1 desarrollo del sistema de control de nivel para un tanque surtidor ...
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DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA UN TANQUE<br />
SURTIDOR DE AGUA Y ALMACENADOR DE ENERGÍA TÉRMICA EN<br />
PROCESOS DE LAVADO Y TINTORERÍA<br />
SANDRA MILENA ARANGO RESTREPO<br />
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA<br />
ESCUELA DE INGENIERÍAS<br />
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA<br />
MEDELLÍN<br />
2008<br />
1
DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA UN TANQUE<br />
SURTIDOR DE AGUA Y ALMACENADOR DE ENERGÍA TÉRMICA EN<br />
PROCESOS DE LAVADO Y TINTORERÍA<br />
SANDRA MILENA ARANGO RESTREPO<br />
Trabajo <strong>de</strong> grado <strong>para</strong> optar al título <strong>de</strong> Ingeniero Electrónico<br />
Director<br />
CARLOS ALEJANDRO ZULUAGA TORO<br />
Ingeniero Electrónico<br />
UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA<br />
ESCUELA DE INGENIERÍAS<br />
FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA<br />
MEDELLÍN<br />
2008<br />
2
Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín, 21 <strong>de</strong> Agosto <strong>de</strong> 2008<br />
3<br />
Nota <strong>de</strong> aceptación<br />
________________________________<br />
________________________________<br />
________________________________<br />
________________________________<br />
________________________________<br />
Firma<br />
Nombre:<br />
Presi<strong>de</strong>nte <strong><strong>de</strong>l</strong> Jurado<br />
________________________________<br />
Firma<br />
Nombre:<br />
Jurado<br />
________________________________<br />
Firma<br />
Nombre:<br />
Jurado
DEDICATORIA<br />
4<br />
Dedico este libro <strong>de</strong> tesis a mis padres,<br />
profesores y compañeros <strong>de</strong> <strong>un</strong>iversidad…
AGRADECIMIENTOS<br />
La autora expresa sus agra<strong>de</strong>cimientos a:<br />
Dios por darme la bendición y el privilegio <strong><strong>de</strong>l</strong> estudio, también porque sin la<br />
fortaleza que constantemente me da no hubiese sido posible terminar mis<br />
estudios.<br />
Mis padres por la confianza, el apoyo económico y moral, siempre encontré <strong>un</strong><br />
consejo, <strong>un</strong>a mano amiga en estas dos personas que me han <strong>de</strong>mostrado su<br />
inmenso amor <strong>de</strong>sinteresadamente.<br />
Quiero agra<strong>de</strong>cer a todos mis profesores los cuales con tanta paciencia me han<br />
enseñado y siempre estuvieron prestos a aclarar mis dudas por insignificantes que<br />
parecieran. Pero entre todos estos docentes que tuvieron esta gran<br />
responsabilidad social <strong>para</strong> conmigo quiero resaltar a mi director <strong>de</strong> tesis y gran<br />
profesor y amigo Carlos Alejandro Zuluaga Toro en quien he encontrado <strong>un</strong> gran<br />
apoyo; igualmente doy mis mas sinceros agra<strong>de</strong>cimientos a la <strong>un</strong>iversidad<br />
Pontificia Bolivariana la cual me ha proporcionado todo <strong>para</strong> culminar mis<br />
estudios.<br />
Todo el <strong>de</strong>partamento <strong>de</strong> mantenimiento <strong>de</strong> la planta textil Vestim<strong>un</strong>do S.A. ya que<br />
<strong>de</strong> manera directa y/o indirecta todos estuvieron involucrados en el proceso <strong>de</strong><br />
enseñanza, <strong><strong>de</strong>sarrollo</strong>, instalación y mejoramiento al <strong>sistema</strong> Kemco; gracias por<br />
el tiempo y la ayuda prestada a mi crecimiento como profesional y por la confianza<br />
y compañerismo que siempre obtuve.<br />
5
CONTENIDO<br />
Pág.<br />
INTRODUCCIÓN 17<br />
ESTADO DEL ARTE 20<br />
1. DESCRIPCIÒN DEL CONTROL DE TANQUES DE VESTIMUNDO S.A. 22<br />
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL 22<br />
1.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA 23<br />
