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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
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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
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
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Nota de aceptacin
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
________________________________
Firma
Nombre:
Presidente del Jurado
________________________________
Firma
Nombre:
Jurado
________________________________
FirmaNombre:
Jurado
Medelln, 21 de Agosto de 2008
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DEDICATORIA
Dedico este libro de tesis a mis padres,
profesores y compaeros de universidad
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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
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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]
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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.
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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]
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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.
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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
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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
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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.
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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
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Figura 17. Tablero de control
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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
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TABLA DE COMPARACIN ENTRE MARCAS PARA EL PLC
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
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TABLA DE COMPARACIN ENTRE MARCAS PARA EL PLC
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
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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.
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Figura 19. Marcacin de la bornera.
Fuente: QUARK UP. [En lnea] Barrnaquilla: Quark UP., 2007. [consulta: 22 Ene. 2008].
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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
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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
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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.
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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].
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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]
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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.
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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.
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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:
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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.
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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.
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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.
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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.
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BIBLIOGRAFA
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hogar, comercio, agricultura e industria. [En lnea] Mxico: El autor, 2007.
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