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i
Facultad de Ingeniería
Ingeniería de Ingeniería Mecatrónica
Programa Especial de Titulación:
“Automatización del Proceso de
Tratamiento de Agua Potable de la
Planta Caracoles – Mina Quellaveco”
Autor: López Cahua, Verónica Jannet
para optar el Título Profesional de
Ingeniero Mecatrónico
Lima – Perú
2019
ii
DEDICATORIA
A Dios,
Por darme vida, sabiduría y fuerzas para llegar donde me encuentro,
A mis padres,
Por guiarme apoyarme, aconsejarme y enseñarme a dar lo mejor de mi como persona
y
A mis maestros,
Quienes a lo largo de mi vida académica me enseñaron con valores
la importancia de seguir aprendiendo
iii
AGRADECIMIENTO
Al Ingeniero Geoliano Salvatore, por su valiosa asesoría en la preparación y ejecución
de este trabajo.
A la Universidad Tecnológica de Perú, por los conocimientos brindados durante el
tiempo que estuve en ella.
A la empresa Integraciones Eléctrica Perú SAC que colaboro con información y soporte
para la realización de este trabajo.
iv
RESUMEN
El presente informe desarrolla la lógica para la automatización de la Planta de
Tratamiento de Agua del Campamento Caracoles – mina Quellaveco, utilizada como
fuente para el consumo de los trabajadores y para el uso en los diversos procesos de
producción, incluyendo elementos necesarios para una mejor compresión, así como los
puntos más sobresalientes en la automatización del proceso de la Planta.
El funcionamiento de la planta cuenta básicamente con una etapa de coagulación-
floculación seguida de filtración y finalmente desinfección con hipoclorito de calcio, para
así eliminar la turbidez. Todo esto será controlado mediante un PLC ubicado en el
interior de un tablero de monitoreo y control.
Por último, se evalúo el costo de inversión para ejecutar el tablero propuesto, valor que
asciende a S/. 50189.33.
v
ABSTRACT
This report develops the logic for the automation of the Caracoles Camp Water
Treatment Plant - Quellaveco mine, controls as a source for workers' consumption and
for use in the various production processes, including the elements necessary for better
compression, as well as the most outstanding points in the automation of the Plant
process.
The operation of the plant often has a coagulation-flocculation stage followed by filtration
and finally disinfection with calcium hypochlorite, in order to eliminate turbidity. All this
will be controlled by a PLC located inside a monitoring and control board.
Finally, evaluate the investment cost to execute the proposed board, value that amounts
to S /. 50189.33.
vi
INDICE DE CONTENIDO
DEDICATORIA .............................................................................................................. ii
AGRADECIMIENTO .................................................................................................... iii
RESUMEN ..................................................................................................................... iv
ABSTRACT .................................................................................................................... v
INDICE DE FIGURAS .................................................................................................. ix
INDICE DE TABLAS .................................................................................................... xi
INTRODUCCION ............................................................................................................ I
CAPITULO 1: ................................................................................................................. 1
ASPECTOS GENERALES .......................................................................................... 1
1.1. Definición del Problema ................................................................................. 1
1.1.1. Descripción del Problema ....................................................................... 1
1.1.2. Planteamiento del Problema .................................................................. 1
1.2. Definición de objetivos ................................................................................... 2
1.2.1. Objetivo general ....................................................................................... 2
1.2.2. Objetivos específicos .............................................................................. 2
1.3. Alcances y limitaciones .................................................................................. 2
1.4. Justificación ...................................................................................................... 3
1.5. Estado del Arte ................................................................................................ 4
CAPITULO 2 .................................................................................................................. 6
MARCO TEÓRICO ........................................................................................................ 6
2.1. Planta de Tratamiento de Agua Potable ..................................................... 6
2.1.1. Subsistemas de Abastecimiento de Agua Potable: ........................... 8
2.1.2. Esquema de Funcionamiento de una Planta de Tratamiento de
Agua Potable – PTAP ............................................................................................ 9
vii
2.1.3. Variables de Proceso: ........................................................................... 10
2.2. Automatización .............................................................................................. 11
2.2.1. Fases para Puesta en Marcha de un Proyecto de Automatización12
2.2.2. Sistema de Control ................................................................................ 12
2.3. Controlador Lógico Programable ................................................................ 15
2.3.1. Partes del PLC ....................................................................................... 16
2.3.2. Lenguajes de Programación ................................................................ 18
CAPITULO 3 ................................................................................................................ 24
DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN ......................................................................... 24
3.1. Ubicación Geográfica ................................................................................... 24
3.1.1. Ubicación En Mina ................................................................................. 25
3.2. Proceso de la Planta ..................................................................................... 26
3.2.1. Sistema de Coagulación / Floculación ............................................... 27
3.2.2. Pre- Cloración: ....................................................................................... 27
3.2.3. Sistema de Filtración en Profundidad Multimedios: ......................... 28
3.2.4. Sistema de Filtración por Carbón Activado: ...................................... 29
3.2.5. Sistema de Llenado ............................................................................... 29
3.2.6. Dosificación de Hipoclorito de Calcio (para potabilización). ........... 30
3.2.7. Secuencia de Encendido de la Planta ................................................ 30
3.2.8. Secuencia de Apagado de la Planta: ................................................. 31
3.3. Cálculos y Diseño del Sistema de Control ................................................ 32
3.3.1. Control de Proceso ................................................................................ 32
3.3.2. Calculo de Parámetros: ........................................................................ 35
3.3.3. Sistema de Coagulación / Floculación ............................................... 36
3.3.4. Pre- Cloración: ....................................................................................... 39
3.3.5. Sistema de filtración en profundidad multimedios: ........................... 41
viii
3.3.6. Sistema de Filtración por Carbón Activado: ...................................... 42
3.3.7. Sistema de Llenado ............................................................................... 42
3.3.8. Dosificación de Hipoclorito de Calcio (para potabilización). ........... 44
3.3.9. Selección de PLC .................................................................................. 47
CAPITULO 4 ................................................................................................................ 52
RESULTADOS ............................................................................................................. 52
4.1. Resultados ..................................................................................................... 52
4.2. Presupuesto ................................................................................................... 70
CONCLUSIONES ........................................................................................................ 73
RECOMENDACIÓN .................................................................................................... 74
GLOSARIO ................................................................................................................... 75
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................... 76
ANEXOS ....................................................................................................................... 77
Anexo A: Proceso de la Planta de Tratamiento de Agua Potable ................... 77
Anexo B: Planos Eléctricos en AutoCAD ............................................................. 78
Anexo C: Programación Ladder ............................................................................ 79
Anexo D: Tabla de Selección de Guardamotores Siemens .............................. 80
Anexo E: Tabla de Selección de Contactores Siemens .................................... 81
Anexo F: Tabla de Selección de Variadores Siemens ....................................... 82
ix
INDICE DE FIGURAS
Figura 1. Planta de Tratamiento de Agua Potable............................................................7
Figura 2. Subsistemas de abastecimiento de agua Potable.............................................8
Figura 3. Esquema de Proceso........................................................................................9
Figura 4. Diagrama de bloques de un sistema de control típico......................................13
Figura 5. PLC tipo Omron mini H....................................................................................18
Figura 6. Instrucciones Ladder en Logo Soft..................................................................19
Figura 7. Lenguaje Booleano.........................................................................................20
Figura 8. Diagrama de funciones Fuente. Ingeniería Mecafenix.....................................20
Figura 9. Representación de contactos y bobinas..........................................................22
Figura 10. Ubicación geográfica - Mina Quellaveco.......................................................24
Figura 11. Ubicación de la Planta de tratamiento de agua potable dentro de la mina…..25
Figura 12. Diagrama de flujo del proceso PTAP.............................................................26
Figura 13. Esquema de planta de tratamiento................................................................32
Figura 14. Diagrama de Bloques de Planta de tratamiento.............................................32
Figura 15. Diagrama de Control PID de Planta de tratamiento.......................................34
Figura 16. Esquema PID de Planta de tratamiento….....................................................34
Figura 17. Curva de Respuesta......................................................................................36
Figura 18. TD Logo........................................................................................................54
Figura 19. TD Logo........................................................................................................54
Figura 20. TD Logo........................................................................................................55
Figura 21. TD Logo........................................................................................................55
Figura 22. TD Logo........................................................................................................56
Figura 23. TD Logo........................................................................................................56
Figura 24. TD Logo........................................................................................................57
Figura 25. TD Logo........................................................................................................58
Figura 26. TD Logo........................................................................................................58
Figura 27. TD Logo........................................................................................................59
x
Figura 28. TD Logo........................................................................................................60
Figura 29. TD Logo........................................................................................................61
Figura 30. TD Logo. ......................................................................................................62
Figura 31. TD Logo........................................................................................................63
Figura 32. TD Logo........................................................................................................64
Figura 33. TD Logo........................................................................................................65
Figura 34. TD Logo........................................................................................................65
Figura 35. TD Logo........................................................................................................66
Figura 36. Vista Frontal del Tablero Eléctrico.................................................................67
Figura 37. Pruebas de continuidad al tablero Eléctrico...................................................67
Figura 38. Pruebas de continuidad al tablero Eléctrico...................................................68
Figura 39. Descarga del Programa TD Logo - Fuente: Propia........................................68
Figura 40. Conexión Para descargar el Programa al PLC..............................................69
Figura 41. Revisión de Conexionado exterior.................................................................69
Figura 42. Revisión de conexionado exterior TD Logo...................................................70
xi
INDICE DE TABLAS
Tabla 1. Calibración de controladores de Ziegler-Nichols - lazo abierto..………………..15
Tabla 2. Simbolos de Lenguaje ladder……….………………………………………...…..22
Tabla 3. Sistema de coagulacion y floculacion……………………………………….........36
Tabla 4. Sistema de Pre Cloración .……………………………………….……..………....39
Tabla 5. Filtro Multimedia ………….………..………..…………………………………..….41
Tabla 6. Filtro de Carbono activado ………..……………………………………..………..42
Tabla 7. Bomba Centrifuga ………..………..………………………….…………………....42
Tabla 8. Sistema de Cloración final ……………………………………………….………..44
Tabla 9. Salidas de Logo….……..………..……………………….………..…...…..………52
Tabla 10. Salidas de Logo………..………..………..………………….……..………..……53
I
INTRODUCCION
El presente informe de suficiencia profesional trabaja el desarrollo de la lógica para la
automatización de la Planta de Tratamiento de Agua Potable del Campamento Caracoles
– mina Quellaveco que debido al aumento de la producción de la mina, esta se ve en la
necesidad de contratar más personal y la creación de nuevos campamentos, haciendo que
la capacidad de producción de agua potable sea insuficiente en la planta existente y para
ello se realiza la construcción de la nueva planta de tratamiento ubicada en el campamento
Caracoles.