1.2.1 Tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> 24<br />
1.2.1.1 Bornera 24<br />
1.2.1.2 Breakers 25<br />
1.2.1.3 Contactores 26<br />
1.2.1.4 Relés Térmicos 26<br />
1.2.2 Serpentín externo 27<br />
1.2.3 Válvulas mariposa 30<br />
1.2.4 Sensores <strong>de</strong> <strong>nivel</strong> 31<br />
1.2.5 Motobombas 32<br />
1.2.6 Tanques <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> agua 33<br />
1.2.6.1 Tanque <strong>de</strong> agua fría 34<br />
1.2.6.2 Tanque <strong>de</strong> agua caliente 34<br />
1.2.6.3 Tanque <strong>de</strong> agua residual 35<br />
2. CONTROL AUTOMÀTIZADO DE TANQUES EN VESTIMUNDO S.A. 36<br />
2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL CONTROL AUTOMATIZADO 36<br />
2.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO 37
2.2.1 Tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> 38<br />
2.2.1.1 PLC 40<br />
2.2.1.2 Fuente <strong>de</strong> 24 voltios 42<br />
2.2.1.3 Conmutadores 42<br />
2.2.1.4 Pilotos 43<br />
2.2.1.5 Bornera 43<br />
2.2.2 Actuadores neumáticos 46<br />
2.2.3 Sensores <strong>de</strong> presión 49<br />
2.2.4 Tanques <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> agua 50<br />
2.2.4.1 Tanque <strong>de</strong> agua caliente 50<br />
3. SUGERENCIAS, BENEFICIOS OBTENIDOS Y RECOMENDACIONES<br />
DE OPERACIÓN 52<br />
3.1 SUGERENCIAS 52<br />
3.2 BENEFICIOS OBTENIDOS 52<br />
3.3 RECOMENDACIONES DE OPERACIÓN 53<br />
4. CONCLUSIONES 55<br />
BIBLIOGRAFÌA 57<br />
ANEXOS ¡Error! Marcador no <strong>de</strong>finido.<br />
7
LISTA DE FIGURAS<br />
8<br />
Pág.<br />
Figura 1. Arquitectura <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> 23<br />
Figura 2. Serpentín interno. 24<br />
Figura 3. Bornera <strong>de</strong> conexión 25<br />
Figura 4. Interruptores <strong>de</strong> circuito 25<br />
Figura 5. Contactor tripolar 26<br />
Figura 6. Relés Térmicos protectores <strong>de</strong> motor 27<br />
Figura 7. Serpentín externo 28<br />
Figura 8. Partes <strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín externo 29<br />
Figura 9 Serpentín externo, entradas y salidas. 29<br />
Figura 10. Válvula mariposa. 31<br />
Figura 11. Flotador sensor <strong>de</strong> <strong>nivel</strong>. 32<br />
Figura 12. Motobomba 33<br />
Figura 13. Tanque <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> agua. 33<br />
Figura 14. Tanque <strong>de</strong> agua caliente. 34<br />
Figura 15. Tanques. 37
Figura 16. Arquitectura <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> automatizado 38<br />
Figura 17. Tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> 39<br />
Figura 18. PLC Twido 40<br />
Figura 19. Marcación <strong>de</strong> la bornera. 44<br />
Figura 20. Actuador neumático. 47<br />
Figura 21. Accionamiento <strong>de</strong> la válvula solenoi<strong>de</strong> y el actuador neumático. 48<br />
Figura 22. Interior <strong>de</strong> <strong>un</strong> actuador neumático circular 48<br />
Figura 24. Sensor <strong>de</strong> presión. 49<br />
Figura 25. Tanque <strong>de</strong> agua caliente. 50<br />
9
LISTA DE TABLAS<br />
10<br />
Pág.<br />
Tabla 1. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte en diferentes regiones 20<br />
Tabla 2. Com<strong>para</strong>ción entre marcas <strong>de</strong> PLC. 40<br />
Tabla 3. Bornera <strong>de</strong> conexión <strong>de</strong> las entradas y salidas <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC. 45
LISTA DE ANEXOS<br />
11<br />
Pág.<br />
ANEXO 1. Entradas y salidas usadas en el PLC ¡Error! Marcador no <strong>de</strong>finido.<br />
ANEXO 2. Planos eléctricos ¡Error! Marcador no <strong>de</strong>finido.<br />
ANEXO 3. Documentación <strong><strong>de</strong>l</strong> programa ¡Error! Marcador no <strong>de</strong>finido.<br />
ANEXO 4. Anteproyecto ¡Error! Marcador no <strong>de</strong>finido.<br />
ANEXO 5. Carta cumplimiento objetivos ¡Error! Marcador no <strong>de</strong>finido.<br />
ANEXO 6. Artículo Publicable 102<br />
