(a) Desarrollo Del Sistema de Control de Nivel Para Un Tanque Surtidor de Agua y Almacenador de...

5/28/2018 (a) Desarrollo Del Sistema de Control de Nivel Para Un Tanque Surtidor de Agua y Al...

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DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA UN TANQUE

SURTIDOR DE AGUA Y ALMACENADOR DE ENERGA TRMICA EN

PROCESOS DE LAVADO Y TINTORERA

SANDRA MILENA ARANGO RESTREPO

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANAESCUELA DE INGENIERAS

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA

MEDELLN

2008



DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA UN TANQUE

SURTIDOR DE AGUA Y ALMACENADOR DE ENERGA TRMICA EN

PROCESOS DE LAVADO Y TINTORERA

SANDRA MILENA ARANGO RESTREPO

Trabajo de grado para optar al ttulo de Ingeniero Electrnico

Director

CARLOS ALEJANDRO ZULUAGA TORO

Ingeniero Electrnico

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANAESCUELA DE INGENIERAS

FACULTAD DE INGENIERA ELECTRNICA

MEDELLN

2008



Nota de aceptacin

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

________________________________

Firma

Nombre:

Presidente del Jurado

________________________________

Firma

Nombre:

Jurado

________________________________

FirmaNombre:

Jurado

Medelln, 21 de Agosto de 2008



DEDICATORIA

Dedico este libro de tesis a mis padres,

profesores y compaeros de universidad



AGRADECIMIENTOS

La autora expresa sus agradecimientos a:

Dios por darme la bendicin y el privilegio del estudio, tambin porque sin la

fortaleza que constantemente me da no hubiese sido posible terminar mis

estudios.

Mis padres por la confianza, el apoyo econmico y moral, siempre encontr unconsejo, una mano amiga en estas dos personas que me han demostrado su

inmenso amor desinteresadamente.

Quiero agradecer a todos mis profesores los cuales con tanta paciencia me han

enseado y siempre estuvieron prestos a aclarar mis dudas por insignificantes que

parecieran. Pero entre todos estos docentes que tuvieron esta gran

responsabilidad social para conmigo quiero resaltar a mi director de tesis y gran

profesor y amigo Carlos Alejandro Zuluaga Toro en quien he encontrado un gran

apoyo; igualmente doy mis mas sinceros agradecimientos a la universidad

Pontificia Bolivariana la cual me ha proporcionado todo para culminar mis

estudios.

Todo el departamento de mantenimiento de la planta textil Vestimundo S.A. ya que

de manera directa y/o indirecta todos estuvieron involucrados en el proceso de

enseanza, desarrollo, instalacin y mejoramiento al sistema Kemco; gracias porel tiempo y la ayuda prestada a mi crecimiento como profesional y por la confianza

y compaerismo que siempre obtuve.


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CONTENIDO

Pg.

INTRODUCCIN 17

ESTADO DEL ARTE 20

1. DESCRIPCIN DEL CONTROL DE TANQUES DE VESTIMUNDO S.A. 22

1.1 DESCRIPCIN GENERAL 221.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA 23

1.2.1 Tablero de control 24

1.2.1.1 Bornera 24

1.2.1.2 Breakers 25

1.2.1.3 Contactores 26

1.2.1.4 Rels Trmicos 26

1.2.2 Serpentn externo 27

1.2.3 Vlvulas mariposa 30

1.2.4 Sensores de nivel 31

1.2.5 Motobombas 32

1.2.6 Tanques de almacenamiento de agua 33

1.2.6.1 Tanque de agua fra 3

1.2.6.2 Tanque de agua caliente 34

1.2.6.3 Tanque de agua residual 35

2. CONTROL AUTOMTIZADO DE TANQUES EN VESTIMUNDO S.A. 36

2.1 DESCRIPCIN GENERAL DEL CONTROL AUTOMATIZADO 36

2.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO 37



7

2.2.1 Tablero de control 38

2.2.1.1 PLC 40

2.2.1.2 Fuente de 24 voltios 42

2.2.1.3 Conmutadores 422.2.1.4 Pilotos 43

2.2.1.5 Bornera 43

2.2.2 Actuadores neumticos 46

2.2.3 Sensores de presin 49

2.2.4 Tanques de almacenamiento de agua 50

2.2.4.1 Tanque de agua caliente 50

3. SUGERENCIAS, BENEFICIOS OBTENIDOS Y RECOMENDACIONES

DE OPERACIN 52

3.1 SUGERENCIAS 52

3.2 BENEFICIOS OBTENIDOS 52

3.3 RECOMENDACIONES DE OPERACIN 53

4. CONCLUSIONES 55

BIBLIOGRAFA 57

ANEXOS Error! Marcador no definido.



8

LISTA DE FIGURAS

Pg.

Figura 1. Arquitectura del sistema 23Figura 2. Serpentn interno. 24Figura 3. Bornera de conexin 25Figura 4. Interruptores de circuito 25Figura 5. Contactor tripolar 26Figura 6. Rels Trmicos protectores de motor 27Figura 7. Serpentn externo 28Figura 8. Partes del serpentn externo 29Figura 9 Serpentn externo, entradas y salidas. 29Figura 10. Vlvula mariposa. 31Figura 11. Flotador sensor de nivel. 32Figura 12. Motobomba 33Figura 13. Tanque de almacenamiento de agua. 33Figura 14. Tanque de agua caliente. 34Figura 15. Tanques. 37



9

Figura 16. Arquitectura del sistema de control automatizado 38Figura 17. Tablero de control 39Figura 18. PLC Twido 40Figura 19. Marcacin de la bornera. 44Figura 20. Actuador neumtico. 47Figura 21. Accionamiento de la vlvula solenoide y el actuador neumtico. 48Figura 22. Interior de un actuador neumtico circular 48Figura 24. Sensor de presin. 49Figura 25. Tanque de agua caliente. 50


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10

LISTA DE TABLAS

Pg.