El primer capítulo describe la problemática de tratamiento de aguas potable, desarrolla los
objetivos de esta tesis, así como también brinda información del alcance del proyecto y
muestra algunos proyectos previos que ayudaron a entender la importancia del proyecto.
En el segundo capítulo mostramos las definiciones necesarias para el entendimiento del
proyecto. Por otro lado, el tercer capítulo describe las características geográficas de la zona
de estudio y evalúa cada sistema del proceso de tratamientos de aguas potable, los
calculos para la correcta selección de equipos del tablero de control tambien se presenta
en este capitulo.
Para terminar en el cuarto y ultimo capitulo mostramos resultados, conclusiones y
recomendaciones.
1
CAPITULO 1:
ASPECTOS GENERALES
1.1. Definición del Problema
El servicio de agua potable es insuficiente para el aumento de trabajadores en la mina
Quellaveco.
1.1.1. Descripción del Problema
Debido al aumento en la producción de la mina, se ve la necesidad de contratar más
personal y para ello la creación de nuevos campamentos, donde el recurso del agua es
insuficiente. En el campamento Caracoles se construyó la nueva planta de tratamiento
de agua potable que se requiere automatizar asegurando el continuo y correcto
funcionamiento de la planta.
1.1.2. Planteamiento del Problema
1.1.2.1. Problema General
¿Cómo se mejora el servicio de agua potable de la mina Quellaveco?
1.1.2.2. Problemas Específicos
¿Cómo funciona cada sistema que interviene en el proceso de tratamiento de agua
potable?
¿Qué equipos se necesita para automatizar la planta?
¿Cómo automatizar la planta de agua potable?
¿Cómo se asegura el funcionamiento de la planta?
2
1.2. Definición de objetivos
1.2.1. Objetivo general
Diseñar y simular un sistema de automatización de la planta de tratamiento de agua
potable del campamento Caracoles de la mina Quellaveco qué pueda abastecer lo
suficiente tanto en el consumo del personal como en los procesos.
1.2.2. Objetivos específicos
Diseñar un tablero para la automatización de la planta de tratamiento de agua
potable acorde al funcionamiento de cada uno de los sistemas intervenidos en este
proyecto.
Seleccionar los equipos necesarios para el diseño del tablero de automatización.
Lograr un suministro continúo de caudal confiable correspondiente a 75 m3/día para
el uso en el campamento Caracol.
Asegurar el funcionamiento continuo del servicio de agua potable incluyendo un
sistema de alarma visual para que comunique su correcto funcionamiento.
Diseñar el sistema de automatización que permita integrar los dispositivos de
medición y actuación que garantice la potabilización del agua.
Realizar una simulación del comportamiento del sistema de automatización.
1.3. Alcances y limitaciones
El alcance del proyecto se basa en tres actividades principales:
Diagnóstico del estado en el que se encontraban funcionando los equipos de la Planta
de tratamiento de agua Potable de la mina Quellaveco y con ello el desarrollo del
programa que logre la automatización de los procesos asegurando la operación continúa
3
de la planta.
Garantizar el suministro continúo de un caudal confiable correspondiente a 75 m3/día
para el uso en el campamento Caracol.
Selección de la alternativa más viable y preparación de la información de ingeniería al
detalle requerida para el diseño, construcción y puesta en servicio del tablero eléctrico
de control y fuerza para monitorear los equipos que intervienen, así como el suministro,
montaje y programación del mismo.
El trabajo no incluye la instrumentación en campo, todas las señales se dejará a
borneras para su cableado en campo. Solo incluye pruebas en el tablero y simulación.
1.4. Justificación
La finalidad de este informe es desarrollar un diseño de automatización que permita el
asegurar el proceso de potabilización de agua que se realiza en la planta de tratamiento
de agua potable PTAP, con el fin de optimizar la planta para obtener un mayor
rendimiento y desarrollando un programa que controla y permite monitorear la
operatividad y continuidad del servicio.
La automatización del proceso de potabilización permite disminuir los riesgos de
suministro de agua de baja calidad o con agentes peligrosos para el personal alojado
en el campamento, que al no contar con un buen servicio de agua potable, podría
ocasionar perdidas en la producción de la mina, y en el peor de los casos puede acarrear
a enfermedades para los trabajadores que pueden generar multas o penalidades, hasta
el cierre de la misma planta
Finalmente, la automatización de la planta, permitirá conocer en tiempo real las
condiciones del agua al momento de ingresar y a su salida, de esta manera, tomar las
acciones correspondientes para entregar el agua en condiciones ideales.
4
1.5. Estado del Arte
Mediante visitas personales y navegando por el internet se encontró en bibliotecas de
distintas universidades proyectos relacionados a este informe, a continuación se detalla
los trabajos encontrados:
Como se puede mostrar en el informe ejecutivo desarrollado por la municipalidad de
Torata titulado “Instalación de un Sistema de Tratamiento de Agua para Consumo
Humano de los Centros Poblados de Torata, la Pascana, Yacango, Mollesaja,
Coplay y Alegoma, Distrito de Torata - Mariscal Nieto - Moquegua” se puede
mejorar parámetros en la producción y mejoras en los costos, aquí se concluye que:
La ausencia de automatización y control en procesos implica como consecuencia
elevación en los costos de operación y mantenimiento.
Los procesos se agilizan con el apoyo de la automatización, así mismo mejora la
eficiencia y brinda a la comunidad más confianza en la utilización de este servicio.
(Torata, 2014)
En el proyecto de Grado de la Ingeniera Angie Consuelo López Nuñez en Colombia
“Diagnostico de la Planta de Tratamiento de Agua Potable San Antonio-
Asociación Sucuneta” indica los beneficios de un aumento en la producción de agua
potable y concluye lo siguiente
Al disponer de mayor cantidad de agua será factible mejorar las condiciones del
servicio de la población.
Esta mejor disponibilidad del recurso permitirá lograr el objetivo propuesto de reducir
los casos de enfermedades intestinales producidos por parásitos, bacterias y otros
microorganismos, así como enfermedades que puedan afectar la piel de los
5
pobladores, coayudando de esta manera a elevar la calidad de vida de los
pobladores que es el fin último del proyecto (Lopez Nuñez, 2016)
En la tesis presentada en Colombia por el Ingeniero Fredy Alexander Arenas Castaño
en el 2017 “Diseño de un Sistema Automatizado para una Planta de Tratamiento
de Agua Potable” nos muestra los beneficios que brinda un sistema central donde
podemos controlar el desarrollo completo de la planta y en donde concluye que:
Se garantiza el correcto y eficaz funcionamiento de la planta de tratamiento teniendo
un sistema centralizado que controla desde un mismo punto todo el proceso, que
contando con una pantalla HMI de fácil acceso se puede visualizar en tiempo real a
el proceso completo. (Arenas Castaño, 2016)
Por último y no menos importante la tesis encontrada fue de la Ingeniera Paola Alvarado
Espejo en Ecuador “Estudios y Diseños del Sistema de Agua Potable del Barrio
San Vicente, Parroquia Nambacola, Cantón Gonzanamá.” Donde la autora indica el
beneficio existente al desarrollar un sistema de agua potable y concluyendo:
Los futuros ingenieros benefician su formación profesional con el apoyo de este tipo
de proyectos que apoyan a su instrucción, ya que posibilitan trasladar a la práctica
las teorías adquiridas en las experiencias realizadas, y en las soluciones planteadas
a distintos problemas encontrados.(Alvarado Espejo, 2013)
6
CAPITULO 2
MARCO TEÓRICO
2.1. Planta de Tratamiento de Agua Potable
Se le llama planta de tratamiento de agua potable (PTAP) a la agrupación de estructuras
y sistemas de ingeniería que forman un conjunto para tratar de agua haciéndola apta
para el consumo.
En toda potabilización del agua es requisito cumplir los siguientes principios:
Combinación de barreras múltiples es decir, la combinación de etapas en el proceso
de potabilización y así obtener mínimos riesgos para los pobladores.
Tratamiento integrado: en el cual se produce un efecto esperado.
Tratamiento por objetivo: una meta específica para cada etapa, esta es relacionada
con eliminar algún tipo de contaminante por cada una.
Es necesario contar como mínimo con una unidad de respaldo en la planta de
tratamiento para cada proceso y así operar en forma continua, así cuando uno de los
componentes se encuentra en mantenimiento el de respaldo trabajara.
En el periodo de diseño, se debe cumplir que la capacidad de producción del agua
tratada sea superior a la demanda diaria requerida.
La figura 1 a continuación muestra un modelo típico de planta de tratamiento de agua
potable.
7
Figura 1. Planta de Tratamiento de Agua Potable
Fuente: Epsel S.A
La agrupación de sistemas y operaciones físicas, químicas y biológicas forman las
plantas de tratamiento de agua, en donde el principal objetivo es la reducción y/o
eliminación de contaminantes e impurezas en el agua.
La finalidad de cada proceso es el obtener agua de características específicas acorde
al uso correspondiente, en el cual la combinación de operaciones de cada proceso
depende del inicio del agua a tratar y su destino final.
Los tratamientos de agua se centran para la potabilización y depuración de aguas
residuales, estos dos tratamientos comparten operaciones similares.
En cuanto a calidad se refiere, las plantas de tratamiento de agua presentan uno de los
procesos más exigentes pues impactan directamente en el medio ambiente y en la
población, por ello se debe asegurar que cada etapa involucrada garantice su ejecución
manera óptima y eficiente.
8
2.1.1. Subsistemas de Abastecimiento de Agua Potable:
El sistema de abastecimiento se divide en tres subsistemas:
Subsistema de Captación y Tratamiento:
Desde la captación de agua cruda hacia la planta de tratamiento y los procesos
involucrados para lograr que el agua sea apta para el consumo, estos procesos pueden
ser químicos, físicos y biológicos.
Subsistema de Distribución:
Involucra el transporte del agua desde la planta de tratamiento hasta la entrada del
usuario final, esto se realiza mediante una red de tuberías donde se requiere
adicionalmente de estanques, reservorios y estaciones de bombeo para su impulsión.
Subsistema Intradomiciliario:
Es la distribución del agua potable desde la entrada del usuario final hacia todas las
instalaciones donde se va a realizar el consumo, incluyendo sanitarios y cañerías. La
figura 2 muestra en forma simplificada los subsistemas de abastecimiento de agua
Potable.
Figura 2. Subsistemas de abastecimiento de agua Potable.
Fuente: Tecnologías Apropiadas en Agua y Saneamiento
9
2.1.2. Esquema de Funcionamiento de una Planta de Tratamiento de
Agua Potable – PTAP
Una planta de tratamiento de agua Potable PTAP, es un sistema integrado que incluye
diversos procesos para obtener agua que sea apta para el consumo. Entre estos
proceso encontramos: coagulación, floculación, sedimentación, mezcla, clarificación,
filtrado y desinfección.