ANEXO 7. Manual entregado a Vestim<strong>un</strong>do S.A. 107
GLOSARIO<br />
ALLEN BRADLEY: Es <strong>un</strong>a compañía ubicada en Milwaukee, Winsconsin<br />
especializada en productos <strong>de</strong> automatización y <strong>control</strong> industrial. La compañía es<br />
actualmente parte <strong>de</strong> “Rockwell Automation”.<br />
CONMUTADOR: Es <strong>un</strong> dispositivo que permite modificar el camino que <strong>de</strong>ben<br />
seguir los electrones. Los hay <strong>de</strong> tres tipos:<br />
Manuales: Varias placas, <strong>un</strong>a bobina y <strong>un</strong>a palanca. Suelen ser <strong>de</strong> dos a seis<br />
placas. Cuando no tiene tensión la bobina (se dice que está en reposo), los<br />
electrones fluyen hacia <strong>un</strong>a dirección. En cambio, cuando se le proporciona la<br />
tensión necesaria a la bobina, esta atrae a <strong>un</strong> metal, que va <strong>un</strong>ido a la palanca y<br />
esta empuja y mueve las placas, <strong>de</strong> manera que se ve alterado el camino a seguir<br />
por los electrones.<br />
Varias placas: Una bobina y <strong>un</strong>a palanca. Suelen ser <strong>de</strong> dos a seis placas.<br />
Cuando no tiene tensión la bobina (se dice que está en reposo), los electrones<br />
fluyen hacia <strong>un</strong>a dirección. En cambio, cuando se le proporciona la tensión<br />
necesaria a la bobina, esta atrae a <strong>un</strong> metal, que va <strong>un</strong>ido a la palanca y esta<br />
empuja y mueve las placas, <strong>de</strong> manera que se ve alterado el camino a seguir por<br />
los electrones.<br />
Electrónicos: Lo forman los transistores, los triacs, los tiristores, las válvulas, etc...<br />
CONTACTORES: Ver figura 4. Son interruptores <strong>de</strong> potencia <strong>de</strong> <strong>un</strong>o o varios<br />
contactos accionados por <strong>un</strong> electroimán. Su principal f<strong>un</strong>ción es la <strong>de</strong> manejar y<br />
actuar directamente sobre la carga ya que sus contactos se diseñan con<br />
capacidad <strong>de</strong> maniobra <strong>para</strong> aten<strong>de</strong>r las exigencias impuestas por la carga.<br />
12
FESTO: Con más <strong>de</strong> 100 nuevos productos cada año y más <strong>de</strong> 2.800 patentes en<br />
todo el m<strong>un</strong>do, Festo tiene la solución a<strong>de</strong>cuada <strong>para</strong> cada aplicación, con<br />
tecnología <strong>de</strong> accionamiento neumática, servoneumática y eléctrica y con <strong>un</strong>a<br />
excelente asistencia técnica.<br />
Su división <strong>de</strong> didáctica ofrece formación profesional y continuada en material <strong>de</strong><br />
automatización y asegura la disponibilidad <strong>de</strong> personal cualificado.<br />
KEMCO: Es el <strong>sistema</strong> conocido en la planta textil <strong>de</strong> Vestim<strong>un</strong>do S.A. como el<br />
aprovechador <strong>de</strong> energía térmica.<br />
NC: Normally Closed, en español (normalmente cerrado).<br />
NO: Normally Opened, en español (normalmente abierto).<br />
PLC: Controladores Lógicos Programables o PLC (Programmable Logic Controller<br />
en sus siglas en inglés) ver figura 16. Son dispositivos electrónicos muy usados en<br />
Automatización Industrial.<br />
Su historia se remonta a finales <strong>de</strong> la década <strong>de</strong> 1960, cuando la industria buscó<br />
en las nuevas tecnologías electrónicas <strong>un</strong>a solución más eficiente <strong>para</strong> reemplazar<br />
los <strong>sistema</strong>s <strong>de</strong> <strong>control</strong> basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y<br />
otros componentes comúnmente utilizados <strong>para</strong> el <strong>control</strong> <strong>de</strong> los <strong>sistema</strong>s <strong>de</strong><br />
lógica combinacional.<br />
