ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITO SEDE -LATACUNGA

CARRERA DE INGENIERIA ELECTRONICA E INSTRUMENTACION

Diseño y Construcción de un Tablero de Control para Monitoreo y Control de Bombas de Transferencia de Petróleo utilizando un

Relé Programable SLC.

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCION DEL TITULO DE INGENIERO DE EJECUCION EN ELECTRONICA E INSTRUMENTACION

SERVIO FERNANDO MERA CUEVA

Latacunga, Enero del 2007

CERTIFICACION Se certifica que el presente trabajo fue desarrollado por el Sr. Fernando Mera Cueva, bajo nuestra dirección y supervisión.

Ing. Galo Avila

DIRECTOR DE PROYECTO

Ing. Amparo Meythaler

CODIRECTORA DE PROYECTO

DEDICATORIA Este trabajo está dedicado a Dios que me ha dado vida y fuerzas para estudiar lejos de mi familia, a Fernanda mi esposa, ella ha sido mi inspiración y ejemplo de superación, a mis padres que me han brindado todo su apoyo para culminar mi carrera, de ellos aprendí que las cosas en la vida se las gana con esfuerzo y honradez, a mis hermanos y todos mis familiares y amigos; a ustedes muchas gracias por ayudarme y permanecer junto a mi, que Dios los bendiga y les de más.

AGRADECIMIENTO Doy mi más sincero agradecimiento al Ing. Carlos Coka Jefe del Departamento de Mantenimiento de Producción (PMD) del Distrito Amazónico, al Ing. Raúl Ruales y Sr. Nelson Vizuete Supervisores del Departamento de Mantenimiento de Producción (PMD) del Campo Lago Agrio, por su valiosa y desinteresada colaboración prestada por el periodo que duró en realizarse este proyecto, al Tglo. Edgar Puruncajas Supervisor del Departamento de Mantenimiento de Producción (PMD) del Campo Auca turno “A”, al Tglo. Eduardo Posso e Ing. Freddy Pozo Técnicos y Supervisores de Proyectos Especiales y Montajes de Instrumentación, por permitirme realizar este proyecto y haberme brindado su ayuda, experiencia y conocimientos para el desarrollo del mismo.

CONTENIDO

INTRODUCCION Pág.

CAPITULO I

FUNDAMENTOS

1.1 Importancia de las bombas de transferencia de crudo. ............................. 1-4

1.2 Sistema de almacenamiento y transferencia de crudo. ............................. 4-9

1.3 Parámetros de Funcionamiento de las Bombas de Transferencia de crudo.10

1.4 Sensor de velocidad (Pick up). ................................................................... 11

1.4.1 Principio de funcionamiento. .............................................................. 11

1.4.2 Características.................................................................................... 12

1.4.3 Diagrama Eléctrico. ............................................................................ 12

1.5 Módulo de Sobrevelocidad (OSM) .............................................................. 13

1.5.1 Principio de funcionamiento ............................................................... 13

1.5.2 Características.................................................................................... 14

1.5.3 Diagrama Eléctrico ............................................................................. 14

1.6 Sensor de Temperatura de Agua motor...................................................... 15

1.6.1 Principio de funcionamiento. ......................................................... 15-16

1.6.2 Características............................................................................... 16-17

1.7 Indicador de Temperatura de Agua motor. ............................................ 17-18

1.7.1 Principio de funcionamiento. .............................................................. 18

1.7.2 Características.................................................................................... 18

1.8 Switch de alta temperatura de Agua para motor. ........................................ 19

1.8.1 Principio de funcionamiento. .............................................................. 19

1.8.2 Características............................................................................... 19-20

1.9 Sensor de Presión de Aceite para motor……………………………… .... 20-22

1.9.1 Principio de funcionamiento. .............................................................. 23

1.9.2 Características.................................................................................... 24

1.10 Indicador de Presión de Aceite del motor. .......................................... 24-25

1.10.1 Principio de funcionamiento. .............................................................. 25

1.10.2 Características.................................................................................... 26

1.11 Switch de presión de Aceite para motor. .................................................. 26

1.11.1 Principio de funcionamiento. .............................................................. 26

1.11.2 Características............................................................................... 27-28

1.12 Trasmisor de alta presión y de baja presión. ........................................... 28

1.12.1 Principio de funcionamiento. .............................................................. 29

1.12.2 Características............................................................................... 29-30

1.13 Relé programable SLC 5/02 AB. ................................................................ 30

1.13.1 Introducción a los Relés programables. ............................................. 31

1.13.2 Características generales. .................................................................. 31

1.13.3 Parámetros de selección de los Relés programables.................... 32-33

1.13.4 Arquitectura del Relé programable. .................................................... 34

1.13.5 Programación del Relé. ................................................................. 34-35

1.13.6 Control de Puertos de Entrada y Salida. ....................................... 35-49

CAPITULO II

ANALISIS Y DISEÑO

2.1 Descripción del problema. ..................................................................... 50-51

2.2 Diagrama de Bloques del Funcionamiento del Sistema de transferencia de

crudo. .......................................................................................................... 51

2.3 Diagrama de Bloques del Funcionamiento del Sistema de control de las

bombas de transferencia de crudo. ............................................................ 52

........................................................................................................................

2.4 Especificación de los Requisitos del Sistema de control. ...................... 53-54

2.5 Diseño del Software. .............................................................................. 55-61

CAPITULO III

RESULTADOS Y PRUEBAS

3.1 Descripción del funcionamiento. ............................................................ 62-66

3.2 Diagramas de cableado para el montaje del tablero de control. ............ 67-68

3.3 Pruebas experimentales. ....................................................................... 69-70

3.4 Alcances y limitaciones. ......................................................................... 70-71

3.5 Análisis Técnico – Económico. .............................................................. 72-74

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

4.1 Conclusiones. ........................................................................................ 75-77

4.2 Recomendaciones. ................................................................................ 77-78

ANEXOS BIBLIOGRAFIA GLOSARIO

INTRODUCCION

El presente proyecto de tesis tuvo como finalidad, desarrollar un control para el

arranque, apagado automático y de emergencia de un sistema de transferencia

de Crudo en caso de que los parámetros de funcionamiento de las bombas que lo

constituyen excedan los rangos establecidos como normales, las variables a

controlar en cada unidad son: Temperatura de Agua del Motor, Presión de Aceite

del Motor, Velocidad del Motor, Presión de Descarga de Bomba, Presión de

Succión de Bomba, además el sistema indica que causó el apagado de la bomba

y puede ser utilizado en bombas de características similares con motor de

combustión; de esta manera se mejorara la seguridad en las estaciones para

colaborar con la prevención de accidentes de trabajo y ampliar el estudio de la

automatización de sistemas de control en la industria petrolera.

Las bombas de transferencia de Petróleo constan de un motor y la bomba

propiamente dicha, en la Mini-Estación “CULEBRA 01”, existen 2 bombas de

transferencia de crudo marca Gaso que es de un solo pistón con motor de

combustión Caterpillar 3304.

El proyecto se encuentra dividido en tres capítulos, en el primero se desarrolla el

marco teórico que sirvió como fundamento teórico para el posterior desarrollo de

los capítulos siguientes; donde se define el sistema de transferencia de crudo,

cada uno de los elementos que lo conforman, las variables físicas a controlar y los

diferentes elementos y dispositivos que se utilizarán para hacerlo. En el segundo

Capítulo, se hace el levantamiento de información sobre el Sistema de

Transferencia de Crudo de la Mini-Estación, se identifica las variables a controlar,

se analiza los requisitos del sistema de transferencia y se procede al diseño del

Hardware y del Software del Sistema de Control. En el tercer capítulo se describe

el funcionamiento del sistema de control, se muestra los diagramas eléctricos y se

da a conocer los resultados de las pruebas para exponer los alcances y

limitaciones del proyecto. En el capítulo final se realizan conclusiones y

recomendaciones a la empresa en base al trabajo desarrollado.

Del petróleo se dice que es el energético más importante en la historia de la

humanidad; un recurso natural no renovable que aporta el mayor porcentaje del

total de la energía que se consume en el mundo.

Aunque se conoce de su existencia y utilización desde épocas milenarias, la

historia del petróleo como elemento vital y factor estratégico de desarrollo es

relativamente reciente, de menos de 200 años. A partir de entonces se puede

decir que comenzó el desarrollo de la industria del petróleo y el verdadero

aprovechamiento de un recurso que indudablemente ha contribuido a la formación

del mundo actual.

La automatización nos está introduciendo rápidamente en una nueva era, se ha

dicho que el elemento básico en esta tecnología, el microprocesador, cobrará

mayor importancia que la máquina de vapor, la cual en su propio tiempo puso los

cimientos para la revolución industrial.

Cada día más y más procesos petroleros se automatizan. La automatización

petrolera o SCADA (Sistema de Control y Adquisición de Datos) se está

convirtiendo en el pilar fundamental de la seguridad y optimización de recursos

para la industria del petróleo.

Los equipos controlados por PLC’s o SLC’s logran mayor productividad,

proporcionando datos exactos y evitando se provoque la destrucción del equipo, y

del equipo adyacente y lo más importante protegen al personal de situaciones

peligrosas, particularmente cuando están implícitas, fluidos inflamables o

corrosivos o elevadas presiones.

CAPITULO I

FUNDAMENTOS

1.1 IMPORTANCIA DE LAS BOMBAS DE TRANSFERENCIA DE CRUDO

Figura 1.1 Diagrama Básico de los componentes de una estación de transferencia de crudo.

La vida sin el petróleo no podría ser como la conocemos. Del crudo obtenemos

gasolina y diesel para nuestros autos y autobuses, combustible para barcos y

aviones. Lo usamos para generar electricidad, obtener energía calorífica para

fábricas, hospitales y oficinas y diversos lubricantes para maquinaria y vehículos.

La industria petroquímica usa productos derivados de él para hacer plásticos,

fibras sintéticas, detergentes, medicinas, conservadores de alimentos, hules y

agroquímicos.

El petróleo ha transformado la vida de las personas y la economía de las

naciones. Su descubrimiento creó riqueza, modernidad, pueblos industriales

prósperos y nuevos empleos, motivando el crecimiento de las industrias

mencionadas.

La propiedad más importante y por la cual prácticamente se le caracteriza, es la

gravedad API (American Petroleum Institute). Esta es un indicador de la densidad

y de la calidad del crudo. A mayor Gravedad API, mayor será su valor.

Gravedad API (ºAPI) = (141.5 / Gravedad Especifica) – 131.5 (1.1)

La gravedad específica es una propiedad del crudo y es la relación entre su

densidad (crudo) y la densidad del agua. Sustancias con gravedad específica

mayor que 1 son más pesadas que el agua y las menores que uno son menos

densas que el agua. Densidad es otra propiedad del crudo y se define como la

masa por unidad de volumen. La densidad del agua pura es de 62.4 Lb/ft 3 o 8.33

Lb/gal. Las densidades de los crudos están normalmente entre 50 y 55 Lb/ft 3.

