DISEO DEL SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIN ...sistema de control y visualización de un proceso...

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DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN DEL PROCESO DE UN LAVADOR VENTURI (VENTURI SCRUBBER) MAURICIO ALBERTO SÁNCHEZ ARIAS UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE FACULTAD DE INGENIERÍA DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA SANTIAGO DE CALI 2006

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  • DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN DEL PROCESO DE

    UN LAVADOR VENTURI (VENTURI SCRUBBER)

    MAURICIO ALBERTO SÁNCHEZ ARIAS

    UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE

    FACULTAD DE INGENIERÍA

    DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA

    PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

    SANTIAGO DE CALI

    2006

    1

  • DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN DEL PROCESO DE

    UN LAVADOR VENTURI (VENTURI SCRUBBER)

    MAURICIO ALBERTO SÁNCHEZ ARIAS

    Pasantia para optar al título de

    Ingeniero Mecatrónico

    Director

    ÁLVARO JOSÉ ROJAS ARCINIEGAS

    Ingeniero Mecatrónico

    UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE OCCIDENTE

    FACULTAD DE INGENIERÍA

    DEPARTAMENTO DE AUTOMÁTICA Y ELECTRÓNICA

    PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRÓNICA

    SANTIAGO DE CALI

    2006

    2

  • Nota de aceptación:

    Aprobado por el Comité de Grado en

    cumplimiento de los requisitos exigidos por la

    Universidad Autónoma de Occidente para

    optar al título de Ingeniero Mecatrónico.

    ANDRÉS FELIPE NAVAS

    Jurado

    JOSE IGNACIO PEREZ CHAPARRO

    Jurado

    Santiago Cali, Junio 30 de 2006

    3

  • AGRADECIMIENTOS

    A mis Padres que me han entregado sus sabios consejos y formaron los

    cimientos para crecer tanto personal como profesionalmente en mi vida.

    A mi familia por todo su apoyo y compañía. A mis amigos por compartir momentos inolvidables de gran valor y enseñanzas

    que estarán presentes durante mi existencia.

    Deseo extender mis agradecimientos al ingeniero Héctor Romero por darme la

    oportunidad de participar en este proyecto además por brindarme su amistad y

    enseñanzas para la vida.

    Además deseo expresar mis agradecimientos al Director de proyecto, Álvaro José

    Rojas, quien estuvo presente en los momentos que necesité de sus conocimientos

    dando buenas ideas para el desarrollo de este trabajo.

    Y en general a todas las personas que participaron de forma directa o indirecta en

    este proyecto. Gracias.

    4

  • CONTENIDO

    Pág. RESUMEN 13 INTRODUCCIÓN 14 1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA 17 1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 17 1.2 ANTECEDENTES 20 2. JUSTIFICACIÓN 23 3. OBJETIVOS 25 3.1 OBJETIVO GENERAL 25 3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS 25 4. MARCO TEÓRICO 26 4.1 LAVADORES HÚMEDOS 26 4.1.1 Lavador de Gases húmedos tipo Torre 27 4.1.2 Lavador de Gases húmedos tipo Venturi 29 4.1.3 Lavador de Gases húmedos tipo Jet 32 4.1.4 Lavador de lecho compacto 32 4.1.5 Lavador de boquilla sumergida 33 5. METODOLOGÍA 34 6. BRANCH ENVIROMENTAL CORPORATION 35

    5

  • Pág.

    6.1 HISTORIA 35 6.2 PRODUCTOS 35 7. DISEÑO SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN LAVADOR VENTURI 38 7.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES 40 7.2 CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL VENTURI 41 7.3 ELEMENTOS E INSTRUMENCIÓN DEL LAVADOR VENTURI 42 7.4 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA 51 7.5 ESTABLECIMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LAS NECESIDADES 52 7.6 DISEÑO DETALLADO 56 7.7 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERIA (P&ID) 69 7.7.1 Identificación de la función de los símbolos de instrumentación 69 7.7.2 Como reconocer la disposición del instrumento. 71 7.8 LISTADO DE MATERIALES PARA IMPLEMENTAR PROYECTOS 76 7.9 DISEÑO DEL PANEL DE CONTROL 78 7.10 DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO 84 7.11 DISEÑO DEL SOFTWARE DE CONTROL 87 7.11.1 Estructura de control 88 7.11.2 Descripción Rslogix 5000 92 7.11.3 Descripción Rslinx 93 7.11.4 Descripción del programa implementado en Rslogix 5000 94 7.12 DISEÑO DEL SISTEMA DE VISUALIZACIÓN (HMI) 96

    6

  • 7.12.1 Requerimientos hmi 98 7.12.2 Descripción del software para programar el hmi (pv 550) 99 8. RESULTADOS OBTENIDOS 100 9. CONCLUSIONES 108 10. RECOMENDACIONES 110 BIBLIOGRAFÍA 111 ANEXOS 114

    7

  • LISTA DE TABLAS

    Pág.

    Tabla 1. Estimaciones de emisiones 19

    Tabla 2. Partes del Lavador Venturi 39

    Tabla 3. Características del Lavador Venturi 40

    Tabla 4. Condiciones de operación del Lavador Venturi 41

    Tabla 5. Establecimiento e interpretación de las necesidades 53

    Tabla 6. Jerarquía de las necesidades 54

    Tabla 7. Descripción símbolos de instrumentación 70

    Tabla 8. Descripción de la disposición del instrumento 1 71

    Tabla 9. Descripción de la disposición del instrumento 2 72

    Tabla 10. Identificación de un lazo de control 73

    Tabla 11. Listado de componentes 76

    Tabla 12. Especificaciones panel de control 81

    Tabla 13. Especificaciones Sub-placa 83

    Tabla 14. Módulos Autómata Control-Logix 90

    Tabla 15. Especificaciones Panel-View 550 97

    8

  • LISTA DE FIGURAS Pág.

    Figura 1. Polución 14

    Figura 2. Esmog 17

    Figura 3. Funcionamiento Lavador de gases húmedo tipo torre 27

    Figura 4. Funcionamiento Lavador de gases húmedo tipo Venturi 30

    Figura 5. Principio de funcionamiento Lavador Venturi 31

    Figura 6. Funcionamiento Lavador de gases húmedo tipo Jet 32

    Figura 7. Diagrama P&ID del proceso 68

    Figura 8. Identificación de letras 74

    Figura 9. Conexiones comúnmente utilizadas 75

    Figura 10. Componentes de un panel de control 79

    Figura 11. Paneles de control 80

    Figura 12. Panel de control 80

    Figura 13. Panel de control del proyecto 81

    Figura 14. Sub-placa 82

    Figura 15. Simbología eléctrica 1 85

    Figura 16. Simbología eléctrica 2 86

    Figura 17. Automatismo Electrónico 87

    Figura 18. Estructura de Control 88

    Figura 19. Aspecto físico del autómata ControlLogix 89

    Figura 20. Logo RSLogix 5000 92

    Figura 21. Logo RSLinx 93

    Figura 22. Estructura del Software (Rutinas) 95

    Figura 23. Configuración de los módulos del autómata ControlLogix 95

    Figura 24. Dimensiones PanelView 550 96

    Figura 25. Layout 1 HMI 98

    Figura 26. Layout 2 HMI 98

    9

  • Pág.

    Figura 27. Entorno Panel Builder 99

    Figura 28. Separator SC10 100

    Figura 29. Separator SC10 100

    Figura 30. Venturi 101

    Figura 31. Panel de Control 102

    Figura 32. Panel de Control Interno 102

    Figura 33. Distribución del Cableado 1 103

    Figura 34. Distribución del cableado 2 104

    Figura 35. Autómata ControlLogix montado en el panel de control 104

    Figura 36. Pantalla Menú Proceso Lavador Venturi (PV550) 105

    Figura 37. Pantalla Monitoreo Proceso (PV550) 106

    Figura 38. Pantalla Monitoreo Proceso 2 (PV550) 106

    10

  • LISTA DE ANEXOS Pág.

    Anexo 1. Vista Planta Instalación Lavador Venturi 114 Anexo 2. Layout Instalación Lavador Venturi 115 Anexo 3. Código fuente software control de proceso 116 Anexo 4. Paper 133

    11

  • GLOSARIO

    CONTROLLOGIX: Autómata programable (PLC) implementado en este proyecto. Manufacturado por Allen Bradlley. ESTRATEGIA DE CONTROL: Secuencia lógica de operación del proceso, es decir los pasos o secuencias que son necesarias para que funcione el Lavador Venturi. PANEL BUILDER: Software de Allen Bradlley; este permite la programación de las terminales operador o HMI. P&ID (Piping and Instrumentation Diagram): Diagramas de instrumentación y tubería. Se puede considerar como un mapa de los instrumentos que se encuentran instalados en un proceso.; Además brinda información detallada como puede ser la forma en que se encuentra instalado el instrumento, señales de control o alarmas que se deben implementar en un determinado proceso. Panel View: Terminal de operador. En este dispositivo el operario puede monitorear las variables del proceso. En este tipo de dispositivos es donde se implementa la interfaz hombre maquina o HMI. RSLOGIX 5000: Software de Allen Bradlley, utilizado para programar el autómata ControlLogix RSLINX: Software de Allen Bradlley. Este software permite la comunicación del autómata con el computador o con otros elementos que se encuentren en una red. VENTURI SCRUBBER: Lavador tipo Venturi. Producto diseñado específicamente para el control de la polución.

    12

  • RESUMEN

    En este documento se presenta los resultados del proceso de diseño del

    sistema de control y visualización de un proceso Lavador Venturi. Se expone la

    metodología de diseño implementada en el desarrollo de este proyecto.

    Abordando temas de interés actual en el área de ingeniería como es la

    ingeniería concurrente, algunas de las técnicas utilizadas para el control de la

    polución del medio ambiente y la automatización de procesos industriales.

    La automatización de procesos industriales es un área interesante puesto que

    esta requiere conocimientos en diversas áreas como son la mecánica,

    instrumentación control, electrónica y sistemas; lo cual se puede sintetizar

    como sistemas Mecatrónicos.

    Adicionalmente se presenta los componentes básicos y la metodología a seguir

    cuando se trabaja en proyectos de automatización industrial con nivel de

    complejidad medio.

    13

  • INTRODUCCIÓN

    El campo de la automatización industrial requiere un conocimiento multidisciplinar.

    La instrumentación y el control forman pilares fundamentales en la evolución de

    esta rama de la ingeniería.

    Específicamente este trabajo se enfocará en la ingeniería de control de la

    contaminación del aire, puesto que es de vital importancia mejorar los procesos

    industriales que provocan perjuicios en el medio ambiente.

