sensores de conductividad (contactos toroidales) y sensores

amperométricos (oxígeno disuelto, cloro y ozono).

161

Cuadro 28 Datos del sensor Transmisor multiparametros de pH KRHONE.

Tipo de medición: Sensor de dos Hilos

Configuraciones de

producto:

Sin necesidad de mantenimiento – comunicación digital solamente. miden el parámetro pH, milivoltio para ORP y µS

Salida: 4-20mA HART 7™, FOUNDATION™ fieldbus.

Precisión de referencia: 0,15% del span

Rango de operación: -10° C a 60°C

Humedad 0 a 95% 0 a 9 pH

Fuente: Rosemount (2016)

Figura 69. Transmisor de dos Hilos SMARTMAC 200W KHRONE.

Fuente: KRONE (2016)

Unidad de operación con lazo para configuración y calibración

Adecuado para sensores SMARTPAT PH / ORP / COND con Carcasa

robusta de campo de aluminio fundido a presión 4 a 20 mA / HART® 7

Adecuado para zonas con riesgo de explosión Zona (1) es decir

162

atmosferas con peligro de explosión bien sea gases, vapores inflamables,

chispas, etc.

Cuadro 29 Datos del Transmisor multiparametros de valor libre pH

AquaSensors Thermo Scientific. Tipo de medición: Valor libre, de pH y análisis de agua.

Configuraciones de

producto:

Unidad de exhibición local científica Thermo AV38 y un sistema de la medida del pH.

Salida: MODBUS host – MODBUS-RTU. 24VDC

Precisión de referencia: 0,15% del span

Rango de operación: -20°C A +65°C

4 a 9 pH Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 70.Transmisor Aquasensors / AquaChlormultiparametros de pH AV 38 Thermoscientific.

Fuente: Direct Industry (2016)

Cumple con los requisitos de CE para uso industrial pesado;

Parámetros asignables; Configurado para funciones de alarma, control y

163

temporizador con dos salidas de 4 a 20 mA, PID, 2 relés, host Modbus, 24

VCC Max. Humedad relativa 95%, sin condensación; Función PID cuando

se selecciona el pH o el parámetro de conductividad; Potencia de lazo

proporcionada por AV38.

Cuadro 30

Matriz de Selección de Medidor de pH.

MEDIDOR DE FLUJO Rosemount KRHONE Thermo

Scientific Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ● ○ ✘

Disponibilidad ✔ ○ ○ Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ✔ ● ✘

Muy Bueno ✔Bueno ○ Regular ● Malo ✘ Fuente: Salas (2016)

Según parámetros y características estudiadas anteriormente se elige

el sensor de multiparametros para la medición de pH Transmisor de dos

Hilos 5081 Rosemount. Por cumplir en su totalidad con las necesidades

de medición de pH entre otras prestaciones, siendo el siemens más

moderno y con mayor rango de protocolos de comunicación. Este sensor

promete realizar mediciones con un bajo índice de error, mucha

resistencia y casi nulo mantenimiento.

f) Válvula de bola de control para aplicación industrial SOMAS

La válvula del peso de la base es una de las válvulas más importantes

de un proceso de control. Una válvula con características apropiadas

permitirá un fluido proceso sin interrupciones por traba y un actuador con

164

una alta resolución, que permita un flujo ideal (masa por área de unidad)

dentro de una tolerancia necesaria.

Cuadro 31 Datos de la Válvula de control tipo bola SOMAS.

Tipo de Válvula: Tipo Bola con actuador electrónico Configuraciones de producto:

Accionador de alta resolución, función de control para múltiples aplicaciones industriales.

Entrada (4 – 20 mA) (3 – 15 psi) Precisión de referencia: 0,15% del span Rango de operación: Mín.: 10 bar (145.04 psi)

Máx.: 50 bar (725.19 psi) DN:

Mín.: 50 mm

Máx.: 350 mm

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 71. Válvula tipo bola SOMAS.

Fuente: SOMAS (2016)

La válvula del peso de la base es una de las válvulas más importantes

de una de una industrial. Dicha válvula con la característica apropiada, y

un actuador con una alta resolución se requiere para mantener el flujo

dentro de una tolerancia y parámetros requeridos.

