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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACÍN FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE ELECTRÓNICA
SISTEMA DE CONTROL DE CALDERAS PARA EL PROCESO DE SECADO DE PASTAS. CASO: MOLINOS SAGRA C.A. (MOSACA).
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA
PRESENTADO POR:
Br. ESPINEL CHICA, DEISSY MARIOZY Br. JIMÉNEZ MOLINA, ALEXANDER JOSÉ
ASESORADO POR:
Ing. MARCO CHACÍN Ing. HANS VIZCAINO
LIC. BEATRIZ ISAMBERGTT
MARACAIBO, MARZO 2003
SISTEMA DE CONTROL DE CALDERAS PARA EL PROCESO DE SECADO DE PASTAS. CASO: MOLINOS SAGRA C.A. (MOSACA)
II
III
IV
DEDICATORIA
A nuestro Salvador, el Señor Jesucristo, por darme las ganas de vivir, la
fuerza para respirar, la paciencia y tolerancia necesaria para cumplir con mis
metas y el espíritu para poder amar.
A mi amor eterno, mi querida Madre, por ser el pilar fundamental en la
trayectoria de mi vida, y que con sus esfuerzos y su dedicación me da la
fuerza necesaria para seguir adelante.
A mi adorada Hermana: Jenniffer kadadihi, para que tome este éxito
como un ejemplo para su vida.
Esta meta ha sido para ustedes y por ustedes... ¡Los amo a todos!
Deissy Espinel.
VI
AGRADECIMIENTO
A Dios, por iluminarme y guiarme por el camino del bien para poder lograr
este sueño obtenido.
A mi Madre, ejemplo digno de admiración por su constancia y entrega a
nuestra familia, por ser mi fiel amiga y día a día me acompaña, ¡Te Amo!
A mis tíos Jaime Galvis y a su esposa Gloria de Galvis, por su apoyo y
desinteresada ayuda en la búsqueda de esta gran oportunidad.
A mi amigo Alexander Jiménez, por aportarme sus conocimientos del
amplio mundo de la electrónica y a su bella familia por el gran apoyo
incondicional.
Al Sr. Terardo Abreu de la compañía SAINCA, por aportarme grandes
conocimientos referentes a este y otros ámbitos en la ingeniería.
Al Ing. Hans Vizcaíno y al Departamento de técnico de Molinos Sagra
C.A. ¡Gracias por su cooperación!
A los Asesores de este proyecto de investigación: Lic. Beatriz Isambergtt,
Ing. Marcos Chacín, Les estoy muy agradecido por sus conocimientos
aportados.
Por su gran contribución en el transcurso de mi carrera y apoyo
incondicional al profesor José Gonzáles Bracamonte.
¡A todos Muchas Gracias...!
Deissy Espinel.
DEDICATORIA
A dios, por derramar sobre mi sabiduría y voluntad para culminar mis
estudios.
A mi madre, Margarita De Jiménez; por el amor, dedicación y esfuerzo
que siempre manifestó en todos los momentos de mi vida y carrera ¡te amo
mami!
A mi padre, Manuel Jiménez, sin su respaldo no lo hubiese logrado,
porque estar en los momentos más difíciles no lo es todo en la vida.
A mi hermano Manuel Jiménez, por la solidaridad entusiasmo y paciencia
suministrada a lo largo de mi carrera, sin su entusiasmo no lo hubiese
logrado.
A mis dos hermanos Marlon Jiménez y Selenia Jiménez; a quienes dedico
especialmente esta tesis, ellos deben tomar este éxito como un modelo para
el avance de sus vidas.
A mi amor, mi querida novia Elaine Vargas; por el apoyo, estabilidad y
respeto que siempre me ofrece desde su corazón y manos, hasta mi cuerpo
y alma.
A URBE por abrirme sus puertas y representar la más sólida base en la
formación de mi carrera.
Alexander Jiménez.
V
VII
AGRADECIMIENTOS
Gran motivo me inspira a dedicar y agradecer a todos quienes me
ayudaron a alcanzar una de mis metas.
A dios el todopoderoso; por estar conmigo en todo momento dándome la
naturaleza de la vida, salud y fortaleza para terminar este logro.
A mis padres y mis hermanos, por depositar en mí, toda confianza y amor
para hacer más placentero y hermoso mí camino.
A mi amiga sentimental, por el apoyo y paciencia.
A mi compañera de tesis por su confianza paciencia y aportes ofrecidos,
¡tu ayuda siempre será valiosa para mí!
A Empresas Molinos Sagra C.A. (MOSACA) en especial al Ing. Hans
Vizcaíno, por su confianza esfuerzo e interés para hacer realidad este
proyecto.
Al Sr. Terardo Abreu. Por los aportes dedicados a la realización de este
Tomo. Dar sin recibir nada a cambio, es una virtud de sabios y bendición que
nos brindo usted ¡Gracias!
A los profesores José Gózales Bracamonte, Marcos Chacín y Beatriz
Isambertt, por brindarme de sus conocimientos hasta culminar mi proyecto.
Y a todo los que aportaron de una manera u otra un poco muchas gracias.
Alexander Jiménez.