En función de la ecuación anterior, se acostumbra clasificar los crudos de la

siguiente manera:

Livianos ºAPI > = 25 (1.2)

Medios 15 < = ºAPI < 25 (1.3)

Pesados ºAPI < 15 (1.4)

Para su comercialización, el petróleo se extrae de las entrañas de la tierra

mediante algunos métodos (Flujo Natural, Bombeo mecánico-bomba operada por

varillas, Neumático–Gas Lift, Hidráulico-Bomba reciprocante operada por líquido

bombeado desde superficie, Electrosumergible-bombas centrífugas multietapas

operadas por motor eléctrico acoplado directamente a la bomba), el petróleo

proveniente de varios pozos cercanos como Culebra 02, 03, 04, 05, 06 se

almacena en tanques de subestaciones como Culebra 01, de donde se

transporta dicho mineral utilizando bombas de transferencia de crudo, a la

tubería que recoge el petróleo de todas las subestaciones de un campo del distrito

Amazónico como en este caso el Campo Auca, a estaciones más grandes como

La Estación Central del Campo Sacha, de allí se transporta mediante bombas de

Oleoducto (Bombas de Transferencia mas grandes) hacia La estación Central

Lago Agrio, donde se lo almacena y pasa al bombeo del SOTE (Sistema

Oleoducto TransEcuatoriano) para ser enviado hasta Esmeraldas, donde se lo

comercializa. Entonces, las bombas de transferencia constituyen la base

fundamental para el transporte de crudo hacia el SOTE.

1.2 SISTEMA DE ALMACENAMIENTO Y TRANSFERENCIA DE CRUDO.

Una instalación de superficie, llamada en el ambiente petrolero, EPF Early

Production Facilities, o estación de producción es el grupo de equipos,

instalaciones y elementos que permiten tomar los fluidos provenientes de pozos

productores de crudo (crudo, agua, gas y sólidos), separarlos en cada una de sus

fases, analizarlos, tratarlos, medirlos y despacharlos a un destino predeterminado.

En una miniestación de producción todos los pozos llegan a un sitio común

denominado MANIFOLD o MÚLTIPLE y desde este punto cada pozo es enviado

a un sitio determinado de la Batería o facilidad, que puede ser un tanque,

separador, calentador, etc. La operación más común que se lleva a cabo en un

MANIFOLD o múltiple es generalmente direccionar un pozo hacia un

SEPARADOR de prueba con el fin de determinar su producción, con la ayuda de

elementos y equipos de medición instalados en el mismo. Otros equipos que

normalmente se encuentran en una miniestación son tanques de

almacenamiento, tratadores térmicos, intercambiadores de calor, bombas,

válvulas, medidores de flujo, controladores, compresores, generadores e

instalaciones complementarias.

Los elementos más importantes del sistema de transferencia de crudo se detallan

a continuación:

1.2.1 Tanques de Almacenamiento.

Son recipientes de gran tamaño donde se almacena todo el crudo proveniente de

pozos productores cercanos.

Figura 1.2 Tanques de almacenamiento.

Estos tanques se encuentran dentro de un cerco o muro de protección cuyo

volumen es superior al de los tanques que están dentro él, esto es para

protección en caso de derrames.

1.2.2 Bombas Centrífugas.

Estas bombas son utilizadas en aplicaciones donde se tiene que mover un gran

volumen de fluido. Dentro de una miniestación de producción, este tipo de

bombas pueden ser vistas en trabajos como proveer agua en caso de incendios,

vaciar tanques de almacenamiento, mover fluidos de proceso en plantas de gas,

circular agua en torres de enfriamiento y en muchas otras aplicaciones. Debido a

su poco mantenimiento, la simplicidad en su construcción y operación, estas

bombas presentan un menor costo.

La operación de estas bombas se basa como su nombre lo indica en la fuerza

centrífuga, que es una fuerza que trata de mover objetos hacia fuera del centro de

rotación. El impulsor, al rotar, genera esta fuerza y envía el fluido que se

encuentra en sus paletas hacia fuera de su centro. Este movimiento tiene dos

efectos, el primero el fluido que se encuentra en las paletas del impulsor, es

forzado hacia la pared de la carcaza que lo conduce a la descarga de la bomba; el

segundo, crea una succión en el centro del impulsor, lo que hace que mas fluido

ingrese a sus paletas, para posteriormente ser bombeado.

Figura 1.3 Componentes de la Bomba centrífuga.

En la miniestación Culebra 01, la bomba centrifuga está acoplada a un motor

eléctrico y funciona como bomba para la línea de succión de las bombas de

transferencia de crudo.

1.2.3 Smith Meter™ Contadores de Crudo.

Los medidores de Desplazamiento Positivo son los medidores más exactos y

estables disponibles para la medición de volumen, sobre todo para los productos

de petróleo de viscosidad alta y media.

El medidor de Desplazamiento Positivo utiliza un principio de medida de flujo

directo que es sencillo por las variaciones en la velocidad y viscosidad.

Figura 1.4 Totalizador Mecánico de Barriles de Crudo para línea de 6 plgs.

Este contador se instala después de la bomba centrífuga, para contabilizar los

barriles de crudo que son bombeados por las bombas de transferencia desde los

tanques de almacenamiento de crudo.

1.2.4 Bombas de Transferencia.

Bombas de potencia. Estas tienen un cigüeñal movido por una fuente externa,

generalmente un motor eléctrico o de combustión, banda o cadena. Usualmente

se usan engranes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida

del elemento motor. Cuando se mueve a velocidad constante, las bombas de

potencia proporcionan un gasto casi constante para una amplia variación de la

columna, y tiene buena eficiencia.

Figura 1.5 Componentes de una Bomba de Transferencia de Crudo.

1.2.5 Bomba Reciprocante.

Estas bombas están formadas por un pistón que oscila en un cilindro dotado de

válvulas para regular el flujo de líquido hacia el cilindro y desde él. Pueden ser de

acción simple o de acción doble. En una bomba de acción simple el bombeo sólo

se produce en un lado del pistón, como en una bomba impelente común, en la

que el pistón se mueve arriba y abajo manualmente. En una bomba de doble

acción, el bombeo se produce en ambos lados del pistón. Estas bombas pueden

tener una o varias etapas. Las bombas alternativas de etapas múltiples tienen

varios cilindros colocados en serie.

Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan

una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a

través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega

necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de

alivio que puedan evitarlo. Despreciando estos, el volumen del liquido desplazado

en una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la

longitud de la carrera.

1.2.6 Motor de Combustión.

Un motor diesel funciona mediante la ignición de la mezcla aire-gas sin chispa. La

temperatura que inicia la combustión procede de la elevación de la presión que se

produce en el segundo tiempo motor, compresión. El combustible diesel se inyecta

en la parte superior de la cámara de compresión a gran presión, de forma que se

atomiza y se mezcla con el aire a alta temperatura y presión. Como resultado, la

mezcla se quema muy rápidamente. Esta combustión ocasiona que el gas

contenido en la cámara se expanda, impulsando el pistón hacia abajo. La biela

transmite este movimiento al cigüeñal, al que hace girar, transformando el

movimiento lineal del pistón en un movimiento de rotación.

La principal ventaja de los motores diesel frente a los motores de gasolina estriba

en su menor consumo de combustible, el cual es, además, más barato. Por esta

razón su uso se ha extendido en aplicaciones con elevada tasa de utilización.

1.2.7 Banda para transferencia de Potencia.

Se utiliza engranes entre el motor y el cigüeñal para reducir la velocidad de salida

del elemento motor para esto se utiliza un embrague, que permite aplicar la carga

de la bomba al motor, y una banda que transmite la potencia hacia el cigüeñal de

la bomba.

1.3 PARÁMETROS DE FUNCIONAMIENTO DE LAS BOMBAS DE

TRANSFERENCIA DE CRUDO

Las bombas de Transferencia de crudo en la miniestación Culebra 01, son de las

siguientes características:

MARCA MODELO SERIE TIPO

BOMBA DE POTENCIA GASO 1654 18360 DUPLEX

MOTOR CATERPILLAR 3304 COMBUSTION

Tabla 1.1 Componentes de las Bombas de Transferencia de la miniestación Culebra 01.

Motor

Caterpillar 3304 NA, 100 HP @ 2200 RPM, torque máximo de 280 ft. lbs. @1200

RPM aumento de torque de 17%. Equipado con un sistema de filtrado de aire en

tres etapas.

Para el funcionamiento normal de las bombas de transferencia de crudo

impulsadas por motor de combustión interna se debe mantener los siguientes

parámetros.

Temperatura de Agua del Motor ......................................... (220° F)

Presión de Aceite del Motor ................................................. (80 PSI)

Velocidad del Motor ....................................................... (1500 RPM)

Presión de Succión de la Bomba ....................................... (100 PSI)

Presión de Descarga de la Bomba .................................. (2000 PSI)

1.4 SENSOR DE VELOCIDAD (PICK UP).

Figura 1.6 Sensor de Efecto Hall (Pick up).

1.4.1 Principio de funcionamiento.

El sensor de velocidad por efecto Hall permite la medición de velocidad, sin

contacto físico, en motores. El sensor se instala en una perforación especial de la

máquina de pistones axiales y mide la velocidad de rotación de una rueda

dentada interna o de una pieza similar de material ferromagnético.

Mediante un elemento semiconductor de efecto Hall en el sensor, se detecta la

variación de flujo magnético que se convierte en una señal de onda cuadrada en

la electrónica integrada.

1.4.2 Características.

La frecuencia f de la tensión de salida del sensor resulta del número de dientes z

sobre la superficie de la rueda dentada y de la velocidad de rotación n del eje de

accionamiento o de arrastre:

1.4.3 Diagrama eléctrico

Figura 1.7 Diagrama de conexión del sensor de Velocidad.

(1.5)

1.5 MODULO DE SOBREVELOCIDAD (OSM).

Figura 1.8 Diagrama del Módulo de Sobrevelocidad.

1.5.1 Principio de funcionamiento.

Es un módulo de estado sólido que detecta las RPM del motor en conjunto con un

dispositivo magnético. Si la velocidad del motor aumenta más del 18% de la

velocidad nominal (1500 RPM) el contacto de salida se cierra y el motor debe ser

parado.

1.5.2 Características.

Luego de la instalación para la calibración se procede de la siguiente manera: Se

determina la frecuencia de Set Point desde un valor de velocidad de velocidad

(RPM) usando la siguiente formula:

(1.6)

1.5.3 Diagrama eléctrico.

Figura 1.9 Diagrama de conexiones eléctricas del Módulo de Sobrevelocidad.

1.6 SENSOR DE TEMPERATURA DE AGUA MOTOR

La disipación de calor de un motor se controla mediante el agua, el aire y el

lubricante. La temperatura también depende del color del bloque de cilindros.

1.6.1 Principio de funcionamiento

La incidencia del sistema de refrigeración en el desempeño de un motor es alta.

La estabilidad en la temperatura es sinónimo de carburación y lubricación estable.

La temperatura excesiva impide que los fenómenos naturales, que se utilizan en

el funcionamiento de un motor, le sigan siendo favorables.

Las unidades de temperatura son °C, °F, °K, °Rankine, °Reamur, la conversión

más común es de °C a °F.

t(°C)=t(°F)-32/1.8 (1.7)

°F=1.8 t°C +32 (1.8)

Relación entre escalas de temperatura.

Escala Cero Absoluto Fusión del Hielo Evaporación

Kelvin

Rankine

Reamur

Centígrada

Fahrenheit

0°K

0°R

-218.5°Re

-273.2°C

-459.7°F

273.2°K

491.7°R

0°Re

0°C

32°F

373.2°K

671.7°R

80.0°Re

100.0°C

212.0°F

Tabla 1.2 Relación de escalas de Temperatura.

Los elementos primarios de medición y temperatura, son transductores que

convierten la energía térmica en otra o en un movimiento.

La diferencia ente el calor y temperatura, es que el calor es una forma de energía

y la temperatura es el nivel o valor de esa energía.

1.6.2 Características.

Los estándares de sensores de temperatura para instrumentación más

tradicionales se basan en la resistividad del platino, en el sensor conocido como

"PT100". La precisión de estos instrumentos puede llegar a la centésima de grado

centígrado.