165

Cuadro 32 Datos de la Válvula globo automática de control GPL A110 Apollo

Valves. Tipo de Válvula: Tipo globo Configuraciones de producto:

Accionador automático por presión diferencial. GPL

Entrada (4 – 20 mA) (3 – 15 psi) Precisión de referencia: 0,1% del span Rango de operación: Mín.: 9 bar (130 psi)

Máx.: 52 bar (740 psi) DN:

Mín.: 1.25 in Máx.: 24 in

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 72. Válvula tipo globo A110 Apollo Valves.

Fuente: Apollo Valves (2016)

El modelo A110 controla la diferencia de presión entre dos puntos en

un sistema, tiene una amplia gama de aplicaciones: en cualquier lugar el

aumento en la diferencia de presión detectada hace que la válvula se

abra.

Los ejemplos típicos incluyen:

Mantenimiento de la descarga constante de la bomba al diferencial

de succión

Válvula de equilibrado en sistemas de agua fría

166

Sistemas de medición de GLP para evitar el parpadeo

Cuadro 33 Datos de la Válvula mariposa de control ZWICK TRI-CON.

Tipo de Válvula: Tipo Mariposa Configuraciones de producto:

Acción de control automático de acero inoxidable al carbono. Criogénica líquidos, los

gases y el vapor. De triple excentricidad Entrada (4 – 20 mA) (3 – 15 psi) Precisión de referencia: 0,1% del span Rango de operación: Mín.: -196 °C (-320.8 °F)

Máx.: 815 °C (1499 °F) DN 80 – DN 900, 3" – 36"

100 bar (1450.38 psi) Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 73. Válvula tipo Mariposa ZWICK TRI-CON.

Fuente: Direct Industry (2016)

El número de atributos técnicos únicos del producto, como el diseño de

asientos de cono en cono con las laminaciones múltiples y el asiento de

metal hace que la serie TRI-CON a un allrounder para muchas

aplicaciones industriales diferentes. Las válvulas Zwick se utilizan para la

167

industria y los gases de escape, líquidos, agua caliente o vapor al mínimo

también en zonas de alta temperatura hasta 815 ° C. El TRI-CON se

utiliza ampliamente en los mercados de productos químicos,

petroquímicos, petróleo y gas, offshore y de calefacción urbana

Cuadro 34

Datos de actuador eléctrico ROTORK IQ3. Tipo de actuador: Eléctrico de vueltas múltiples Configuraciones de producto:

Arrancador inversor de estado sólido en lugar de los contactores electromagnéticos.

Entrada (4 – 20 mA) (3 – 15 psi) Precisión de referencia: 0,1% del span Rango de operación: Par:

Mín.: 0 Nm (0 ft.lb) Máx.: 58000 Nm (42778.6 ft.lb)

Fuente: Direct Industry (2016)

Figura 74. Actuador Neumático FESTO IQ3. Fuente: Direct Industry (2016)

168

Actuador rotativo de piñón cremallera, con muelle antagonista, de doble

efecto, de simple efecto y compacto, para ser usado en válvula de

mariposa y para la automatización de procesos. Con certificado ISO,

antideflagrante, resistente a la corrosión, baja temperatura, VDI/VDE

3845, de alta resistencia, para altas temperaturas, NAMUR, ATEX, con

carcaza de aluminio.

Cuadro 35 Matriz de Selección de Válvula de control.

MEDIDOR DE FLUJO SOMAS APOLLO VALVES

ZWICK

Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ● ○ ○ Disponibilidad ✔ ○ ✔

Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ● ● ✘

Muy Bueno ✔Bueno ○ Regular ● Malo ✘ Fuente: Salas (2016)

Según los parámetros de control y de operación en la planta

termoeléctrica, precisamente en el sistema de lavado y filtrado de

residuos se decide la selección de la válvula tipo mariposa Zwick modelo

TRI-CON debido a El número de cualidades técnicas únicas del producto,

como el diseño cone-in-cone del asiento con las laminaciones múltiples y

el asiento del metal hace la serie TRI-CON para muchos diversos usos

industriales.