VIII
ÍNDICE GENERAL ÍNDICE GENERAL
Página
VEREDICTO II
DEDICATORIA III
AGRADECIMIENTO V
ÍNDICE GENERAL VIII
ÍNDICE DE TABLAS XII
ÍNDICE DE FIGURAS XIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS XVI
RESUMEN XVII
SUMMARY XVIII
INTRODUCCIÓN 1
CAPITULO I
EL PROBLEMA
A. Planteamiento del Problema 4
B. Objetivos de la Investigación 7
1. Objetivos General 7
2. Objetivos Específicos 7
C. Justificación de la Investigación 8
IX
D. Delimitación de la Investigación 9
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
A. Antecedente de la Investigación 11
B. Base Teórica 16
1. Sistema de Control 16
1.1. Componentes Básicos de un Sistema de Control 18
1.2. Clasificación de los Sistemas de Control 19
2. Controlador Lógico Programable 26
2.1. Arquitectura de un Controlador Lógico programable 27
2.2. Estructura del Controlador Lógico Programable 34
2.3. Funcionamiento Básico de un Controlador Lógico
Programable
36
2.4. Aplicación del Controlador Lógico Programable 37
2.5. Ventajas de los Controladores Lógicos
Programables
38
2.6. Desventajas de los Controladores Lógicos
Programables
40
2.7. Lenguajes de Programación del Controlador Lógico
Programable
41
3. Calderas 43
3.2. Tipos de Calderas 44
3.2. Clasificación de las Calderas 44
X
3.3. Componentes de las Calderas 48
3.4. Accesorios de las Calderas 52
C. DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS 54
D. SISTEMA DE VARIABLES 57
CAPITULO III
MARCO METODOLÓGICO
A. Tipo de Investigación 60
B. Instrumentos y Recolección de Datos 62
C. Metodología Utilizada 64
D. Herramientas y Materiales a Utilizar 65
CAPITULO IV
RESULTADO DE LA INVESTIGACIÓN
A. Análisis de los Resultados 68
B. Discusión de los Resultados 117
Conclusiones 120
Recomendaciones 123
Referencias Bibliográficas 126
ANEXOS
XI
Anexo 1 132
Anexo 2 133
Anexo 3 134
Anexo 4 135
Anexo 5 136
Anexo 6 137
Anexo 7 138
Anexo 8 139
Anexo 9 140
XII
ÍNDICE DE TABLAS ÍNDICE DE TABLAS Página
1. Receta Primor Vermicelli 69
2. Variables de Entradas y Salidas del Calentador 1 85
3. Variables de Entradas y Salidas del Calentador 2 87
XIII
ÍNDICE DE FIGURAS ÍNDICE DE FIGURAS Paginas
Componentes Básicos de un Sistema de Control 18
Elementos de un Sistema de Control en Lazo Abierto 20
Elementos de un Sistema de Control en Lazo Cerrado 21
Diagrama de Bloque del PLC 28
Caldera Pirotubular 46
Caldera Acuotubular 47
Caldera acuopirotubular 48
Economizador 51
Componentes de las Calderas 52
Línea de Producción Pasta Larga 68
Línea de producción pasta corta 69
Cabezal de los calentadores 73
(a) Perspectiva Frontal, (b) Horizontal y (c) Vertical del Piloto con
los Electrodos
74
Distribución a las Demandas de la Planta 77
Ubicación de la Bomba de Gasoil 78
Termocupla Tipo J 80
Medidores de Nivel 81
Sensor de Luz Ultravioleta 81
XIV
Medidor de Presión 81
Medidores de Caudal 82
Medidores de Nivel 83
Servomotor de las Calderas Modutrol IV 83
Contactores 84
Electroválvulas 85
Diagrama del Control por Relación Temperatura/Modulación,
Calentador 1
92
Diagrama del Control por Relación Temperatura/Modulación,
Calentador 2
93
Esquema de Control para la Razón Aire a Combustible 94
Esquema de Control para Bombas, Gas Propano, Gasoil 95
Lazos de Control de Alarma 96
Controlador de Temperatura 97
Controlador del Medidor de Flujo 98
Controladores Redundantes 99
Ángulos Fuego Máximo y Fuego Mínimo 100
Diagrama de Flujo del Calentador 1 101
Diagrama de Flujo del Calentador 1 102
Diagrama de Flujo del Calentador 1 103
Diagrama de Flujo del Calentador 2 104
Diagrama de Flujo del Calentador 2 105
XV
Diagrama de Flujo del Calentador 2 106
Caudalímetros (Medidor de Flujo) 110
Mod30 ML 113
XVI
ÍNDICE DE GRÁFICOS ÍNDICE DE GRÁFICAS Paginas
Estadísticas del consumo de gasoil del proceso actual 108
Estadísticas del consumo de gasoil con nuevo sistema
integrado
109
XVII
Espinel Chica Deissy Mariozy. Jiménez Molina Alexander José. Sistema de control de calderas para el proceso de secado de pastas. Caso: Molinos Sagra C.A. (MOSACA). Universidad “Dr. Rafael Belloso Chacín”. Facultad de Ingeniería. Escuela de Electrónica, Maracaibo, 2003.