Según las características del agua a tratar se pueden tener filtración simple o doble, este
último se recomienda cuando el agua tiene alto contenido de hierro y manganeso y
cuando el agua tiene excesivo color.
Previamente se realiza un análisis al agua tratar para diseñar la planta de tratamiento y
proceder a su construcción. En la figura 3 se muestra el funcionamiento de la planta de
tratamiento del proyecto, en el cual se puede distinguir las etapas después de la toma
de rio.
Figura 3. Esquema de Proceso.
Fuente: IUTET
10
Toma del Rio: Es el inicio de la captación del agua; puede presentar una reja, la
cual impide el paso de elementos de mayor tamaño (animales, troncos, etc.).
Desarenador: Separa la arena que va suspendida para evitar dañar las bombas.
Cámara de Mezcla: en este lugar se agrega productos químicos como coagulantes
por ejemplo: sulfato de alúmina y alcalinizantes (cal).
Bombeo de Baja Presión: captan el agua de la fuente, ya sea río, lago o embalse,
impulsando el agua cruda a la cámara de mezcla.
Decantador: El agua llega a un gran reservorio donde se reposa por un tiempo,
esto permite que impurezas incluyendo bacterias que la continúen se queden en el
fondo, el agua sale clarificada.
Filtro: luego de la decantación se llega al filtro, el agua pasa a través de varias
capas de arena de distinto grosor. El agua sale prácticamente potable.
Desinfección: se asegura la potabilidad del agua agregando cloro que es el
encargado de eliminar el exceso de bacterias y su proliferación en su recorrido final.
Depósito: lugar donde se almacena para ser distribuida a la población.
Control Final: para terminar el agua es estrictamente controlada por profesionales,
quienes realizan pruebas donde analizan las muestras tomadas en distintos puntos
del sistema antes de que esta sea distribuida para el consumo.
2.1.3. Variables de Proceso:
En los procesos que realizan las plantas de tratamiento de agua, al igual que en todos
los procesos industriales, se controlan diferentes variables, y se realizan medidas
correspondientes de los objetos de análisis.
En las PTAP las variables más comunes que se encuentran en los procesos son:
Presión: Es la variable más importante en los procesos, que debe ser medida y
controlada. Es la fuerza por unidad de área ejercida por un fluido.
11
Caudal: En fluidos, el caudal se define como la cantidad de fluido que se traslada
en una unidad de tiempo.
Nivel: Es fundamental en el proceso, ya que con esta variable sirve para conocer
medidas como el volumen, alturas, etc. O también puede servir para ser utilizada
como una condición de operación
2.2. Automatización
Se le llama automática al conjunto de procedimientos y métodos previamente
programados para remplazar las tareas físicas y mentales del hombre. Esta definición
es brindada por La Real Academia de las Ciencias Físicas y Exactas, de esta deriva el
concepto de la automatización como la aplicación de la automática al control de
procesos industriales.
El proceso es parte de un sistema en el cual una entrada de material, energía e
información, se transforman acorde a un entorno, dando lugar a una salida en forma de
producto.
Entre los procesos industriales encontramos procesos continuos, discretos y Batch.
Los procesos continuos son un flujo constante de material. Por ejemplo, generación de
electricidad y purificación de agua.
La salida de los procesos discretos se da en unidades y número finito de piezas.
A los procesos cuya salida se da en lotes de material se denomina procesos Batch, por
ejemplo producción de productos alimenticios, farmacéuticos, entre otros. (Ponsa
Asensio, 2005)
12
2.2.1. Fases para Puesta en Marcha de un Proyecto de Automatización
Para una automatización se requiere de la colaboración de diversos departamentos de
una empresa tanto administrativos como operativos.
Las fases siguientes forman el marco metodológico que el operario debe realizar:
- Automatización
- Supervisión
- Interacción
- Implementación
- Pruebas
(Ponsa Asensio, 2005)
2.2.2. Sistema de Control
Son un conjunto de dispositivos que se encargan de dirigir, acondicionar, regular y
administrar la conducta de otro sistema, cuyo fin es la reducción de fallas obteniendo
resultados requeridos. En procesos de producción industrial se usan generalmente
estos sistemas para dirigir y monitorear máquinas y equipos.
Entre los sistemas más comunes de control, tenemos de lazo abierto y de lazo cerrado.
Un sistema de control de lazo cerrado, es donde existe una realimentación en la señal
de salida o de ella y a la vez actúa como una señal de entrada al controlador. El
Feedback es la clave para este control, el valor medido de la variable controlada es
comparado con el valor deseado y la diferencia es usada para decidir el valor de la
variable manipulada. (Devia, 2016)
13
2.2.2.1. Tipos de Control
Un diagrama de bloques es la representación gráfica de un sistema de control, se
representa de este modo la interrelación que existe entre los componentes del sistema.
Los bloques funcionales conectan las variables del sistema. El sistema produce una
salida sobre la señal de entrada, a esto se le llama bloque funcional el cual es un símbolo
matemático. La punta de flecha que ingresa al bloque indica la entrada y la que sale del
bloque la salida. La señal de entrada multiplicada por la función de transferencia del
bloque dará como resultado la magnitud de la señal de salida.
Figura 4. Diagrama de bloques de un sistema de control típico
Fuente: Propia
Entre los tipos de reguladores encontramos:
Dos Posiciones (ON-OFF)
Es el control más simple y económico, su actuador tiene dos posibles estados de salida:
ON y OFF. Es utilizado para mantener el PV entre dos límites y no es recomendado usar
para proyectos que requieren precisión.
Proporcional (P)
La salida del controlador U(t) y la señal de error E(t) tienen la siguiente función de
transferencia dada por la ecuación:
14
Kp = U(s)
E(s)…..…..Ec. (1)
Kp: Ganancia proporcional.
La banda proporcional indica la magnitud de acción de control ante una señal de error
en la entrada:
p = 1
Kp…..…..Ec.(2)
Proporcional-Integral (PI).
El valor de salida del controlador proporcional varía a razón del tiempo de permanencia
del error y su magnitud, su función de transferencia es:
U(s)
E(s)= Kp( 1 +
1
Tn.s) …..…..Ec.(3)
Kp: Ganancia proporcional.
Tn: Tiempo de acción integral.
El tiempo al igual que la ganancia es ajustable, el tiempo integral regula la velocidad de
acción de control y el Kp afecta a la parte integral y a la parte proporcional
Proporcional-Derivativo (PD).
Un gran sobreimpulso en la variable controlada es producido por una gran pendiente
e(t) en un sistema lineal que corresponde a una entrada escalón.
El control derivativo mide la pendiente instantánea de e(t) y pronostica el sobreimpulso,
de esta forma se puede aplicar las correcciones antes del sobreimpulso.
La función de transferencia está dada por:
U(s)
E(s)= Kp( 1 + Tv. s) …..…..Ec.(4)
15
Tv: Duración predicha
Proporcional Integral Derivativo (PID).
Es la combinación PI y PD donde cada acción de control trabaja de forma independiente.
La función de transferencia es:
U(s)
E(s)= Kp( 1 +
1
Tn.s+ Tv. s) …..…..Ec.(5)
2.2.2.2. Calibración de Controladores.
Es el proceso de ajustar los parámetros para cumplir con las especificaciones de diseño.
El método Ziegler-Nichols sirve para afinar los controladores PID, este método se basa
en la respuesta experimental ante una señal escalón de entrada. Esta regla se puede
utilizar cuando se desconocen los modelos matemáticos de las plantas (Sole, 2009)
Tabla 1 - Método de calibración de controladores de Ziegler-Nichols a lazo abierto
Fuente: Instrumentos Industriales: Ajuste y Calibración
2.3. Controlador Lógico Programable
El Controlador Lógico Programable - PLC es un dispositivo que controla una máquina o
proceso, considerada como una caja de control con dos filas de terminales: una para
salida y la otra para entrada. (John Hyde, 1997).
16
Las plantas dentro de cada empresa tienen distintas necesidades, por lo que los PLC
son flexibles y adaptables según requerimiento, la gama de tareas que pueden realizar
es amplia. Estas necesidades determinarán el tipo de PLC requerido para la instalación.
Entre los formatos de PLC encontramos los siguientes: el integrado o compacto y el
modular.
El PLC compacto está conformado por una sola pieza y se utiliza para aplicaciones
limitadas es decir, la integración del CPU, entradas, salidas, memoria y en muchos
casos fuente de alimentación en un mismo equipo.
El PLC modular, es la agrupación de elementos entre los cuales se encuentran la CPU,
memorias, módulos de entradas y salidas (digitales y analógicas).
Estos son ideales para aplicaciones variadas donde requieran realizar tareas más
complejas
2.3.1. Partes del PLC
2.3.1.1. Fuente de Alimentación
Suministra energía al CPU y a las tarjetas según configuración.
+ 5 V alimentación de tarjetas
+ 5.2 V alimentación del programador
+ 24 V para canales de lazo de corriente 20 mA
2.3.1.2. CPU
Parte imprescindible del controlador, es la más compleja y considerada como el cerebro
del equipo.
17
Unidad compuesta por microprocesadores y memorias, internamente cuenta con unidad
de control, memoria RAM, temporizadores, contadores, memorias tipo relé, entradas y
salidas, entre otros. Su trabajo es recepcionar las señales de entrada, ejecutar los
programas de control previamente ingresados, y ejecutar las salidas, su trabajo es
permanente y veloz.
2.3.1.3. Entradas y Salidas Digitales
Las entradas y salidas son vínculos entre el CPU y los dispositivos de campo. Aquí se
realiza el intercambio de información, recepción de datos y mando para los actuadores.
Una señal digital representa valores discretos.
2.3.1.4. Entradas y Salidas Análogas
Tiene similar función a las entradas y salidas digitales, solo que estas encuentran
valores dentro de un rango.
2.3.1.5. Panel de Operador
Almacena información provisional o permanente.
Cuenta con dos tipos de memorias,
RAM o VOLATIL
EPROM y EEPROM o NO VOLATIL
La figura 5 muestra el funcionamiento de un PLC, donde este recibe señales de entrada,
para mandar señal a las salidas donde trabajan los actuadores.
18
Figura 5. PLC tipo Omron mini H.
Fuente: Omron
2.3.2. Lenguajes de Programación
El Programa es un conjunto de instrucciones, órdenes y símbolos que son reconocidos
por el PLC, que permite ejecutar una secuencia de control previamente ingresada.
Mediante lenguajes de Programación se ingresa un programa a la memoria del PLC. En
la actualidad, los PLC manejan nuevas y versátiles instrucciones que transfieren datos
de una memoria a otra, así mismo llevar a cabo operaciones matemáticas y lógicas en
un bloque aparte.