Las válvulas de Zwick se utilizan para los gas de escape industriales y,

los líquidos, la agua caliente o el vapor en lo más bajo posible también en

las zonas das alta temperatura hasta 815°C. El TRI-CON se utiliza

extensivamente en el químico, petroquímico, aceite y gas, costa afuera y

mercados de la calefacción. Adicional a ello se seleccionó el actuador

eléctrico ROTORK IQ3.

169

Controladores lógicos programables

Para control y monitoreo de las diversas variables (flujo, temperatura,

presión y nivel) así como de actuadores (válvulas, bombas) se

seleccionara el controlador físico tomando en cuenta el número definido

de entradas y salidas del sistema así como también la estructura o

arquitectura de programación la cual debe ser compatible para cualquier

anexo que se desee hacer el parque acuático en estudio. A continuación

se muestran los controladores disponibles en el mercado.

Controlador Controllogix 1756

ControlLogix® usan un motor de control común con un entorno de

implementación común para proporcionar alto rendimiento en un entorno

fácil de usar. La estrecha integración entre el software de programación,

el controlador y los módulos de E/S reduce el tiempo de desarrollo y el

costo en la puesta en marcha y durante la operación normal. Puede

realizar control estándar y de seguridad en el mismo chasis en un sistema

verdaderamente integrado. Aproveche la gran disponibilidad y las

capacidades de ambientes difíciles para cumplir con las necesidades de

su aplicación. E/S ControlLogix® 1756 brindan una amplia gama de

control de movimiento digital, digital de diagnóstico, analógico y

E/S especiales para satisfacer las necesidades de sus aplicaciones.

Puede usar cualquiera de los módulos de E/S en el chasis local de un

controlador ControlLogix o en un chasis vinculado a un controlador

ControlLogix en redes ControlNet™, EtherNet/IP™ FIELDBUS,

PROFIBUS, MODBUS.

170

Figura 75. Controlador Controllogix 1756.

Fuente. Rockwell (2016)

Controlador Crouzet Millenium 3. El controlador Crouzet XD26 (Ver Figura) contiene 16 entradas tipo

analógicas y digitales, 10 salidas tipo relé, puerto serie y USB es la última

generación de la serie Millenium. Entre las mejoras respecto a Millenium 2

Plus se incluyen, el controlador compacto tiene aproximadamente el doble

de capacidad de memoria y el controlador ampliable tiene

aproximadamente cuatro veces más de capacidad de memoria, trabaja 10

bits de resolución de entrada analógica (señal de 0 – 10 V) en tipos de

entrada de CC, carece de una pantalla de 18 caracteres, 4 líneas con

funcionalidad de desplazamiento de texto y gráficos de barras, con la

posibilidad de elección entre programación de diagrama de contactos

(LADDER) o de bloques de funciones (FBD)

171

Figura 76. Controlador Crouzet Millenium 3.

Fuente: Crouzet (2016)

Controlador Siemens S7-1500

La División Industry Automation de Siemens presenta una serie de

controladores de la futura generación para las gamas media y alta de la

automatización de máquinas e instalaciones. Esta generación de

controladores se destaca por su alto rendimiento y eficiencia.

La nueva generación de controladores Simatic S7-1500 sale al

mercado de forma progresiva. En un principio, la serie de productos

incluye los tres tipos de CPU (1511, 1513 y 1516) para la gama media,

todos ellos también en versión F (failsafe) para aplicaciones de seguridad

(Safety) con prestaciones escalonadas. Los tres modelos se distinguen

por el número de interfaces, el rendimiento según el número de bits y el

tamaño de la pantalla y de la memoria de datos.

De acuerdo con las exigencias de la tarea de automatización a

ejecutar, las CPU en configuración centralizada se pueden ampliar hasta

con 32 módulos al efecto; por ejemplo, con los nuevos módulos de

comunicación y tecnológicos o con módulos de E/S, cuyo diseño es

idéntico al de Simatic ET 200MP, de Siemens.