    Figura 1. Polución

    La contaminación del aire puede entenderse como la presencia de componentes

    indeseables, si éste componente se encuentra en grandes cantidades es posible

    que se produzcan efectos nocivos en la salud humana, la vegetación, los bienes

    humanos y en general en el medio ambiente; además de presentar otras causas

    como olores desagradables y concentraciones de aire de color oscuro llamado

    esmog.

    Actualmente existen reglamentaciones diseñadas por organizaciones encargadas

    de controlar los problemas ambientales, una de las más importantes a nivel

    14

  • mundial es la Agencia de Protección Ambiental (US Environmental Protection

    Agency) (EPA), la cual prepara y publica recomendaciones detalladas que indican

    cómo se deben aplicar éstas reglamentaciones.

    En la actualidad se disponen de varias técnicas para el control de partículas que

    son generadas en las actividades industriales.

    Algunas máquinas diseñadas para este oficio son: Sedimentadotes de gravedad,

    Separadores Centrífugos, Precipitadotes electroestáticos, Filtros Superficiales,

    Filtros de profundidad Lavadores para el control de partículas.

    Branch Environmental Corporation es una compañía ubicada en Somerville NJ dedicada al diseño y manufactura de productos para el cuidado del medio

    ambiente, dentro de la compañía se destacan los siguientes:

    Lavadores de gases o Wet Scrubbers, purificadores de agua o Air Strippers,

    sistemas de Oxidación Térmica y catalítica.

    Por lo general este tipo de proyectos se ejecutan en las siguientes áreas:

    Recuperación de Terrenos Contaminados

    Tratamiento de los gases de descarga de un purificador de agua o Air

    Stripper, el cual es utilizado para la recuperación de las aguas de nivel

    freático contaminadas.

    Industrias en general que emitan partículas que puedan llegar a perjudicar

    el medio ambiente.

    15

  • Branch Environmental Corporation ha ganado una licitación para la empresa Basic American Foods; el proyecto consiste en el diseño y manufactura de un

    Lavador Venturi, el cual será instalado para remover el SO2 y las partículas de los

    gases de escape que son expulsadas por las calderas 1 y 2. Para mas detalle

    sobre las instalaciones de las calderas en la planta consultar el anexo B

    Considerando lo anterior, el tema central de este trabajo estará enfocado hacia el

    diseño del sistema de control y el diseño del panel de control para el

    funcionamiento de un Lavador tipo Venturi (Venturi Scrubber.)

    16

  • 1. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA

    1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

    La contaminación del aire es la presencia de material indeseable en él, en el

    momento en que las cantidades del material contaminante superan el aire limpio,

    con seguridad se producirán efectos nocivos en: el clima global, salud humana,

    fauna, flora y en los bienes; otros aspectos perturbados a causa de la

    contaminación del aire se pueden percibir en el aire brumoso oscuro denominado

    “esmog” y en olores putrefactos.

    Figura 2. Esmog

    El mayor porcentaje de contaminación es generada por los propios humanos,

    puesto que para tener desarrollo social y económico es necesario tener un medio

    industrializado el cual contribuya al mejoramiento de la calidad de vida, por tal

    motivo no es lógico eliminar la industria, por el contrario combatir el problema

    ambiental para así tener un desarrollo sostenible en una comunidad.

    Los óxidos de azufre y nitrógeno son contaminantes que se encuentran en todas

    partes, teniendo muchas fuentes para mas detalle ver tabla 1. Este tipo de gases

    son irritantes respiratorios que pueden causar graves daños en la salud. Además

    17

  • este tipo de gases forman partículas secundarias en la atmósfera causando

    problemas de visibilidad y lluvia ácida.

    BAF (Basic American Foods) está convirtiendo las calderas 1 y 2 para quemar fuel

    oil No 6 para lo cual EPA exige la instalación de un Venturi Scrubber para remover

    el SO2 (Bióxido de azufre) y las partículas de los gases de escape.

    La mayoría de combustibles utilizados por los humanos (combustóleo, carbón

    mineral, gas natural, madera etc.) contienen algo de azufre, combustible como la

    madera tienen muy poco (0.1% o menos), con respecto a los carbones minerales

    tienen (0.5% 3%). En general los combustóleos poseen más azufre que la madera

    pero menos que el carbón mineral.

    Si se queman los combustibles, el azufre contenido en su mayor parte formará

    bióxido de azufre

    ecombustibl

    SOOS 22 →+

    18

  • Tabla 1. Estimaciones de emisiones

    Fuente: NEVERS, Noel de. Ingeniería de Control De la Contaminación del Aire. México DF: McGraw – Hill, 1998. p. 5.

    19

  • 1.2 ANTECEDENTES

    En la actualidad en nuestro país la automatización industrial está dando grandes

    contribuciones a la reestructuración de las empresas, presentado un campo de

    acción en diversos sectores económicos, por ejemplo podemos citar industrias del

    sector farmacéutico, alimenticio, agrícola (ingenios azucareros), industria del

    papel, petroquímico etc.

    En la industria de hoy, se hace necesario disponer de la ayuda de instrumentos,

    los cuales se han encargado de desarrollar y estandarizar los procesos; puesto

    que éstos, si se realizaran con la intuición humana, no contaríamos con los

    adelantos con los que gozamos hoy en día.

    En los procesos industriales se hace necesario controlar y conservar magnitudes

    que son de vital importancia en el buen desarrollo de un producto, podemos

    nombrar algunas de las magnitudes que se involucran constantemente en la

    industria de procesos: temperatura, presión, nivel, pH, velocidad, humedad,

    conductividad etc. Con la ayuda de los instrumentos de medición y control se

    pueden llegar a regular y mantener constantes dichas variables, las cuales

    proporcionan condiciones más idóneas que las que podría llegar a realizar una

    persona.

    Con el desarrollo de la industria cada día se gana complejidad en los procesos y

    se han podido fabricar productos, lo cual ha sido posible por la automatización

    progresiva, esto gracias al aporte del control y la instrumentación.

    20

  • La automatización se puede definir como el proceso de hacer que las máquinas

    sigan un orden predeterminado de operaciones con poca o ninguna mano de obra,

    utilizando dispositivos especializados que ejecutan y controlan los procesos de

    manufactura. La evolución de la automatización se ha dado con la ayuda del

    desarrollo de las computadoras, puesto que estos dispositivos son los encargados

    de ejecutar las tareas de control y supervisón de los procesos.

    Hoy en día el uso de computadores para el control automático son de fundamental

    importancia para la infraestructura de una sociedad moderna.

    Para describir el principal rol que juega un computador en el control de procesos,

    se hace necesario primero definir que es un proceso. Un proceso físico es una

    combinación de operaciones ejecutadas en un orden para realizar una acción, un

    cambio de algo del mundo físico al mundo digital, por ejemplo movimiento,

    reacciones químicas y transferencia de calor; son algunos de los procesos que se

    involucran en esta ciencia.

    En la universidad se han desarrollado varios proyectos de grado enfocados en el

    área de la automatización, dentro de estos trabajos podemos citar: “Diseño y

    Control de un Proceso de Fabricación Secuencial”, “Desarrollo de Software de

    Control y Red de Comunicación Industrial para Unidad Separadora de Productos

    Waterfall (cascada)”.

    El primer trabajo citado se realiza para una empresa que se enfoca a desarrollar

    motores eléctricos; el segundo trabajo se enfoca en el área embalaje de productos

    alimenticios.

    Estos trabajos son un claro ejemplo de los diversos campos de acción de la

    automatización que han trabajado los estudiantes de Ingeniería Mecatrónica. Con

    21

  • respecto al campo del control ambiental, específicamente en proyectos como un

    lavador tipo Venturi, aun no se ha trabajado en la universidad. Por tal motivo es

    interesante realizar el desarrollo de este trabajo, con el fin de diversificar aun más

    el campo de acción de la ingeniería mecatrónica.

    22

  • 2. JUSTIFICACIÓN

    Este proyecto se realiza con el fin de proteger el medioambiente, mitigando de

    esta manera la polución causada por las partículas contaminantes que son

    expulsadas por la caldera (Boiler) 1 y la caldera (Boiler) 2 que forman parte de las

    instalaciones de la empresa Norte Americana Basic American Foods. Para mas detalle sobre las instalaciones de las calderas en la planta consultar el

    anexo B

    La empresa Branch Environmental Corp. Se ha dado a la tarea de solucionar este problema ambiental con el desarrollo de un lavador de gases tipo Venturi

    (Venturi Scrubber).

    La nueva tendencia a nivel global es el desarrollo de proyectos en modo

    outsource; de esta forma la empresa no requiere profesionales en todas las áreas

    del saber, con ello la empresa se concentrará específicamente en su área de

    interés tecnológico; sin embargo, cuando uno de estos proyectos requiere

    conocimientos en otro campo, se hace necesario la contratación de otra empresa

    que brinde los servicios que se necesitan en dicha fase del proyecto.

    En la concepción de un nuevo proyecto, desde su etapa inicial de desarrollo hasta

    su etapa final de comercialización, pueden intervenir una serie de inconvenientes

    que pueden llegar a afectar el proyecto durante el proceso, estos inconvenientes

    son evidentes, por ejemplo, en la complejidad del producto, automatización del

    proceso de fabricación, técnicos mas especializados además es posible que se

    presenten problemas de comunicación y coordinación.

    23

  • La ingeniería concurrente se presenta como una solución para eliminar las

    adversidades que se mencionan anteriormente, esta ideología trata de mejorar la

    organización empresarial, el trabajo en equipo y el aprovechamiento de las nuevas

    tecnologías.

    Básicamente la ingeniería concurrente se puede implementar creando un grupo de

    trabajo multidisciplinar, de esta manera se logra trabajar en forma paralela un

    proyecto, disminuyendo el tiempo de salida al mercado, un mayor control de

    recursos y costos durante las diferentes etapas del desarrollo del producto.

    Por otro lado se puede considerar la ingeniería concurrente como una evolución

    natural del proceso de diseño en ingeniería, aprovechando las nuevas

    herramientas que nos brinda el entorno en nuestros días, incrementando de esta

    manera el desarrollo profesional de cada individuo.

    Una de las nuevas metas que se ha trazado la universidad es la

    internacionalización de sus profesionales y crear uno que sea capaz de

    desenvolverse adecuadamente en cualquier parte del mundo, es de vital

    trascendencia, puesto que la globalización esta siendo cada vez mayor.

    Para los profesionales de ingeniería mecatrónica de la UAO, es un paso

    importante en la generación de profesionales con perspectivas en su campo de

    acción a nivel global, permitiendo visualizar qué en un futuro puede ser posible la

    concepción de una empresa que preste servicios de ingeniería a las diferentes

    necesidades del mercado.

    24

  • 3. OBJETIVOS

    3.1 OBJETIVO GENERAL

    Desarrollar un sistema de control y visualización de un Lavador de

    gases tipo Venturi (Venturi Scrubber) con base a las necesidades y

    especificaciones que otorga el cliente.