El elemento tiene una resistencia de 100 Ώ a 0ºC (de allí el nombre: PT100) y su

resistencia cambia a 10,45 Ώ a -220ºC; 138,50 Ώ a 100ºC y 446,3 Ώ a 1.050ºC (se

podrá observar que no es estrictamente lineal). La forma de la relación entre

temperatura y resistencia es:

(1.9)

Donde T es la temperatura del elemento, R(T) su resistividad, R(T=T0) la

resistencia a 100ºC, X1 un coeficiente de ajuste de valor 3,901X10-3 y X2 otro

parámetro de ajuste de valor 1,4923. Se observa que la corrección se debe,

precisamente, a la no linealidad de la relación de la resistencia del elemento con

temperatura. Se denominará ganancia del sensor a este tipo de correlaciones.

Figura 1.10 Sistema de enfriamiento del Motor de Combustión.

1.7 INDICADOR DE TEMPERATURA DE AGUA DE MOTOR

La temperatura normal para el trabajo de un motor de combustión debe estar

entre los 160° F a 185°F. Aún con su sistema de refrigeración lleno de agua, el

motor deja de ser enfriado si el líquido comienza a ebullir.

Mientras el agua hierve las burbujas impiden la refrigeración del metal en los

puntos donde se generan. Esta pérdida de eficiencia en el proceso de disipación

de calor también produce corrosión prematura en el metal de las cámaras de

agua del block. Por su parte, las aspas de la bomba de agua ya no logran

impulsar el refrigerante a la velocidad que se requiere. Este fenómeno se conoce

en mecánica automotriz como cavitación y su nombre se debe a las cavidades que

se generan en la masa de un líquido mientras ebulle. Para disminuir o impedir la

corrosión por esta razón se utilizan refrigerantes especiales.

1.7.1 Principio de funcionamiento.

Es un indicador analógico energizado con 24 voltios de corriente continua, cuya

deflexión se produce por la variación resistiva de un sensor de temperatura de

agua ubicado en la carcasa del motor, este se encuentra en directo contacto con

el agua que recircula por los ductos de refrigeración de la máquina.

La deflexión de la aguja es resultado de la intensidad de corriente, controlada por

la variación de resistencia producida por el sensor, que circula a través de una

bobina, a menor resistencia la aguja se mueve más, debido a que menor

resistencia deja pasar mayor intensidad, por lo tanto el sensor debe proporcionar

una señal inversamente proporcional a la variación de la variable física.

1.7.2 Características.

Este indicador permite observar la temperatura del agua del sistema de

enfriamiento del motor. La temperatura normal para el trabajo debe estar entre los

160°F a 185°F.

Su rango de indicación es de 20°F a 220°F y su exactitud es de ±5%.

1.8 SWITCH DE ALTA TEMPERATURA DE AGUA PARA MOTOR

Figura 1.11 Switch de Temperatura de Agua.

1.8.1 Principio de funcionamiento

Es un interruptor con un contacto normalmente abierto o normalmente cerrado, en

ocasiones también se puede encontrar con ambos. Consta de una lámina que se

expande con la temperatura haciendo contacto con los bordes del otro Terminal y

cerrando el camino de la corriente o abriéndolo dependiendo sea el caso.

1.8.2 Características

Existen de varios tipos, los hay con un contacto normalmente abierto y otro

normalmente cerrado o solo con un contacto normalmente abierto que se cierra

cuando la temperatura del agua llega a 210°F ésta es la temperatura de ebullición

del agua. El motor no debe trabajar a temperaturas mayores a ésta.

La instalación de este sensor se realiza en la carcasa del motor, colocándolo

directamente en los ductos por los que recircula el agua desde el radiador de la

máquina.

La temperatura es un parámetro que afecta de manera importante el

funcionamiento de los motores modernos de combustión interna. En algunas

partes del motor se tienen temperaturas mayores de 1000°C (cámara de

combustión), en algunos casos los gases de escape salen a 550°C. En un motor

más de la tercera parte de energía que se le suministra a través del combustible

se pierde en forma de calor. El sistema de enfriamiento es el que se encarga de

que los diferentes componentes del motor se mantengan en temperaturas seguras

y así evitar que el motor sufra desgastes prematuros o daños importantes y lograr

con ello su máximo rendimiento.

1.9 SENSOR DE PRESIÓN DE ACEITE DE MOTOR

1.9.1 Presión Manométrica

Son normalmente las presiones superiores a la atmosférica, que se mide por

medio de un elemento que define la diferencia entre la presión que es

desconocida y la presión atmosférica que existe, si el valor absoluto de la presión

es constante y la presión atmosférica aumenta, la presión manométrica

disminuye; esta diferencia generalmente es pequeña mientras que en las

mediciones de presiones superiores, dicha diferencia es insignificante.

La presión puede obtenerse adicionando el valor real de la presión atmosférica a

la lectura del manómetro.

Presión Absoluta = Presión Manométrica + Presión Atmosférica. (1.10)

En el esquema simplificado de distribución de aceite que se muestra en la figura

1.12, el aceite se toma a través de un filtro de malla y un tubo de succión por una

bomba. Esta bomba empuja al aceite a través del filtro y luego hacia el motor a

través de los conductos apropiados. Un medidor de presión se coloca

normalmente después del filtro.

Figura 1.12 Sistema de Lubricación del Motor de Combustión.

La circulación del aceite se produce por una bomba, y no por un compresor. El

criterio más importante para una buena lubricación el flujo de aceite y no la

presión de aceite. La presión de aceite puede variar considerablemente a través

del motor, disminuyendo a medida que se aleja de la bomba. La presión de aceite

es negativa en el lado de succión de la bomba.

1.9.2 ¿Qué causa la presión de aceite?

La presión de aceite es causada por la resistencia del aceite a fluir, debido a su

viscosidad, bajo la acción de bombeo. Con conductos grandes para el aceite, y

baja viscosidad, el flujo será rápido y la presión de aceite baja - una condición

deseable para minimizar el desgaste. Al contrario, bajo las mismas condiciones de

bombeo, con conductos estrechos o taponados, y alta viscosidad del aceite, el

flujo será bajo, la presión del aceite será alta, resultando en una lubricación

deficiente.

Un aceite "bueno" será aquel que tenga una viscosidad suficiente para dar una

buena lubricación hidrodinámica de las superficies en rozamiento, y que además

permita el flujo del aceite por toda la máquina, asegurando así un flujo

permanente de lubricante.

En un caso extremo, un aceite muy viscoso nunca llegará a las partes críticas

para cumplir su función. Note que en estos casos, los motores cuentan con

válvulas de by-pass para prevenir altas presiones de aceite en caso de

taponamientos del filtro.

1.9.1 Principio de funcionamiento

Constituyen, sin duda, uno de los transmisores eléctricos más sencillos. Consisten

en un elemento elástico (tubo Bourdon o cápsula) que varía la resistencia óhmica

de un potenciómetro en función de la presión. El potenciómetro puede adoptar la

forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un

valor lineal o no de resistencia. Existen varios tipos de potenciómetro según sea el

elemento de resistencia: potenciómetros de grafito, de resistencia bobinada, de

película metálica y de plástico moldeado. En la figura 1.13 puede verse un

transductor resistivo representativo que consta de un muelle de referencia, el

elemento de presión y un potenciómetro de precisión. El muelle de referencia es

el corazón del transductor ya que su desviación al comprimirse debe ser

únicamente una función de la presión y además debe ser independiente de la

temperatura, de la aceleración y de otros factores ambientes externos.

Figura 1.13 Transductor resistivo.

El movimiento del elemento de presión se transmite a un brazo móvil aislado que

se apoya sobre el potenciómetro de precisión. Este está conectado a un circuito

de puente de Wheatstone.

1.9.2 Características

Los transductores resistivos son simples y su señal de salida es bastante potente

como para proporcionar una corriente de salida suficiente para el funcionamiento

de los instrumentos de indicación sin necesidad de amplificación. Sin embargo,

son insensibles a pequeños movimientos del contacto del cursor, muy sensibles a

vibraciones y presentan una estabilidad pobre en el tiempo.

El intervalo de medida de estos sensores corresponde al elemento de presión que

utilizan (tubo Bourdon, fuelle) y varía en general de 0-0,1 a 0-300 kg/cm². La

precisión es del orden de 1-2 %.

1.10 INDICADOR DE PRESION DE ACEITE DEL MOTOR

Para medir la presión empleamos un dispositivo denominado manómetro.

La presión normal de trabajo varía entre 70 y 80 PSI.

1.10.1 Interpretación de la lectura de la presión.

1.10.1.1 Arranque en frío.

Cuando el motor arranca, todo el aceite está en el carter y la presión de aceite es

cero. La bomba no puede comenzar a bombear el aceite hasta que el circuito de

aspiración no se llene. Por lo tanto, la lubricación en frío se ve favorecida por

tubos de succión cortos y de diámetro grande, con aceites que tengan buenas

propiedades de flujo en frío.

Cuando el aceite llega a la bomba es entonces forzado a través del filtro y luego

hacia el motor. Sin embargo, como el aceite está aún frío y los canales de aceite

del motor son pequeños, el flujo es lento y se desarrolla una presión alta, que es

registrada por el manómetro del tablero de instrumentos.

A medida que el aceite circula y se calienta, fluye más rápido porque la viscosidad

disminuye, hasta alcanzar un estado de equilibrio. Solamente en este punto se

puede decir que el motor está lubricado apropiadamente. Hasta que se establezca

una presión estable del aceite, la velocidad de desgaste es alta debido a un flujo

inadecuado del aceite a las superficies en rozamiento. Bajo condiciones de

arranque en frío, un "buen" aceite es aquél que da presiones de aceite estables lo

más rápido posible.

1.10.2 Principio de funcionamiento

Es un indicador analógico energizado con 24 voltios de corriente continua, cuya

deflexión se produce por la variación resistiva de un sensor de presión de aceite

ubicado en la carcasa del motor, este se encuentra en contacto directo con el

aceite que lubrica el interior de la máquina.

La deflexión de la aguja es resultado de la intensidad de corriente que circula a

través de una bobina, dicha intensidad es controlada por el valor resistivo

entregado por el sensor de presión, a menor resistencia mayor intensidad,

entonces la aguja se mueve más por lo tanto el sensor debe proporcionar una

señal inversamente proporcional a la variación de la variable física.

1.10.3 Características.

Este indicador permite observar la presión de aceite de lubricación del motor. La

presión normal para el trabajo debe estar entre los 60psi a 80psi.

Su rango de indicación es de 0psi a 90psi y su exactitud es de ±5%.

1.11 SWITCH DE PRESIÓN DE ACEITE PARA MOTOR

Figura 1.14 Switch de Presión de Aceite, NA-NC.

1.11.1 Principio de funcionamiento

En un motor en funcionamiento la pérdida de presión de lubricación causa el

retorno o activación del switch del sensor de baja presión. Este sensor tiene un

resorte que mantiene los contactos del switch en posición abierta o cerrada

dependiendo del tipo de switch. La resistencia de este resorte se vence con la

presión ejercida por el elemento a ser sensado, en este caso la presión del aceite

del motor. Además tiene un regulador de sensibilidad que permite realizar

pequeños ajustes de activación.

1.11.2 Características

Algunos de los modelos existentes permiten regular la presión de activación, esta

activación puede realizarse al subir la presión o al bajar la presión, es decir el

preso-switch se activará en el primer caso cuando la presión esté por encima de

los 60 psi y en el otro caso se activará cuando la presión baja de 12psi. Esta

característica debe ser analizada antes de seleccionar que contacto del preso-

switch se utilizará para el control y cual será la lógica apropiada de diseño.

1.11.2.1 Operación Normal

Bajo circunstancias ideales, la presión del aceite debería ser estable, y cualquier

incremento o decrecimiento deberá ser investigado por posibles daños mecánicos.