Actualmente cada fabricante diseña su propio software de programación. Entre los más
difundidos a nivel mundial son:
19
- Lenguaje de Contactos, Ladder o Escalera: Es un lenguaje gráfico muy comercial
dentro de los Controladores Lógicos Programables (PLC), esto se debe a que utilizan
esquemas eléctricos de control clásicos.
La figura 6 representa el control de un arranque directo en lenguaje Ladder.
Figura 6. Instrucciones Ladder en Logo Soft.
Fuente: Siemens
El leguaje Ladder se explica a mayores detalles en el sub capítulo 2.3.4.2
- Lenguaje Booleano: o también llamado lista de instrucciones, que son una
transcripción literal de las funciones de la algebra Booleana complementadas con
instrucciones de inicio de sentencia y asignación de resultados. Como se aprecia en la
figura 8 es una función algebraica en el lenguaje booleano, existen además otras
instrucciones que son ampliación del lenguaje Booleno que son de uso común en
automatización (TIMER, COUNTER, SET, etc.). A continuación un arranque directo en
lenguaje Ladder
20
Figura 7. Lenguaje Booleano.
Fuente: Introducción a los Autómatas Programables
- Diagrama De Funciones: Utiliza bloques de símbolo lógicos. Las salidas no requieren
ser incorporadas a las bobina de salida, porque están asignadas en las salidas de los
bloques lógicos. Mayormente utilizados por personas que trabajan con compuertas
lógicas debido a que la simbología que tiene es similar. A continuación en la figura 9,
se tiene lógica y o suma, y mayor igual.
Figura 8. Diagrama de Funciones
Fuente: Ingeniería Mecafenix
2.3.2.1. La Norma IEC 1131-3
Esta norma fue desarrollada por la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) con el
fin de tener un mismo estándar para los Controladores Programables donde uno de sus
objetivos fue crear instrucciones de uso común para todos los PLC.
21
Aunque la norma IEC 1131 alcanzó un estándar internacional en agosto de 1992, debido
a la diversidad de fabricantes e incompatibilidad de programas entre las distintas marcas
resulta complicado lograr un estándar global.
La norma IEC 1131-3 hace referencia a los lenguajes de programación donde define
dos lenguajes basados en texto y dos leguajes gráficos:
- Lenguaje textual (cadena de caracteres):
o Lista de Instrucciones (IL)
o Texto Estructurado (ST)
- Lenguaje Grafico (símbolos)
o Diagrama Ladder (LD)
o Diagrama de Bloques de Funciones (FBD)
2.3.3.2. Lenguaje Ladder
El lenguaje LADDER o bien conocido como lenguaje escalera, es un lenguaje gráfico de
programación de los PLC. Es el más común ya que se basa en esquemas eléctricos
clásicos, todo aquel con conocimientos técnico eléctrico puede acceder a la
programación por su facilidad.
Dentro de las ventajas podemos encontrar su simbología según Normas NEMA las
cuales son empleadas por todos los fabricantes.
En la tabla continua se puede observar la simbología básica para programar un PLC
con LADDER, al lado de cada símbolo muestra su respectivo nombre, descripción y
resultado.
22
Tabla 2. Símbolos de Lenguaje Ladder
Fuente: Siemens
Luego de conocer los elementos, se estructura un programa y su orden de ejecución es
determinada por el orde de ingreso de las instrucciones.
La figura 9 representa la estructura general del programa LADDER, empezando de
izquierda a derecha los contactos y al final de cada línea las bobinas u otros elementos.
Figura 9. Representación de contactos y bobinas
Fuente: Siemens
23
En cuanto a su equivalencia eléctrica, líneas verticales representan la alimentación de
un circuito eléctrico.
El orden de ejecución puede variar dependiendo del controlador, por lo general las
instrucciones se dan de arriba hacia abajo y de izquierda a derecha, empezando por los
contactos y luego las bobinas, acorde a la activación y desactivación de los contactos
actuaran las bobinas y marcas, pero siempre respetando el orden de introducción del
programa.
En el Anexo 4 del informe se encuentra el diagrama Ladder acorde a la lógica del
proceso.
24
CAPITULO 3
DESARROLLO DE LA SOLUCIÓN
En este capítulo se desarrolla el informe con los datos reales de la planta.
3.1. Ubicación Geográfica
La planta de tratamiento se encuentra dentro del proyecto de Anglo American
Quellaveco S.A. (AAQSA), el cual comprende una planta de 127,5ktpd de concentrados
de cobre y molibdeno. La figura 10 muestra la ubicación geográfica de la planta en
operación, ubicada al sur del Perú, entre el valle del río Asana y el valle de Cortadera,
en el distrito de Torata, en la provincia de Mariscal Nieto, departamento de Moquegua,
a 30 kilómetros al noreste del poblado de Moquegua.
Figura 10. Ubicación Geográfica
Fuente: Mina Quellaveco
25
3.1.1. Ubicación En Mina
La planta de tratamiento está ubicada dentro del sector Botadero Caracoles (Plataforma
para PTAP) como se muestra en la figura 11
Figura 11 Ubicación de Planta de tratamiento de agua Potable dentro de la mina Quellaveco
Fuente: Mina Quellaveco
26
3.2. Proceso de la Planta
A continuación, la siguiente figura 13 muestra el diagrama de flujo del proceso de la
planta
Figura 12. Diagrama de flujo del proceso PTAP.
Fuente: Propia
27
El proceso se puede apreciar a mayor detalle en el Anexo 2 del presente trabajo donde
se muestra el esquema de funcionamiento de la planta
A continuación se describe cada proceso de la planta, mayor detalle de las
codificaciones se encuentra en los anexos 2, 3, y 4 donde se ubican los diagramas de
proceso, esquemas eléctricos y diagrama Ladder.
3.2.1. Sistema de Coagulación / Floculación
Al inicio del proceso consta con una etapa de coagulación-floculación mediante la
inyección de coagulante en línea y floculante si esto es necesario.
El sistema de dosificación de coagulante consta de dos bombas dosificadoras 010-MP-
001 y 010-MP-002, un agitador 010-MA-101. Las dosificadoras de coagulante 010-MP-
001 y 010-MP-002 en modo automático encenderán cada vez que se enciendan
cualquiera de las dos electrobombas de alimentación 010-CP-101 y 010-CP-102 y se
apagaran cuando las dos electrobombas de alimentación estén apagadas. En caso la
dosificadora se quede sin químico, se enciende una luz de alarma en la dosificadora.
Las dosificadoras trabajaran en régimen de proceso alternado: 1 en funcionamiento y 1
en stand-by. Intercambiando cada 6 horas.
El agitador 010-MA-101 en modo automático trabajará durante 5 minutos y estará
apagado durante 55 minutos.
En modo manual las dosificadoras y agitador trabajaran durante todo el tiempo que el
selector señale modo manual.
3.2.2. Pre- Cloración:
Este sistema asegura la eliminación de microorganismos que puedan contaminar el
material de relleno de los filtros. Este sistema trabaja para mantener una concentración
mínima de 0,5 ppm de cloro libre residual en el agua potable.
28
El sistema de dosificación de hipoclorito de calcio (INICIAL) consta de dos bombas
dosificadoras 010-MP-003 y 010-MP-004, un agitador 010-MA-102.
Las dosificadoras de hipoclorito de calcio 010-MP-003 y 010-MP-004 en modo
automático encenderán cada vez que se enciendan cualquiera de las dos electrobombas
de alimentación 010-CP-101 y 010-CP-102, se apagaran cuando las dos electrobombas
de alimentación estén apagadas. Las dosificadoras trabajaran en régimen de proceso
alternado: 1 en funcionamiento y 1 en stand-by. Intercambiando cada 6 horas. En caso
la dosificadora se quede sin químico, se enciende una luz de alarma en la dosificadora.
El agitador 010-MA-102 en modo automático trabajara durante 5 minutos y estará
apagado durante 55 minutos.
En modo manual las dosificadoras y agitador trabajaran durante todo el tiempo que el
selector señale modo manual.
3.2.3. Sistema de Filtración en Profundidad Multimedios:
Está constituido por un tanque de PRFV con un cabezal que automatiza la operación de
filtración y retrolavado. Estos filtros son económicos y efectivos para la retención de
partículas por suspensión. Los filtros están compuestos por varias capas de arena de
cuarzo y arena cuarcítica. Se considera una capa de Greensand para eliminación de
hierro.
Los filtros realizan la limpieza del lecho filtrante de manera automática. La frecuencia de
la limpieza depende del contenido de sólidos suspendidos en el agua de entrada y de la
necesidad de prevenir la compactación y por ello la formación de caminos preferenciales
en el lecho. Esta regeneración o limpieza no necesita de ningún consumible, solo agua
en contra flujo.
Para este tipo de sistemas se ha considerado un sistema de regeneración continua del
29
medio filtrante, por medio del agregado continuo de un oxidante, en este caso hipoclorito
de sodio.
3.2.4. Sistema de Filtración por Carbón Activado:
Sirve para eliminar malos olores y sabores indeseables. Asimismo retiene los
contaminantes orgánicos gracias a la propiedad de adherencia por una efectiva carga
de carbón activado granulado.
3.2.5. Sistema de Llenado
Las electrobombas de alimentación 010-CP-101 y 010-CP-102 tienen arranque asistido
por variadores de frecuencia con lazo de control por presión constante, mediante un
transmisor de presión 010-PT-101. Cuando la planta esté en modo servicio enciende
cualquiera de las dos electrobombas de alimentación a una presión de 60PSI y a un flujo
de 3.3 m3/h.
La planta entra al modo servicio cada vez que baje el nivel de agua de los Tanques de
Agua Tratada, la señal es enviada por los sensores de nivel 010-HSL-XX al solenoide
010-SV-101 para que este se apertura y a la vez se active el sistema de presión
constante, las electrobombas trabajarán alternadamente cada 6 horas.
El sensor de nivel bajo 010-LSL-XX envía una señal de nivel bajo cuando el nivel del
Tanque de Agua Cruda este por debajo de lo establecido, generando una luz de alarma
en el tablero de control “Nivel bajo Tanque Agua Cruda”, al recibir esta señal también
las bombas de alimentación dejan de trabajar.
El agua transita a través de los filtros de Greensand y carbón llegando a los tanques de
agua tratada, estos tanques cuentan como mínimo con un sensor de nivel de llenado
010-HSL-XX para el APAGADO y ENCENDIDO de la Planta de Tratamiento de Agua.
En la tubería que va hacia a los tanques de agua tratada se realizará la dosificación de
30
hipoclorito de calcio (Final).
3.2.6. Dosificación de Hipoclorito de Calcio (para potabilización).
Este sistema asegura que el agua tratada tenga la dosis de cloro libre que exige la
normativa. Este sistema trabajará para mantener una concentración mínima de 0,5 ppm
de cloro libre residual en el agua potable.