Tabla1.Estado del arte en diferentes regiones 20Tabla2.Comparacin entre marcas de PLC. 40Tabla3.Bornera de conexin de las entradas y salidas del PLC. 45



11

LISTA DE ANEXOS

Pg.

ANEXO1.Entradas y salidas usadas en el PLC Error! Marcador no definido.ANEXO2.Planos elctricos Error! Marcador no definido.ANEXO3.Documentacin del programa Error! Marcador no definido.ANEXO4.Anteproyecto Error! Marcador no definido.ANEXO5. Carta cumplimiento objetivos Error! Marcador no definido.ANEXO 6. Artculo Publicable 102

ANEXO 7.Manual entregado a Vestimundo S.A. 107



12

GLOSARIO

ALLEN BRADLEY: Es una compaa ubicada en Milwaukee, Winsconsin

especializada en productos de automatizacin y control industrial. La compaa es

actualmente parte de Rockwell Automation.

CONMUTADOR: Es un dispositivo que permite modificar el camino que deben

seguir los electrones. Los hay de tres tipos:

Manuales: Varias placas, una bobina y una palanca. Suelen ser de dos a seisplacas. Cuando no tiene tensin la bobina (se dice que est en reposo), los

electrones fluyen hacia una direccin. En cambio, cuando se le proporciona la

tensin necesaria a la bobina, esta atrae a un metal, que va unido a la palanca y

esta empuja y mueve las placas, de manera que se ve alterado el camino a seguir

por los electrones.

Varias placas: Una bobina y una palanca. Suelen ser de dos a seis placas.

Cuando no tiene tensin la bobina (se dice que est en reposo), los electrones

fluyen hacia una direccin. En cambio, cuando se le proporciona la tensin

necesaria a la bobina, esta atrae a un metal, que va unido a la palanca y esta

empuja y mueve las placas, de manera que se ve alterado el camino a seguir por

los electrones.

Electrnicos: Lo forman los transistores, los triacs, los tiristores, las vlvulas, etc...

CONTACTORES: Ver figura 4. Son interruptores de potencia de uno o varios

contactos accionados por un electroimn. Su principal funcin es la de manejar yactuar directamente sobre la carga ya que sus contactos se disean con

capacidad de maniobra para atender las exigencias impuestas por la carga.



13

FESTO:Con ms de 100 nuevos productos cada ao y ms de 2.800 patentes en

todo el mundo, Festo tiene la solucin adecuada para cada aplicacin, con

tecnologa de accionamiento neumtica, servoneumtica y elctrica y con unaexcelente asistencia tcnica.

Su divisin de didctica ofrece formacin profesional y continuada en material de

automatizacin y asegura la disponibilidad de personal cualificado.

KEMCO:Es el sistema conocido en la planta textil de Vestimundo S.A. como el

aprovechador de energa trmica.

NC:Normally Closed, en espaol (normalmente cerrado).

NO:Normally Opened, en espaol (normalmente abierto).

PLC:Controladores Lgicos Programables o PLC (Programmable Logic Controller

en sus siglas en ingls) ver figura 16. Son dispositivos electrnicos muy usados en

Automatizacin Industrial.

Su historia se remonta a finales de la dcada de 1960, cuando la industria busc

en las nuevas tecnologas electrnicas una solucin ms eficiente para reemplazar

los sistemas de control basados en circuitos elctricos con rels, interruptores y

otros componentes comnmente utilizados para el control de los sistemas de

lgica combinacional.

Hoy en da, los PLC no slo controlan la lgica de funcionamiento de mquinas,

plantas y procesos industriales, sino que tambin pueden realizar operaciones



14

aritmticas, manejar seales analgicas para realizar estrategias de control, tales

como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadorasen redes de rea local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de

control distribuido.

Existen varios lenguajes de programacin, tradicionalmente los ms utilizados son

el diagrama de escalera LADDER, lista de instrucciones y programacin por

estados, aunque se han incorporado lenguajes ms intuitivos que permiten

implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo msfciles de interpretar y mantener.

En la programacin se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los

ms simples como lgica booleana, contadores, temporizadores, contactos,

bobinas y operadores matemticos, hasta operaciones ms complejas como

manejo de tablas (recetas), apuntadores, algoritmos PID y funciones de

comunicacin multiprotocolo que le permitiran interconectarse con otros

dispositivos.

REL: Ver figura 5. Es un interruptor de control de uno o varios contactos

accionados por un elemento sensible que responde al cambio presentado en una

variable elctrica o en otra de inters particular para un sistema elctrico. Su

funcin es juzgar y definir la accin a realizar sobre el elemento de carga de

acuerdo con un comportamiento preestablecido.

SERPENTN: Ver figura 6. Es un tubo de forma espiral, usado desde la

antigedad en destilacin de bebidas alcohlicas, aunque en la actualidad



15

cualquier proceso de refinado de crudos u obtencin de un producto qumico

puede utilizar un serpentn, ya sea para enfriar o calentar lquidos o gases.