172

Simatic S7-1500 está orientado al rendimiento y la eficiencia. En

cuestiones de rendimiento han mejorado considerablemente estos

aspectos: capacidad del sistema, tecnología, seguridad informática y

máquina (Safety). Por otro lado, el incremento de la eficiencia se ha

conseguido básicamente perfeccionando todo lo relacionado con diseño y

manejo, diagnóstico del sistema e ingeniería con el TIA Portal.

Figura 77. Controlador Siemens S7-1500.

Fuente: Siemens (2016) Se demuestra por medio del cuadro (36), la recomendaciones a

tomar, en base a las definiciones de cada controlador se recomienda el

tercer controlador, es decir, el controlador Siemens de la serie S7-1500,

ya que presenta más entradas-salida y este tipo de controlador puede

abastecer todo el proceso y quedan sobrando entradas-salida para

futuras procesos a controlar, el Controlador Crouzet Millenium 3 es igual

de bueno que el anterior la diferencia es que no contiene suficientes

Entradas-Salidas para controlar todo el proceso y su costo es sumamente

elevado, adicional a eso, no se encuentra disponible en el país y puede

adquirirse a buen precio en Estados Unidos.

173

Cuadro 36. Matriz de Selección de controlador.

Fuente: Salas (2016)

En función a los parámetros y características estudiadas anteriormente

se elige el controlador para la regulación del proceso hidráulico actual y

de respaldo del parque acuático. Este controlador es uno de los más

completos dentro de la gama de controladores estudiados debido a su

fácil instalación, mantenimiento y buena recepción de señal en sala de

control, así como una gran cantidad de entradas y salidas que se hacen

expandiendo los módulos de alimentación. El controlador que cumple con

estos parámetros será el Controlador Controllogix 1756el cual se utilizara

como medio físico de regulación de las variables asociadas para la

automatización del recinto acuático.

Equipo auxiliar

Una vez seleccionado los equipos para la automatización de los lazos

principales de control, es necesario seleccionar los instrumentos u

equipos auxiliares complementarios para lograr optimizar y visualizar el

proceso de control ya propuesto.

CONTROLADOR Rockwell CROUZET MILL 3

SIEMENS S7-1500

Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ✘ ● ✘ Disponibilidad ✔ ● ○ Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ✔ ✔ ✔

Muy Bueno ✔ Bueno ○ Regular ● Malo ✘

174

PanelView

Los PanelView serie 6 - 700 a 1.500 son terminales que utilizan

componentes modulares con opciones de valor añadido para la

configuración de un sistema flexible; módulo de visualización, módulo

lógico, y el módulo de comunicación opcional. Estos componentes se

pueden utilizar en toda la plataforma e instalar con un mínimo

esfuerzo. Terminales configurados con un módulo de visualización y el

módulo lógico se pueden usar para la instalación en campo.

El componente principal de esta plataforma es el módulo lógico alto

rendimiento que ejecuta un entorno cerrado o abierto con el escritorio de

Windows CE, características ampliación de asistencia y visores de

archivos. Los integradores de sistemas y fabricantes de equipos originales

pueden configurar e implementar sistemas que permitan o restringir el

acceso de escritorio.

Comunicación

Todos PanelView más 6 - 700 a 1.500 terminales vienen de serie con

Ethernet y RS-232 puertos serie. El puerto Ethernet es compatible con

Ethernet / IP y las opciones de Ethernet utilizando conductores

KEPServer. El puerto RS-232 es compatible con DF1 en serie, serie DH-

485, y los controladores de serie de múltiples proveedores. Un Control

Net opcional, DH +, DH-485, Ethernet o módulo de comunicación puede

ser añadido o cambiado después de la instalación.

175

Figura 78. PanelView Serie 6 700 a 1500.

Fuente: Rockwell (2016)

Cuadro 37. Matriz de Selección de HMI.

Fuente: Salas (2016)

Una vez determinado los diversos factores con sus parámetros y

necesidad, entre los cuales destacan la capacidad de almacenamiento y

tamaño para la visualización, como opciones de control por botones fuera

de la pantalla táctil, se sugiere la instalación de un PanelView 1000 plus.