Hoy en día, los PLC no sólo <strong>control</strong>an la lógica <strong>de</strong> f<strong>un</strong>cionamiento <strong>de</strong> máquinas,<br />
plantas y procesos industriales, sino que también pue<strong>de</strong>n realizar operaciones<br />
13
aritméticas, manejar señales analógicas <strong>para</strong> realizar estrategias <strong>de</strong> <strong>control</strong>, tales<br />
como <strong>control</strong>adores proporcional integral <strong>de</strong>rivativo (PID).<br />
Los PLC actuales pue<strong>de</strong>n com<strong>un</strong>icarse con otros <strong>control</strong>adores y computadoras<br />
en re<strong>de</strong>s <strong>de</strong> área local, y son <strong>un</strong>a parte f<strong>un</strong>damental <strong>de</strong> los mo<strong>de</strong>rnos <strong>sistema</strong>s <strong>de</strong><br />
<strong>control</strong> distribuido.<br />
Existen varios lenguajes <strong>de</strong> programación, tradicionalmente los más utilizados son<br />
el diagrama <strong>de</strong> escalera LADDER, lista <strong>de</strong> instrucciones y programación por<br />
estados, a<strong>un</strong>que se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten<br />
implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas <strong>de</strong> flujo más<br />
fáciles <strong>de</strong> interpretar y mantener.<br />
En la programación se pue<strong>de</strong>n incluir diferentes tipos <strong>de</strong> operandos, <strong>de</strong>s<strong>de</strong> los<br />
más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos,<br />
bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como<br />
manejo <strong>de</strong> tablas (recetas), ap<strong>un</strong>tadores, algoritmos PID y f<strong>un</strong>ciones <strong>de</strong><br />
com<strong>un</strong>icación multiprotocolo que le permitirían interconectarse con otros<br />
dispositivos.<br />
RELÉ: Ver figura 5. Es <strong>un</strong> interruptor <strong>de</strong> <strong>control</strong> <strong>de</strong> <strong>un</strong>o o varios contactos<br />
accionados por <strong>un</strong> elemento sensible que respon<strong>de</strong> al cambio presentado en <strong>un</strong>a<br />
variable eléctrica o en otra <strong>de</strong> interés particular <strong>para</strong> <strong>un</strong> <strong>sistema</strong> eléctrico. Su<br />
f<strong>un</strong>ción es juzgar y <strong>de</strong>finir la acción a realizar sobre el elemento <strong>de</strong> carga <strong>de</strong><br />
acuerdo con <strong>un</strong> comportamiento preestablecido.<br />
SERPENTÍN: Ver figura 6. Es <strong>un</strong> tubo <strong>de</strong> forma espiral, usado <strong>de</strong>s<strong>de</strong> la<br />
antigüedad en <strong>de</strong>stilación <strong>de</strong> bebidas alcohólicas, a<strong>un</strong>que en la actualidad<br />
14
cualquier proceso <strong>de</strong> refinado <strong>de</strong> crudos u obtención <strong>de</strong> <strong>un</strong> producto químico<br />
pue<strong>de</strong> utilizar <strong>un</strong> serpentín, ya sea <strong>para</strong> enfriar o calentar líquidos o gases.<br />
15
RESUMEN<br />
El proyecto, “DESARROLLO DEL SISTEMA DE CONTROL DE NIVEL PARA UN<br />
TANQUE SURTIDOR DE AGUA Y ALMACENADOR DE ENERGÍA TÉRMICA EN<br />
PROCESOS DE LAVADO Y TINTORERÍA”; compren<strong>de</strong> el diseño <strong>de</strong> <strong>un</strong> <strong>sistema</strong><br />
<strong>de</strong> <strong>control</strong>, instalación <strong>de</strong> sensores, válvulas, relés, conmutadores y bombas.<br />
El objetivo <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> es conservar la energía térmica y almacenar el agua <strong>de</strong><br />
recuperado y el agua calentada por medio <strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín en el <strong>tanque</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong><br />
que alimenta las máquinas <strong>de</strong> lavado y teñido.<br />
PALABRAS CLAVES: CONTROL; SERPENTÍN; ENERGÍA TÉRMICA Y AGUA<br />
DE RECUPERADO.