RESUMEN

El proyecto, DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA UN

TANQUE SURTIDOR DE AGUA Y ALMACENADOR DE ENERGA TRMICA EN

PROCESOS DE LAVADO Y TINTORERA; comprende el diseo de un sistema

de control, instalacin de sensores, vlvulas, rels, conmutadores y bombas.

El objetivo del sistema es conservar la energa trmica y almacenar el agua de

recuperado y el agua calentada por medio del serpentn en el tanque del sistemaque alimenta las mquinas de lavado y teido.

PALABRAS CLAVES: CONTROL; SERPENTN; ENERGA TRMICA Y AGUA

DE RECUPERADO.



17

INTRODUCCIN

El presente documento busca informar con cierta profundidad el proceso que se

llev a cabo durante la prctica industrial en la planta textil Vestimundo S.A. Esta

prctica se desarrollo en la planta textil ubicada en Marinilla, Antioquia.

Las labores estuvieron centradas en el desarrollo de un sistema de control para un

tanque almacenador de agua y energa trmica y para un surtidor agua de los

sistemas de lavado y teido textil.

Vestimundo S.A. es una compaa textil que abarca el mercado nacional e

internacional y cuenta con dos plantas textiles, una ubicada en Costa Rica y la otra

en Marinilla Colombia. Principalmente se dedica a la produccin y mercadeo de

todo tipo de prendas textiles. La misma empresa fabrica las telas que se usan en

la confeccin de prendas.

La planta ubicada en Marinilla genera entre 2.300 y 2.400 empleos, produce entre

25 y 30 toneladas de tela por da, puede cortar entre 150.000 y 250.000 unidades

diarias (entre 35 y 40 millones de unidades por ao) y confecciona entre 50.000 y

60.000 prendas por da1.

1 EL COLOMBIANO. introduccin, cuantificacin de empleos y prendas en vestimundo S.A. [En

lnea] Medelln: El Colombiano, 2007. [consulta: 3 Nov. 2007]



18

El proceso que se quiere mejorar es el llenado y vaciado del tanque ubicado en la

parte delantera del segmento de la planta que contiene las mquinas de lavado y

teido textil. Este proceso se encarga de conservar la energa trmica y almacenar

el agua de recuperado y el agua calentada por medio del serpentn en el tanque

del sistema que alimenta las mquinas de lavado y teido. El agua de

recuperado es el agua que es evacuada de cada una de las mquinas de lavado

y teido textil, al finalizar el ciclo. Es en este punto del proceso donde se debe

agregar el control para optimizar el ahorro de energa trmica y agua tratada.

Durante el periodo que dur la prctica se realizaron 3 tareas, identificacin del

proceso a automatizar, identificacin de la instrumentacin y equipos necesarios yel montaje y puesta en marcha del prototipo.

Con la identificacin del proceso se ubicaron los puntos ms adecuados para

instalar la instrumentacin necesaria y requerida para mejorar el desempeo de la

planta. Tambin se encontraron algunas debilidades del sistema como la

irregularidad en las presiones de los tubos de abastecimiento de la maquinaria y el

mal funcionamiento de las motobombas. Estos problemas y algunos ms de poca

importancia se mejoraron desde el momento que se automatiz esta seccin de la

planta de teido.

En la identificacin de la instrumentacin se encontr que algunos de los equipos

ya implementados en el sistema estaban en mal estado o no eran los ms

adecuados y se decidi reemplazarlos.

El proceso de seleccin de equipos requeridos para el montaje del control se tuvo

en cuenta las especificaciones, el proveedor, el tamao, el costo de cada uno y la

cantidad necesaria.



19

La ejecucin del proyecto, segn el cronograma, se realiz en cinco meses, de los

cuales se tard cuatro meses para la planificacin, adquisicin de insumos y la

programacin del PLC. Teniendo en cuenta que el tiempo mximo para realizar el

paro de la planta era de 3 das, se tom este tiempo para montar la

instrumentacin seleccionada. El resto del quinto mes se us para ajustar el

funcionamiento del sistema controlado.



20

ESTADO DEL ARTE

En la gama universal de controles de nivel y energa trmica en tanques se puede

encontrar varias empresas que usan este tipo de control.

En general la mayora de compaas que usan algn fluido en sus procesos, como

las proveedoras de agua potable, tratamientos de aguas residuales, plantas

textiles, plantas petroleras, plantas de gas, industrias de metales, industrias de

licores, industrias de pinturas y estaciones de gasolina entre otras.

En la Tabla 1 se puede observar empresas que usan tanques para almacenar

fluidos y utilizan un control similar al implementado.

Tabla 1. Estado del arte en diferentes regiones

ESTADO DEL ARTE EN DIFERENTES REGIONES

PAS REGIN CIUDAD EMPRESA

Argentina Frazabela

Chile Todo telas

China Kahyro

Colombia Antioquia Medelln Aguas y Alcantarillado de EPM.

Colombia Antioquia Medelln Coltejer



21

ESTADO DEL ARTE EN DIFERENTES REGIONES

PAS REGIN CIUDAD EMPRESA

Colombia Antioquia Medelln Everfit - Indulana

Colombia Antioquia Medelln Fabricato

Colombia Antioquia Medelln Fatelares

Colombia Antioquia Medelln Tejicondor

Colombia Antioquia Rionegro Pintuco

Colombia Antioquia Rionegro Planta textil Riotex

Colombia Crdoba Barranca Ecopetrol

Colombia Cundinamarca Bogot Acueducto y Alcantarillado

Colombia Quindo Armenia Empresas Pblicas

Colombia Valle de Cauca Cali Fabrisedas

E.U California Camrosa Entidad distrital del agua

E.U Delawere Sussex Direccin de aguas

E.U Shell Oil

Mxico Fbrica La Mara

Mxico Pemex

Mxico Telas Laprotex

PA Braddock La acera USX Steel Plant



22

1. DESCRIPCIN DEL CONTROL DE TANQUES DE VESTIMUNDO S.A.

En este captulo se describe la situacin que tena el sistema de control antes de

realizar las mejoras.