Es necesario tomar en cuenta que estas estimaciones, en cuanto al

requerimiento fueron tomadas por factores como: Espacio en las

instalaciones, calidad del Material/Equipo, Cantidad Necesaria,

Disponibilidad en el mercado y Tecnología en el material/Equipo.

CONTROLADOR Panel 700 900 1000 + Margen de error ✔ ✔ ✔

Costo ✔ ✔ ✘ Disponibilidad ✔ ✔ ✔ Confiabilidad ✔ ✔ ✔

Eficiencia ✔ ✔ ✔

compatibilidad ✔ ✔ ✔

Tamaño ✘ ● ✔

Memoria ● ○ ✔

Muy Bueno ✔ Bueno ○ Regular ● Malo ✘

176

a) Estimación de Costos

Una vez seleccionado los equipos, es necesario para completar el

diseño y la fase final del proyecto de la automatización del sistema de

lavado y filtrado de residuos del condensador de la planta termoeléctrica

(Termozulia) así mismo demostrar en un índice económico los costos que

tal implementación implicaría. Ahora bien, se muestra el siguiente cuadro

donde se evidencian los costos totales e inversión del proyecto para su

propuesta final, montos preliminares en unidad (Dólares). Esto debido a

que la cotización de dichos elementos propuestos se consiguió en el

extranjero.

Cuadro 38. Cuadro de Índice económico.

Equipo Cantidad Costo Unitario Costo Real

Sensor de nivel 1 $ 800 $ 800

Sensor switch para señal 1 $ 20 $ 20 Contactores con protectores 6 $ 285 $ 1710

Cableado 500 metros $ 10 $ 5000 Sensor transmisor de flujo 3 $ 80 $ 240

Sensor transmisor de temperatura 6 $ 120 $ 720

Sensor transmisor de presión 3 $ 40 $ 120

Sensor transmisor de presión diferencial 4 $ 1500 $ 6000

Actuador neumático 11 $ 800 $ 8800 Alarmas locales 5 $ 530 $ 2650

Controlador Controllogix 1 $ 3500 $ 3500 Válvulas neumáticas

sencillas 6 $ 3500 $ 21000

Válvulas neumáticas grandes 5 $ 24000 $ 120000

Transmisor Inteligente 7 $ 1800 $ 14400 Módulo HMI 4 $ 1500 $ 6000

TOTAL $190.960.00 Fuente: Casas comerciales de los equipos (2017)

177

En función de los costos obtenidos, se dice que se requieren

aproximadamente de 190.960,00 dólares americanos para la implantación

del sistema automatizado. Esto generaría beneficios sociales y

ambientales ya que este proyecto no está basado en una ganancia

estratégica, sino en que su proceso sea rápido, seguro y cuyos

mantenimientos sean frecuentes. Haciendo que la planta le brinde calidad

de servicio al cliente marabino todos los días del año.

FASE IV: VALIDAR EL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA AUTOMATIZADO.

En el proceso de simulación deben considerarse dos aspectos. En

primer lugar, para un conjunto dado de condiciones del modelo

automatizado a través de los parámetros determinados en fases

anteriores y que brindaran una confiabilidad al sistema de lavado y filtrado

de residuos. Para ello es necesario asegurarse que se lleve a cabo un

número adecuado de experimentos (repeticiones de simulación). Cada

iteración de la simulación es similar a una observación simple o única; por

tanto, llevar a cabo n iteraciones ya que el proceso será, un proceso

simulado.

El segundo aspecto que debe abordarse en el proceso de simulación

es que si van a hacerse inferencias con respecto al funcionamiento del

problema en el mundo real, es necesario analizar diferentes condiciones y

parámetros del modelo. Las condiciones, reglas de decisión y estructuras

del sistema que se examinan se identifican como parte del diseño

experimental (segunda etapa).