    3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Comprender el funcionamiento de un Lavador Venturi (Venturi Scrubber)

    Reconocer la importancia de interpretar las diferentes normas que se

    involucran en un proyecto de ingeniería.

    Reconocer la simbología utilizada en la identificación de instrumentos.

    Comprender cómo los símbolos de instrumentación describen la forma

    en que se encuentran instalados en campo.

    Reconocer la trascendencia de la utilización de un proceso de diseño

    concurrente. Elaborar planos y documentación.

    Emplear métodos para interpretar y traducir las necesidades del cliente

    en especificaciones técnicas.

    Investigar e implementar estrategias de control.

    25

  • 4. MARCO TEÓRICO

    Para el control de la contaminación del aire existen muchas técnicas, dentro de

    estas se pueden citar los lavadores de gases húmedos, los cuales se utilizan

    dependiendo de las especificaciones de cada proyecto.

    Los más utilizados se pueden clasificar en:

    • Lavador de Gases húmedo tipo Torre

    • Lavador de Gases húmedo tipo Venturi

    • Lavador de Gases húmedo tipo Jet

    4.1 LAVADORES HÚMEDOS: Un lavador Venturi es un conducto con una entrada convergente corta y una salida

    divergente más larga. Esta forma permite que el gas se acelere para alcanzar una

    gran velocidad en la sección más estrecha (garganta) pero hace que vuelva a su

    velocidad normal de conducto sin excesivas pérdidas de carga. El agua es

    inyectada en la garganta a través de toberas o aberturas muy primitivas difíciles

    de obturar. La gran diferencia entre las velocidades del agua y del gas rompe el

    agua en una nube de finas gotículas, que no corren tan deprisa como las

    partículas de aerosol del gas. Las partículas, en consecuencia, colisionan y se

    combinan con las gotículas de agua para ser eliminadas por un ciclón u otro

    lavador de menor potencia. Las penetraciones pueden ser muy bajas en los

    lavadores Venturi y la fiabilidad alta. Aunque a costa del elevado consumo de

    energía.

    26

  • 4.1.1 Lavador de gases húmedo tipo torre. Básicamente este tipo de Lavadores es utilizado para absorber gases, en este diseño el gas ingresa por la parte inferior

    del lavador y su salida se encuentra en la parte superior. El compuesto que se

    encarga de limpiar es atomizado sobre la superficie de contacto, seguidamente es

    drenada por gravedad para volver a ser a recirculada. Un dato relevante en este

    diseño, es que entre más distancia separe la superficie de contacto, más largo es

    el tiempo de contacto entre el gas y el compuesto liquido aumentado de esta

    forma los porcentajes de eficiencia.

    Algunos de los beneficios de este diseño son:

    Alta eficiencia en la absorción de gases y vapores.

    Eficiencia de recolección de partículas 98% en partículas de 5 micras o

    mayores.

    La alta eficiencia es alcanzada con bajas caídas de presión.

    Pueden trabajar con altas temperaturas y con temperaturas oscilantes.

    27

  • Figura 3. Funcionamiento de un Lavador de Gases húmedo tipo Torre

    28

  • 4.1.2 Lavador de gases húmedo tipo Venturi. Un lavador de gases tipo Venturi se puede utilizar para remover polvo muy fino, niebla, aunque también puede

    emplearse para remover gases y rocío. El gas que se desea lavar ingresa al

    Venturi incrementando de esta manera su velocidad; el compuesto limpiador es

    atomizado antes de la garganta del Venturi, formando gotas de un tamaño muy

    pequeño, entrando en contacto con las partículas que se desean remover.

    La presión de caída de la garganta del Venturi es una medida necesaria que se

    utiliza para atomizar el líquido lavador en el gas y así ejecutar la operación de

    limpieza; con altas caídas de presión hay una mayor eficiencia en la absorción del

    gas.

    Regularmente la garganta del Venturi se puede ajustar manual o

    automáticamente, con el fin de aumentar o disminuir la velocidad del flujo de aire

    con que ingresa el gas al sistema, siendo este un detalle importante dependiendo

    del proceso que se está manejando.

    Algunas de las ventajas son:

    Simple y fácil ajuste de la garganta lo cual permite dar un set-point en la

    presión, para lograr una máxima eficiencia.

    Puede emplear una alta concentración de mezclas en el líquido lavador.

    Mayor eficiencia en la captura de partículas ultra-finas que cualquier otro

    tipo de método de limpieza de gases.

    29

  • Figura 4. Funcionamiento de un Lavador de Gases húmedo tipo Venturi

    30

  • Figura 5. Principio funcionamiento Lavador Venturi

    31

  • 4.1.3 Lavador de gases húmedo tipo jet. Este modelo es una modificación de los lavadores de gases tipo Venturi, su principal ventaja en el diseño es que no

    necesitan un ventilador para la operación de lavado del gas, por tal motivo se hace

    imprescindible el diseño adecuado del “Tiro “. Este tipo de diseño hace uso de

    grandes cantidades de líquido que se hacen necesarias en algunas aplicaciones,

    específicamente en sistemas de emergencia.

    Figura 6. Lavador de Gases Tipo Jet

    4.1.4 Lavadores de lecho compacto. En estos lavadores el gas pasa por lechos de materiales de relleno (bolas), anillos, guijarros, chapas de choque o fibras, que

    se irrigan continuamente por un atomizador líquido. Las partículas son capturadas

    por impacto tanto en los materiales de relleno como en las gotas del líquido de

    irrigación y son eliminadas de forma continua arrastradas por el líquido. El liquido

    es filtrado de fuera y recirculado.

    32

  • 4.1.5 Lavadores de boquilla sumergida. En este equipo, el contacto liquido-partícula tiene lugar como una cascada invertida formada en un paso sinuoso

    medio sumergido. El equipo no tiene ni boquillas de pulverización ni filtros líquidos

    a mantener; el polvo recogido se coloca en un depósito de líquidos, desde donde

    es eliminado periódicamente por raspado. Otra versión incorpora un inyector

    sumergido.

    33

  • 5. METODOLOGÍA

    Para el desarrollo del proyecto se trabajará con base en las necesidades

    del cliente, aplicando la ingeniería concurrente, puesto que la ejecución del

    proyecto lo exige así.

    Se analizará la instrumentación diseñada para este proyecto.

    Con el propósito de conocer cómo funciona ésta máquina se analizarán los

    sensores y actuadores que componen el sistema.

    Elaborar una lista detallada de los materiales requeridos para la el diseño e

    implementación del proyecto

    Elaborar el diseño del panel de control

    Elaborar los respectivos diagramas eléctricos del panel de control.

    En el momento que se haya entendido el funcionamiento del proceso, se

    procederá a estudiar la estrategia de control, la cual es diseñada por el

    departamento de ingeniería de la compañía.

    Una vez comprendido lo anterior será necesario prepararse en el respectivo

    software que será implementado en el proyecto.

    En la siguiente etapa del proyecto se hace necesario esperar la aprobación

    del cliente, en ese momento se iniciará el desarrollo del HMI del proceso.

    Realizar pruebas del correcto funcionamiento del programa elaborado antes

    de acoplar el panel de control al lavador de gases tipo Venturi.

    Elaborar el respectivo documento final del proyecto.

    34

  • 6. BRANCH ENVIRONMENTAL CORP.

    6.1 HISTORIA Es una compañía ampliamente conocida y respetada dentro del mercado para el

    control de la polución del aire. La empresa opera con un mercado laboral a nivel

    mundial. .

    La compañía esta operando desde 1988 suministrando servicios de ingeniería y

    equipos para el control de la contaminación del aire.

    6.2 PRODUCTOS Branch Environmental Corporation es experta en la absorción y adhesión de:

    Compuestos de Carbono Volátiles (Hidrocarburos o también llamados

    VOC´s)

    Gases contaminantes emitidos por la combustión en los incineradores.

    35

  • Además la empresa desarrolla tecnologías tales como:

    Sistemas de enfriamiento para tratamientos de gases contaminantes.

    Sistemas para remoción de partículas gaseosas contaminantes.

    Sistemas para tratamientos de aguas del nivel freático contaminadas

    por hidrocarburos

    Sistemas de instrumentación y medición química.

    Sistemas de oxidación térmica o catalítica.

    Purificadores de Agua o Air Stripper

    Sistema para el control de olores para plantas de tratamiento de

    agua

    Además es importante destacar el desarrollo de todo tipo de lavadores de gases y

    partículas químicas (Scrubbers) los cuales tienen variaciones dependiendo del tipo

    de compuesto químico que debe ser removido.

    Además se cuenta con la experiencia en el diseño de sistemas completos para

    aplicaciones tales como NOx, amoniaco (NH3), oxido de etileno (CH2CHCH2) HCl,

    SO2, sistemas de emergencia para el cloro.

    Lavador de gases húmedo para incineradores

    Lavador de gases húmedo para eliminar gotas en aerosol

    Lavador de gases húmedo para dióxido sulfúrico

    Lavador de gases húmedo para humos metalúrgicos

    Lavador de gases húmedo para incineradores de desperdicio de alto

    riesgo

    Lavador de gases húmedo para reactores

    Lavador de gases húmedo para remover aceite en aerosol

    Lavador de gases húmedo para remover sal en aerosol

    36

  • Lavador de gases húmedo para incineradores de desperdicio

    hospitalario

    Lavador de gases húmedo para tanques de almacenamiento de ácido

    clorhídrico

    Lavador de gases húmedo para remover roció de soda cáustica

    37

  • 7. DISEÑO SISTEMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN DEL LAVADOR TIPO VENTURI

    Este proyecto es un ítem de un proyecto mayor denominado “Wet Caustic Venturi

    Scrubber System”. Este sistema fue diseñado para la empresa Basic American

    Foods ubicada en Idaho USA que hace parte de Carbo-Tech Environmental Group

    Inc.