El sistema de dosificación de hipoclorito de calcio (FINAL) consta de dos bombas
dosificadoras 010-MP-005 y 010-MP-006, un agitador 010-MA-103. Las dosificadoras
de hipoclorito de calcio (FINAL) en modo automático encenderán cada vez que se
enciendan cualquiera de las dos electrobombas de alimentación 010-CP-101 y 010-CP-
102 y se apagaran cuando las dos electrobombas de alimentación estén apagadas. Las
dosificadoras trabajaran en régimen de proceso alternado: 1 en funcionamiento y 1 en
stand-by. Intercambiando cada 6 horas. En caso la dosificadora se quede sin químico,
se enciende una luz de alarma en la dosificadora.
El agitador 010-MA-103 en modo automático trabajara durante 5 minutos y estará
apagado durante 55 minutos. En modo manual las dosificadoras y agitador trabajaran
durante todo el tiempo que el selector señale el modo manual. Finalmente la solenoide
010-SV-101 permanecerá abierta mientras no reciba la señal de nivel alto 010-HSL-XX
y se cerrara cuando la señal de tanque lleno 010-HSL-XX sea confirmada.
3.2.7. Secuencia de Encendido de la Planta
La planta de tratamiento cuenta con dos modos principales de trabajo: Modo Servicio y
Modo Retrolavado, los cuales tienen las siguientes secuencias:
Condición 1:
Las Válvulas Magnum de los filtros se encuentran en Modo Servicio.
No se recibe confirmación de Nivel Alto en Tanque de Agua Tratada.
31
Pasos:
1 ° Solenoide 010-SV-01 abierto
2° Enciende una de las bombas de alimentación al setpoint de servicio
3° Enciende las dosificadoras de: Coagulante, Hipoclorito Inicial, Hipoclorito Final
4° Arrancan los agitadores a trabajar por 5 min cada hora.
Condición 2:
Alguna de las Válvulas Magnum de los filtros se encuentra en modo Retrolavado.
Pasos:
1 ° Solenoide 010-SV-01 cerrado
2° Enciende las dos bombas de alimentación al setpoint de retrolavado.
3° Enciende las dosificadoras de: Coagulante, Hipoclorito Inicial, Hipoclorito Final
4° Arrancan los agitadores a trabajar por 5 min cada hora.
3.2.8. Secuencia de Apagado de la Planta:
La planta dejará de trabajar cuando ocurra lo siguiente:
Condición 1:
Confirmación de Nivel Alto en Tanque de Agua Tratada.
Pasos:
1 ° Solenoide 010-SV-01 cierra
2° Se apagan las bombas de alimentación.
32
3° Se apagan las dosificadoras de: Coagulante, Hipoclorito Inicial, Hipoclorito Final.
4° Se apagan los agitadores.
3.3. Cálculos y Diseño del Sistema de Control
3.3.1. Control de Proceso
Figura 13. Esquema de Planta de tratamiento
Fuente: Propia
La Planta de tratamiento de Agua Potable es un control de Lazo abierto tipo PID
Figura 14. Diagrama de Bloques de Planta de tratamiento
Fuente. Propia
33
Donde:
R(s): Entrada - Agua Cruda
G1(s): Tanque de Agua Cruda
G2(s): Filtro Activado
G3(s): Filtro Carbón
G4(s): Tanque de Agua Tratada
H1: Coagulante
H2: Hipoclorito de Calcio inicial
H3: Hipoclorito de Calcio Final
Y(s): Salida - Agua Tratada
G(s) =
G11 − G1H1
1 − (G1
1 − G1H1) . H2
∗ G2 ∗ G3(G4
1 − G4H3)
G(s) =
G11 − G1H1
1 − G1. H1 − G1H21 − G1H1
∗ G2 ∗ G3(G4
1 − G4H3)
G(s) =G1
1 − G1. H1 − G1H2∗ G2 ∗ G3(
G4
1 − G4H3)
G(s) =G1
1 − (G1(H1 + H2))∗ G2 ∗ G3(
G4
1 − G4H3)
34
Figura 15. Diagrama de Control PID de Planta de tratamiento
Fuente: Propia
Figura 16. Esquema PID de Planta de tratamiento.
Fuente: Propia
Donde:
R(s): Entrada - Agua Cruda
G(s): Planta
PID: Control Integrativo derivativo
U(s): Función de Transferencia
E(s): Error
Y(s): Salida - Agua Tratada
35
3.3.2. Calculo de Parámetros:
1. Se espera hasta que la salida se encuentre en estado estacionario y se establecen
condiciones de funcionamiento constantes:
- Ta constante.
- Válvula de entrada normalmente abierta
- Servo válvula de vaciado = 55% cerrada
- Electroválvula cerrada.
- Potencia de la bomba = 38%,
todo ello hasta conseguir una salida estacionaria del 16% de nivel en el depósito.
2. Provocar un salto en la variable manipulada:
- variar potencia de bomba = 50%.
3. Vigilar la salida hasta alcanzar un nuevo valor estacionario:
- nuevo valor a alcanzar = 70%.
4. Obtener K, que es la división entre el rango de variación de salida y el de entrada.
K =70 − 16
50 − 38= 4.5
5. Medir el instante en que la señal se encuentra al 28,3 % y al 63,2 %.
28,3% = t1 = 66 seg
63.2% = t2 = 180 seg
6. Obtener: Tp = 1,5(t2 − t1) y To = t2 − T p
Tp = 1.5(t2 − t1) = 1.5(180 − 66) = 171 seg
To = t2 − t1 = 180 − 171 = 9seg
36
Acorde al Método Ziegler y Nichols los parámetros para ingresar en el programa serian:
Kp = 1.2 ∗Tp
KTo= 1.2
171
4.5 ∗ 9= 5.0667
Tn = 2To = 2 ∗ 9 = 18 seg = 0.3 min
Tv = 0.5 ∗ To = 0.5 ∗ 9 = 0.45 seg = 0.1
Figura 17. Curva de Respuesta.
Fuente: Propia
3.3.3. Sistema de Coagulación / Floculación
Tabla 3. Sistema de Coagulación y Floculación
SISTEMA DE COAGULACIÓN FLOCULACIÓN
Bomba Dosificadora 2 UND (1X 100%, 1 Standby)
Modelo F1 MA
Marca ACQUATRON
Capacidad 1,5 L/H
Máx. Presión de Operación 12 bar
Consumo de energía 120 W
Tanque de Químico 1 UND
Marca Rotoplast
Capacidad del Tanque 250 litros
Agitador 1 UND.
Marca EPLI
Modelo MS-712-4. FCNDK40 1.25 - 160.14(71B5)
Potencia 0.5 HP
37
Funcionamiento Por tiempo
Fuente: Memoria descriptiva PTAP
Cálculos Selección de equipos para el tablero Eléctrico
Formula a remplazar
Para un arranque Directo, sea
En trifásico
In =W
√3 ∗ U ∗ FP
Iarr = In ∗ 7
Iarr =W
√3 ∗ U ∗ FP∗ 7
En monofásico
In =W
2U ∗ FP
Iarr = In ∗ 7
Iarr =W
2U ∗ FP∗ 7
Donde:
In = Corriente nominal
Iarr = Corriente de Arranque
W = Potencia del motor
HP = 745.7W
38
U = Tension de Trabajo
FP = Factor de Potencia
Se considera para la Bomba dosificadora:
U = 380 VAC
FP = 0.8
Luego remplazando en la fórmula:
Iarr =120
2 ∗ 380 ∗ 0.8∗ 7 = 1.382A
Acorde a las tablas Anexo 5 y 6
Guardamotor: Sirius 3RV10 Reg. 1.1-1.6A
Contactor: Sirius RT10 7A en AC3, bob 220VAC
Se considera para el Agitador:
W = 0.5x745.7 = 372.85 Watts
U = 380 VAC
FP = 0.8
√3 = 0.1732
Luego remplazando en la fórmula:
Iarr =372.85
0.1732 ∗ 380 ∗ 0.8∗ 7 = 4.956A
Acorde a las tablas Anexo 5 y 6
39
Guardamotor: Sirius 3RV10 Reg. 5.5-8A
Contactor: RT10 12A en AC3, bob 220VAC
3.3.4. Pre- Cloración:
Tabla 4. Sistema de Pre Cloración
SISTEMA DE CLORACIÓN INICIAL
Bomba Dosificadora 2 UND (1X 100%, 1 Standby)
Modelo F1 MA
Marca ACQUATRON
Capacidad 1,5 L/H
Máx. Presión de Operación 12 bar
Consumo de energía 120 W
Tanque de Químico 1 UND
Marca Rotoplast
Capacidad del Tanque 250 litros
Agitador 1 UND.
Marca EPLI
Modelo MS-712-4. FCNDK40 1.25 - 160.14(71B5)
Potencia 0.5 HP
Funcionamiento Por tiempo
Fuente: Memoria descriptiva PTAP
Cálculos Selección de equipos para el tablero Eléctrico
Formula a remplazar
Para un arranque Directo, sea
En trifásico
In =W
√3 ∗ U ∗ FP
Iarr = In ∗ 7
40
Iarr =W
√3 ∗ U ∗ FP∗ 7
En monofásico
In =W
2U ∗ FP
Iarr = In ∗ 7
Iarr =W
2U ∗ FP∗ 7
Donde:
In = Corriente nominal
Iarr = Corriente de Arranque
W = Potencia del motor
HP = 745.7W
U = Tension de Trabajo
FP = Factor de Potencia
Se considera para la Bomba dosificadora:
U = 380 VAC
FP = 0.8
Luego remplazando en la fórmula:
Iarr =120
2 ∗ 380 ∗ 0.8∗ 7 = 1.382A
41
Acorde a las tablas Anexo 5 y 6
Guardamotor: Sirius 3RV10 Reg. 1.1-1.6A
Contactor: Sirius RT10 7A en AC3, bob 220VAC
Se considera para el Agitador:
W = 0.5x745.7 = 372.85 Watts
U = 380 VAC
FP = 0.8
√3 = 0.1732
Luego remplazando en la fórmula:
Iarr =372.85
0.1732 ∗ 380 ∗ 0.8∗ 7 = 4.956A
Acorde a las tablas Anexo 5 y 6
Guardamotor: Sirius 3RV10 Reg. 5.5-8A
Contactor: RT10 12A en AC3, bob 220VAC
3.3.5. Sistema de filtración en profundidad multimedios:
Tabla 5. Filtro Multimedia
FILTRO MULTIMEDIA
Velocidad de flujo de Servicio gpm/ft2
Marca del Tanque Canature
Material del Tanque PRFV
Medidas del Tanque 21” x 62 “
Cantidad de Tanques 1 UND
42
Válvula Automática Magnum 293/742L
Material de la Válvula Noryl
Marca Pentair
Conexión (IN/OUT) 2”
Máxima Presión de Operación 100 PSI
Cantidad de Medio filtrante 237 kg
Control de Retrolavado Automático. Programado por tiempo.