178

Simulación del Proceso de Arranque del Sistema

Esto implica validar el modelo de simulación, definir las condiciones

iniciales, determinar el número de iteraciones (muestras) que es

necesario extraer y resolver los efectos colaterales que se presentan

cuando se lleva a cabo un experimento a escala real en una interfaz

humano maquina (HMI). Donde el proceso tiene una selección automático

/ manual

Simulación del proceso

Una vez simulado el proceso de arranque, y el sistema entra en

operación normal en función de las acciones de mando del operador y las

comunicaciones entre maestro-esclavo y los periféricos, sensores y

actuadores. La simulación empieza con una pantalla de bienvenida,

donde vamos a tener el nombre de y ubicación de la automatización, en

este caso el complejo termoeléctrico Termozulia, en conjunto con la fecha

y hora. En el menú de inicio vamos a tener una serie de botones donde

nos vamos a poder dirigir a otras pantallas.

Comunicación entre software de Rockwell

RSlogix5000, RsLinx, RsEmulate5000 y Factory talk view ME. La

comunicación entre programas se hará mediante una simulación en pc,

con software de Allenbradley, en donde se darán valores de entrada y

salida en tags tipo base, enteros, bool con la finalidad de establecer una

correcta comunicación en la interfaz principal de HMI, haciéndolo lo más

real posible. En la siguiente figura se introduce en conexión de

rslogix5000.

179

Figura 79. Rslogix5000 Selección de Controlador Fuente: Salas (2016)

En la figura 79 se aprecia una captura de pantalla donde se puede

agregar un tipo específico de controlador, en este caso para efectos de

simulación se tomó el controlador “Emulator 5000 controller” el mismo nos

permitirá enlazar perfectamente con el Emulate 5000, RsLinx y Factory

talk ME. En otra circunstancia el controlador puede ser distinto. Se

selecciona la revisión número 20, una descripción y un tipo de chasis

puntual el cual nos indique la cantidad de espacio que necesitamos para

hardware.

180

Figura 80. RsLinx VirtualBackplane Fuente: Salas (2016)

En la figura 80 se evidencia el programa RsLinx vacío con solo 2

módulos uno básico y otro Enterprise, en el mismo se van a agregar el

simulador y adicional a ello un módulo de entradas y salidas para

propósito de prueba general. En la siguiente imagen se evidencia como

se realizó la conexión con los demás programas.

Configuración del VirtualBackplane donde se indica el slot donde está

el RsLinx, se agrega y se configura el driver. En este caso el 1784 se ve

que se está utilización y no puede ser agregado de nuevo. Dicho driver

habilita toda la comunicación en la pc. El RsLinx es un OPC que

comunica software de Allenbradley así como también otros fabricantes.

181

Figura 81. Selección Modulo en Rslogix5000 Fuente: Salas (2016)

Se agrega el módulo de entrada y salid en el slot 3 en el programa

RsLogix 5000, así mismo se hace configuración de input y output, en las

propiedades del módulo, conectándolo directamente al Rs Emulate 5000.

En la siguiente imagen se aprecia Who is online para la configuración y la

descarga del programa para seleccionar un patrón de seguimiento

Figura 82. Rs Who para conexión Fuente: Salas (2016)

182

En la figura 82 se evidencia que el emulador y el slot de entradas y

salidas con su módulo se aprecian en pantalla, se le da set Project path

para que se establece la conexión y enseguida se procede a crear los

tags para iniciar la programación del software.

Figura 83. Tags del programa Fuente: Salas (2016)

En la figura 83 se evidencian los tags creados pertenecientes a la

programación del software para la automatización del sistema de lavado

y filtrado de residuos en el condensador de la planta termoeléctrica,

dichos tags tienen su nomenclatura perteneciente al P&ID de

instrumentación, así mismo se han nombrado y se les ha dado una

dirección física para su utilización, cabe destacar que estos tags son tipo

Base, Bool, enteros, etc. Y controlan válvulas, sensores, actuadores,

switches alarmas y parada.

183

En la siguiente figura se procede a realizar los diseños de interfaz en el

software Factory talk view machine edition.

Figura 84. Menú de pantalla principal

Fuente: Salas (2016)

Como se mencionó anteriormente en esta pantalla vamos a tener una

serie de botones, que van a actuar como un control remoto al PLC, ya que

esta interfaz estará ubicada cerca de los equipos y alejada del controlador

lógico principal. En cada uno de los botones tiene un indicador entre

corchetes que indican una Función, que a su vez tiene relacionado el

mismo código en un pulsador externo. Esta pantalla cuenta con un botón

de shutdown de interfaz, cabe destacar que este botón es solo para salir

de la pantalla del sistema de lavado y filtrado de residuos, a diferencia de

los otros botones que nos van a dirigir a otras pantallas.