Causas de la baja presión de aceite

Causas de lecturas de

baja presión de aceite Consecuencias Acción

Bajo nivel de aceite Posible falla catastrófica

del motor

Agregue aceite hasta el nivel

apropiado e investigue las posibles

causas de pérdidas

Aceite que no fluye

hacia la bomba durante

el arranque

Posible falla catastrófica

del motor

Apague el motor. Cambie el aceite

por otro con mejores características

de arranque en frío

La bomba funciona muy

lento como para

establecer un buen flujo

de aceite

Reduce la vida del motor

Ponga un cambio más bajo para

incrementar las rpm. Haga revisar la

bomba de aceite

Aceite demasiado

caliente. Viscosidad

muy baja

Deterioro del

aceite/problemas con el

motor; desgaste,

depósitos

Revise los medidores de temperatura

y los controladores de temperatura

del motor. Verifique que la

viscosidad del aceite sea la correcta

Bomba de aceite

desgastada Problemas con el motor Reemplace la bomba de aceite

Cojinetes desgastados Problemas con el motor

El aceite fluye más fácilmente cuando

los cojinetes están desgastados.

Reemplace los cojinetes

Combustible en el aceite

que reduce la viscosidad

Alto consumo de aceite.

Desgaste del motor

Evite la marcha lenta. Revise

inyectores. Cambie el aceite

Tabla 1.3 Cuadro para Análisis de Fallas por baja de presión aceite en motores de combustión.

En realidad, cualquier desviación, alta o baja, de la presión normal de aceite debe

ser investigada.

1.12 TRANSMISOR DE ALTA PRESIÓN Y DE BAJA PRESIÓN

Figura 1.15 Transmisor de Presión.

1.12.1 Principio de funcionamiento

El transmisor de presión pequeño y rígido Viatran's Modelo 571 está diseñado

para mediciones exactas y estables de medias a altas presiones.

Compacto y completamente sellado, el modelo 571 está diseñado para soportar la

intemperie y ser sumergido hasta 100 pies. Toda la construcción soldada con

autógena y el uso del acero inoxidable 316, hace a los 571 herméticos al aire y al

agua e ideales para los ambientes corrosivos. El diseño libre de "O" Ring

simplifica el transmisor y asegura su confiabilidad.

El modelo 571 califica para el tipo a prueba de explosiones de las normas CSA y

FM, también tiene la aprobación de categoría ininflamable de CENELEC

(NEMKO). Los 571 han sido aprobados por FM como de seguridad inherente. Los

ajustes externos de Cero, span, y los controles de la calibración están sellados

herméticamente, todavía es fácilmente ajustado debido al sistema controlador

acoplado-magnéticamente único de Viatran. El acondicionador de señal en los

571 permite un rango de 5:1 de la gama estándar de la presión del transmisor.

Una característica especial de este transmisor es un circuito de calibración que

permite el seteo y cambio de rango en campo, sin la necesidad de una fuente

calibrada de presión.

1.12.2 Características

Transductor o sensor de presión en acero inoxidable con rangos de 0 a 200 PSIG

y hasta 0 a 10,000PSIG salida de 4 a 20mA ó 0 a 5/10VCD, conexión hembra

NPT, temperatura de operación de -40 a 125ºC; aplicaciones en compresores,

bombas, sistemas hidráulicos y neumáticos, equipos de refrigeración, medición de

presión en gases, farmacéuticas.

1.12.2.1 Válvulas de Control (Manual).

La válvula de aguja es un ejemplo de este tipo de válvulas. Consiste en una pieza

cónica que va en el extremo inferior de la válvula, la cual desciende con el

vástago hasta sellar completamente en los asientos. No se puede saber a simple

vista en que posición se encuentra. Para comprobarlo, gire el volante en el

sentido de las manecillas del reloj. Si al dar dos vueltas el volante, este sigue

girando libremente, la válvula debe estar abierta. Al igual que las válvulas de

compuerta, para abrir o cerrar totalmente, el volante debe girarse ¼ de vuelta en

sentido contrario. Estas válvulas por lo general son pequeñas y se utilizan para

regular el flujo.

1.13 RELÉ PROGRAMABLE

Figura 1.16 SLC 5/02 Allen Bradley.

1.13.1 Introducción a los Relés programables

Existen multitud de tipos distintos de relés programables que descienden como un

submodelo de los PLCs, pueden ser seleccionados dependiendo del número de

contactos, intensidad admisible por los mismos, tipo de corriente de

accionamiento, tiempo de activación y desactivación, etc.

La gran ventaja de los relés programables es la completa separación eléctrica

entre la corriente de accionamiento (la que circula por la bobina del electroimán) y

los circuitos controlados por los contactos, lo que hace que se puedan manejar

altos voltajes o elevadas potencias con pequeñas tensiones de control.

El Relé programable tiene varios relés asignados como salidas digitales que son

activados o desactivados por el programa de control almacenado en la memoria

del SLC. Esta operación causa que exista conexión o no, entre dos o más

terminales del dispositivo.

1.13.2 Características generales

Permite el control de un dispositivo a distancia. No se necesita estar junto al

dispositivo para hacerlo funcionar.

El SLC es activado con poca corriente, sin embargo puede activar grandes

máquinas que consumen gran cantidad de corriente. Con una sola señal de

control, se pueden controlar varios Relés a la vez.

1.13.3 Parámetros de selección de los Relés programables

El SLC Allen-Bradley 5/02 es un equipo enchufable de bajo consumo de energía.

Procesador SLC 5/02

El procesador SLC/ 5/02 amplía las capacidades de otros anteriores, ofreciendo

instrucciones adicionales. Más diagnósticos y opciones de comunicación entre

dispositivos semejantes. El procesador SLC 5/02 proporciona:

PID- usado para proporcionar control de proceso de bucle cerrado

Direccionamiento indexado

Control de hasta 480 E/S

Tamaño de memoria del programa de 4 K instrucciones

Capacidad de interrupciones

Rutinas de fallo del usuario

Canal de comunicación DH-485 incorporado (iniciación de comunicación

entre dispositivos semejantes)

Capacidad para manejar funciones matemáticas de 32 bits con signo

El procesador es la parte inteligente del SLC. Tiene en su interior

microprocesadores y memoria. En los modulares, debe ocupar el slot de la

izquierda del chasis.

En la memoria se guarda el programa actual del autómata y también los datos

necesarios para el funcionamiento de los contadores, temporizadores, etc, y el

estado de los contadores, relés internos, temporizadores, etc.

En el frontal tiene una serie de pilotos que indican el estado en que se encuentra.

También hay conectores que permiten comunicarse con los equipos de

programación, con los posibles chasis remotos y con otros autómatas conectados

en red con él. También existe un alojamiento para la batería, que es la que se

encarga de mantener la memoria, cuando el procesador se encuentra sin

alimentación.

En el modo PROG, es cuando nos será permitido programar el autómata.

En el modo RUN, es cuando el autómata está procesando, el programa.

También existe una posición intermedia REM, que permite al equipo de

programación cambiar entre un modo u otro. En los SLC esta función siempre es

remota.

La fuente de alimentación se encarga de convertir la tensión alterna de entrada a

las tensiones de trabajo de los elementos del chasis. En el resto de sitios

disponibles en el chasis (slots), se pueden poner tantos módulos como se quiera.

Los módulos pueden ser entre otros:

•ENTRADAS DIGITALES

•SALIDAS DIGITALES

•COMUNICACIONES

Es importante saber cual es la resistencia del bobinado del electroimán que activa

el relé y cuanta corriente soportan los contactos. La corriente se obtiene con

ayuda de la Ley de Ohm: I = V / R.

1.13.4 Arquitectura del Relé programable

Tabla 1.4 Arquitectura del SLC 5/02.

1.13.5 Programación del Relé

La programación se realiza a través de un programador que puede ser:

Un Terminal de mano (HHT)

Software APS(Advanced Programming Software)

Software Rslogix 500

Características principales:

Memoria de 1K, unas 1000 instrucciones

Reloj calendario

32 Temporizadores, 16 Des/Contadores, registros LIFO/FIFO,

programadores cíclicos

Programación: Lista de instrucciones, Contactos, Grafcet

Protección del programa (Sin posibilidad de acceso)

Conversión BCD a Binario (reversible)

Saltos de programa condicionados

Además de operaciones matemáticas básicas, raíz cuadrada y

exponenciación

Variables numéricas de 16 bits, constantes

Información de sistema (bits y palabras Sistema)

Control de Puertos de Entrada y Salida

1.13.5.1 Control de Puertos de Entrada y Salida.

1.13.5.1.1 Direccionamiento de Entradas Y Salidas En Los SLC-5

Cada uno de los slots del chasis es un grupo. En cada grupo puede haber un

máximo de 16 entradas y 16 salidas. Se llama Rack a un conjunto de 8 grupos.

El primer slot, al lado del microprocesador, es el 0 del rack 0, el siguiente el 1, el

siguiente el 2, asi sucesivamente. El rack 0 tiene los slots 0 a 7, lo que hace un

total de 8.

En cada slot podemos poner una tarjeta de entradas o salidas. Su dirección está

formada por tres cifras. La primera es un cero, la segunda es el nombre del rack y

la tercera el número de slot. Los slots 0 y 1 no están disponibles puesto que se

encuentra la fuente de alimentación.

Si en el slot 2 ponemos una tarjeta de 8 entradas sus direcciones corresponderán

a I:2 para distinguir una entrada concreta, por ejemplo la 6 escribiremos I:2,6. Si

ponemos una tarjeta de salidas en el slot 3 escribiremos O:3. Si en el slot 4

ponemos una tarjeta de 16 entradas, las ocho primeras serán I:4,0 a I:4,7 y las

demás serán I:4,10 a I:4,17, esto es debido a que el direccionamiento se realiza

en octal.

1.13.5.2 Ciclo Funcionamiento

Un ciclo de la operación consiste en dos partes:

1.13.5.3 Scan de Salidas y Entradas.

En el scan de salidas y entradas lo primero que hace el procesador es actualizar

las salidas con el estado de las tablas de salidas (archivo 0) que se han puesto a

"1" o a "0" según el programa. Posteriormente el archivo de entradas (fichero I) es

actualizado según el estado de las entradas.

1.13.5.3.1 Scan de programa.

En el scan de programa el microprocesador va haciendo un escrutinio de las

instrucciones del programa y las va ejecutando, actualizando tablas de datos.

1.13.5.3 Distribucion Memoria

La memoria del SLC se divide en dos partes, la memoria de programa y la de

datos. En la parte baja de la memoria se encuentran los archivos de datos y

cuando terminan éstos empieza la zona de archivos de programa. A medida que

los datos aumentan de tamaño se va desplazando la parte de instrucciones de

programa hacia más arriba de la memoria.

ARCHIVOS DE DATOS

ARCHIVOS DE PROGRAMA

LIBRE

1.13.5.4 Archivos de programa

Se pueden crear hasta 255 archivos de programa, de los cuales, los dos primeros

están reservados:

Archivo número 0 está destinado al uso interno del plc, este archivo se crea

solo automáticamente al empezar un programa.

El fichero 1 actualmente no se utiliza, pero está destinado a la programación

en SFC en futuras versiones.

El archivo número 2 también se crea automáticamente y es el fichero que

contiene el programa principal. El PLC siempre empieza a ejecutar las

instrucciones por el principio de este fichero y termina el ciclo al llegar al final

de este mismo archivo.

El resto de ficheros de programa los ha de crear el usuario, y puede crear del

número 3 al 255. Los archivos no tienen por que ir seguidos. Es decir, se

puede crear el 10, el 20 y 22, sin utilizar los archivos intermedios.