    38

  • En general el lavador Venturi consta de las siguientes partes:

    Tabla 2. Partes Lavador Venturi

    ITEM PARTE CANTIDAD

    1 Separador 96 (316SS) 1

    2 Venturi 48x48 (316SS) 1

    3 Spray Nozzle (316SS) 2

    4 Vessel gaskets & hardware

    5 Mist eliminator (316LSS) 1

    6 Recycle puma 1

    7 Fan 1

    8 Control panel with AB-CL remote rack 1

    9 Panel View 550 1

    10 Air Flow sensor-Eldridge 1

    11 Temperature Sensors (RTD) 2

    12 Yokogawa-level Transmitter 1

    13 Yokogawa-pH Transmitter 1

    14 Yokogawa-pH electrode 1

    15 Yokogawa-DP transmitter 1

    16 Caustic tank 4100Gl HDLPE 1

    17 Metering pump-Pulsafeeder 1

    18 Damper-butterfly 1

    19 Rotometer 1

    20 gauge w/ guard 1

    21 Liquid flow sensor Metalex 1

    22 Insert fitting for liquid flow sensor 1

    23 Liquid flow transmitter 1

    24 Caustic tank level transmitter 1

    39

  • 7.1 CARACTERÍSTICAS GENERALES

    El diseño de construcción se baso en el código ASME sección VIII División 1

    ESPECIFICACIONES DE LOS COMPONENTES DEL SISTEMA Modelo No 48x48-96HE

    VENTURI Tabla 3. Características del Venturi

    Entrada Gas: 48´´

    Salida Gas:

    48´´

    Entrada del liquido:

    3´´

    Espesor Lamina: 0.1875

    40

  • 7.2 CONDICIONES DE OPERACIÓN DEL VENTURI Tabla 4. Condiciones de operación del Venturi

    Rata de capacidad en la entrada del

    gas:

    35777 ACFM

    Temperatura del gas de entrada:

    300 ºF

    Presión del gas de entrada:

    Atmosférica (12.5 PSIA)

    Composición del gas

    Especificación del gas por cada chimenea

    Rata de entrada del liquido:

    358 GPM

    Presión en el liquido de entrada:

    22 PSIG

    Composición del liquido:

    Solución cáustica recirculada

    pH aproximado:

    8-8.5

    Temperatura del Liquido

    120ºF

    Presión de caída a través del Lavador

    Diseño 15´´ WG

    DATOS DE FUNCIONAMIENTO

    • 75% se garantiza en la eficiencia de remoción de SO2

    • 70% se garantiza en la emisión de partículas

    41

  • 7.3 ELEMETOS E INSTRUMENCION DEL LAVADOR VETURI DIVISOR (SEPARATOR) Un (1) soportando el Venturi

    Material de construcción del separador: 316SS

    Dimensiones: Diámetro interno: 8´

    Espesor: 0.1875´´

    Máximo nivel del líquido: 3´

    Mínimo nivel del líquido: 18´´

    Capacidad 1120 Galones

    Diseño: Presión de diseño: 20´´ WC @ 140ºF

    Carga de Viento: 90MPH

    Zona Sísmica: 3

    MIST ELIMINATOR 1 “mist eliminator ” Estilo veleta 625-6

    Diámetro: 96´´

    Espesor: 8´´

    Material de malla: 316LSS

    Segmentos: 14 piezas

    42

  • BOQUILLA PARA ATOMIZAR (SPRAY NOZZLE) 1 BETE spray Nozzle NF275090 90º conexión macho

    Diámetro: 2.5´´

    Material Spray nozzle: 316SS

    Flujo Spray Nozzle: 200GPM @ 22 PSIG

    GASKETS Pequeñas conexiones de teflón sobre las conexiones G y F

    HARDWARE Acero inoxidable

    BOMBA DE RECIRCULACION:

    Modelo 811

    Dimensiones: 4x3-8G A70

    Magnitud de Succión: 4´´

    Magnitud de Descarga: 3´´

    Flujo: 400 GPM @86´TDH

    Driver: 20HP,3500 RPM, 3/60/230-460VAC 256T TEFC

    VENTILADOR

    Modelo: Daltec DRT-330 SR.53 25K, CW-UB

    Flujo: 31500 CFM @ 20 ´´WG @135ºF@4500´ASL

    Velocidad rotacion: 2744 RPM

    Driver: 200HP, 1800RPM, 3/60/460 447T TEFC

    43

  • PANEL DE CONTROL Referencia: SCE-36HS3112LP

    Altura: 36´´

    Ancho: 31,38´´

    Profundidad: 12´´

    Evaluación NEMA: 4

    SENSOR DE FLUJO DE AIRE

    Modelo: Eldridge 9840MP

    Estilo: Inserción FAT

    Calibración: 40000 ACFM @ 300ºF, 12.5 PSIA & ducto de 48´´

    Entrada de poder: 12-36 VDC

    Señal de Salida: 4-20 mA

    Display: Lectura local con display digital

    Evaluación: NEMA 4

    RTD Pyromation con Termo well & Transmisor

    Platino 100 ohm

    RTD de 3 hilos de conexión

    Termo well en 316SS,2´´ 150 # Flange RF revestido de teflón

    Conexión en cabeza en molde de aluminio, con rosca en tapa

    Transmisor de 4-20mA montado en la cabeza

    44

  • TRANSMISOR DE NIVEL

    Modelo: Yokogawa EJA210A-EMSA1E4B-92EM-FF1-D1

    Conexión: 3” 150#RF 304SS

    Diafragma: Flush in 316SS

    Conexión parte baja: 0.5” FNPT

    Material del cuerpo: 316LSS

    O-ring material: TEFLON

    Span: 0-400”WC

    Salida: 4-20 mA

    Alimentación: 24VDC

    Exactitud: +/-0.075% of span

    Display: Integral LCD

    Clase Electrica: Class 1 Groups B, C, D Div 1

    TRANSMISOR PH Modelo: Yokogawa PH202G-U-E/U/Q two wire pH/ORP transmitter

    Evaluación: NEMA 4X

    Montaje: Universal panel, pipe or wall

    Display: High resolution alpha numeric LCD

    Entrada: pH, reference, liquid earth, temperature

    Salida Análoga: 4-20 mA

    Alimentación: 24VDC

    ELECTRODO pH Modelo: Yokogawa FU20-05-T1-NPT

    Conexión: 0.75” MNPT

    45

  • Material: Glass filled Ryton

    Diseño: Glass pH bulb, double junction reference, PRTD

    Sensor de Temperatura: PT1000

    Longitud del cable: 16ft

    TRANSMISOR PRESION DIFERENCIAL Modelo: Yokogawa EJA110A-ELS4B-92EB/FF1/D1

    Conexión: 0.5” FNPT

    Material: 316LSS

    Material Diafragma: Hastelloy C

    O-ring material: TEFLON

    Span: 0-40”WC

    Exactitud: +/-0.075% of span

    Señal Salida: 4-20mA

    Alimentacion: 24VDC

    Display: Integral LCD

    Montaje: SS flat type for 2” pipe

    ELIMINADOR DE ROCIO (MIST ELIMINATOR) Style vane: 625-6

    Diámetro Nominal: 96”

    Vane alloy: 316SS

    Man way size: 24”

    Numero fr secciones: 14

    Peso: 753#

    46

  • TANQUE CAUSTICO Capacidad: 4100 Gallon vertical storage tank

    Material de construcción: HDLPE

    Man way: 18”

    Parte superior y lateral aislada con 2çç de espuma de poliruletano

    Sistema de mantenimiento

    Escalera anexada al tanque construida en acero

    Top & lateral shell insulated with 2” polyurethane foam

    Heat maintenance system

    Ladder attachment & steel ladder

    BOMBA DE MEDICION (METERING PUMP) Modelo: Pulsafeeder mechanical Shadow 55BF

    Rata capacidad: 134GPH

    Rata de Presión: 75PSIG

    Tamaño del pistón: 140mm

    Distancia del golpe: 5mm

    Rata de golpe: 140SPM

    Succión: 1.5”MNPT

    Descarga: 1.0”FNPT

    Material Válvula: 316SS

    Empaque de la Junta: PTFE

    Diafragma: composite TFE faced elastomer

    Drive: .75HP, 1725RPM, 208-230/460VAC, 60Hz, 3 phase

    47

  • DAMPER MARIPOSA

    Modelo: AWV VC-564-710

    Dimensiones: 42”diameter, 10x2x0.1875 rolled 316LSS channel

    Aspa: Espesor 0.25” 316LSS welded to axle

    Eje: diametro1.25” 316SS

    Cojinetes: Re-lubricable ball

    Stops: full perimeter bar seal/stop

    Finish: mill on SS one coat AWV standard primer on any CS

    Actuador: radius pneumatic AD020A double acting for 80PSI

    with two speed control valves and RX-1000 positioner for 4-

    20mA input

    ROTAMETRO Modelo: King 7310 series 73112210-53W

    Tubo Medición: molded polysulfone 0.6-6GPM

    Material Acoplamiento: 316SS 0.75” FNPT

    Material Flotador: 316LSS

    O-ring material: EPR

    Case: 304SS

    Escala: 5” direct reading

    Exactitud: +/-3% of full scale flow

    Temperatura Max: 200°F

    Presión Max: 200PSIG

    Temperatura Ambiente: 33°F to 125°F

    48

  • GALGA EXTENSIOMETRICA Modelo: Ashcroft 0-60PSIG

    Display: Direct reading 4.5” diameter

    Gauge guard 1” 150#RF flange with TEFLON diaphragm

    SENSOR DE FLUJO LÍQUIDO Y ACOPLAMIENTO

    Modelo: Signet Metalex paddlewheel P525-2

    Material: 316SS

    Rango de la rata de flujo: 1.6 to 20 ft/s

    Longitud del cable: 25ft

    Acoplamiento: Metalex weld-on mini-tap P526-2060

    TRANSMISOR FLUJO LÍQUIDO Modelo: Signet 3-8550-2P

    Evaluación: NEMA 4X front

    Display: LCD

    Alimentación: 12 a 24VDC

    Señal Salida: 4-20mA aislada

    TRANSMISOR NIVEL DEL TANQUE CAUSTICO Modelo: Flow-line LA20-5001

    Rango: 0.5’ to 12’

    Exactitud: +/-0.25%

    Indicación LED: power and fail-safety

    Alimentación: 12-36VDC

    49

  • Señal Salida: 4-20mA, two wire

    Temperatura del Proceso: -40°F to 140°F

    Evaluación: NEMA 4X

    Material: PP

    Montaje: 2” MNPT

    Entrada del conducto: single 0.5”NPT

    Clasificación: propósito general

    50

  • 7.4 FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA

    El lavador Venturi utiliza alta velocidad del gas para atomizar el líquido. La alta

    velocidad en la garganta del Venturi permite mezclar el gas y el líquido, el

    resultado es capturar las partículas de polvo que se encuentran por debajo de

    dimensiones del submicron.

    Básicamente el control lavador de gases húmedo tipo Venturi depende del diseño

    de la estrategia de control. El panel de control se ha diseñado con dos modos de

    operación manual y automática.

    En modo automático el lavador Venturi inicia basándose en la entrada de una

    señal externa que puede ser generada por las calderas durante el proceso de

    arranque.

    En modo manual algunos componentes como la Bomba de recirculación y el

    Ventilador del Lavador Venturi pueden ser operados independientemente para

    rutinas de mantenimiento.

    En el momento de culminar el ensamble del sistema, es recomendable revisar las

    conexiones eléctricas, también se debe corroborar que los dispositivos de control

    de flujo de gas se encuentren en una apropiada posición.