Frecuencia de Retrolavado 2 por día
Fuente: Memoria descriptiva PTAP
3.3.6. Sistema de Filtración por Carbón Activado:
Tabla 6. Filtro de Carbono activado
.Filtro De Carbón Activado
Velocidad de flujo de Servicio gpm/ft2
Marca del Tanque Canature
Material del Tanque PRFV
Medidas del Tanque 21” x 62 “
Cantidad de Tanques 1 UND
Válvula Automática Magnum 293/742L
Material de la Válvula Noryl
Marca Pentair
Conexión (IN/OUT) 2”
Máxima Presión de Operación 100 PSI
Cantidad de Medio filtrante 113 kg
Control de Retrolavado Automático. Programado por tiempo.
Frecuencia de Retrolavado 2 por día
Fuente: Memoria descriptiva PTAP
3.3.7. Sistema de Llenado
Tabla 7. Bomba Centrifuga
Sistema de Llenado/ Bombas Centrifugas
Bomba Centrifuga 2 UND (1X 100%, 1 Standby)
43
Modelo F1 MA
Marca ACQUATRON
Capacidad 1,5 L/H
Máx. Presión de Operación 60 PSI
Consumo de energía 5 HP
Marca EPLI
Funcionamiento Por tiempo
Fuente: Memoria descriptiva PTAP
Cálculos Selección de equipos para el tablero Eléctrico
Formula a remplazar
Para un arranque por Variador, sea
En trifásico
In =W
√3 ∗ U ∗ FP
Donde:
In = Corriente nominal
W = Potencia del motor
HP = 745.7W
U = Tension de Trabajo
FP = Factor de Potencia
Se considera para la Bomba dosificadora:
W = 5x745.7 = 3728.5 Watts
44
U = 380 VAC
FP = 0.8
√3 = 0.1732
Luego remplazando en la fórmula:
Iarr =3728.5
√3 ∗ 380 ∗ 0.8= 7.0895A
Acorde a las tablas Anexo 5 y 6
Contactor: Sirius RT10 7A en AC3, bob 220VAC
Guardamotor: Sirius 3RV10 Reg. 5.5-8A
3.3.8. Dosificación de Hipoclorito de Calcio (para potabilización).
Tabla 8. Sistema de Cloración final
Sistema De Cloración Final
Bomba Dosificadora 2 UND (1X 100%, 1 Standby)
Modelo F1 MA
Marca ACQUATRON
Capacidad 1,5 L/H
Máx. Presión de Operación 12 bar
Consumo de energía 120 W
Tanque de Químico 1 UND
Marca Rotoplast
Capacidad del Tanque 250 litros
Agitador 1 UND.
Marca EPLI
Modelo MS-712-4. FCNDK40 1.25 - 160.14(71B5)
Potencia 0.5 HP
Funcionamiento Por tiempo
Fuente: Memoria descriptiva PTAP
45
Cálculos Selección de equipos para el tablero Eléctrico
Formula a remplazar
Para un arranque Directo, sea
En trifásico
In =W
√3 ∗ U ∗ FP
Iarr = In ∗ 7
Iarr =W
√3 ∗ U ∗ FP∗ 7
En monofásico
In =W
2U ∗ FP
Iarr = In ∗ 7
Iarr =W
2U ∗ FP∗ 7
Donde:
In = Corriente nominal
Iarr = Corriente de Arranque
W = Potencia del motor
HP = 745.7W
U = Tension de Trabajo
46
FP = Factor de Potencia
Se considera para la Bomba dosificadora:
U = 380 VAC
FP = 0.8
Luego remplazando en la fórmula:
Iarr =120
2 ∗ 380 ∗ 0.8∗ 7 = 1.382A
Acorde a las tablas Anexo 5 y 6
Guardamotor: Sirius 3RV10 Reg. 1.1-1.6A
Contactor: Sirius RT10 7A en AC3, bob 220VAC
Se considera para el Agitador:
W = 0.5x745.7 = 372.85 Watts
U = 380 VAC
FP = 0.8
√3 = 0.1732
Luego remplazando en la fórmula:
Iarr =372.85
0.1732 ∗ 380 ∗ 0.8∗ 7 = 4.956A
Acorde a las tablas Anexo 5 y 6
Guardamotor: Sirius 3RV10 Reg. 5.5-8A
47
Contactor: RT10 12A en AC3, bob 220VAC
3.3.9. Selección de PLC
Actualmente existe una amplia gama de PLC, las más comerciales en el mercado
Peruano son las siguientes:
Siemens
Allen Bradlley
Schneider Electric, entre otros
A continuación, ventajas y desventajas de distintos PLC
SIEMENS:
Ventajas:
Procedencia Alemana con representación en el Perú.
Marca reconocida y de gran confianza, puede trabajar bajo condiciones poco
óptimas pues presenta robustez.
Lenguaje de programación: software STEP 7 , utiliza los siguientes lenguajes de
programacion:
- Ladder
- Diagrama de Funciones,
- Lista de Instrucciones
- Lenguaje grafico secuencial
Protocolos de Comunicación: Profibus y Profinet adaptable a diferentes marcas de
variadores de frecuencia
Interacción con su software SCADA – WinCC y compatible con otros software como
Intouch, Indusoft, Webstudio, etc.
48
Existen marcas Clonadas, que de existir una migración sería factible realizarlo si
efectuar algún cambio en la parte eléctrica minimizando costos.
Posibilidad de Simulación y diagnóstico del programa
Posibilidad de guardar e imprimir el programa
Posibilidad de editar etiquetas
Transferencia de Datos de PC a PLC y Viceversa.
Más utilizado en el mercado Peruano.
Amplia Variedad.
Desventajas:
Software Step 7, y LogoSoft demora en actualización.
ALLEN BRADLEY:
Ventajas:
Procedencia Estados Unidos. Marca Confiable con representación en Perú.
Bajo costo comparado con Siemens
Lenguaje de Programación:
o Ladder
o Bloques funcionales
Software de programación RSLogix de buena interfaz e intuitiva
Protocolo de comunicación: DeviceNet
Software de Scada RSview con compatible con Visual Basic y base de Datos SQL
Server e Intouch.
Utilizados para procesos críticos (Explosivos e inflamables, corrosivos o tóxicos).
Muy utilizado en el rubro de combustible
Desventajas
49
No tiene otras marcas clonadas, no se puede migrar a otra marca. Pudiendo
incrementar su precio a futuro.
SCHNEIDER ELECTRIC – ZELIO
Ventajas:
Procedencia Francia. Marca Confiable con representación en Perú.
Sencillo y fácil.
Selección del lenguaje de programación Ladder y Bloques.
El software Zelio Soft facilita la configuración de los relés programables Zelio Logic
Posibilidad de Simulación y diagnóstico del programa.
Posibilidad de impresión, guardado de programa y etiquetas.
Transferencia de datos entre la PC y Zelio.
Desventajas
No tiene otras marcas clonadas, no se puede migrar a otra marca.
Alto costo en comparación de Siemens y Allen Bradlley.
No muy conocido en el mercado peruano.
Entre las marcas anteriormente mencionadas se elige la marca Siemens, por la
confiablidad y su fácil uso. . A continuación se muestra dos opciones en la marca
Siemens
LOGO V8
De la familia de los Nano PLC posee las siguientes ventajas.
De uso Simple
Comunicación remota vía móvil
Ahorro de espacio: ayuda a reducir el tamaño del tablero
50
Cableado Reducido
Expandible modularmente : ampliable en cualquier momento
Pantalla integrada para mensajes, cambio de parámetros, cambio de programas
simples.
Rango de Temperatura: -20°C a 50°C sin condensación
Comunicación modbus TC/IP
Actualización gratuita.
S7-1200
Procesamiento de alto poder. Realiza cálculos hasta 64 bits.
Tiente integrado entradas analógicas
Interfaz Ethernet / PROFINET integrado.
Software STEP 7 Basic v13.
Bloques de función para control de ejes.
Rango de Temperatura: -20°C a 60°C sin condensación
51
Para el proyecto se utilizara la marca Siemens, por la confianza y fácil utilización y
para los procesos de la planta las funciones del Logo cumple con los requerimientos.
52
CAPITULO 4
RESULTADOS
4.1. Resultados
Para entender mejor los resultados obtenidos mostramos a continuación las siguientes
tablas 8 y 9 donde encontraremos las direcciones que se requerirán para el programa.
Tabla 9. Descripción de entradas del logo.
INPUTS DESCRIPCION
I1 LSL_CRUDA
I2 LSH_CRUDA
I3 LSL_TRATADA
I4 LSH_TRATADA
I5 Señal Retrolavado Filtro 1
I6 Señal Retrolavado Filtro 2
I7 Selector en modo auto Agitador inicial HCL
I8 Selector en modo auto Agitador final HCL
I9 Selector en modo auto Agitador Coagulante
I10 Auto Centrífuga 1
I11 Auto Centrífuga 2
I14 Falla variador Bomba 1
I15 Falla variador Bomba 2
F1 Botón TD logo
F2 Botón TD logo
F3 Botón TD logo
F4 Botón TD logo
AI6 Entrada analógica de presión
AM1 Carga valor analógico de SF012
AM2 Carga valor analógico de SF007
AM3 Carga valor analógico de SF008
AM4 Carga valor analógico de SF011
AM5 Señal amplificada del sensor de presión
Fuente: Propia
53
Tabla 10. Salidas de Logo.
Fuente: Propia
Funciones Requeridas:
Calculo Algebraico y Aritmético
Multiplexacion
Generador de impulsos asíncronos
Control proporcional integrativo
54
Acorde a estas tablas y a las funciones requeridas para la programación
seleccionaremos el PLC a utilizar.
Descripción del Programa Creado - Lógica
Figura 18. Pantalla Inicial TD Logo
Fuente: Propia
Dos modos de funcionamiento M2 define si es modo retrolavado o modo servicio como
se puede apreciar en la figura 18.
Figura 29. TD Logo
Fuente: Propia
55
M2: Cuando cualquiera de las 2 señales de retrolavado en los filtros 1 o 2 (I5-I6) se
activan o cuando la marca M6 Retro_2 se activa entra en modo retrolavado
Nota: Cuando está en modo retrolavado prende luz amarilla, Figura 120 y envía mensaje
en pantalla modo retrolavado, cuando no está en modo retrolavado envía mensaje en
modo servicio y luz blanca, Figura 19.