0 Función de sistema

1 Reservado

2 Programa Principal

3-255 Programas de subrutinas

Tabla 1.5 Organización de ficheros de memoria del SLC-5.

1.13.5.5 Archivos De Datos

Los archivos de datos son zonas de la memoria que va creando el usuario al

hacer su programa. Cada una de estas zonas especifica un determinado número

de datos de un tipo. Los tipos pueden ser BITS, ENTEROS, TEMPORIZADORES,

etc...

Cada fichero de datos puede tener de 0 a 255 elementos, por ejemplo, podemos

definir un archivo de temporizadores con 10 elementos o un fichero de enteros de

100 elementos. Con elementos se entiende el tipo de dato que representa el

archivo. Es importante hacer notar, que no tienen porque tener la misma longitud

elementos de ficheros de tipo distintos.

Para definir un determinado archivo para su utilización en el programa, tan solo,

hace falta utilizarlo en alguna instrucción, automáticamente se crea dicho archivo

con una longitud igual a la mayor utilizada hasta ese momento de ese mismo

archivo. Si posteriormente se vuelve a utilizar el mismo fichero pero haciendo

referencia a un elemento que no está dentro de la longitud actual, en ese caso, se

alarga la definición del archivo de forma automática.

0 Imagen de Salida

1 Imagen de Entrada

2 Estado

3 Bit

4 Temporizador

5 Contador

6 Control

7 Entero

8 Reservado

9 Comunicación RS-485

10-255 A declarar por el usuario

Tabla 1.6 Organización de los ficheros de datos.

En la tabla anterior se puede apreciar los archivos que crea automáticamente el

SLC al iniciar la programación de una aplicación. Los ficheros que van del 10 al

255 los puede ir creando el usuario a su antojo a lo largo del programa.

El archivo número 8 está reservado al uso interno del SLC y el 9 a la realización

de comunicaciones por la red DH-485.

A continuación se explica los distintos tipos de archivos de datos, los cuales se

identifican con una letra y un número:

Tipo de archivo Identificador Número

Salidas O Sólo el 0

Entradas I Sólo el 1

Estado S Sólo el 2

Bit B 3 a 255

Temporizador T 4 a 255

Contador C 5 a 255

Control R 6 a 255

Enteros N 7 a255

Tabla 1.7 Tipos de Archivos de Datos.

A continuación explicaremos la forma de referirse a un elemento de un fichero, lo

cual, recibe el nombre de DIRECCIONAMIENTO.

1.13.5.6 Direccionamiento.

La mejor forma de explicar el direccionamiento es a base de ejemplos. En primer

lugar vamos a ver como sería para acceder al elemento 10 del fichero 7 que es de

enteros:

N7:10

N Es el identificador de tipo, en este caso de Enteros

7 Fichero número 7

10 Elemento número 10

1.13.5.7 Archivos de Bits

Estos archivos están destinados a poder trabajar de forma cómoda con bits. Los

elementos de estos ficheros son palabras de 16 bits y pueden definirse de 0 a 255

palabras, con lo cual podemos tener un máximo de 4096 bits en un solo archivo

binario.

Existen varias formas de direccionar estos archivos, a través de la palabra y bit de

la palabra o directamente el número de bit respecto al inicio del archivo.

1.13.5.8 Archivos de Temporizadores

Este tipo de archivos destinados para poder trabajar con las instrucciones de

temporización. Los elementos de estos ficheros están formados por 3 palabras.

La estructura de estos registros es la siguiente:

15 14 13 0

EN TT DN Uso Interno

Valor de preajuste (PRE)

Valor de acumulador (ACC)

Tabla 1.8 Estructura de Registro de Archivos de Temporizadores.

El bit EN es de instrucción habilitada.

El bit DN es de temporización terminada.

El bit TT es de temporización realizándose.

El valor de preset es la palabra en donde se pone el valor hasta el que se

quiere que el temporizador cuente.

El valor de acumulado, es en donde el SLC deja el valor hasta el que ha

contado en cada momento.

Ejemplo de direccionamiento de estos bits, teniendo en cuenta que se utiliza el

archivo de temporizadores número 11 y el elemento 2 de dicho archivo como

ejemplo:

T11:2.EN » habilitación.

T11:2.DN » hecho.

T11:2.TT » temporizando.

T11:2.PRE » Preset.

T11:2.ACC » Acumulado.

Estos archivos pueden contener un máximo de 256 elementos, que teniendo en

cuenta que cada elemento son tres palabras, tendríamos que en un archivo de

temporizadores podemos llegar a ocupar 768 palabras.

1.13.5.9 Archivos de Contadores

Este tipo de archivos están destinados para poder trabajar con las instrucciones

de contadores. Los elementos de estos ficheros están formados por 3 palabras.

La estructura de estos registros es la siguiente:

15 14 13 12 11 0

CU CD DN UN UA Uso Interno

Valor de preajuste (PRE)

Valor de acumulador (ACC)

Tabla 1.9 Estructura de Registro de Archivos de Contadores.

El bit CU el contador cuenta hacia adelante.

El bit DN es de temporización terminada.

El bit CD el contador cuenta hacia atrás.

El bit UN indica desbordamiento inferior.

El bit OV indica desbordamiento.

El valor de preset es la palabra en donde se pone el valor hasta el que se quiere

que el contador cuente.

El valor acumulado, es en donde el SLC deja el valor hasta el que ha contado en

cada momento.

Ejemplo de direccionamiento de estos bits, teniendo en cuenta que se utiliza el

archivo de contadores número 15 y el elemento 23 de dicho archivo como

ejemplo:

C15:23.UN » habilitación cuenta adelante.

C15:23.DN » hecho.

C15:23. CU » habilitación cuenta atrás.

C15:23.PRE » Preset.

C15:23.ACC » Acumulado.

Estos archivos pueden contener un máximo de 256 elementos al igual que los

ficheros de temporizadores.

1.13.5.10 Archivos de Control

Estos ficheros se utilizan en instrucciones potentes que precisan de una zona de

memoria extra para poder controlar la operación que realizan. Instrucciones del

tipo movimiento de palabras, movimiento de bits, búsqueda, secuenciadores,

etc...

Cada elemento de estos ficheros está formado por 3 palabras, la estructura del

cual es la siguiente:

15 14 13 12 11 10 0

EN DN ER UL IN FD Uso Interno

Longitud

Posición

Tabla 1.10 Estructura de Registro de Archivos de Control.

El bit EN instrucción habilitada

El bit DN instrucción terminada

El bit ER instrucción ha encontrado un error

El bit UL bit de descarga (instrucciones de desplazamiento de bits BSL,

BSR).

El bit IN Inhibir

El bit FD encontrado (en instrucciones SQC)

Longitud es la dimensión que tiene el archivo con el que se quiere trabajar.

Posición dentro del fichero de trabajo, a la cual está apuntando la instrucción en

un determinado momento de la operación.

El máximo número de elementos es al igual que en casos anteriores de 256.

1.13.5.12 Archivos de Enteros

Estos archivos son utilizados para almacenar datos numéricos, como pueden ser

resultados de operaciones matemáticas, valores proporcionados por tarjetas

analógicas, etc...

El número más grande que pueden almacenar es de +32.767 y el más pequeño

es de -32.768.

Cada elemento de estos ficheros ocupa una palabra, y se pueden definir un

máximo de 256 elementos.

Como ejemplo de direccionamiento pondremos el fichero 35 elemento 123:

N35:123

1.13.5.13 Archivos De Estado

El archivo de estado del sistema le proporciona información concerniente a

diversas instrucciones que puedan estar usando en su programa. El archivo de

estado indica averías menores, información de diagnóstico sobre fallos

importantes, modos del procesador, tiempo de scan velocidad en baudios,

direcciones de nodo del sistema y otros tipos de datos.

El fichero de estado también proporciona información que se puede utilizar en el

programa de usuario, tal como:

Cargar módulo de memoria cuando error de memoria.

Códigos de error creados por el usuario.

Bit de primer scan.

La palabra S2:0 contiene las banderas aritméticas. El procesador actualiza y

valora las banderas aritméticas después de cada ejecución de una instrucción

lógica, matemática o de traslado. Los bits que forman esta palabra son el Bit de

acarreo, Bit de desbordamiento, Bit de cero y Bit de signo.

Los Bits S2:1/0 a S2:1/4 indican el modo actual del microprocesador.

Dependiendo del número que tengamos en estos bits sabremos en que modo

está funcionando el SLC:

Código = 0 » Cargando un programa

Código = 1 » Modo de programa

Código = 3 » En reposo.(ejecutada instrucción SUS)

Código = 6 » Ejecutando un programa

Código = 7 » Modo continuo de test

Código = 8 » Scan único de test

El Bit S2:1/5 informa que las tablas de E/S forzadas están activadas. En

caso contrario el bit está a 0.

El bit S2:1/6 indica cuando está a 1 que existen tablas de forzados de E/S ,

lo cual no quiere decir que estén activas. Si no hay ninguna tabla de

forzados el bit esta a 0.

El Bit S2:1/7 indica que hay como mínimo otro nodo en la red de

comunicaciones DH-485. En caso contrario está a 0.

El Bit S2:1/8 ha de ponerlo a 1 el usuario para obligar al procesador a borrar

el bit de fallo e intentar arrancar y ejecutar el programa. Si este bit

permanece a 0 el procesador permanece en un estado de avería importante.

El Bit S2:1/10 puesto a 1 hace que al producirse un error de memoria se

transfiera de forma automática el contenido del módulo de memoria opcional

a la memoria del procesador.Para poder ralizar esta operación de forma

correcta debe de existir dicho módulo y debe de contener un programa que

el procesador pueda ejecutar.

El Bit S2:1/13 cuando contiene un valor de 1indica que el SLC ha entrado en

una avería importante, deteniendo por tanto la ejecución del programa. Para

facilitar el tipo de error que se ha producido deja un código de error en la

palabra S2:6 el cual nos proporciona una pista de lo que ha podido suceder.

Si ponemos este bit a cero el procesador intenta arrancar el programa.

El Bit S2:1/14 es un bit que al ponerlo a 1 protege el acceso por parte de un

terminal al SLC. Para poder entrar a supervisar el SLC hace falta que el

terminal tenga una copia del programa que tiene el SLC en su memoria.

El Bit S2:1/15 se pone a 1 cuando se arranca el SLC y éste realiza el

escrutinio del programa por primera vez. En el segundo paso por el

programa y en pasos sucesivos (a no ser que se detenga el SLC) este bit

restará a cero.

Los Bits S2:3/0 a S2:3/7 contienen el tiempo que tarda el procesador en

realizar un ciclo completo del programa del usuario.

Los Bits S2:3/8 a S2:3/15 contiene el tiempo en unidades de 100

milisegundos que como máximo se permite al procesador en realizar un

scan completo de programa. Si se diera el caso que la CPU tarda más tiempo

que el que se ha establecido en estos bits el SLC entrará en fallo y se parará.

La palabra S2:4 es un registro que se pone a 0 al iniciar una ejecución del

programa y se va incrementando su valor cada 10 milisegundos. De esta

forma el programa puede consultar los bits de esta palabra si quiere realizar

operaciones con una base de tiempos precisa.

La palabra S2:5 contiene bits que indican sucesos que conllevan a un error

pero que es considerado como un error menor, el cual no provoca la parada

del programa.

La palabra S2:6 está destinada a guardar un código que indica el tipo de

error que se ha producido y que ha provocado la parada del SLC. Cuando el

procesador detecta un fallo mayor, deja en esta posición el código referente

al suceso, de esta forma el programador puede tener una guía a la hora de

solventar un problema.