    En el momento de la instalación y el arranque del sistema es muy importante

    revisar la orientación de las toberas que rocían el liquido (liquid spray nozzles)

    51

  • 7.5 ESTABLECIMIENTO E INTERPRETACIÓN DE LAS NECESIDADES

    En el momento de iniciar las identificación de las necesidades el cliente BRANCH ENVIROMENTAL CORP. Otorgó ciertas características del proceso, las cuales tenían una enorme importancia para el desarrollo del proyecto.

    52

  • Tabla 5. Establecimiento e interpretación de las necesidades

    PLANTEAMIENTO DEL CLIENTE PLANTEAMIENTO DE LAS NECESIDADES

    Deseo que este tipo de proyectos se manejen

    bajo estándares como NEC, ISA, NEMA

    Implementar en el diseño bajo estándares

    como NEC, ISA, NEMA

    Deseo tener un layout del panel de control

    Diseñar el panel de control el cual permita

    observar la distribución de los elementos

    eléctricos

    Deseo tener los diagramas eléctricos del proceso

    Diseñar los diagramas eléctricos bajo

    estándares establecidos por el cliente.

    El lavador Venturi debe trabajar en los siguientes

    modos Manual, Apagado & Auto Implementar una lógica control que pueda

    manipular lavador en modo Manual, Apagado

    & Auto

    El lavador debe tener un botón de paro de

    emergencia

    Implementar la lógica correspondiente que

    permita detener el proceso en el momento en

    que se accione el paro de emergencia

    El lavador Venturi arranca primero y después

    arrancan las calderas (boiler)

    Implementar un sistema lógico de arranque

    del proceso

    Las calderas (boilers) deben ser aisladas para

    prevenir la condición de vacío en la cámara de

    combustión

    Implementar un sistema lógico que permita

    aislar las calderas para prevenir la condición

    de vacío en la cámara de combustión

    Puesto que el Ventilador (Fan) se encuentra al

    final del proceso, este genera vació en el

    proceso. Los boíles no están diseñados para

    trabajar en vació.

    Implementar un sistema lógico el cual

    permita aislar las calderas del ventilador

    (FAN)

    Deseo observar las variables del proceso. Diseñar una aplicación que permita visualizar

    las variables del proceso.

    53

  • Tabla 6. Jerarquía de las necesidades

    # ITEM NECESIDADES IMP

    1 Implementar en el diseño bajo estándares como NEC, ISA, NEMA

    4

    2 Diseñar el panel de control el cual permita observar la distribución de los elementos

    eléctricos

    4

    3 Diseñar los diagramas eléctricos bajo estándares establecidos por el cliente.

    5

    4 Implementar una lógica control que pueda manipular lavador en modo Manual,

    Apagado & Auto

    5

    5 Implementar un sistema lógico de arranque del proceso

    5

    6 Implementar la lógica correspondiente que permita detener el proceso en el momento

    en que se accione el paro de emergencia

    5

    7 Implementar un sistema lógico que permita aislar las calderas para prevenir la

    condición de vacío en la cámara de

    combustión

    5

    8 Implementar un sistema lógico el cual permita aislar las calderas del ventilador

    (FAN)

    5

    9 Diseñar una aplicación que permita visualizar las variables del proceso.

    4

    Debido a que el proyecto se trabajó bajo la modalidad de ingeniería concurrente,

    el departamento de diseño otorgó los set-points de los instrumentos que hacían

    54

  • parte del lavador Venturi, junto con su respectiva estrategia de control con la cual

    se especificaba las necesidades del cliente, algunas de esas necesidades debían

    ser traducidas a un algoritmo de control.

    55

  • 7.6 DISEÑO DETALLADO ESTRATEGIA DE CONTROL DEL PROCESO LAVADOR HÚMEDO CÁUSTICO

    TIPO VENTURI

    Proceso: Sistema Lavador Cáustico Húmedo Tipo Venturi.

    Descripción del Proceso: Lavador Venturi se ha diseñado para cumplir con los nuevos estándares exigidos por EPA para las calderas 1

    y 2 de 13,335 y 22,442 ACFM WB (wet bulb) @ 300 ºF respectivamente.

    El lavador Venturi manipulará un rango de operación de 3,577 a 35,777

    ACFM en 300ºF.

    Lista de Instrumentos utilizados para el control de proceso. Flujo de gas Chimenea. Flujo Líquido. pH. Temperatura del líquido del Sumidero. Nivel del Sumidero. Presión Diferencial Temperatura del Aire. Nivel Cáustico.

    56

  • FUNCIÓN DE LA INSTRUMENTACIÓN

    El flujo del gas de la chimenea es medida por el instrumento AFE1001 el cual es localizado en la salida del lavador tipo Venturi. El lavador tipo

    Venturi ha sido diseñado para un máximo flujo de 35,7777 ACFM sin

    embargo durante el proceso la chimenea de las calderas pueden sufrir

    caídas hasta de un mínimo de 3,577 ACFM lo cual es una caída de 10:1

    pero desafortunadamente el lavador tipo Venturi únicamente puede

    manipular una caída máxima de 3:1. Para resolver este problema se hace

    necesario compensar el flujo de gas por medio del instrumento FCV1001

    El flujo del líquido es medido por el instrumento FE1001. Este instrumento es utilizado para fijar el flujo del liquido en 358 GPM.

    El pH es medido por el instrumento AEpH1001 y es utilizado para controlar el nivel de pH del líquido del proceso. El rango del pH es de 8.0 hasta 8.5.

    Esta señal es utilizada para controlar la velocidad de la bomba 1002.

    La temperatura del líquido del sumidero es medida por el instrumento TE1001 y debe de estar en el rango de 50 º F a 180 º F.

    El nivel del sumidero es medido por LT1001 y es utilizado para proteger la bomba de recirculación y de este modo evitar inundamiento en el

    separador.

    57

  • Presión diferencial a través del lavador Venturi es requerida para verificar la caída de presión en el lavador Venturi. Esta acción se realiza con el

    instrumento DPT1001

    La temperatura del gas en la chimenea es medida por TE1002 y es utilizada para verificar las condiciones del proceso y el Arranque en frió.

    El instrumento LT1002 es localizado en la parte superior del tanque químico y es utilizado para reabastecer la entrada del químico. Este instrumento tiene

    un rango de operación de 0.5´ hasta 12´ lo cual significa que cuando la barra

    es 12´ de longitud la salida del instrumento es 4mA y cuando la barra es 0.5´

    de longitud la salida del instrumento es 20mA. Por lo tanto cuando el tanque

    esta vació la salida es 4mA y cuando el tanque esta lleno la salida es 20mA.

    Estrategia del proceso. El lavador Venturi tiene un panel de control local.

    Este panel de control tiene un Rack remoto el cual estará en comunicación

    directa via Ethernet con un PLC Control Logix situado en una localización

    remota. El PLC Control Logix estará conectado a una Panel View con el fin

    de mostrar las variables del proceso. El panel de control del lavador húmedo

    tipo Venturi tendrá un selector de tres posiciones (Manual, Apagado &Auto).

    En selector en posición manual se utiliza para rutinas de mantenimiento

    donde se hace necesario encender con los pulsadores on / off la bomba de recirculación, bomba medición controlada (metering pump) o el ventilador.

    En posición automática la localización remota tiene el control total sobre

    todo el proceso.

    58

  • La secuencia para iniciar el sistema en posición automática es la siguiente:

    Presionar el pulsador de inicio del sistema (situado en la localización remota).

    Verificar el valor de la temperatura del instrumento TE1002 para determinar

    la condición de arranque del sistema: Frio (Cold) o Normal. Si el instrumento TE1002 indica una temperatura inferior a 100º F setear el

    flujo de gas para iniciar bajo el modo Frió (Cold). Para iniciar en condición Frió (Cold) el set point para el flujo de gas es 60%

    de el flujo máximo- Esto es 21466 ACFM La caldera suministrará al panel de control dos entradas digitales (Closed

    limit switch on) confirmando que los Dampers de aislamiento #1 y #2 dos de

    las dos calderas están cerrados. Verificar que el nivel del sumidero está en nivel alto.

    Verificar que la temperatura del sumidero este por encima de 50º F y este

    por debajo de 180º F. Si la lectura del nivel del líquido y de la temperatura están en el rango,

    iniciar la bomba de recirculación automáticamente. Verificar que el nivel cáustico este por encima del nivel mínimo; el pH este

    entre 8.0 a 8.5 y el flujo del líquido sea 358 GPM. Abrir el Damper al 50% instrumento identificado como FCV1001.

    59

  • El ventilador inicia automáticamente.

    Verificar la lectura del flujo de gas de la chimenea este acorde con el

    respectivo Set-point de la condición de operación.

    Compensar el flujo de gas de la chimenea utilizando en instrumento

    FCV1001

    Si la lectura del instrumento TE1002 esta por encima de 100º F setear el

    flujo de gas para condición de inicio Normal.

    Para la condición de inicio Normal el Set-point para el flujo de gas debe ser

    80 % del máximo flujo. Esto es 28621 ACFM.

    La caldera suministrará al panel de control dos entradas digitales (Closed

    limit switch on) confirmando que los Dampers de aislamiento #1 y #2 dos de

    las dos calderas están abiertos.

    Verificar el nivel del sumidero este en el nivel máximo.

    Verificar que la temperatura del sumidero este por encima de 50º F y por

    debajo de 180º F.

    Si la lectura del nivel del líquido y de la temperatura están en el rango, iniciar

    la bomba de recirculación automáticamente.

    Verificar el nivel cáustico este por encima del nivel mínimo, el pH este entre

    8.0 a y el flujo del líquido sea 358 GPM

    60

  • Abrir el Damper al 50% instrumento identificado como FCV1001.

    El ventilador inicia automáticamente.

    Verificar la lectura del flujo de gas de la chimenea este acorde con el

    respectivo Set-point de la condición de operación.

    Compensar el flujo de gas de la chimenea utilizando en instrumento

    FCV1001.

    Set-points para el instrumento LT1001

    Position Depth (in) LT1001 Output (mA) minimum 0 4 Lo-Lo 5.75 6.55 Lo 11.5 9.11 Hi 17.25 11.66 Max 23 14.22 36 20

    El nivel del Lavador debe ser mantenido en posición Alta. Si el nivel está por

    debajo de Lo-Lo la alarma de bajo nivel debe ser activada. Si el nivel

    sobrepasa la posición máxima la alarma de Alto Nivel debe ser activada. La

    salida del transmisor es lineal.

    61

  • Set-Points para el instrumento LCV1001

    Level position LTC output mA LCV1001 input (mA) % Opening minimum 4 4 100

    Lo-Lo 8 8 75

    Lo 12 12 50

    Hi 16 16 25

    Max 20 20 0

    Set-Points para el instrumento TE1001.