Figura 20. TD Logo
Fuente: Propia
Figura 21. TD Logo
Fuente: Propia
56
Q1: Cuando el selector I7 pasa a modo auto se acciona 5 minutos y se desactiva 5
minutos (por medio de T1) figura 20.
Figura 22. TD Logo
Fuente: Propia
Q2: Cuando el selector I8 pasa a modo auto se acciona 5 minutos y se desactiva 5
minutos (por medio de T2). Figura 23
Figura 23.TD Logo
Fuente: Propia
57
Q3: Cuando el selector I9 pasa a modo auto se acciona 5 minutos y se desactiva 5
minutos (por medio de T3). Figura 24
Figura 24. TD Logo
Fuente: Propia
Medición y Control de Presión
Control de variadores en Modo Servicio
Cuando la planta está en modo servicio (retrolavado off M2) Y las entradas I10, I11 están
activas (Centrifuga 1 o 2 en auto) Habilita al módulo PID correspondiente hacia el
variador con sus salidas analógicas Figura 25
58
Figura 25. TD Logo
Fuente: Propia
Siempre y cuando M4 Start está activo (lógica de M4 si el nivel bajo de agua cruda
está activo y los niveles de agua tratada inactivos (Tanque vacío)) PV lectura de
sensor I6 analógico. Figura 26.
Figura 26. TD Logo
Fuente: Propia
59
Control de variadores en Modo Retrolavado
Cuando la planta está en modo retrolavado (M2 On) Habilita el módulo PID de control
con entrada PV lectura de sensor I6 analógico. Figura 27
Lectura de presión analógica
Lectura de sensor en I6 analógico hacia un amplificador SF013 con ganancia 0.18, luego
este valor amplificado es enviado a una marca analógica AM5 Figura 2
Setpoint de presión de servicio
Cuando SF023 está activo trabaja con el contador C014 para subir y bajar el setpoint
mediante los botones de control de TD logo (F2 y F3). Figura 27
Figura 27. TD Logo
Fuente: Propia
Setpoint de presión de en retrolavado
Cuando SF024 está activo trabaja con el contador C015 para subir y bajar el setpoint
mediante los botones de control de TD logo (F2 y F3). Figura 26
60
Figura 28. TD Logo
Fuente: Propia
Configuración de velocidad en modo manual
Cuando SF025 está activo trabaja con el contador C05 para subir y bajar la velocidad
mediante los botones de control de TD logo (F2 y F3).
Operación aritmética SF006 Contador C05 por 17 valor enviado a un amplificador SF007
con ganancia 1 Figura 29.
61
Figura 29. TD Logo
Fuente: Propia
Visualización de pantallas
Entrar a configurar Presión de trabajo SF019 relé enclavador Set cuando planta en modo
servicio (M2 off) y se activa botón de TD logo F1 y Reset cuando se activa M1 (reset
pantallas) y se acciona F4 de TD logo figura 28.
Entrar a Retrolavar manualmente pulsando botón F2 de TD logo y cuando SF019 esta
desactivado y la planta está en modo servicio (M2 off) Set SF022 y Reset de SF022
cuando SF026 y F4 de TD logo.
SF022 activa Marca M6 para entrar a modo retrolavado desde pantalla.
Para setear presión de retrolavado se activa F1 desde TD logo y espera el timer T027
para el set de SF020 el reset es con F4 de TD logo y M1 (reset pantallas).
Para setear velocidad de variador se activa F1 desde TD logo y espera el timer T028
para el set de SF021 el reset es con F4 de TD logo y M1 (reset pantallas).
62
Para setear Válvula manual, se activa F1 desde TD logo y espera el timer T030 para el
set de SF032 el reset es con F4 de TD logo y M1 (reset pantallas).
Figura 30. TD Logo
Fuente: Propia
Reset de pantallas M1 se activa con SF032 Válvula Manual
Envío de Mensajes a TD logo
Cuando está en modo servicio y se activa SF019 y SF020 Off envía mensaje Setear
presión de trabajo y su lógica Up-Down a la pantalla TD logo y activa timer T027.
Cuando está en modo servicio y se activa SF020 y SF021 Off envía mensaje Setear
presión de Retrolavado y su lógica Up-Down a la pantalla TD logo y activa timer T028.
Cuando está en modo servicio y se activa SF021 y SF032 Off envía mensaje Fijar
velocidad manual de bombas y su lógica Up-Down a la pantalla TD logo y activa timer
T030.
Cuando está en modo servicio y se activa SF032 envía mensaje Control manual válvula
y su lógica On-Off a la pantalla TD logo.
Cuando se activa M6 envía mensaje Sistema en proceso de Retrolavado.
63
Marca M3 se activa con cualquiera de los contadores o con la pantalla en servicio o en
retrolavado o retrolavado desde pantalla o con algún mensaje de válvula manual.
Secuencia de Control
Cuando la planta está en retrolavado (M2 Off) Envía valor de Multiplexacion SF010 a
AQ1 a la centrífuga 1 y cuando está en modo retrolavado (M2 On) Envía valor de
Multiplexacion SF016 a AQ2 a la centrífuga 2.
Lógica Multiplexor SF010 Variador 1 siempre Enable valores s1 y s2 dependen
totalmente de M2 cuando es 0 envía el valor de SF07 a la salida del multiplexor y cuando
es 1 envía el valor de SF08 a la salida del multiplexor.
Lógica Multiplexor SF016 Variador 2 siempre Enable valores s1 y s2 dependen
totalmente de M2 cuando es 0 envía el valor de SF11 a la salida del multiplexor y cuando
es 1 envía el valor de SF12 a la salida del multiplexor.
SF012 envía su valor directamente a la marca Analógica AM1.
SF007 envía su valor directamente a la marca Analógica AM2.
SF008 envía su valor directamente a la marca Analógica AM3.
SF011 envía su valor directamente a la marca Analógica AM4.
La figura 29 muestra las entradas activadas y salidas activas.
Figura 31. TD Logo
Fuente: Propia
64
Cuando el Nivel bajo de agua Cruda se activa y el nivel bajo de agua tratada y nivel alto
de agua tratada están en Off se activa M4 Start Inicio de proceso que se enclava y solo
se desactiva al llegar a los niveles altos de agua cruda o tratada o si el nivel bajo de
agua cruda es desactivado (tanque vacío).
Cuando se activa M4 Start y el contador C017 se habilitó y no el C018 además de que
la centrífuga 1 este en auto I10 activa salida Q4 para el run del variador 1 o también
cuando entra en retrolavado y está en auto I10.
La figura 32 muestra Cuando se activa M4 Start y el contador C018 se habilitó además
de que la centrífuga 2 este en auto I11 activa salida Q6 para el run del variador 2 o
también cuando entra en retrolavado y está en auto I11.
Figura 32. TD Logo
Fuente: Propia
Y en la figura 33 Cuando se activa el contador C018 y el nivel de agua tratada es bajo
(I4), este activa la Marca M5
65
Figura 33. TD Logo
Fuente: Propia
La marca M4 Start es el flanco de subida de los contadores C017 y C018 y la marca
M5 es el Reset de ambos contadores.
Lógica para activación de válvula desde TD Logo, cuando SF029 entrada para pantalla
en configuración de válvula, se setea con F2 y se resetea con F3 o si las centrífugas 1
o 2 están activadas en auto I10 - I11 Figura 34.
Figura 34. TD Logo
Fuente: Propia
66
Cuando la planta está en modo Servicio (M2 Off) Y se ha habilitado Run de variador 1
o 2 o y la Salida autoenclavada SF031 de la válvula manual está en Set activa Q10
solenoide de válvula manual.
SI está en la pantalla de configuración de válvula y se acciona Q10 Solenoide de válvula
se enciende la luz amarilla en TD logo. Figura 35.
Figura 35. TD Logo
Fuente: Propia
I14 conectada a la salida en modo falla de variador envía mensaje de falla Bomba 1 al
TD Logo con hora y fecha.
I15 conectada a la salida en modo falla de variador envía mensaje de falla Bomba 2 al
TD Logo con hora y fecha.
Puesta en Marcha del Tablero Eléctrico para el Control de Arranques
Todos los arranques pueden ser ejecutados de forma manual o automática como
apreciamos en la figura 34, podemos seleccionar el modo de operación, de seleccionar
en control automático este funcionara comandado desde el PLC.
67
Figura 36. Vista Frontal del Tablero Eléctrico
Fuente: Propia
Previo al conexionado tenemos que realizar las pruebas de continuidad en el tablero,
para corroborar que los circuitos se encuentren bien cableados. Figuras 35 y 36.
Figura 37. Pruebas de continuidad al tablero Eléctrico
Fuente: Propia
68
Figura 38. Pruebas de continuidad al tablero Eléctrico.
Fuente: Propia
Una vez revisado el cableado del tablero proseguimos con la programación de nuestro
PLC, esto lo realizamos a través del software TD LogoSoft, Figura 35. El cual es
conectado a nuestro tablero para descargar el programa creado Figura 37.
Figura 39. Descarga del Programa TD Logo
Fuente: Propia
69
Figura 40. Conexionado para descargar el Programa
Fuente: Propia
Finalmente se procede a la revisión del conexionado fuera del tablero. Figura41 y 42.