La palabra S2:7 alberga el código de una instrucción SUS que se haya

ejecutado. De esta forma el programador puede saber porque se ha parado

su programa.

La palabra S2:8 contiene el número del archivo de programa en el cual se

ha ejecutado la instrucción SUS que ha provocado la parada del programa.

Las palabras S2:9 y S2:10 representas los 32 posibles nodos de la red DH-

485.Los bits que estén a 1 indican que una estación con el número de nodo

correspondiente al número de bit de 0 a 32 está activa, los bits a cero

indican estaciones inactivas.

Las palabras S2:11 y S2:12 están mapeadas a bits para representar los 30

slots posibles de E/S en un sistema SLC-500. El bit S2:11/0 representa el

slot 0, el S2:11/1 el slot 1 y S2:12/14 el slot 30.

Cuando uno de estos bits es puesto a 1 permite que el procesador actualice

el spot que hace referencia ese bit. Si está puesto a 0 el SLC ignora la

tarjeta E/S que haya en ese spot.

Los Bits S2:15/8 a S2:15/15 contienen un valor que indica la velocidad de

comunicación por la red DH-485. Puede ser de 19,2 Kbaudios o 9,6

Kbaudios.

CAPITULO II

ANALISIS Y DISEÑO

2.1 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA.

Un sistema de control de encendido y apagado automático de las bombas de

transferencia de crudo en la mini-estación Culebra 01 es urgentemente necesario

debido al riesgo al que están expuestas las personas encargadas de la operación

de dicha mini-estación.

Actualmente los Operadores de las bombas deben controlar manual y visualmente

los parámetros normales de funcionamiento de las bombas, en caso de alguna

falla o percance ellos deben apagarlas manualmente una por una. Es fácil

determinar cuales serian los resultados nefastos en caso de un incendio. El

bloque de bombas no cuenta con un sistema contra incendios pero podría ser

desarrollado en otro tema de tesis o la compañía podría incorporarlo después al

área y al sistema de control, por lo que es aconsejable dejar una entrada en el

SLC para la implementación e incorporación posterior del sistema contra

incendios.

Básicamente lo que se necesita es un sistema que permita controlar el apagado

de las bombas automáticamente y manualmente desde un tablero a distancia.

Los parámetros de los motores a controlar son: Temperatura del Agua, Presión de

Aceite y velocidad del eje.

Los parámetros de las bombas a controlar son: Presión de descarga y Presión de

Succión de las bombas.

2.2 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE

TRANSFERENCIA DE CRUDO.

Figura 2.1 Sistema de transferencia de crudo.

2.3 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE

CONTROL DE LAS BOMBAS DE TRANSFERENCIA DE CRUDO.

Figura 2.2 Diagrama de funcionamiento del Sistema de Control de las bombas de transferencia.

2.4 ESPECIFICACIÓN DE LOS REQUISITOS DEL SISTEMA DE CONTROL.

Las funciones especificas del sistema de control son la de permitir encender a

distancia las bombas y apagarlas automáticamente en caso de que los

parámetros de funcionamiento salgan de sus limites normales de trabajo.

Entonces:

El tablero de control debe tener los siguientes indicadores: Contador de

revoluciones del motor, temperatura de agua del motor, presión de aceite del

motor, indicadores de falla, botoneras de apagado y encendido, reset de fallas,

botonera de parada de emergencia local del tablero y otra remota (en un tablero

auxiliar).

Los indicadores de falla deben ser: Sobrevelocidad de motor, alta temperatura de

agua de motor, baja presión de aceite de motor, alta presión de descarga de las

bombas, baja presión de succión de las bombas, parada de emergencia, sistema

contra incendios, además de indicadores de: Bomba encendida, Bomba apagada

y Apagado por Falla.

Las bombas deben apagarse automáticamente cuando exista:

Alta temperatura del Agua de Motor que alcance los 100°C o 210°F.

Baja presión de Aceite de Motor menor a 20 PSI.

Sobrevelocidad que exceda las 1770 RPM (VER ANEXO A).

Baja presión de Succión menor a 40 PSI.

Alta presión de Descarga superior a 3500 PSI.

Activación del SISTEMA CONTRA INCENDIOS.

Activación de cualquiera de las dos PARADAS DE EMERGENCIA

disponibles.

Algunas condiciones a ser consideradas:

Cuando las bombas se apaguen por alguna falla, estas no pueden volver ha

ser prendidas hasta que se resetee con un pulsador la falla indicada en el

tablero.

Al encender las bombas, los pulsadores de arranque en el tablero deben

quedar deshabilitados para que no exista un sobrearranque y se pueda

ocasionar daños en el motor de arranque. Esto puede lograrse usando un

contacto seteable de los disponibles en el módulo de sobrevelocidad o

utilizando uno de los contactos del switch de presión de aceite del motor.

Cuando el motor se apague no debe indicar en el tablero FALLA DE BAJA

PRESION DE ACEITE.

Las paradas de emergencia deben apagar los motores aunque el SLC esté

dañado o apagado. Este control es muy importante y siempre debe estar

habilitado.

2.5 DISEÑO DEL SOFTWARE.

A continuación se explicará las diferentes pantallas que conforman el programa

en ladder desarrollado para el SLC 5/02 de Allen Bradley, que permitirá el control

de las bombas de transferencia de crudo de la miniestación Culebra 1 del Campo

Auca perteneciente a Petroproducción Filial de la compañía Estatal Petrolera

PetroEcuador.

2.5.1 LADDER PRINCIPAL.

Figura 2.3 Instrucciones de Subrutina principal.

El ladder principal que se encuentra en las primeras hojas del ANEXO B, permite

la utilización de subrutinas para organizar mejor la estructura del programa. En

esta sección del software se define la secuencia para la ejecución de las

subrutinas y además se setea el valor de comparación para las entradas

analógicas obtenidas de la presión de succión y descarga de las bombas.

2.5.2 SUBRUTINA 1 Y 2.

Figura 2.4 Instrucciones de Subrutina 1.

Figura 2.5 Instrucciones de Subrutina 2.

Las subrutinas 1 y 2 permiten asignar las entradas digitales de las bombas 1 y 2

respectivamente a variables auxiliares. Esto facilita cambiar una entrada digital

defectuosa, físicamente en el SLC y luego ingresar a estas subrutinas para

realizar el cambio dentro del software de control, sin tener que analizar el

funcionamiento del programa, ni buscar subrutina por subrutina para realizar los

cambios de dicha entrada digital en el programa.

2.5.3 SUBRUTINA 3 Y 4.

Figura 2.6 Instrucciones de Subrutina 3.

En las subrutinas 3 y 4 del software, se asigna las variables auxiliares del

programa que activarán las diferentes salidas digitales (relés) del SLC, tanto para

la bomba 1 como para la bomba 2 respectivamente.

Figura 2.7 Instrucciones de Subrutina 4.

En la secuencia anterior podemos observar el método utilizado para evitar que la

lámpara de apagado normal, se encienda cuando las bombas se apagan por

alguna otra causa que no haya sido la botonera de apagado desde el tablero, es

decir se hayan apagado por alguna falla o parada de emergencia.

2.5.4 SUBRUTINA 5 Y 6.

Figura 2.8 Instrucciones de Subrutina 5.

En la figura anterior podemos encontrar las variables auxiliares correspondientes

a entradas de parámetros de protección, asignadas a las variables auxiliares de

control de apagado por falla en el programa.

Figura 2.9 Instrucciones de Subrutina 6.

Esta secuencia de las subrutinas 5 y 6 permite temporizar el sensor de baja

presión de aceite, para que el programa no detecte como falla de baja presión de

aceite de motor cuando esté arranca; debido a que necesita unos segundos

después del arranque para que la presión de aceite del motor suba y el contacto

de dicho sensor se abra. Aquí también se bloquea la protección del sensor de

aceite de motor cuando se realiza un apagado normal, evitando que se encienda

la lámpara de apagado por falla y el indicador de falla de baja presión de aceite

del motor.

2.5.5 SUBRUTINA 7 Y 8.

Figura 2.10 Instrucciones de Subrutina 7.

Estas subrutinas contienen las instrucciones necesarias para el arranque de las

bombas, básicamente son los tiempos que se debe dar para que algunas

variables se establezcan y poder comenzar a sensar los parámetros reales del

funcionamiento de las bombas; además se asigna el tiempo que durará

alimentada la bobina de arranque de cada bomba y el tiempo que se deshabilitará

la energía que alimenta a la solenoide que mantiene abierta la válvula de paso de

combustible de cada bomba y permite que éstas permanezcan encendidas.

2.5.6 SUBRUTINA 9 Y 10.

Figura 2.11 Instrucciones de Subrutina 9.

En estas subrutinas se encuentran las instrucciones que permiten realizar el

arranque de las bombas individualmente. Cada Subrutina proporciona

protecciones para evitar que existan sobrearranques en el momento y después

del arranque.

ANEXO B. (Véase el desarrollo del programa completo).

CAPITULO III

RESULTADOS Y PRUEBAS.

3.1 DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO.

El sistema de control para las bombas de transferencia de la Mini-estación

Culebra 01, consta de un tablero de control principal, un tablero de revisión de

señales provenientes de las máquinas y un tablero pequeño para alojar la

botonera de parada de emergencia remota que se encuentra en un lugar

accesible dentro de la Mini-estación, pero apartada del tablero principal.

Figura 3.1 Entrada a la Miniestación Culebra 01.

Figura 3.2 Caseta de Bombas de Transferencia de Crudo.

El tablero principal está conformado por: Indicadores digitales de revoluciones de las máquinas. (Tacómetros)

Manómetros Indicadores de presión de aceite de los motores.

Manómetros Indicadores de temperatura de agua de los motores.

Luz indicadora de Máquina apagada.

Luz indicadora de Máquina encendida.

Luz indicadora de Falla.

Grupo de leds que indican que falla se produjo.

Una botonera de parada de emergencia.

Pulsador de encendido (Para cada bomba)

Pulsador de apagado.

Pulsador de RESET.

Figura 3.3 Tablero de Control para bombas de transferencia de crudo.

El tablero de control permite encender y apagar las bombas indistintamente de

manera automática, en caso de una falla, y manual, por el usuario. Cuando se

presiona el pulsador de encendido, el programa temporiza algunas variables

como presión de aceite del motor que inicialmente en estado de motor apagado

éste es cero. Las revoluciones durante el arranque también podrían producir una

falsa alarma de sobrevelocidad, por lo que también se temporizó dicha señal

hasta que se establezca dentro de la velocidad considerada nominal. Mediante

estas variables también controlamos el pulsador de encendido deshabilitándolo

automáticamente para que no existan sobrearranques que podrían ocasionar la

destrucción del motor de arranque de la máquina. Para el arranque el elemento

a controlar es un pequeño switch magnético para cada bomba y en este tipo de

bombas la válvula que deja pasar el combustible debe estar encendida.

El apagado de las bombas es bastante simple, solamente se debe desenergizar

una solenoide que mantiene la válvula de paso de combustible abierta. Los

pulsadores de apagado de las bombas ingresan una señal al PLC y éste controla

el apagado de las mismas, pero con las paradas de emergencia el apagado es

directo quitando la energía a las solenoides de parada de los motores.

Cada vez que ocurre una falla en cualquiera de las bombas habrá un indicador de

falla fácilmente visible en el tablero. En este caso las/la bombas se apagarán y no

volverán a encender hasta no presionar el botón de RESET del tablero.

Algunas variables durante el apagado normal o por falla podrían producir falsas

indicaciones de falla como la baja presión de aceite del motor y la baja presión de

succión de las bombas, para esto el sistema cuenta con un bloqueo en caso de

apagado normal o falla por otra causa que no sea una de las anteriores o ambas,

que impide que alguna de estas dos fallas se indique cuando las bombas se

apagan.