El sistema Kemco originalmente aprovechaba el agua de recuperado de la

tintorera uno y el agua que fue calentada por la circulacin de residuos a alta

temperatura a travs del serpentn externo, y se estaba desaprovechando el agua

de recuperado de la tintorera dos.

Inicialmente el sistema era completamente electromagntico, no tena ningn tipo

de control autnomo que realizara tareas de compensacin realimentada. Los

problemas que se presentaban por la falta de un buen control eran: el constante

dao de las bombas que enviaban el agua del tanque a las mquinas; el

funcionamiento de la planta no era ptimo por que no llegaba suficiente presin y

el personal de mantenimiento inverta gran parte del tiempo solucionando de forma

manual el problema.

1.1 DESCRIPCIN GENERAL

El sistema de control estaba implementado usando lgica cableada, y conformada

por contactores y rels electromagnticos. El proceso de conmutacin se realizaba

por medio de un sistema secuencial diseado con anterioridad para controlar el

encendido y apagado de las vlvulas de control y la bomba de vaciado.

Durante el proceso de mejoras del control no se realiz un levantamiento de

planos, por esta razn no se incluye la forma como estaban conectados los rels y

contactores.



23

1.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA

En la figura 1 se muestra la forma como estaba implementada fsicamente la

planta.

Figura 1. Arquitectura del sistema

En la figura 1 se puede observar que el sistema Kemko no incluye el agua de

recuperado de la tintorera dos. Esta funcin se le incluy al sistema con este

proyecto.

El serpentn que hay en cada una de las mquinas, como el mostrado en la Figura

2, tiene dos modos de operacin:

Modo uno (al iniciar el proceso): Enfra el agua residual con agua fra, que en el

proceso se calienta y es almacenada en el tanque de agua caliente como agua de

recuperado. El agua residual enfriada se dirige al serpentn externo.

TANQUE DEAGUA FRA

CALDERAS

MQUINASTINTORERA

UNO

TANQUE DETRATAMIENTODE AGUAS

RESIDUALES

TANQUEDE AGUARESIDUAL

TANQUEDE AGUACALIENTE



24

Modo dos (al finalizar el proceso): Calienta el agua fra con vapor que en el

proceso se convierte en condensado y se enva hacia las calderas. El agua

caliente obtenida es enviada al proceso (lavado o Teido).

Cada mquina lavadora y de teido textil cuenta con un serpentn interno; a este

serpentn le entra agua fra o caliente por un lado y vapor de la caldera por el otro

lado; cuando el agua alcanza la temperatura necesaria para el proceso sta se

dirige al tanque de la mquina y el condensado del vapor regresa a la caldera.

Figura 2. Serpentn interno.

1.2.1 Tablero de control

1.2.1.1 Bornera: La Figura 3 muestra la bornera usada para el cableado del

tablero de control del sistema.

ENTRADADE AGUARESIDUAL

ENTRADADE VAPOR

ENTRADADE AGUAFRA

SALIDA DE AGUA

CALIENTE HACIAMQUINASALIDA DE

AGUA DERECUPERADO

SALIDA DECONDENSADO

ENTRADADE AGUA

FRA OCALIENTE

SALIDA DEAGUA

RESIDUAL



25

Figura 3. Bornera de conexin

Fuente: PROMELSA. [En lnea] s.p.i. [consulta: 25 Mar. 2007]

1.2.1.2 Breakers: Los breaker protegen el sistema elctrico contra sobre cargas y

cortocircuitos ver Figura 4.

Figura 4. Interruptores de circuito



26

Fuente: GERMES [en lnea]s.p.i. < Disponible en:

http://www.germesonline.com/catalog/87/437/72499/sell_earth_leakage_circuit_br

eakers.html [consulta: 25 Mar. 2007]

1.2.1.3 Contactores: Son dispositivos con capacidad de controlar la corriente

elctrica que alimenta los motores de las bombas. Este tipo de dispositivos estan

accionados a distancia des el PLC. Ver Figura 5

Figura 5. Contactor tripolar

Fuente: MONTER S.A. [en lnea] s.p.i. < Disponible en:

http://www.electroindustria.com/nuevo/aplicacion_info.asp?id=620>

[consulta: 25 Mar. 2007]

1.2.1.4 Rels Trmicos: Son dispositivos de proteccin para los motores usados

en las bombas y debe reunir las siguientes tres condiciones:

Permitir el arranque del motor en condiciones normales, sin dispararse.



27

Permitir el paso de la intensidad nominal del motor indefinidamente, sin

dispararse.

Dispararse ante cualquier sobre carga mantenida antes del tiempo de

sobrecarga del motor.

Figura 6. Rels Trmicos protectores de motor

Fuente: GERMES ONLINE. VDE 10KA Mini Circuit Breaker. [En lnea] s.p.i.

[consulta: 25 Mar. 2007].

1.2.2 Serpentn externo

Los serpentines o intercambiadores de calor como el mostrado en la Figura 7, son

aparatos que permiten el calentamiento o enfriamiento de un fluido lquido o

gaseoso, por medio de otro fluido a temperatura diferente. Los dos fluidos estn

separados por una pared metlica, en la mayora de los casos.