RESUMEN El objetivo de esta investigación fue diseñar un sistema de control de calderas para el proceso de secado de pastas de Molinos Sagra C.A. (MOSACA). La investigación fue de tipo aplicada, de campo y proyectiva, la metodología se sustentó en la guía presentada por PDVSA (1994) y se estructuró en cuatro fases que son: Evaluación del proceso actual, Identificación de las variables controladas y manipuladas, Planteamiento de alternativas y Evaluación de las alternativas planteadas. Los resultados obtenidos mediante este estudio establecieron que para realizar un mejor control del proceso en los calentadores es necesario adaptar al sistema de retroalimentación actual un control por razón temperatura/modulación, para el cual se requiere de cambios e instalaciones de nuevos dispositivos. Entre los cuales se destacan el sensor de temperatura (Termocupla) en la entrada de la demanda de los calentadores, el caudalímetro en la línea de flujo del gasoil para la medición exacta de su consumo, el presostato para la medición de la presión del flujo de combustible lo cual mantendrá una supervisión constante del filtro y bomba, como también resulta necesario la instalación de un medidor de nivel en el tanque de retroalimentación de gasoil para evitar un derrame o una falla de los calentadores por nivel bajo en el tanque. Palabras Claves: Sistema de Control, Calentadores, Molino Sagra C.A. (MOSACA).
XVIII
Espinel Chica Deissy Mariozy. Jiménez Molina Alexander José. Sistema de control de calderas para el proceso de secado de pastas. Caso: Molinos Sagra C.A. (MOSACA). Dr. Rafael Belloso Chacín University. Engineering Faculty. Electronic school. Maracaibo, 2003.
SUMMARY The objective of this investigation was to design a control system of Molinos Sagra C.A. (MOSACA). The investigation was type applies, of field and of project feasible, the methodology was sustain en the guide presented by PDVSA (1994) and it was structure in four phases they were: Actual process evaluation, Changeable control and manipulating identification, Establish the alternatives and evaluating the alternatives establish. The results that had been gotten by this studio were establish to get a better control of the process in the heaters is necessary to adapt to the actual feedback system and control because of temperature/modulation, which is require to change and install new device. Between then we emphasize on the temperature sensor (thermocouples) in the entrance of the demand of heaters, the measurements of flow in line of flow of the gasoil for the exact measuring of it own consume. The pressuretrol is use to measure the pressure of flow of combustible which keep a constant inspection of the filter and bomb, is necessary the installation of a measurement of level in the tank of feedback of gasoil to avoid a spilling or a fault of the haters because of low level in the tank. Key words: Control system, Heaters, Molinos Sagra C.A. (MOSACA).
INTRODUCCIÓN
Los sistemas de control en la actualidad, han marcado una pauta
importante en las industrias, conformados principalmente por componentes
que se encuentran acoplados electrónica o mecánicamente, y tiene como
finalidad ejecutar una acción para llegar a un objetivo, brindando una
solución productiva y evitando a las empresas pérdidas de distintos equipos
y/o materia prima.
Estos sistemas de control son adaptados fácilmente en las industrias,
debido a la necesidad de una constante inspección que garantice la
efectividad de sus servicios y/o funcionamiento.
Debido a la necesidad de la industria, la intención de este estudio es el
diseño de un sistema de control de calentadores para el proceso de secado
de pastas. Caso: Molinos Sagra C.A. (MOSACA), cuya tare substancial es la
de automatizar esta área de servicio para obtener mayor control de estos
mecanismos.
Para su desarrollo, este trabajo de investigación esta estructurado en
cuatro capítulos principales. El primer capitulo titulado el problema, tiene
como fin explicar las razones por las cuales se insto para el desarrollo de la
investigación, esta dividido en cuatro secciones las cuales son: el
planteamiento del problema cuestionado, los objetivos generales y
específicos de la investigación trazados para la solución del mismo, la
justificación y delimitación de la investigación.
2
El segundo capitulo, define lo que se conoce como el marco teórico,
donde se presenta una recopilación documental necesaria para los
basamentos teóricos que apoyan las ideas propuestas por los distintos
autores, y de esta manera sustenta la veracidad de la investigación, también
dividido en cuatro secciones: antecedentes de la investigación, bases
teóricas de la investigación, definición de términos básicos y sistema de
variables.
El tercer capitulo, además de justificar la metodología empleada y que se
encuentre más acorde a los objetivos que se desean lograr en la
investigación, este capitulo se encuentra dividido en tres secciones: tipo de
investigación, técnicas e instrumentos de recolección de datos y fases o
etapas de la investigación.
El cuarto capitulo y el ultimo de esta investigación trata acerca de los
resultados de la investigación al aplicar cada una de las fases de la
metodología seleccionada para realizar el diseño del sistema de control de
calderas para el proceso de secado de pastas. Caso: Molinos Sagra C.A.
(MOSACA). En general, el diseño de este sistema fue elaborado a fin de
generar ventajas y beneficios a la empresa Molinos Sagra C.A., con su futura
implantación colaborando de esta manera con el buen desempeño de las
funciones en la industria.