Este sistema tiene una entrada disponible y diseñada para la instalación de un

SISTEMA CONTRA INCENDIOS con el que tampoco cuenta la miniestación.

Las bombas pueden ser encendidas solo una a la vez sin un orden específico,

pero podrán ser apagadas al mismo tiempo (parada de emergencia) o

individualmente (apagado normal).

Cuando se pulsa el botón de arranque de una de las bombas el sistema ejecuta

las siguientes tareas, en este orden específico:

Activa el relay que energiza la bobina para abrir la válvula de paso de

combustible.

Activa el relay que energiza el switch magnético para alimentar el motor de

arranque eléctrico, el tiempo para mantener el motor de arranque activado

esta determinado por el sensor de aceite de motor y por el de sobrevelocidad

que tiene un contacto seteable, éste nos permite desactivar el switch

magnético para que no se produzcan sobrearranques luego que el motor

alcance las 600rpm, con el switch de presión también deshabilitamos el

pulsador de arranque.

Cuando el motor empieza el arranque el sistema da un tiempo (10 seg) a la

señal del sensor de presión de aceite de motor debido a que al inicio ésta es

baja.

También da un tiempo al sensor de sobrevelocidad debido a que en el

arranque estos motores demoran un momento en estabilizar su velocidad

nominal ya que tienen un GOBERNOR mecánico que regula la velocidad

lentamente.

Cuando la máquina está en su estado de trabajo normal entonces se transfiere

la potencia del motor a la bomba por medio de engranajes, parecido a poner

marcha en un vehículo, es desde aquí que comienza el bombeo de crudo

propiamente dicho.

En estado de trabajo en caso de alguna falla el PLC desenergiza

automáticamente la solenoide de la válvula de combustible y el motor se

apaga. Esto es exactamente lo que sucede cuando se presiona el botón de

apagado normal o de parada de emergencia.

Las solenoides de parada y los switch de arranque están alimentados por el

voltaje de las baterías propias de cada motor y que son cargadas por

alternadores.

3.2 DIAGRAMAS DE CABLEADO PARA EL MONTAJE DEL

TABLERO DE CONTROL.

Figura 3.4 Cableado del Sistema de Control para la Bomba #01.

Figura 3.5 Cableado del Sistema de Control para la Bomba #02.

3.3 PRUEBAS EXPERIMENTALES.

Luego de terminado el montaje del sistema de control, se realizaron pruebas de

alarmas y seteo de sensores, estas pruebas consistieron en lo siguiente:

Chequeo de las diferentes señales enviadas al tablero, realizando una simulación

de cada una, esto se lograba con puentes entre los terminales de los cables que

llegan a los bornes de los contactos de los sensores, entonces se procede a

chequear que se active la alarma correcta en el tablero de control. Luego de

determinar que todo el cableado está correctamente direccionado a los diferentes

sensores procedimos a calibrar los sensores.

La calibración de los sensores de presión se las realizó usando un calibrador

hidráulico de campo marca ROOSEMOUNT que proporciona valores de presión

exactos y los indica en una pantalla.

Los sensores de temperatura para el motor vienen calibrados de fábrica para

activarse a los 212 grados Fahrenheit que es la temperatura de ebullición del

agua. Estos sensores fueron chequeados en el laboratorio en un calentador de

agua con indicador digital de temperatura, usado específicamente para este tipo

de pruebas.

El sensor de velocidad o pick up, que envía una señal de voltaje con variación de

frecuencia, no necesita calibración la intensidad de la señal que éste produce

depende de la cercanía que tenga con la cinta del motor (rueda dentada). Pero el

módulo que sensa esta señal si necesita ser calibrado, para esto se utilizó un

generador de frecuencia y con ayuda de la tabla del ANEXO A, se realizó la

calibración para que se active por sobrevelocidad del motor a 18% de la velocidad

nominal que es 1500 rpm, como el motor es 3304 de 156 dientes la velocidad de

seteo de sobrevelocidad seria 1170 rpm que corresponden a 4602 Hz +/- 25%.

Del mismo modo se realizó el seteo de la terminación de arranque que según la

tabla debería ser 600 rpm que corresponden a 1560 Hz +/- 25%.

Finalmente fue efectuada una prueba total del sistema manteniendo las dos

máquinas encendidas y a plena carga, con esto hicimos dos pruebas aleatorias de

fallas, una de ellas fue simular baja presión de succión de las bombas y la otra

baja presión de aceite del motor. También fueron probadas las paradas de

emergencia local y remota, se verificó que al apagarse por falla o normalmente, en

el tablero solo indicará la falla y la lámpara de falla, o la lámpara de apagado

normal según sea el caso.

Los resultados de las pruebas fueron los esperados, contamos con la asistencia

del Jefe del Departamento de Mantenimiento de Petroproducción, Tecnólogo

Edgar Puruncajas y con su equipo de Técnicos Instrumentistas del Campo Auca.

3.4 ALCANCES Y LIMITACIONES.

Dentro de los alcances que tiene el nuevo sistema de control de las bombas

podemos citar las siguientes:

El nuevo sistema de control está basado en un switch programable con amplia

funcionalidad, se obtiene por tanto un mejor desempeño y optimización de la

operación de las máquinas.

El nuevo sistema admite la incorporación de un sistema contra incendios, que

permite dar mayor seguridad a toda la estación.

Los costos de implementación del nuevo sistema son mucho menores, debido

a que se reutilizó elementos de otros sistemas anteriores.

El nuevo sistema de control permite un fácil control y monitoreo de las

máquinas a distancia.

Todas las partes del sistema, sobre todo los sensores son reemplazables en

caso de daño.

No se hicieron modificaciones al sistema de bombeo para instalar el nuevo

sistema de control.

La asistencia en caso de falla será inmediata, debido a que el sistema le indica

al operador la falla producida, para que él pueda informar al personal de

mantenimiento y ellos puedan solucionar el percance con prontitud.

Las limitaciones a considerar podrían ser las siguientes:

No se puede observar en el tablero las presiones de descarga y succión de las

bombas.

El SLC tiene un módulo de enlace para comunicarse con la computadora y

poder bajar el software desde la PC al SLC o realizar un monitoreo, esto

complica en caso de necesitar recargar el programa.

El sistema trabaja con 110 Vac y no tiene una batería para back up.

El SLC ya no tiene entradas disponibles para un sensor de nivel de tanque de

almacenamiento, esto debe hacerlo el operador.

3.5 ANÁLISIS TÉCNICO – ECONÓMICO.

El objetivo de cualquier empresa y, por tanto, de una de explotación petrolera, no

es otro que lograr la mayor rentabilidad posible. La toma de decisiones dentro del

programa de automatización ha de tener en cuenta la situación económica del

momento y del lugar, teniendo en cuenta para esto la cantidad de barriles que se

bombean desde las distintas estaciones de la operadora, así como posibles

situaciones futuras de aumento de producción.

Para ello debemos seleccionar aquellos equipos y elementos de control que

vayan a conseguir que la rentabilidad de la empresa sea máxima, evitando que

existan fallas que pudieran afectar el itinerario de bombeo, es decir, la cantidad de

transferencia de crudo diaria.

El presente proyecto de automatización de las bombas de transferencia de crudo

ha tenido como finalidad principal la seguridad de las personas que trabajan en la

miniestación Culebra 01 y de los equipos que la constituyen.

La cantidad de bombeo no aumentará pero la productividad si, a largo plazo los

equipos estarán protegidos ante fallas que los destruyan completamente, y los

operadores de la miniestación van ha trabajar en un ambiente mucho más seguro

desde el primer momento en que el sistema empiece a funcionar.

Para esto fue necesario el material detallado a continuación:

Tabla 3.1 Materiales Utilizados para la implementación del sistema de control. SUBTOTAL = 2487.59 MANO DE OBRA = 1000

ITEM DESCRIPCION USO CANT Nº PARTE MEC

1 TACOMETROS VELOCIDAD MOTOR 2 1977348 882091117

2 INDICADOR TEMP. AGUA TEMPERATURA AGUA MOTOR 2 7W2060 882372060

3 INDICADOR PRESION ACEITE PRESION ACEITE MOTOR 2 7W2937 882372937

4 INDICADOR VOLTAJE DE BATERIAS CARGA BATERIAS 2

5 LAMPARA VERDE ON 2 313 265647101

6 LAMPARA ROJA OFF 2

7 LAMPARA AMARILLA FALLA 2

8 PULSADOR VERDE START 2 800T-A2B 266858021

9 PULSADOR NEGRO STOP 2

10 PULSADOR AMARILLO RESET 2

11 PULSADOR CON MEMORIA ROJO PARADA EMERGENCIA 2 4W8735 882348735

12 LAMPARA ROJA PEQUEÑA (LED) ALARMAS 9 25F995 266837301

13 PLC AB CONTROL 1

14 MODULO DE SOBREVELOCIDAD PROTECCION SOBREVELOCIDAD 2 508020620 508020620

15 SWITCH MAGNETICO ARRANQUE MOTOR 2 9F3099 880693099

16 RELES 24 VOLTIOS PROTECCION SALIDAS PLC 6 3N5714 881435714

17 BASE PARA RELE 6 27E893 501370540

18 FUENTE DE 110Vac A 24Vdc ALIMENTACION 24Vdc 1

19 FUSIBLES DE 1/2A PROTECCION ELECTRICA 3

20 PORTA FUSIBLES 3

21 SWITCH PRINCIPAL ENCENDIDO EQUIPO 1

22 CABLE # 10 BATERIAS ARRANQUE 50 m

23 CABLE # 18 CABLEADO TABLERO 200 m

24 CABLE APANTALLADO 2 HILOS PICK UP 20 m

25 REGLETA DE CONEXIONES 2

26 PICK UP SENSOR DE VELOCIDAD 2 3E7886 880537886

27 PRESO SWITCH ACEITE SWITCH PRESION DE ACEITE M 2 6T6652 882066652

28 SENSOR DE PRESION DE ACEITE SENSOR PRESION ACEITE M 2 9X1124 882491124

29 TERMO SWITCH SWITCH TEMP AGUA M 2 2W8915 882328915

30 TERMO SENSOR SENSOR TEMP AGUA M 2 5L7442 881257442

31 SWITCH DE NIVEL SWITCH NIVEL ACEITE BOMBA 2

32 PRESO SWITCH 0-200 PSI SWITCH PRES SUCCION BOMBA 2

33 PRESO SWITCH 0-4000 PSI SWITCH DESC SUCCION BOMBA 2

34 CAJA METALICA GRANDE TABLERO DE CONTROL PRINC 1

35 CAJA METALICA MEDIANA TABLERO AUXILIAR 2

36 CAJA METALICA PEQUEÑA TABLERO PARADA EMERGENCIA 1

37 MANOMETRO DE 0-200 PSI INDICADOR PRES SUCCION 2

38 MANOMETRO DE 0-4000 PSI INDICADOR PRES DESCARGA 2

39 TUBERIA CONDUIT 3/4" CABLEADO SENSORES BOMBA 10

40 CODOS CURVA PARA TUBERIA 6

41 UNIONES T GUAT CAJA DE REVISION DE TUBERIA 5

LISTADO DE MATERIALES TABLERO DE CONTROL BOMBAS TRANSFERENCIA CULEBRA 01

TOTAL = 3487.59 dólares. Difícil cálculo de costes.

Tradicionalmente, los costes asociados a una actividad empresarial se han

dividido en costes fijos y costes variables (aunque la teoría de pesos considera

que, si una empresa se encuentra en el óptimo de manejo, a largo plazo todos los

costes son variables).