28

Figura 7. Serpentn externo

Fuente:J. MABRES. S.L. INTERCAMBIADOR DE CALOR. [En lnea] Barcelona:

J. Mabres S.L., 2005. [consulta: 3 Mar. 2008]

El serpentn ms comn es el formado por una carcasa y uno o varios tubos de

gran longitud y distribuidos dentro de la carcasa. El principio de funcionamiento es

el equilibrio trmico entre dos fluidos a diferente temperatura. Para el caso de un

enfriador la carcasa se llena de un fluido refrigerante y a travs del tubo se hace

circular al fluido al que se le quiere bajar la temperatura.



29

Figura 8. Partes del serpentn externo

Fuente: MT. Departamento de maquinas y motores trmicos. Intercambiadores.

[En lnea] s.p.i. [consulta: 15 Mar. 2008].

Figura 9 Serpentn externo, entradas y salidas.

ENTRADADE AGUARESIDUALCALIENTE

ENTRADADE AGUA

FRA

SALIDA DE AGUACALIENTE

SALIDA DEAGUA

RESIDUALFRA



30

El serpentn externo mostrado en la Figura 9 enfra el agua residual proveniente

del serpentn interno de cada mquina. Despus del proceso de enfriamiento el

agua que sale a mayor temperatura se almacena en el tanque de agua caliente y

el agua residual (que sale a menor temperatura) es enviada a los tanques de

tratamiento de aguas residuales.

1.2.3 Vlvulas mariposa

Estas vlvulas son de baja presin y diseo sencillo. Se emplean para servicios de

regulacin e interrupcin. Se aplican especialmente para regulacin de flujos de

agua y aire a poca presin, en tuberas de gran dimetro.Se caracterizan por ser de operacin rpida, ya que slo necesitan un cuarto de

vuelta para pasar de la posicin de cerrado a la posicin de abierto, teniendo

adems una pequea cada de presin dado a que no alteran la direccin del

fluido.

Sin embargo, en posicin cerrada no siempre consiguen un cierre hermtico. En el

tanque de agua caliente se encuentran varias de las vlvulas como la mostrada en

la Figura 10.



31

Figura 10. Vlvula mariposa.

Fuente: BELGICAST. [En lnea] s.p.i. [consulta: 3 Mar. 2008]

1.2.4 Sensores de nivel

Los interruptores de flotador se usan principalmente para detectar (mximos o

mnimos) un nivel esttico de lquido dentro de un tanque. La seal es leda por un

sensor magntico. Estos flotadores se encuentran en el tanque de agua caliente

ver Figura 11.



32

Figura 11. Flotador sensor de nivel.

Fuente: DIRECTINDUSTRY. Flotador para interruptor de nivel. [En lnea] s.p.i.

[consulta: 12 Jun. 2007].

1.2.5 Motobombas

Son mquinas propulsadas por un motor que est montado sobre un chasis y

cuenta con un cuerpo de bomba autoaspirante, el sistema se compone de boca de

succin, caja de aspiracin, turbina de impulsin y boca de descarga.

Las motobombas son ideales para llenar cisternas, vaciar piscinas, regar

abundantemente o hacer cualquier otra tarea para la cual sea necesario mover

una gran cantidad de agua en un corto tiempo.

Dos de estas motobombas se encuentran en el tanque de agua caliente y son

usadas para impulsar agua caliente a las mquinas lavadoras y de teido textil.



33

Figura 12. Motobomba

Fuente: SOLUCIONES INTEGRALES DE BOMBEO PARA EL HOGAR,

COMERCIO, AGRICULTURA E INDUSTRIA. [En lnea] s.p.i. [consulta: 10 Jul. 2007]

1.2.6 Tanques de almacenamiento de agua

Figura 13. Tanque de almacenamiento de agua.

Fuente: ICIASA. Control de inspeccin. [En lnea] s.p.i. [consulta: 5 Ago. 2007]



34

1.2.6.1 Tanque de agua fra: Este tanque almacena el agua proveniente de un

tratamiento especializado, que surte el serpentn interno de cada mquina tanto al

iniciar como al finalizar el proceso. Tambin alimenta el serpentn externo.

Este tanque se encuentra ubicado en la parte trasera subterrnea de la planta que

comprende parte de las mquinas lavadoras y de teido textil.

1.2.6.2 Tanque de agua caliente:Este tanque almacena el agua de recuperado

que proviene de los serpentines de cada mquina de la tintorera uno, y tambin

almacena el agua caliente del serpentn externo. De igual forma el tanque provee

de agua caliente a las teidoras y/o lavadoras al momento de iniciar un proceso.Obsrvese que en la .

Figura 14no hay entrada de agua de recuperado de la tintorera dos.

.

Figura 14. Tanque de agua caliente.



35

1.2.6.3 Tanque de agua residual: En el tanque de agua residual se almacena el

agua contaminada que sale de los serpentines de cada mquina al finalizar el

proceso textil.

El tanque de agua residual se encuentra ubicado en la parte delantera subterrnea

de la planta que comprende parte de las mquinas lavadoras y de teido textil



36

2. CONTROL AUTOMATIZADO DE TANQUES EN VESTIMUNDO S.A.

En este captulo se explica detalladamente cada componente adquirido y el

cambio realizado al sistema de control de la planta. Durante el diseo e

implementacin del sistema de control optimizado se tuvo en cuenta la secuencia

operativa del sistema, las entradas y salidas del controlador y las caractersticas

fsicas de los actuadores y sensores.