INTRODUCCIÓN<br />
El presente documento busca informar con cierta prof<strong>un</strong>didad el proceso que se<br />
llevó a cabo durante la práctica industrial en la planta textil Vestim<strong>un</strong>do S.A. Esta<br />
práctica se <strong><strong>de</strong>sarrollo</strong> en la planta textil ubicada en Marinilla, Antioquia.<br />
Las labores estuvieron centradas en el <strong><strong>de</strong>sarrollo</strong> <strong>de</strong> <strong>un</strong> <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> <strong>para</strong> <strong>un</strong><br />
<strong>tanque</strong> almacenador <strong>de</strong> agua y energía térmica y <strong>para</strong> <strong>un</strong> <strong>surtidor</strong> agua <strong>de</strong> los<br />
<strong>sistema</strong>s <strong>de</strong> lavado y teñido textil.<br />
Vestim<strong>un</strong>do S.A. es <strong>un</strong>a compañía textil que abarca el mercado nacional e<br />
internacional y cuenta con dos plantas textiles, <strong>un</strong>a ubicada en Costa Rica y la otra<br />
en Marinilla Colombia. Principalmente se <strong>de</strong>dica a la producción y merca<strong>de</strong>o <strong>de</strong><br />
todo tipo <strong>de</strong> prendas textiles. La misma empresa fabrica las telas que se usan en<br />
la confección <strong>de</strong> prendas.<br />
La planta ubicada en Marinilla genera entre 2.300 y 2.400 empleos, produce entre<br />
25 y 30 toneladas <strong>de</strong> tela por día, pue<strong>de</strong> cortar entre 150.000 y 250.000 <strong>un</strong>ida<strong>de</strong>s<br />
diarias (entre 35 y 40 millones <strong>de</strong> <strong>un</strong>ida<strong>de</strong>s por año) y confecciona entre 50.000 y<br />
60.000 prendas por día 1 .<br />
1 EL COLOMBIANO. introducción, cuantificación <strong>de</strong> empleos y prendas en vestim<strong>un</strong>do S.A. [En<br />
línea] Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín: El Colombiano, 2007. [consulta: 3 Nov. 2007]<br />
17
El proceso que se quiere mejorar es el llenado y vaciado <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong> ubicado en la<br />
parte <strong><strong>de</strong>l</strong>antera <strong><strong>de</strong>l</strong> segmento <strong>de</strong> la planta que contiene las máquinas <strong>de</strong> lavado y<br />
teñido textil. Este proceso se encarga <strong>de</strong> conservar la energía térmica y almacenar<br />
el “agua <strong>de</strong> recuperado” y el agua calentada por medio <strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín en el <strong>tanque</strong><br />
<strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> que alimenta las máquinas <strong>de</strong> lavado y teñido. El “agua <strong>de</strong><br />
recuperado” es el agua que es evacuada <strong>de</strong> cada <strong>un</strong>a <strong>de</strong> las máquinas <strong>de</strong> lavado<br />
y teñido textil, al finalizar el ciclo. Es en este p<strong>un</strong>to <strong><strong>de</strong>l</strong> proceso don<strong>de</strong> se <strong>de</strong>be<br />
agregar el <strong>control</strong> <strong>para</strong> optimizar el ahorro <strong>de</strong> energía térmica y agua tratada.<br />
Durante el periodo que duró la práctica se realizaron 3 tareas, i<strong>de</strong>ntificación <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
proceso a automatizar, i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> la instrumentación y equipos necesarios y<br />
el montaje y puesta en marcha <strong><strong>de</strong>l</strong> prototipo.<br />