Otro punto crítico a la hora de realizar el estudio económico es el coste asociado

a la mano de obra, siendo más problemático aún, repartir dicho coste entre las

diferentes actividades. El hecho de que la explotación sea “industrial” dificulta este

proceso porque no existe un salario fijado, por lo que se le puede asignar un

salario arbitrario.

Pero aún el Costo-Beneficio sigue siendo muy grande si consideramos el nivel de

seguridad obtenido y la cantidad de petróleo bombeado desde la miniestación.

TASAS DE PRODUCCION DE PETROLEO

DEL CAMPO (BF/DIA)

AÑO PETROLEO AGUA FLUIDOS CORTE DE AGUA(%)

1 5906. 5742. 11648. 49.3

2 5884. 5764. 11648. 49.5

3 5696. 5952. 11648. 51.1

4 5614. 6034. 11648. 51.8

5 5295. 6353. 11648. 54.5

6 5200. 6448. 11648. 55.4

7 4930. 6718. 11648. 57.1

8 4707. 6941. 11648. 59.6

9 4477. 7171. 11648. 61.6

10 4296. 7352. 11638. 63.1

11 3944. 7704. 11648. 66.1

12 3807. 7841. 11648. 67.3

13 3544. 8104. 11648. 69.6

14 3302. 8346. 11648. 71.7

15 3066. 8582. 11648. 73.7

16 2934. 8713. 11648. 74.8

17 2675. 8973. 11648. 77.0

18 2541. 9107. 11648. 78.2

PRODUCCION TOTAL = 28.40 MMBP

Tabla 3.2 Tasas de Producción de la MIniestación Culebra 01.

CAPITULO IV

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

4.1 CONCLUSIONES.

El nuevo sistema de control para las bombas cumple con los requerimientos

de la empresa PETROPRODUCCION filial de PETROECUADOR auspiciante

del presente proyecto de grado.

Con este sistema se logra que la intervención de los operadores de la

miniestación en el área de bombas sea mínima proporcionándole seguridad

laboral.

Se logró construir un sistema de control reutilizando equipos y dispositivos de

otros proyectos ya desensamblados años atrás.

Las operaciones realizadas por el SLC-5/02 de ALLEN BRADLEY son seguras

y su funcionamiento es sumamente resistente al tiempo y al trabajo. Son

equipos de alta confiabilidad.

No existió ningún problema de operabilidad durante las pruebas

experimentales y el tiempo que lleva ya operando el sistema.

El nuevo sistema de control se adaptó sin necesidad de hacer modificaciones

al sistema de bombeo y funcionó correctamente.

El sistema es completamente seguro para los operadores, en caso de alguna

falla grave ellos pueden apagar las bombas desde una distancia segura sin

atentar contra su seguridad.

El nuevo sistema realiza las mismas funciones que realizaban los operadores

manualmente pero con la ventaja de concentrar los controles y manómetros en

un solo lugar.

Con la ayuda del computador se puede realizar un diagnóstico de

funcionalidad del programa, revisar parámetros, mientras el SLC está

operando en forma normal.

El sistema da asistencia al área de mantenimiento puesto que indica cual es la

falla producida y permite hacer un pre-diagnóstico al técnico para que se

prepare anticipadamente a su reparación.

El sistema de control ahorra tiempo de parada por fallas.

El sistema desarrollado es de fácil operación, puesto que se ha intentado

hacer la tapa del tablero de control con elementos similares a los de otros

tableros de control del campo.

Los elementos utilizados en el sistema de control son utilizados en otros

sistemas de control existentes en el campo, por ello existe un stock de

repuestos para este sistema.

Debido a la situación económica del País la estatal Petrolera busca siempre

readecuar sistemas de control que fueron de otras máquinas y así mantener

las estaciones automatizadas con poco presupuesto.

El sistema necesita que se realice mantenimientos periódicamente, por las

condiciones ambientales a las que está sometido.

En caso de incendio la base del sistema de control no sufrirá daño, porque se

encuentra alejada del área, dentro de la caseta de los operadores.

El nuevo sistema de control es muy práctico y podría implementarse en otras

locaciones donde existan bombas de transferencia.

4.2 RECOMENDACIONES.

Se recomienda tomar en cuenta la estética de un tablero a realizarse,

inicialmente es lo primero que ve el buen técnico.

Dar un uso adecuado a todas las entradas y salidas del SLC, de esto depende

el buen funcionamiento del sistema.

Tomar las medidas correctamente y realizar las perforaciones justas para

ensamblar los elementos en el tablero de control.

Mantener el contacto y la tutoría de las personas encargadas de recibir el

proyecto y de constatar su implementación y funcionamiento.

Realizar una codificación de cables para no producir confusiones y

posteriormente conexiones mal realizadas.

Dar mantenimiento a los elementos de control y sensado para un mejor

funcionamiento, recordar que el equipo está sometido a condiciones de

ambiente húmedo y polvo.

Estudiar toda la información posible para tener una idea clara del

funcionamiento de la maquinaria y equipos y así contar con un buen criterio de

diseño e implementación.

Tener en cuenta las normas de seguridad y advertencias de riesgos o peligros

para evitar lesiones o daños en los equipos al momento del montaje y las

pruebas.

Capacitar al personal que opera la miniestación indicando alcances y

limitaciones del sistema, logrando que se familiarice y opere de forma correcta

el sistema.

Marcar y señalar las zonas de los diferentes voltajes dentro del tablero de

control, también indicar cuales son las partes de potencia que va ha controlar.

Analizar todas las funciones y operaciones del equipo para optimizar el diseño

del programa que las va ha realizar.

ANEXO A

ANEXO B

LADDER PRINCIPAL

SUBRUTINA 1

SUBRUTINA 2

SUBRUTINA 3

SUBRUTINA 4

SUBRUTINA 5

SUBRUTINA 6

SUBRUTINA 7

SUBRUTINA 8

SUBRUTINA 9

SUBRUTINA 10

A. Glosario.

BOMBA DE TRANSFERENCIA.- Es una bomba de potencia, que permite

bombear grandes cantidades de petróleo, está formada por pistones.

MOTOR DIESEL.- Un motor diesel funciona mediante la ignición de la mezcla

aire-gas sin chispa.

PETROLEO.- Es un líquido oleoso bituminoso de origen natural compuesto por

diferentes sustancias orgánicas. Se encuentra en grandes cantidades bajo la

superficie terrestre y se emplea como combustible y materia prima para la

industria química.

API (American Petroleum Institute).- Es un indicador de la densidad y de la

calidad del crudo. A mayor Gravedad API, mayor será su valor.

OSM (Over Speed Module).- Modulo que se activa con la señal del sensor de

efecto hall (pick up).

Pick up.- Sensor de velocidad de rotación, su funcionamiento se basa en el

efecto hall.

SLC (Switch controlador lógico).- Switch inteligente programable que permite

realizar un control a través de salidas digitales por medio de contactos abiertos

y cerrados, según el control lo necesite.

Subrutina.- Subprograma, sirve desarrollar una programación estructurada,

permitiendo que las instrucciones de un programa sean organizadas de

acuerdo al elemento a controlar.

B. Ubicación.

C. Manual de Mantenimiento.

Mantenimiento Preventivo.

2°00

COLOMBIA

V.H.R

OCANO

PENA BLANCA

FRONTERA

ATACAPI

SANSAHUARI

CUYABENORON

VISTA

YUCAN

LIMONCOCHA

TARAPO

A

MARIANN

CAPIRON

TIVACUNO

PAUJILIMUYA

TIPUTINI

TAMBOCOCHA

ISHPINGO

AMO

YUCA

PALANDA

ARMADILLO

CONONACO

TIGUINO

DANTA

AMAZONAS

BALSAURA

HUIT

O

MARANON

CAPAHUARI

PERU

77°00 76°00

00°00

1°00

2°00

VINITA

YUTURI

00°00

1°00

CHARAPA

LAGO

AGRIO

GUANTA -

DURENO

PALO ROJO ENO

PUCUNA

SACHA

CULEBRA

PUMA

AUCA

PUNGARAYACU

COCA -PAYAMINO

SUMACO

PAN DE

AZUCAR

YANAHURCO

REVENTADOR

BERMEJO

SHUSHUFINDI

LEYENDA

CAMPO PETROLERO

FALLA INVERSA

ZONA SUBANDINA

AREA DE ESTUDIO

VOLCAN

0 10 30 Km

ESCALA GRAFICA

FORESTAL

CARMEN

SHIVIYACU

HUAYURI

HUAYURI

LE

VA

NT

AM

IEN

TO

CU

TU

CU

LE

VA

NT

AM

IEN

TO

NA

PO

DE

PR

ES

ION

PA

ST

AZ

A

UBICACION

Provincia de Orellana

en la Región

Amazónica.

Ubicado a 15 Km. de

la ciudad de Coca, Vía

al Auca.

NIVEL DE SERVICIO 1.

Realizar cada 15 días.

1. Realizar una limpieza de los tableros de control y auxiliar.

2. Verificar que no existan daños visibles de sobrecalentamiento en los relés y

contactores que activan las solenoides de apagado y encendido de las

máquinas.

3. Revisar que los leds de las lámparas de indicación de estado del sistema se

encuentren en buen estado.

4. Chequear el estado del PLC, su variable de estado debe estar en RUN.

5. Hacer una inspección visual de todos sensores y cableado cercano a los

motores para comprobar su estado físico.

NIVEL DE SERVICIO 2.

Realizar mensualmente.

1. Realizar el NIVEL DE SERVICIO 1.

2. Realizar una parada de emergencia de prueba para comprobar que el

control del apagado esté en óptimas condiciones, también observar que los

indicadores estén correctos.

3. Revisar los contactos de todos los sensores y contactores eléctricos del

sistema, utilizando un multímetro, poner énfasis en las botoneras de las

Paradas de Emergencia.

4. Medir los niveles de voltaje proporcionados por la fuente del SLC, dentro del

tablero.

NIVEL DE SERVICIO 3.

Realizar Trimestralmente.

1. Realizar los niveles de servicio 1 y 2.

2. Realizar una calibración de todos los sensores y módulos del sistema, es

necesario para esto contar con el calibrador de campo ROOSEMOUNT y

con un generador de Frecuencia, si es posible debería cambiarse los

módulos de sobrevelocidad por otros calibrados en laboratorio, esto

permitirá ahorrar tiempo de parada de las máquinas.

3. Solamente si ha habido fallas en el sistema conecte la PC al SLC y

recargue el software. (Evite hacer esto si no es necesario).

BIBLIOGRAFIA

MANDADO Enrique, “Sistemas Electrónicos Digitales”, 7° edición,

capitulo 9.

CEPEDA JOSE, “Instrumentación Básica Aplicada a la Industria Petrolera”,

Curso Lago Agrio 1994.

ANGULO PABLO, “Diagramas para Control Industrial”, Escuela

Politécnica Nacional – Facultad de Ingeniería Eléctrica, 1985.

RS Logix 500, “Programming for the SLC 500 and Micrologix Familias,

ROCKWLL SOFTWARE. 1999.

ALLEN-BRADLEY AUTOMATION SYSTEMS, ROCKWELL

Automation,

WEBBIBLIOGRAFIA DE INTERNET

http://codico.webeteca.com/Electronica.htm

http://www.geocities.com/SiliconValley/Bay/9986/sensores3.htm

http://www.davis.com

LATACUNGA, ENERO DEL 2007

SERVIO FERNANDO MERA CUEVA 210006159-3

AUTOR

ING. ARMANDO ÁLVAREZ COORDINADOR DE CARRERA

DR. EDUARDO VÁSQUEZ ALCÁZAR SECRETARIO ACADEMICO