El control implementado hasta ese momento no contaba con algn sistema decontrol automtico. Con los avances actuales en los equipos de automatizacin,

se puede implementar de manera inteligente y ptima el control del proceso de

llenado y vaciado del tanque almacenador de energa trmica de la planta textil de

Vestimundo S.A.

Problemas como, daos en las bombas de agua, falta de presin en los tubos de

abastecimiento y el mal manejo del tiempo del personal eran muy comunes en la

planta de Vestimundo S.A. La automatizacin del sistema y la implementacin de

un buen control mejoraron los anteriores problemas y mejoraron el consumo de

energa.

2.1 DESCRIPCIN GENERAL DEL CONTROL AUTOMATIZADO

Durante el proceso de automatizacin de la planta se adicionaron sensores de

nivel, sensores de presin, vlvulas, actuadores neumticos y un PLC con el que

se automatiz todo el proceso. Tambin se reorganiz la distribucin de los



37

elementos en el tablero de control y se agregaron componentes adquiridos para

realizar el control automatizado.

Figura 15. Tanques.

Fuente: PRENSA Y DIFUSIN. [En lnea] s.p.i. [consulta: 3

Mar. 2008]

2.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO

En la Figura 16 se muestra como qued fsicamente la planta al mejorar el control

y se observa que a la nueva arquitectura del sistema se le incorpor el agua de

recuperado de la tintorera dos al tanque de agua caliente.



38

Figura 16. Arquitectura del sistema de control automatizado

2.2.1 Tablero de control

En la parte mvil o tapa del tablero de control se instalaron pilotos indicadores del

estado actual de cada vlvula y de cada sensor, se instalaron adems

conmutadores manuales para el control de la energa elctrica del sistema y para

las bombas de agua, en el caso remoto que el PLC presente problemas.

La Figura 17 es un diseo del tablero de control y se observa en el mismo que los

pilotos son de color verde y los conmutadores de color negro.

TANQUE DEAGUA FRA

CALDERAS

MQUINASTINTORERAS

1 Y 2

TANQUE DETRATAMIENTO

DE AGUASRESIDUALES

TANQUEDE AGUARESIDUAL

TANQUEDE AGUACALIENTE



39

Figura 17. Tablero de control



40

2.2.1.1 PLC: Se realiz una tabla de comparacin entre PLCs de diferentes

marcas (Tabla 2), se tuvieron en cuenta varios criterios para este anlisis. Algunos

de ellos son: nmero de entradas digitales, el nmero de salidas digitales,

transistorizadas y por rel, la velocidad de respuesta, las diversas formas de

programar el PLC, etc.

Luego de analizar la tabla de comparacin se tom la decisin de comprar el PLC

Twido de Schneider.

Figura 18. PLC Twido

Fuente: CUNY & GERBER, INC. Since 1924. [En lnea] s.p.i. [consulta: 15 Ene. 2008]

Tabla 2. Comparacin entre marcas de PLC.

TABLA DE COMPARACIN ENTRE MARCAS PARA EL PLC

Proveedor Festo Coldecn Multicontrol Maper HI-tech Metalandes

Marca Fec Unitronics Omron GE Fanuc schneider Mitsubishi

ReferenciaFec-

standardM 91

CJ1M-

CPU11

IC00UDR0

64

TWDLCA

A40DRF

T100M

D-1616

FX3U-

32MR/ds

#Entradasdigitales

32 26 16 40 24 16 16

#Salidas digitales 16 dig 18 16 24 16 16 dig 16



41


Volt. de entradas 24 24 24 24 24 24

Volt alimentacin

PLC 24 24 24 24 24 24

#Salidas a rel 0 18 16 24 14 0 16

#Salidas por

transistor0 0 0 0 2 0 0

Puerto de

comunicacin

Serial /

Ethernet

RSS232 /

485

RS232 /

perifricoserial RS485

RS485 /

RS232

Capacidad de

expansinNo tiene

64 in y

outs10 mdulos 0 7 mdulos

96 in,96

out

Cable de

programacinDB9 incluido cualquiera

USB /

DB9incluido SC09

Pecio del cable $ 175,00 incluido 0$804.000

/$601.000incluido $ 300,00

Software de

programacinFST incluido CXP Twido Soft

TRILOG

I ver. 5

GX develope

v8.12

Precio del

softwaregratuito gratuito

sin licencia,

gratuitogratuito Gratuito $1,681,875

Capacidad de

programa500M 5K 3k 8k

Capacidad de

memoria de

datos

32K words3k a 16

bits

26vbles

int. A 32

bits y 4k

a 16bits



42


Soporte a

memoriaNo tiene

back up

propiosi

Display (2 lneas,

16 caracteres)No tiene si

Touch

Screensi incluido

Precio del display 0 incluido promocin $ 529,90 us$ 67

Conectores para

cables de

alimentacin

2 bornerastornillo

baseincluido

Precio de los

conectores

$89610

+iva0

Garanta 6 meses 1 ao 1 ao 1 ao 1 ao 1 ao

Accesoria Todacapacitaci

nexplicacin Toda

curso

gratis

Precio del PLC$2.142,9

05

$1.980,00

0$3.117,912 $1.687,148

$1.824,00

0

us $

630

$3,502,819+

a

El PLC toma los datos de nivel, presin y temperatura, los procesa y controla las

vlvulas y bombas del sistema controlado.

2.2.1.2 Fuente de 24 voltios: Se emple una fuente de 24 voltios para alimentar

las entradas del PLC.