184

Figura 85. Pantalla principal del sistema de lavado y filtrado

Fuente: Salas (2016)

En la pantalla principal del sistema de lavado y filtrado de residuos del

condensador de una planta termoeléctrica (TZ03), se puede apreciar

desde donde inicia el proceso principal y donde termina. Así mismo se

evidencia que el proceso inicia cuando están abiertas las compuertas de

filtrado primario y compuerta de mantenimiento en un nivel donde la

bomba va a enviar el caudal requerido para que inicie el proceso de

enfriamiento y lavado. En este grafico en modo RUN, veremos cuando las

bombas, válvulas, indicadores de temperatura, presión, ETC. Estén

trabajando y cuando no, así mismo habrán colores de identificación para

que sean amigables con el operador. En este grafico no se puede tomar

ninguna acción de control, solo se puede visualizar el proceso en

cuestión, ya que en modo automático, que es el que normalmente está el

proceso, el operador es un simple espectador del mismo. En ella se

puede redirigir al menú principal, o al detalle de otros componentes

185

(filtros, condensador) del sistema. Para mayor profundidad ver Anexos 3,

4 y 5.

Figura 86. Detalle en condensador TZ03

Fuente: Salas (2016)

En esta simulación podremos apreciar las variables actuantes en la

necesidad principal del sistema de lavado y filtrado. La cual es mantener

el condensador 100% operativo en buen estado, para poder refrigerar las

turbinas de la termoeléctrica. Para ello se tienen unos indicadores de

presión, flujo y temperatura. También se evidencia el % de apertura de

las válvulas, como otros botones para ir a otras secciones de la interfaz

local. Para mayor profundidad ver Anexos 5, 6 y 7.

186

Figura 87. Pantalla de detalle en F01 y F02

Fuente: Salas (2016)

En esta pantalla, tendremos un menú de selección bastante practico lo

cual nos va a dirigir a un sector donde podremos evidenciar con alto nivel

de detalle los estados de las bombas actuantes a lo largo de todo el

sistema de lavado y filtrado de residuos en el condensador de la planta.

En un efecto práctico se pueden seleccionar directamente en el

touchscreen o en los botones periféricos de la IHM. Ver anexos 8, 9 y 10

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Figura 88. Detalle en bombas

Fuente: Salas (2016)

Como se mencionó anteriormente luego de apretar un botón de detalle

para las bombas, nos va a direccionar una pantalla donde podemos

apreciar si la bomba esta operativa, la presión de la línea, conteo de

arranques del día y del mes. Esto para propósitos de históricos, a su vez

estarán indicadores de alarma en bomba, cuando falle la lubricación, un

sensor de sobre corriente, o falla en el flujo de descarga por problemas en

el impulsor. Ver anexo 11.

188

Figura 89. Detalle de Alarmas

Fuente: Salas (2016)

En la pantalla que muestra la figura 86, es donde van a aparecer todas

las alarmas y eventos que ocurran a lo largo de todo el proceso

automatizado, la misma tendrá un botón de reconocimiento de alarmas,

silenciamiento, borrado de las armadas y cierre de pantalla con

posibilidad de acceso al menú principal. En la pantalla podremos apreciar

la fecha en la que se registró el problema y la hora. Ver anexos 12 y 13

Programación en lenguaje Ladder Rslogix 5000

Para la programación del sistema automatizado se tomaron los criterios

y parámetros estudiados a lo largo de la investigación, los cuales están

documentados por capítulos y fases de investigación. Así mismo se hacen

189

uso de los instrumentos seleccionados específicamente para el proceso

de diseño en la fase 3, y físicos en la fase 4 de selección. Dicho proceso

lógico empieza con una serie de comandos que son preguntas de estado,

para luego tomar acciones de enclavamiento, toma de decisiones,

comparaciones, avisos, alarmas, etc. Ver anexos.