    Sump liquid temperature (°F) TT1001 output mA

    0 4

    60 6.4

    120 8.8

    200 12

    300 16

    400 20

    La temperatura del Lavador debe ser mantenida bajo condiciones de operación

    normal, puede ser 120º. Si la temperatura del líquido se incrementa por encima

    de 180º F la alarma de alta temperatura debe ser activada. La salida del

    transmisor de la RTD es lineal.

    62

  • Set-Points para el instrumento AEpH1001

    Liquid flow (GPM) FT1001 output mA

    0 4

    200 5.88

    358 7.36

    400 7.76

    800 11.52

    1200 15.29

    1700 20

    La solución del Lavador debe mantener su pH entre 8.0 y 8.5. Si el pH

    sobrepasa 8.5, la alarma de Alto pH debe ser activada. Si el pH desciende los

    8.0, la alarma de Bajo pH debe ser Activado. La salida del pH es Linear.

    Set-Points para el instrumento FE1001.

    Liquid pH AIT1001 output mA

    0 4

    4.5 9.14

    8.0 13.14

    8.5 13.71

    9.5 14.85

    12.5 18.28

    14 20

    El diseño del flujo del líquido es 358 GPM. Si el flujo del líquido sobrepasa los

    400 GPM, la alarma de Alto Flujo de Líquido debe ser activada, si el nivel de

    63

  • flujo de líquido Desciende a 200 GPM, la alarma de Bajo Flujo de Liquido debe

    ser activada. La salida del transmisor de Flujo es lineal.

    Set-Points para el instrumento DPT1001

    Venturi DP “WC DPT1001 output mA

    0 4

    2.5 5

    5 6

    10 8

    15 10

    20 12

    30 16

    40 20

    La presión diferencial de Lavador bajo condiciones normales de operación

    puede ser 15´´WC. Si la presión diferencial desciende a 5´´WC la alarma de

    baja PD debe ser activada. La salida del transmisor PD (presión diferencial) es

    lineal.

    Set-Points para el instrumento TE1002

    Gas outlet temperature (°F) TT1002 output mA

    0 4

    60 6.4

    120 8.8

    140 9.6

    200 12

    300 16

    400 20

    64

  • La temperatura de salida del gas bajo condiciones normales de operación

    puede ser 140ºF si la temperatura de salida del gas sobrepasa los 230º F la

    alarma de alta temperatura deber ser activada. La salida del transmisor de la

    RTD es lineal.

    Set-Points para la Bomba PU1002

    Liquid pH VFD1002 input mA VFD1002 RPM PU1002 flow (GPH)

    0 4 1800 134

    4.5 9.14 1221.75 90.95

    8.0 13.14 771.75 57.45

    8.5 13.71 707.62 52.67

    9.5 14.85 579.37 43.13

    12.5 18.28 193.5 14.4

    14 20 0 0

    Set-Points para el instrumento LT1002

    Level Beam length LT1002 output mA

    12’ 4

    Empty 10.64’ 5.89

    Minimum 7.64 10.06

    Low 5.26 13.37

    High 2.88 16.68

    Full 0.5 20

    65

  • El tanque de NaOH debe ser reabastecido periódicamente cada vez que el

    nivel se esté aproximando al nivel mínimo, la alarma de nivel debe ser

    activada.

    Durante el proceso de reabastecimiento si el nivel sobrepasa la posición

    máxima, la alarma de Llenado máximo debe ser activada. La salida del

    transmisor de nivel es lineal.

    set-Points para AEF1001

    El estándar de fábrica del Damper FCV1001 es:

    Damper position Positioner input mA

    Closed 4

    Open 20

    Flue gas flow ACFM AFT1001Output mA

    0 4

    3500 5.4

    7000 6.8

    10000 8

    15000 10

    21466 12.58

    25000 14

    28621 15.44

    30000 16

    35000 18

    40000 20

    66

  • En condición de arranque en Frío (Cold) el Damper (FCV1001) es abierto al

    50%. Si el flujo del gas está por debajo de 21466 ACFM, el Damper debe de

    abrir para incrementar el flujo hasta alcanzar el Set-Point, de ésta manera la

    entrada del posicionador se incrementará en pasos de a 2mA. Si el flujo de

    gas está por encima de 21466 ACFM realizar la acción contraria.

    En condición de arranque Normal el Damper (FCV1001) es abierto al 50%. Si

    el flujo del gas está por debajo de 28621 ACFM, el Damper debe abrir para

    incrementar el flujo hasta alcanzar el Set-Point, de ésta manera la entrada del

    posicionador se incrementará en pasos de 2mA. Si el flujo del gas está por

    encima de 28621 ACFM El Damper deberá cerrarse totalmente.

    67

  • Figura 7. Diagrama P&ID del proceso

    68

  • 7.7 DIAGRAMA DE INSTRUMENTACIÓN Y TUBERIA O P&ID Un diagrama de instrumentación es un mapa esencial de un proceso, puede

    suministrar una vista general de todo el proceso. Los diagramas de

    instrumentación tienen la función de identificar cada uno de los instrumentos que

    hacen parte del proceso, sus funciones y la relación con otros componentes del

    sistema. Estos diagramas también son denominados Diagramas de

    instrumentación y tubería o P&ID

    7.7.1 Identificación de la función de los símbolos de instrumentación. Los símbolos de instrumentación, como círculos, letras, números y líneas son

    utilizados para suministrar información acerca del proceso. Los símbolos pueden

    representar un dispositivo en el sistema o identificar la función del instrumento;

    para tener una mejor comprensión, en la tabla 8 se muestra cómo se deben

    ilustrar los elementos primarios.

    El elemento primario o sensor forma parte del lazo de control que sensa el valor

    de la variable del proceso. El elemento primario nos muestra el símbolo del tipo de

    sensor usado para medir la variable del sensor

    69

  • Tabla 8. Descripción símbolos de instrumentación

    Un globo o círculo indica un instrumento único, el cual es denominado discreto. Si

    el círculo se encuentra dentro de un cuadrado el instrumento posee un display o

    un control compartido. Los hexágonos son utilizados para designar funciones por

    computador. Por ultimo un controlador lógico programable o PLC se simboliza con

    un diamante dentro de un cuadrado.

    70

  • 7.7.2 Cómo reconocer la disposición del instrumento. El símbolo también indica como está montado el instrumento; si hay o no líneas, el símbolo nos está

    entregando una información importante; las líneas pueden ser continuas, entre

    cortadas, doble línea continua o sin línea.

    Una línea continua indica que el instrumento está montado en un tablero,

    usualmente con un grupo de instrumentos, en la mayoría de los casos indica que

    tiene fácil acceso al operador. Doble línea continua nos indica que el instrumento

    se encuentra en una localización auxiliar. La ausencia de línea en el círculo nos

    indica que el instrumento se encuentra montado en campo; por lo regular estos

    instrumentos se encuentran localizados cerca del punto de medición o muy cerca

    del elemento final de control; para mas detalle observar tabla

    Tabla 8. Descripción de la disposición del instrumento 1

    71

  • Las líneas entre cortadas nos indican que el instrumento esta montado en la parte

    trasera del tablero o en una posición que puede ser no accesible por el operador,

    para mas claridad observar la tabla 10

    Tabla 9. Descripción de la disposición del instrumento 2

    La identificación de los instrumentos o Tag´s son códigos alfanuméricos que

    suministran información específica del instrumento. La identificación de una parte

    de un lazo de control se realiza generalmente mediante Tag´s, sufijos o prefijos

    pueden ser agregados para completar la identificación. Ver más detalle en la tabla

    11.

    72

  • Tabla 10. Identificación de un lazo de control

    En la mayoría de los sistemas habrá diferentes instrumentos en la misma

    localización, por tanto los Tag´s juegan un papel importante; la numeración de los

    Tag´s contienen dos tipos de información: Identificación de la función e identificación del lazo de control.

    73

  • Figura 8. Identificación Letras

    Fuente: CREUS, Antonio. Instrumentación Industrial. 6 ed. Barcelona: Alfaomega Marcombo, 1998. p. 15.

    74

  • Figura 9. Conexiones comúnmente utilizadas

    Fuente: CREUS, Antonio. Instrumentación Industrial. 6 ed. Barcelona: Alfaomega Marcombo, 1998. p. 15.

    75

  • 7.8 LISTADO DE COMPONENTES REQUERIDOS PARA IMPLEMENTAR EL PROYECTO

    Tabla 11. Listado de componentes

    NO DESCRIPCIÓN REFERENCIA FABRICANTE CANT

    1 NEMA 4 SINGLE DOOR

    ENCLOSURE FOR FLANGE

    DISCONNECT

    SCE-

    36HS3112LP

    SAGINAW 1

    2 SUB-PLATE SCE-36P30 SAGINAW 1

    3 POWER SUPPLY,24VDC RT-3S150-24 GLOB TEK 1

    4 3-POSITION SELECTOR SWITCH HT8JBH1DAA5 CUTLER-

    HAMMER

    3

    5 EMERGENCY STOP , PUSH-PULL HT8CBRB CUTLER-

    HAMMER

    1

    6 MOMENTARY PUSH BUTTON

    (GREEN,START)

    HT8AAGA CUTLER-

    HAMMER

    3

    7 MOMENTARY PUSH BUTTON

    (RED,STOP)

    HT8AARA CUTLER-

    HAMMER

    3

    8 PILOT LIGHT (RED,RUN) HT8HFRV7 CUTLER-

    HAMMER

    3

    9 PILOT LIGHT(AMBER,OL) HT8HFAV7 CUTLER-

    HAMMER

    3

    10 FLANGE CABLE HANDLE K5FCH ABB 1

    11 FLANGE CABLE K5C036 ABB 1

    12 FLANGE PIVOTING MECHANISM KT2FPM ABB 1

    13 MAIN CIRCUIT BREAKER,20A T1N025TL ABB 1

    14 RADIAN HEATER FLH030 PFANNENBERG 1

    76

  • 15 THERMOSTAT FLZ520 PFANNENBERG 1

    16 FUSE

    BLOCK,ML10/13.SFL,120VAC

    199 168.00 ENTRELEC 5

    17 TERMINAL BLOCK, SINGLE,GREY 115 116.07 ENTRELEC -

    18 TERMINAL BLOCK,

    DOUBLE,GREY

    115 271.22 ENTRELEC -

    19 AC CONTROL RELAY,120VAC, C2-A20 RELECO 4

    20 RELAY BASE S2-S RELECO 1

    21 7 SLOT CONTROL LOGIX

    CHASSIS

    1756-A7 ALLEN-BRADLEY 1

    22 85-264VAC POWER SUPPLY 1756-PA72 ALLEN-BRADLEY 1

    23 CONTROL LOGIX ETHERNET/IP

    MODULE

    1756-ENBT ALLEN-BRADLEY 1

    24 AC INPUT MODULE 1756-IA16 ALLEN-BRADLEY 2

    25 VOLTAGE/CURRENT INPUT

    MODULE

    1756-IF8 ALLEN-BRADLEY 1

    26 VOLTAGE/CURRENT OUTPUT

    MODULE

    1756-OF8 ALLEN-BRADLEY 1

    27 ISOLATED CONTACT MODULE 1756-OW16 ALLEN-BRADLEY 1

    28 ADAPTA HORN, NEMA4X, 120VAC 876-N5 EDWARDS 1

    77

  • 7.9 DISEÑO DEL PANEL DE CONTROL

    Como se mencionaba en la tabla 6 Establecimiento e interpretación de las necesidades, el cliente solicitaba el desarrollo de un layout del panel de control, el cual muestra cómo es la distribución de los elementos eléctricos.