Con la i<strong>de</strong>ntificación <strong><strong>de</strong>l</strong> proceso se ubicaron los p<strong>un</strong>tos más a<strong>de</strong>cuados <strong>para</strong><br />
instalar la instrumentación necesaria y requerida <strong>para</strong> mejorar el <strong>de</strong>sempeño <strong>de</strong> la<br />
planta. También se encontraron alg<strong>un</strong>as <strong>de</strong>bilida<strong>de</strong>s <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> como la<br />
irregularidad en las presiones <strong>de</strong> los tubos <strong>de</strong> abastecimiento <strong>de</strong> la maquinaria y el<br />
mal f<strong>un</strong>cionamiento <strong>de</strong> las motobombas. Estos problemas y alg<strong>un</strong>os más <strong>de</strong> poca<br />
importancia se mejoraron <strong>de</strong>s<strong>de</strong> el momento que se automatizó esta sección <strong>de</strong> la<br />
planta <strong>de</strong> teñido.<br />
En la i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> la instrumentación se encontró que alg<strong>un</strong>os <strong>de</strong> los equipos<br />
ya implementados en el <strong>sistema</strong> estaban en mal estado o no eran los más<br />
a<strong>de</strong>cuados y se <strong>de</strong>cidió reemplazarlos.<br />
El proceso <strong>de</strong> selección <strong>de</strong> equipos requeridos <strong>para</strong> el montaje <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>control</strong> se tuvo<br />
en cuenta las especificaciones, el proveedor, el tamaño, el costo <strong>de</strong> cada <strong>un</strong>o y la<br />
cantidad necesaria.<br />
18
La ejecución <strong><strong>de</strong>l</strong> proyecto, según el cronograma, se realizó en cinco meses, <strong>de</strong> los<br />
cuales se tardó cuatro meses <strong>para</strong> la planificación, adquisición <strong>de</strong> insumos y la<br />
programación <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC. Teniendo en cuenta que el tiempo máximo <strong>para</strong> realizar el<br />
paro <strong>de</strong> la planta era <strong>de</strong> 3 días, se tomó este tiempo <strong>para</strong> montar la<br />
instrumentación seleccionada. El resto <strong><strong>de</strong>l</strong> quinto mes se usó <strong>para</strong> ajustar el<br />
f<strong>un</strong>cionamiento <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> <strong>control</strong>ado.<br />
19
ESTADO DEL ARTE<br />
En la gama <strong>un</strong>iversal <strong>de</strong> <strong>control</strong>es <strong>de</strong> <strong>nivel</strong> y energía térmica en <strong>tanque</strong>s se pue<strong>de</strong><br />
encontrar varias empresas que usan este tipo <strong>de</strong> <strong>control</strong>.<br />
En general la mayoría <strong>de</strong> compañías que usan algún fluido en sus procesos, como<br />
las proveedoras <strong>de</strong> agua potable, tratamientos <strong>de</strong> aguas residuales, plantas<br />
textiles, plantas petroleras, plantas <strong>de</strong> gas, industrias <strong>de</strong> metales, industrias <strong>de</strong><br />
licores, industrias <strong>de</strong> pinturas y estaciones <strong>de</strong> gasolina entre otras.<br />
En la Tabla 1 se pue<strong>de</strong> observar empresas que usan <strong>tanque</strong>s <strong>para</strong> almacenar<br />
fluidos y utilizan <strong>un</strong> <strong>control</strong> similar al implementado.<br />
Tabla 1. Estado <strong><strong>de</strong>l</strong> arte en diferentes regiones<br />
ESTADO DEL ARTE EN DIFERENTES REGIONES<br />
PAÍS REGIÓN CIUDAD EMPRESA<br />
Argentina Frazabela<br />
Chile Todo telas<br />
China Kahyro<br />