En la Figura 17 se observa la ubicacin de la fuente en el tablero de control.

2.2.1.3 Conmutadores: Se usaron cuatro conmutadores de tres posiciones para

dar las opciones de manual, automtico y apagado; y uno de dos posiciones que



43

le provee energa al PLC para dar las opciones de encendido y apagado. Ver

Figura 17.

2.2.1.4 Pilotos: Se seleccionaron de alimentacin a 110v por la facilidad en

obtener el voltaje del tablero de control y adems son los ms usados en la planta

lo que facilita su inmediato reemplazo en caso de falla. Ver Figura 17.

2.2.1.5 Bornera:La marcacin de la bornera y del cableado que llega a la bornera

se hizo con referencia a las entradas y salidas del PLC, para una mejor

identificacin de los cables al realizar mantenimientos y/o cambios por el personal

no familiarizado con el control.

En la Figura 19 se encuentra un ejemplo de cmo qued visualmente la marcacin

de los cables y en la Tabla 3 se observa la marcacin real de la bornera y de los

cables.



44

Figura 19. Marcacin de la bornera.

Fuente: QUARK UP. [En lnea] Barrnaquilla: Quark UP., 2007. [consulta: 22 Ene. 2008].



45

Tabla 3. Bornera de conexin de las entradas y salidas del PLC.

G GND 11 %Q0,12

2 12 %Q0,13

2 13 %Q0,14

2 14 %Q0,15

2 24V

2 24V

2 24V

2 24V

2 24V

2 24V

2 0V

0V

4 0V

4 0V

4 0V

1 %Q0,2 15 %I0.8

2 %Q0,3 16 %I0.9

3 %Q0,4 17 %I0.10

4 %Q0,5 18 %I0.11

5 %Q0,6 19 %I0.12

7 %Q0,8 21 %I0.14

8 %Q0,9 22 %I0.159 %Q0,10 23 %I0.16

10 %Q0,11



46

La descripcin detallada de la Tabla 3 es la siguiente:

Las entradas del PLC son alimentadas a 24 voltios y se representan como

%I0.#, siendo # el nmero correspondiente a la entrada al PLC.

Las salidas del PLC son alimentadas a 110 voltios y se representan como

%Q0.#, siendo la # el nmero correspondiente a la salida del PLC.

El nmero 2 representa el comn de 110 voltios.

El nmero 4 representa el comn de 24 voltios.

Las partes de la bornera como 0V son espacios desenergizados.

En la marcacin de algunos cables el nmero 1 se reemplaz por la letra X.

El espacio de color rojo representa el fusible.

Los espacios en azul estn libres para conexin con respectivas salidas del

PLC conectadas a esta seccin de la bornera.

Los espacios que se encuentra en color gris estn disponibles



47

2.2.2 Actuadores neumticos

Los actuadores neumticos se instalaron en las vlvulas mariposa del sistema

automatizado.

Figura 20. Actuador neumtico.

Fuente: MORRIS INDUSTRIAS S.A. Instrumentacin industrial. Vlvulas. [En

lnea] s.p.i. http://www.morris-industrial.com/productos_marwin.asp [consulta: 3

Mar. 2008].

Este es un actuador neumtico de doble efecto con pin y pistn, con rotacin

variable de 0 a 90 +/- 5. Es accionado por la vlvula solenoide por medio de

aire.



48

Figura 21. Accionamiento de la vlvula solenoide y el actuador neumtico.

Fuente: NEUMTICA ROTONDA. Vlvulas distribuidoras. [En lnea] s.p.i.

[consulta: 13 Oct. 2007]

Figura 22. Interior de un actuador neumtico circular

Fuente: GLOBAL INFOMINE. Diccionario tcnico de mineros y pretoleros. [En

lnea] s.p.i. [consulta: 20 Feb.

2008].



49

El interruptor va fijado al vstago de la caja de interruptores lmite por medio del

acople que tiene en la parte superior y a la vlvula mariposa por medio de un

cuadrante ubicado en la parte inferior.

2.2.3 Sensores de presin

La medida de presiones en lquidos o gases es una de las ms comunes en

control de procesos. La presin es una fuerza por unidad de superficie y para

calcularla se mide la presin del sistema y se compara con la presin atmosfrica.

Figura 23. Sensor de presin.

Fuente: TEMPERATURA TERMOPARES Y SONDAS REVISTIDAS. RTD

PRESION. [En lnea] s.p.i. [consulta: 25 Jun. 2007]



50

2.2.4 Tanques de almacenamiento de agua

2.2.4.1 Tanque de agua caliente:En el tanque de agua caliente se instalaron dos

sensores de nivel, dos vlvulas con sus actuadores y dos sensores de presin.

En la Figura 24 se observa que se agreg al tanque de agua caliente, el sistema

de agua de recuperado de la tintorera dos, la vlvula en la mquina nmero 58

para control de nivel y dos sensores de nivel.

Figura 24. Tanque de agua caliente.

Al tanque de agua caliente se le controla cuatro niveles de agua:

Nivel mnimo: Es un nivel de seguridad para proteger las bombas de agua.

Cuando la altura de agua llega al Nivel mnimo las bombas se apagan yas se evita que se daen.



51

Nivel bajo: Con este nivel se controla una de las vlvulas originales de

Kemco. Cuando la altura del agua en el tanque esta por debajo del Nivel

bajo la vlvula se activa alimentando el tanque con agua caliente

proveniente del serpentn externo.