    Dado este requerimiento se empezó a realizar un bechmarking, con el fin de

    conocer cómo era el procedimiento para diseñar un panel de control bajo normas

    internacionales.

    Los paneles de control cumplen las siguientes funciones:

    Centralizar los aparatos.

    Proteger los aparatos contra las atmósferas peligrosas que los circundan,

    como pueden ser los gases, los líquidos, ambientes inflamables.

    Proteger los aparatos contenidos contra golpes o impactos

    Evitar sobre los aparatos los efectos de la suciedad, polvo, humedad,

    gases, etc.

    Evitar manipulación de los elementos internos del panel de control por

    personas ajenas al proceso.

    78

  • Figura 31. Panel de Control

    La Figura. 10 Fue tomada del catalogo RITTAL una prestigiosa empresa dedicada a la manufactura de paneles de control, la cual cumple con los más altos

    estándares industriales. En dicha figura se puede observar las partes generales

    que conforman un panel de control

    79

  • Figura 11. Paneles de control

    Figura 12. Panel de control

    En las figuras 11 y 12 se puede observar una vista preliminar de un panel de

    control, con los respectivos elementos eléctricos.

    Es importante dar a conocer que el cliente seleccionó el panel de control, con el

    que se realizó el proyecto.

    80

  • Las especificaciones de dicho panel fueron las siguientes:

    Figura 13. Panel de Control del proyecto

    Tabla 12. Especificaciones Panel De Control

    Numero Identificación:

    SCE-36HS3112LP

    Altura: 36.00 in.

    Ancho: 31.38 in.

    Profundidad: 12.00 in.

    Clasificación NEMA: 12 & 4

    81

  • Estándares industriales: NEMA Type 4, 12, & 13

    IEC 60529 IP 66

    En la Fig. 14 se puede observar la sub-placa, este ítem se ubica dentro del panel

    de control y su función es dar el soporte a los elementos eléctricos que albergará

    el panel de control.

    Figura 14. Sub-Placa

    82

  • Tabla 13. Especificaciones Sub-placa

    Numero Identificación:

    SCE-36P30

    Altura: 33.00 inches

    Ancho: 27.00 inches .

    Profundidad: 0.88 inches

    Flanches: cuatro

    Clasificación NEMA: -

    83

  • 7.10 DISEÑO DEL SISTEMA ELÉCTRICO. En el momento que se dio inicio a esta etapa del proyecto, fue necesario realizar

    una investigación exhaustiva en el campo de las normas específicamente en la

    ISA y NEC.

    Estas normas fomentan los símbolos gráficos los cuales sirven para identificar los

    aparatos, diseñar los esquemas y montar los dispositivos eléctricos.

    La utilización de las normas internacionales elimina todo el riesgo de confusión y

    además facilita el estudio, la puesta en servicio y el mantenimiento de las

    instalaciones.

    84

  • SIMBOLOGIA ELECTRICA Figura 15. Simbología Eléctrica 1

    Fuente: PIP PIC001 Piping and Instrumentation Diagram Documentation Criteria. Process Insdustry Practices.[s.f.] Austin, Texas: The University of Texas. p. 12.

    85

  • Figura 16. Simbología Eléctrica 2 En la Figura 15 y Figura 16 se pueden apreciar la simbología básica de la norma ISA la cual nos enseña como dibujar componentes eléctricos, como por ejemplo:

    selectores, pulsadores, motores, solenoides, switches ya sean de temperatura,

    nivel, presión etc.

    Fuente: PIP PIC001 Piping and Instrumentation Diagram Documentation Criteria. Process Insdustry Practices.Austin, Texas: The University of Texas, [s.f.]. p. 12.

    86

  • 7.11 DISEÑO DEL SOFTWARE DE CONTROL Al momento de dar inicio a esta trascendental parte del proyecto, es muy importe

    la identificación adecuada de cada uno de los elementos con los que se cuenta, es

    decir, qué nos otorga cada dispositivo, si es una entrada o una salida; si es una

    entrada análoga o una digital, salida análoga o salida digital. Esta etapa es de

    suma importancia puesto que son los pilares del desarrollo del software de

    operación, además es necesaria para tener una documentación sólida, pues es de

    vital importancia en el momento que se desee realizar un mantenimiento o cambio

    de algún elemento.

    Figura 17. Automatismo Electrónico

    87

  • 7.11.1 Estructura de control. Básicamente en el proyecto se trabajaron con los por los siguientes. El lavador Venturi tiene un panel de control local. Este panel de

    control tiene un Rack remoto el cual estará en comunicación directa via Ethernet

    con un PLC Control Logix situado en una localización remota. El PLC Control

    Logix estará conectado a una Panel View con el fin de mostrar las variables del

    proceso. El panel de control del lavador húmedo tipo Venturi tendrá un selector de

    tres posiciones (Manual, Apagado & Auto).

    Figura 18. Estructura de Control

    Para el desarrollo del proyecto, el cliente eligió un controlador lógico programable

    (PLC) Control Logix Fabricado por la conocida compañía de suministros para

    automatización Allen Bradley.

    88

  • Figura 19. Aspecto Físico del Autómata ControlLogix

    89

  • El PLC se seleccionó con los siguientes módulos:

    Tabla 14. Módulos Autómata ControlLogix

    CHASIS CONTROL LOGIX DE 7

    SLOTS

    1756-A7 ALLEN-BRADLEY

    FUENTE DE PODER 85-24VAC 1756-PA72 ALLEN-BRADLEY

    CONTROL LOGIX MODULO

    ETHERNET/IP

    1756-ENBT ALLEN-BRADLEY

    MODULO ENTRADA AC 1756-IA16 ALLEN-BRADLEY

    MODULO ENTRADA

    VOLTAJE/CORRIENTE

    1756-IF8 ALLEN-BRADLEY

    MODULO SALIDA

    VOLTAJE/CORRIENTE

    1756-OF8 ALLEN-BRADLEY

    MODULO CONTACTO AISLADO 1756-OW16 ALLEN-BRADLEY

    El autómata Control Logix se considera de última generación. Uno de los aspectos

    importantes de este tipo de controladores es que están formados por módulos y no

    por un único y compacto chasis.

    Características:

    Rápido: La arquitectura Control Logix proporciona transferencia de datos de alta velocidad entre el Backplane y los diferentes módulos.

    90

  • Escalable: Proporciona una solución modular de control. Se pueden agregar diferentes controladores y módulos de comunicación o

    entrada/salida en un mismo chasis.

    Industrial: Ofrece una plataforma de hardware diseñada para resistir las vibraciones, condiciones térmicas y ruidos eléctricos asociados con los

    entornos rigurosos que supone el ambiente industrial. Módulos Entrada/Salida Los módulos de entradas/salidas son los encargados de captar las señales

    exteriores del proceso de control y de generar las señales para controlar el

    proceso.

    Un mismo controlador puede tener el control sobre los módulos que estén en un

    mismo chasis (módulos locales) o en distinto chasis (módulos remotos).

    Cada módulo E/S debe tener al menos un controlador propietario, éste se encarga

    de almacenar la configuración del módulo de E/S. Los módulos de entrada pueden

    tener varios propietarios, a diferencia de los módulos de salida los cuales solo

    pueden ser gobernados por un solo propietario; esto con el fin de evitar conflictos.

    91

  • 7.11.2 Descripción RSLogix 5000. El RSLogix 5000 es el software que gobierna el autómata ControlLogix funciona en sistemas operativos como Microsoft

    Windows 2000 o superiores. Con este software es posible programar las

    aplicaciones, configurar y parametrizar las variables de los módulos de E/S o para

    monitorear el estado del sistema

    Figura 20. Logo RSLogix 5000

    92

  • 7.10.3 Descripción RSLinx. EL RSLinx es el software de comunicaciones que permite configurar y supervisar la(s) red(s) de comunicaciones para los

    controladores Logix 5550. Se encuentra disponible en cinco versiones: RSLinx

    Lite, RSLinx OEM, RSLinx, RSLinx Gateway y RSLinx C SDK.

    Es importante nombrar que el RSLinx tiene la capacidad de visualizar el estado de

    las distintas conexiones y proporciona información sobre el proceso de carga y

    descarga de programas

    Figura 21. Logo RSLinx

    93

  • 7.11.4 Descripción del programa implementado en RSlogix 5000.Un aspecto muy importante en el momento de iniciar a desarrollar el proyecto es planificar

    como se va a realizar este. Es una buena idea estructurar el programa por medio

    de rutinas lo cual facilita el desarrollo de la aplicación y así mismo es mucho más

    fácil abordar un programa complejo. En proyecto se definieron las siguientes

    rutinas:

    Main_Routine: o Rutina principal en esta rutina solo se realizan los saltos a las otras rutinas.

    Alarms: o Alarmas, en esta rutina es donde se programan todas las alarmas del proceso, las alarmas de las variables como por ejemplo temperatura, nivel presión

    diferencial etc. Para mas detalle referirse a la estrategia de control. Las alarmas

    comúnmente se disparan cuando la variables sobrepasan o estan por debajo del

    Set-point de operación normal.

    Además en esta rutina se programo las alarmas de los motores (bombas,

    ventilador) es decir por ejemplo si hay un fallo o un disparo por sobre temperatura

    en uno de estos motores en esta rutina se realizara la acción correspondiente para

    tratarla. Adicionalmente en esta rutina también se encuentra la lógica que acciona

    una alarma sonora en el momento en que se presenta una disparo de las alarmas

    mencionadas anteriormente.