Figura 41. Revisión de Conexionado exterior
Fuente: Propia
70
Figura 42. Revisión de conexionado exterior TD Logo
Fuente: Propia
4.2. Presupuesto
CANT DESCRIPCION MARCA CODIGO P.UNIT P.TOTAL
3 AGITADORES /380Vac /3HP / 4.2A-5.3A/ TRIFASICO
3 Guardamotor de 4.5A-6.3A (S00)
Siemens 3RV2011-
1GA10 128.63 385.89
3 Bloque de contacto frontal para Guardamotor 1NA+1NC (S00-S3)
Siemens 3RV2901-1E 18.90 56.70
3 Contactor tripolar AC3 9A + 1NA (S00)
Siemens 3RT2016-
1AN21 46.73 140.19
3 Acople entre Guardamotor y Contactor (S00)
Siemens 3RA1921-
1DA00 7.35 22.05
3 Selector 3 posiciones 0-I-II + 2NA
Siemens 3SU1150-
2BL60-1NA0 51.98 155.94
3 Pulsador Luminoso Rojo, led 220 Vac + 1NC
Siemens 3SU1156-
0AB20-1CA0 72.45 217.35
3 Pulsador Luminoso Verde, led 220 Vac + 1NC
Siemens 3SU1156-
0AB40-1BA0 72.45 217.35
3 Relé de acoplamiento 24 Vdc con base 2NA+2NC
Siemens LZS:RT4A4L24 32.03 96.09
1 Medidor de Caudal / 220vac / Monofásico
1 Interruptor de 1A Siemens 5SY4201-7 51.03 51.03
2 DOSIFICADORAS /220vac /0.2hp / 0.8a-1.05a/ Monofásico
6 Guardamotor de 0.95A-1.25A (S00)
Siemens 3RV2011-
0KA10 128.63 771.78
71
6 Bloque de contacto frontal para Guardamotor 1NA+1NC (S00-S3)
Siemens 3RV2901-1E 18.90 113.40
6 Contactor tripolar AC3 7A + 1NA (S00)
Siemens 3RT2015-
1AN21 44.10 264.60
6 Acople entre Guardamotor y Contactor (S00)
Siemens 3RA1921-
1DA00 7.35 44.10
6 Selector 3 posiciones 0-I-II + 2NA
Siemens 3SU1150-
2BL60-1NA0 51.98 311.88
6 Pulsador Luminoso Rojo, led 220 Vac + 1NC
Siemens 3SU1156-
0AB20-1CA0 72.45 434.70
6 Pulsador Luminoso Verde, led 220 Vac + 1NC
Siemens 3SU1156-
0AB40-1BA0 72.45 434.70
6 Relé de acoplamiento 24 Vdc con base 2NA+2NC
Siemens LZS:RT4A4L24 32.03 192.18
2 BOMBAS CENTRIFUGA/ 380vac / 25a-31a/ Trifásico
2 Guardamotor de 4.5A-6.3A (S00)
Siemens 3RV2011-
1GA10 128.63 257.26
2 Bloque de contacto frontal para Guardamotor 1NA+1NC (S00-S3)
Siemens 3RV2901-1E 18.90 37.80
2 Contactor tripolar AC3 9A + 1NA (S00)
Siemens 3RT2016-
1AN21 46.73 93.46
2 Acople entre Guardamotor y Contactor (S00)
Siemens 3RA1921-
1DA00 7.35 14.70
2 Selector 3 posiciones 0-I-II + 2NA
Siemens 3SU1150-
2BL60-1NA0 51.98 103.96
2 Pulsador Luminoso Rojo, led 220 Vac + 1NC
Siemens 3SU1156-
0AB20-1CA0 72.45 144.90
2 Pulsador Luminoso Verde, led 220 Vac + 1NC
Siemens 3SU1156-
0AB40-1BA0 72.45 144.90
2 Relé de acoplamiento 24 Vdc con base 2NA+2NC
Siemens LZS:RT4A4L24 32.03 64.06
2 Variador de Velocidad 3HP- SINAMICS V20 3AC 380V
Siemens 6SL3210-
5BE24-0UV0 2390.00 4780.00
EQUIPOS GENERALES
1 Interruptor General 380Vac +N ,de 4X70A-100A
Siemens 3VM1110-
3GE42-0AA0 271.43 271.43
1 Interruptor de 2X10A para 220 Vac - CONTROL
Siemens 5SY4210-7 42.84 42.84
3 Portafusibles Siemens 8WA1011-
1SF12 9.64 28.92
3 Pulsador Luminoso Verde, led 220 Vac + 1NC
Siemens 3SU1156-
0AB40-1BA0 72.45 217.35
1 Pulsador de emergencia Siemens 3SU1150-
1HB20-1CG0 66.15 66.15
1 Fuente de 24 Vdc 4A Siemens 6EP3333-
6SB00-0AY0 512.00 512.00
1 Controlador Logo! V8 Siemens 6ED1052-
1MD00-0BA8 580.00 580.00
1 Módulo de 8DI/8DO Siemens 6ED1055-
1NB10-0BA2 614.00 614.00
72
1 Módulo de 2AI Siemens 6ED1055-
1MA00-0BA2 461.00 461.00
1 Módulo de 16AO Siemens 6ED1055-
1MM00-0BA2 657.00 657.00
1 Display Logo! V8 Siemens 6ED1055-
4MH00-0BA1 821.00 821.00
1 Armario compacto, IP55 / NEMA12 800*1200*300mm(An*Al*Pr)
Rittal 1220.00 1220.00
1 Resistencia calefactora 49-50W 100-240Vac 50/60Hz
Rittal 3105340 213.57 213.57
1 Termostato,230/115/60/48/24 Vac, rango: 5-60grados
Rittal 3110000 78.75 78.75
2 Ventiladores con filtro / 120m3/h / 60Hz
Rittal SK 3239.600 734.58 1469.16
1 Portaplano A4 Rittal 2514000 23.94 23.94
1 Chapa para candado Rittal 97.65 97.65
30 Borneras de 4mm Siemens 8WA1011-
1DG11 2.27 68.10
30 Bornes a tierra de 2.5mm Siemens 8WA1011-
1DF11 1.95 58.50
10 Topes finales Siemens 8WA1808 2.84 28.40
1 Rótulos para bornes Siemens 8WA8848-2AY 12.60 12.60
INTEGRACION DE TABLERO
1
TABLERO DE ARRANQUES
Intelecpe 3640.00 3640.00
Montaje de equipos
Cableado General de Fuerza hacia repartidores
Cableado de Control (LOGO)
Cableado de Fuerza y control de Arranques acorde a planos suministrados.
Cableado de Sistema de Ventilación y Calefacción.
Platina de Puesta a Tierra
Montaje y cableado de equipos de control en Puerta
Rótulos Metálicos
Suministros eléctricos varios: Cable, terminales etc.
1 Desarrollo de Planos e Ingeniería
Intelecpe 6000.00 3000.00
1 Visita a Mina - primera inspección
Intelecpe 5000.00 5000.00
1 Puesta en servicio en mina Intelecpe 1200.00 12000.00
1 Embalaje y traslado de tablero Intelecpe 1800.00 1800.00
Subtotal 42533.33
IGV 18%
7656.00
Total 50189.33
73
CONCLUSIONES
La automatización de la planta de tratamiento de agua potable se logró mediante el
diseño de un tablero controlado por PLC.
En la evaluación de distintos PLC, resulto el LOGO! ser el más adecuado para la
automatización, por ser compacto, económico y de fácil programación, cumpliendo las
operaciones requeridas para cada sistema, teniendo las entradas y salidas necesarias
para lograr automatizar los procesos de la planta.
Se realizó los cálculos para poder seleccionar los equipos necesarios en el diseño del
tablero de automatización, evitando que exista una sobrecarga al momento de encender
y mientras la planta se encuentre en funcionamiento.
La presión constante se mantiene en el sistema de bombeo instalado utilizando un
controlador PID para ajustar la velocidad de rotación de las electrobombas alimentadas
a través de variadores de velocidad a fin de mantener la presión constante en el sistema
de bombas. La presión del sistema se retroalimenta a través de un transmisor de presión
instalado en la tubería y cuya señal de corriente se conecta a los variadores y al PLC.
Se programó el Logo en lenguaje Ladder para que la planta trabaje en modo continuo y
automático Simulando cada sistema con el Simulador LogoSoft
Con la automatización del proceso se asegura la continuidad del servicio con un sistema
de alarma que se activa de existir alguna interrupción.
Se tiene la opción de trabajar en modo manual cada sistema para las etapas de
mantenimiento posterior.
La automatización es un beneficio para la planta, tanto para su producción como para
su población, pues mediante el proceso se reduce los tiempos de operación y el aumento
de producción del agua potable; satisfaciendo en esta etapa la necesidad del
campamento asegurando un caudal a tratar de 81.5 m3/día y obteniendo un agua tratada
de 75m3/día.
74
RECOMENDACIÓN
Haciendo referencia al Código Nacional de electricidad, el reglamento Nacional de
Construcción y las Normas Técnicas Peruanas se tiene el deber de mantener las
instalaciones en buen estado, donde personal calificado deberá verificar periódicamente
las partes que involucran todo el sistema, incluyendo el tablero Eléctrico, solo personal
autorizado y capacitado puede manipular los equipos en la planta.
Adicional al proyecto realizado se recomienda a la mina realizar los mantenimientos
predictivos y preventivos a los motores, sensores y actuadores. Todo ello para
anticiparse ante posibles fallas y poder programan el mantenimiento planificado en el
tiempo más adecuado que genere el menor disturbio al proceso.
75
GLOSARIO
Agua Cruda: Agua que no ha pasado pon ningún proceso y tratamiento, se
encuentran en forma natural en fuentes y reservas de aguas.
Agua Tratada: Agua que pasa por una serie de procesos físicos, químicos y
biológicos con el fin de eliminar las impurezas y contaminantes.
Coagulación: es el proceso químico en el cual se introduce en el agua un
producto capaz de neutralizar la carga de los coloides, generalmente
electronegativos, presentes en el agua y formar un precipitado.
Coloide: sustancia o solución que se dispersa lentamente en un líquido.
Desinfección: acción física o química que mata bacterias, virus y protozoos mas
conocidos como agentes patógenos.
Dosificación: Graduar la cantidad o porción de algunas cosas.
Filtración: Método de Separación de sólidos suspendidos en líquidos haciéndo
pasar la mezcla la mezcla a través de una superficie porosa denominada filtro
Floculación: se limita a los fenómenos de transporte de las partículas
coaguladas para provocar colisiones entre ellas promoviendo su aglomeración.
Perturbación: acto por el cual se produce una alteración en el desarrollo normal
de un proceso provocando un desequilibrio.
Pre- Cloración y Cloración: proceso de desinfección de aguas mediante el
empleo de cloro o compuestos clorados. Por lo general se emplea hipoclorito de
sodio (lejía) por su fácil almacenamiento y dosificación.
Sistema: es un medio en el que todos sus componentes tienen un
comportamiento organizado y actúan con el fin de obtener un objetivo.
Variable de Entrada: Es aquella en la que un cambio o una modificación en su
estructura y su naturaleza altera todo el proceso del sistema.
Variable de Salida: Es aquella en la que su eficacia y su naturaleza puede ser
sujeta a medición.
76
BIBLIOGRAFÍA
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Alvarado Espejo, P. (2013). Estudios y diseños del sistema de agua potable del barrio
San Vicente, parroquia Nambacola, cantón Gonzanamá. Loja: Universidad
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UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUA POTABLE. Bogota: instituto
Tecnologico Metropolitano.
Automatización, T. (s.f.). Automatización y Robótica Industrial. Obtenido de
Automatización y Robótica Industrial: https://todoautomatizacion.com/
Clavijo Angarita, Y. A. (2014). EVALUACIÓN DE LA PLANTA DE TRATAMIENTO DE
AGUA POTABLE DEL MUNICIPIO DE GARZÓN – HUILA. Nueva Granada:
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77
ANEXOS
Anexo A: Proceso de la Planta de Tratamiento de Agua Potable
78
Anexo B: Planos Eléctricos en AutoCAD
79
Anexo C: Programación Ladder
80
Anexo D: Tabla de Selección de Guardamotores Siemens
81
Anexo E: Tabla de Selección de Contactores Siemens
82
Anexo F: Tabla de Selección de Variadores Siemens