Nivel alto: Igual que para el Nivel bajo pero se controla la otra vlvula de

Kemco.

Nivel mximo: Con este nivel se evita el desbordamiento de agua en el

tanque controlado. Se cuenta con una alarma ubicada en la seccin de

tintorera uno, que se dispara cuando se presenta la emergencia, adems

activa la vlvula del tanque y la vlvula de la mquina 58.

Para el control de las vlvulas se cuenta con un sistema de enclavamiento que las

conmuta cuando el nivel del agua en el tanque llega al lmite de almacenamiento.

De esta forma la vlvula del tanque se cierra y la ubicada en la mquina se abre

redireccionando el agua hacia el tanque de agua fra, y finalmente se activa una

alarma visual que indica que el tanque esta lleno.

La temperatura del tanque esta controlada para evitar que sobrepase los 85 Cpuesto que uno de los procesos de tintorera requieren esta temperatura mxima

en el agua. Esta temperatura es medida y controlada con un termostato acoplado

a la vlvula permitiendo la entrada de agua fra.

En el tubo que abastece las mquinas con agua caliente del tanque se instalaron

presstatos que controlan una de las bombas de agua, cuando la presin del tubo

est por debajo de los 20 psi la bomba se enciende garantizando la presin

necesaria en el tubo.



52

3. SUGERENCIAS, BENEFICIOS OBTENIDOS Y RECOMENDACIONES DE

OPERACIN.

3.1 SUGERENCIAS

Durante el periodo de puesta en marcha del sistema de control diseado, se

observ que existen algunos procesos a mejorar:

Incluir en el sistema de control diseado las otras lavadoras para que seoptimice de la misma forma toda la planta.

Los indicadores de nivel de los tanques permanecen sucios, lo que impide

la lectura de los niveles. Se recomienda disear un mantenimiento

preventivo con el que se limpien los indicadores.

Los serpentines de cada mquina y el externo requieren mantenimiento almenos cada ocho meses, segn el criterio del ingeniero a cargo.

3.2 BENEFICIOS OBTENIDOS

Con la realizacin de este proyecto la empresa Vestimundo S.A. y especialmente

la planta textil ha obtenido un gran nmero de beneficios en los que se destacan

los siguientes:



53

Ahorro de tiempo: El personal de mantenimiento ahorra parte del tiempo

que se le dedica al rea de tintorera de la planta textil, ya que la

automatizacin de este proceso disminuye los tiempos y el nmero de

paros de mquina.

Ahorro de dinero: La empresa Vestimundo S.A. ahorra dinero con la

implementacin del sistema de automatizacin porque se elimin el

desperdicio de agua caliente y la energa que de sta procede.

Buen funcionamiento de la planta: Para que las mquinas lavadoras y de

teido textil operen eficientemente el tanque surtidor de agua tambin debetener un buen funcionamiento. Este funcionamiento se logr con el control

implementado.

3.3 RECOMENDACIONES DE OPERACIN

La conexin del control se realiz de forma clara y accesible para el personal nofamiliarizado con el sistema. Algunos puntos claves para tener en cuenta en la

operacin del control son los siguientes:

Mientras el PLC est en buen estado, los conmutadores del tablero deben

permanecer en posicin de encendido o automtico.

Para el mantenimiento, cada motor puede ser desenergizado de forma

manual con los conmutadores del tablero de control.



54

En caso de apagar todo el sistema no hay necesidad de colocar los

conmutadores en apagado, estos pueden quedar en automtico.

Debido que las vlvulas son normalmente cerradas, cuando se apague el

sistema, las mquinas no van a tener un buen enfriamiento, por

consiguiente hay que abrir manualmente la vlvula de la mquina 58. No

olvidar cerrarla manualmente cuando se energice el sistema de nuevo.



55

4. CONCLUSIONES

Con el desarrollo de este control se logr: Disminuir las prdidas de agua tratada

en un 80%, monitorear las diferentes variables que componen el sistema y as

lograr una mejor eficiencia del proceso. Adems facilita el trabajo del personal

encargado dentro de la empresa, evita riesgos para la vida humana y disminuye

los costos a largo plazo. Al llegar el agua a 35 grados centgrados a las mquinas,

se ahorra un calentamiento de 16 grados.

Este sistema de control ejecuta de manera correcta y segura la secuencia dellenado y vaciado del tanque, permitiendo que el tanque no se rebose y se

aprovecha el agua en procesos de lavado y/o teido textil. As mismo, permite una

mejor utilizacin de la energa trmica y mejora en la eficiencia de la caldera.

Adems puede ahorrar los productos qumicos en el tratamiento del agua.

El uso del lenguaje para PLC llamado escalera, resulta ser una opcin adecuada

en la implementacin de cualquier automatizacin de procesos, dado que es un

modo de programacin estandarizado por la mayora de fabricantes de PLCs, con

base en el estndar internacional (IEC 61161). Adems de ser difundido entre

instrumentistas y personal de planta, facilitando el mantenimiento del proceso

mismo.

El manual de operacin constituye la herramienta para la operacin,

mantenimiento y conocimiento detallado del proceso, presentando una visin

general de los segmentos de programa creados en el TwidoSoft, las secuencias y

los dispositivos que hacen parte del sistema. De esta forma se facilita el correcto

manejo del sistema por parte del operador.



56

Con el desarrollo de este proyecto se ha logrado poner en prctica conocimientos

adquiridos a lo largo de los estudios de pregrado y todas las prcticas empricas

desarrolladas durante el transcurso de los estudios acadmicos.



57

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