    Liquid_pH: En esta rutina se tratota lógica correspondiente para manipular la inyección del químico controlando de esta manera el pH del liquido que se trabaja

    en el proceso

    Motors: En esta rutina se realizo la lógica para manipular la bomba de recirculación, el ventilador y la bomba de inyección

    94

  • Scrubber_Level: Se realizo el tratamiento para los instrumentos de nivel que intervienen en el proceso

    System_Start:En esta rutina se realizo el tratamiento para manipular el lavador Venturi en el momento en que se encendía ya fuera en ciclo normal o en ciclo de

    arranque en frío (cold) , además se programaron las condiciones para aislar las

    calderas y manipular el ventilador en el momento de arrancar el proceso.

    Figura 22. Estructura del Software (Rutinas)

    En el momento de dar inicio etapa de programación, es recomendable iniciar

    configurando los módulos con los que se va a trabajar en el proyecto. La

    configuración para el proyecto se puede observar en la Fig. 23

    Figura 23. Configuración de los módulos del autómata ControlLogix

    95

  • 7.12 DISEÑO DEL SISTEMA DE VISUALIZACIÓN (HMI) Para el desarrollo de esta etapa del proyecto es importante que el cliente

    especifique sus necesidades de esta manera se hace más sencillo el desarrollo

    de la aplicación.

    Para la implementación del HMI el cliente informó que disponía de una Panel

    View 550 manufacturada por la conocida compañía de suministros para

    automatización Allen Bradley.

    Figura 24. Dimensiones PV550

    En la tabla se puede observar con más detalle las especificaciones de la

    PV550

    96

  • Tabla 15. Especificaciones PV550

    97

  • 7.12.1 Requerimientos hmi. Layouts generados por el cliente de esta forma ellos entregaban una propuesta de cómo querían la visualización de las

    variables del proceso.

    Figura 25. Layout 1 HMI Figura 26. Layout 2 HMI

    En las Figura 25 se muestra la pantalla de RUN STATUS lo que nos da

    entender que el cliente desea conocer el estado en tiempo real de los

    diferentes elementos del proceso como son las bombas, Ventilador, Pilotos etc.

    En la Figura 26 se puede observar PROCESS VARIABLE VALUES lo que nos

    da entender que el cliente desea visualizar el estado en tiempo real de las

    diferentes variables del proceso como por ejemplo: Temperatura, Flujo de Gas,

    Nivel de NaOH, PH del Líquido.

    98

  • 7.12.2 Descripción del software para programar el HMI (pv 550). El software en que se desarrollo la aplicación para la panel-View 550 fue el Panel Builder 32. Este software permite programar las terminales o HMI de Allen Bradlley.

    Figura 27. Entorno de Panel Builder 32

    99

  • 8. RESULTADOS OBTENIDOS

    En las figuras que se presenta a continuación se muestran las partes del

    Lavador tipo Ventura cuando este estaba en proceso de fabricación.

    Figura 28. Separator SC10

    Figura 29. Separador SC 10

    100

  • En la Figura 28 y Figura 29 se puede observar el Separador (Separator) durante el proceso de fabricación. Este es uno de los componentes principales

    del proyecto; es aquí donde se deposita el producto (Gas (SO2)+ NaOH(soda

    cáustica) ésta solución es recircula por las bombas hasta limpiarla.

    Figura 30. Venturi

    En la Figura. 30 Se puede observar el Tubo Venturi; éste es otro ítem de vital

    importancia en el proyecto, pues es en esta parte donde se logra la aceleración

    de las partículas del gas que está ingresando al sistema y, es aquí

    específicamente en la garganta del Venturi donde se le inyecta la solución

    NaOH (soda cáustica), la cual es la encargada de lavar el gas.

    101

  • Figura 32. Panel de Control InternoFigura 31. Panel de Control

    En la Figura 31 se puede observar la distribución de los componentes

    eléctricos del sistema como son: selectores, pulsadores, indicadores, pulsador

    de parada de emergencia.

    Estos elementos son los que permiten la interacción del operador con el

    sistema.

    En la Figura 32 podemos observar cómo están interconectados y su respectiva distribución de los diferentes elementos del panel de control. Selectores,

    pulsadores, indicadores, pulsador de parada de emergencia.

    102

  • Figura 33. Distribución del Cableado 1

    En la Figura 33 se puede observar cómo se cableo el panel de control; se utilizó la siguiente convención:

    Negro: Fase

    Blanco: Neutro

    Verde: Tierra

    Rojo: conexión 24v módulos PLC - dispositivos

    103

  • En la Figura. 34. Se puede observar la distribución del cableado con otros dispositivos del panel de control, por ejemplo Bornes, Reles etc.

    Figura 35. Autómata ControlLogix Montado en el panel de control

    Figura 34. Distribución del Cableado 2

    104

  • En la Figura 35 Puede observarse el autómata ControlLogix con sus respectivos módulos de Entrada/Salida y además interconectado con otros

    elementos como la fuente de alimentación de +24v DC, borneras, éstas

    permiten la conexión con los otros dispositivos, ya sean instrumentos,

    actuadores etc.

    Figura 36. Pantalla Menú Proceso Lavador Venturi (PV550)

    En la Figura. 36 se puede observar la pantalla de menú la cual permite ingresar a las Run Status y Process Value. Esto con el fin de que el operador pueda interactuar con las variables y elementos del proceso.

    105

  • Figura 37. Pantalla Monitoreo Proceso (PV550)

    En la Figura 37 se puede observar la pantalla Run Status, diseñada para conocer el estado en tiempo real de los diferentes dispositivos del proceso.

    Figura 38. Pantalla Monitoreo Proceso 2 (PV550)

    106

  • En la Figura 38 se puede observar la pantalla diseñada para monitorear las

    variables del proceso. En esta pantalla específicamente se puede observar las

    siguientes variables: Flujo de Liquido, Presión Diferencial, Nivel de NaOH

    107

  • 9. CONCLUSIONES

    En el desarrollo de este proyecto se pudo comprender las ventajas de trabajar

    bajo normas o estándares internacionales ya que de esta forma se trabaja bajo

    un orden estructurado el cual es de vital importancia para tener éxito en el

    desarrollo de esta clase de proyectos.

    Los diagramas P&ID son una herramienta poderosa, la cual permite a la

    persona a cargo del desarrollo de software para controlar un determinado

    proceso entender cómo se comporta éste. Además, estos diagramas nos

    entregan información detallada, por ejemplo el tipo de alarmas que se deben

    generar cuando un instrumento mide una variable del proceso. Algunas de las

    variables comúnmente manipuladas son: temperatura, nivel, presión, presión

    diferencial pH etc.

    Cuando un departamento de ingeniería se encuentra en la capacidad de

    diseñar y generar documentación precisa del producto que desarrollan, se

    hace mucho más eficiente el desarrollo de una aplicación en un Controlador

    Lógico programable.

    Una herramienta importante que ayuda a modelar procesos secuenciales son

    los diagramas Grafset, éstos permiten describir el proceso paso a paso, lo cual

    aclara las ideas en el momento del desarrollo de la aplicación.

    En el momento de diseñar una aplicación en un autómata programable y en un

    terminal PanelView o en cualquier otra HMI es importe generar una

    documentación del programa puesto que generalmente la lógica de un proceso

    108

  • puede resultar extensa; entonces si se tiene una buena documentación del

    software en el momento de generar el enlace de los tags desde el PLC -HMI

    resulta una tarea mas sencilla, así mismo en el momento en que se desee

    modificar cualquiera de las dos aplicaciones se disminuyen los inconvenientes

    al momento de programar.

    109

  • 10. RECOMENDACIONES

    En el momento en que se desee agregar un nuevo dispositivo al sistema es

    importante realizar una actualización de los diagramas eléctricos puesto que

    este procedimiento ayuda a una búsqueda más rápida del instrumento,

    actuador o elemento del panel de control en el momento en que se desee

    repararlo o reemplazarlo.

    Seria importante desarrollar un SCADA de este proceso en un paquete

    supervisorio como por ejemplo RSVIEW 32 herramienta de Allen Bradlley o

    Intouch herramienta de Wonderwore o de otro fabricante ya que permitiría

    observar y registrar el proceso desde una computadora remota a el proceso.

    110

  • BIBLIOGRAFÍA

    ACKERMAN. R, FRANZ J. HARTMANN T. HOPF A. PLAGEMANN B.

    Controladores lógicos programables Nivel Avanzado. Esslingen: Festo

    Didactic, 1991. 207 p.

    CAPUZ, Salvador. Introducción al Proyecto de Producción. Ingeniería

    Concurrente para el Diseño del Producto. México, DF: Alfaomega, 2001. 218 p.

    CREUS, Antonio. Instrumentación Industrial. 6 ed. Barcelona: Alfaomega

    Marcombo, 1998. 750 p.

    ISA Online Interactive Course IT01. Instrumentation Symbols. [s.l.]: ISA, 1999.

    15 p.

    Instrucciones Generales de los Controladores Logix 5000. Manual de

    referencia. Milwaukee: Rockwell Automation, 2002. 572 p.

    NEVERS, de Noel. Ingeniería de Control De la Contaminación Del Aire. México

    DF: McGraw – Hill, 1998. 546 p.

    MORENO, Emilio García. Automatización de Procesos Industriales. Madrid:

    Alfaomega, 2001. 470 p.

    OLSSON, G. et al. Computer System for Automation and Control. New York:

    Prentice Hall, 1992. 417 p.

    PIP PIC001 Piping and Instrumentation Diagram Documentation Criteria.

    Process Insdustry Practices. Austin, Texas: The University of Texas, [s.f.]. 23 p.

    111

  • Procedimientos Comunes de los Controladores Logix 5000. Manual de

    programación. Milwaukee: Rockwell Automation, 2002. 442 p.

    Rockwell Software. Getting Results with a PIDE Autotuner. Milwaukee:

    Rockwell Automation, 2002. 30 p.

    ULRICH, Karl T. y EPPINGER, Steven D. Product Design and Development.

    Boston : McGraw Hill, 2000. 358 p.

    112

  • BIBLIOGRAFIA COMPLEMETARIA

    Air Pollution Control Technology. Enviromental Proteccion Agency. [en línea].

    Atlanta EE UU: Enviromental Proteccion Agency, 2004. [consultado 15

    Octubre, 2005]. Disponible en Internet: http:// www.epa.gov/

    BRACH ENVIROMENTAL CORP. Manual de productos y servicios. [en línea].

    New Cork EE UU: Brach Enviromental Corp, 2005. [Consultado 15 Octubre,

    2005]. Disponible en Internet: http://www.brachenv.com/

    The automation bookstore. [en línea]. USA/Canada: Rockwell automation,

    2002. [Consultado 20 de Noviembre 2005].Disponible en Internet:

    http://www.theautomationbookstore.com/

    SLY INC. Technology for a Clean Enviroment. Wet Scrubber Application Guide.

    [en línea].Cleveland EEUU: Sly Inc Technology for a Clean Enviroment, 2005.

    [consultado 20 Octubre 2005


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