Colombia Antioquia Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín Aguas y Alcantarillado <strong>de</strong> EPM.<br />
Colombia Antioquia Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín Coltejer<br />
20
ESTADO DEL ARTE EN DIFERENTES REGIONES<br />
PAÍS REGIÓN CIUDAD EMPRESA<br />
Colombia Antioquia Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín Everfit - Indulana<br />
Colombia Antioquia Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín Fabricato<br />
Colombia Antioquia Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín Fatelares<br />
Colombia Antioquia Me<strong><strong>de</strong>l</strong>lín Tejicondor<br />
Colombia Antioquia Rionegro Pintuco<br />
Colombia Antioquia Rionegro Planta textil Riotex<br />
Colombia Córdoba Barranca Ecopetrol<br />
Colombia C<strong>un</strong>dinamarca Bogotá Acueducto y Alcantarillado<br />
Colombia Quindío Armenia Empresas Públicas<br />
Colombia Valle <strong>de</strong> Cauca Cali Fabrisedas<br />
E.U California Camrosa Entidad distrital <strong><strong>de</strong>l</strong> agua<br />
E.U Delawere Sussex Dirección <strong>de</strong> aguas<br />
E.U Shell Oil<br />
México Fábrica La María<br />
México Pemex<br />
México Telas Laprotex<br />
PA Braddock La acería USX Steel Plant<br />
21
1. DESCRIPCIÓN DEL CONTROL DE TANQUES DE VESTIMUNDO S.A.<br />
En este capítulo se <strong>de</strong>scribe la situación que tenía el <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> antes <strong>de</strong><br />
realizar las mejoras.<br />
El <strong>sistema</strong> Kemco originalmente aprovechaba el “agua <strong>de</strong> recuperado” <strong>de</strong> la<br />
tintorería <strong>un</strong>o y el agua que fue calentada por la circulación <strong>de</strong> residuos a alta<br />
temperatura a través <strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín externo, y se estaba <strong>de</strong>saprovechando el “agua<br />
<strong>de</strong> recuperado” <strong>de</strong> la tintorería dos.<br />
Inicialmente el <strong>sistema</strong> era completamente electromagnético, no tenía ningún tipo<br />
<strong>de</strong> <strong>control</strong> autónomo que realizara tareas <strong>de</strong> compensación realimentada. Los<br />
problemas que se presentaban por la falta <strong>de</strong> <strong>un</strong> buen <strong>control</strong> eran: el constante<br />
daño <strong>de</strong> las bombas que enviaban el agua <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong> a las máquinas; el<br />
f<strong>un</strong>cionamiento <strong>de</strong> la planta no era óptimo por que no llegaba suficiente presión y<br />
el personal <strong>de</strong> mantenimiento invertía gran parte <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo solucionando <strong>de</strong> forma<br />
manual el problema.<br />
1.1 DESCRIPCIÓN GENERAL<br />
El <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> estaba implementado usando lógica cableada, y conformada<br />
por contactores y relés electromagnéticos. El proceso <strong>de</strong> conmutación se realizaba<br />
por medio <strong>de</strong> <strong>un</strong> <strong>sistema</strong> secuencial diseñado con anterioridad <strong>para</strong> <strong>control</strong>ar el<br />
encendido y apagado <strong>de</strong> las válvulas <strong>de</strong> <strong>control</strong> y la bomba <strong>de</strong> vaciado.<br />
Durante el proceso <strong>de</strong> mejoras <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>control</strong> no se realizó <strong>un</strong> levantamiento <strong>de</strong><br />
planos, por esta razón no se incluye la forma como estaban conectados los relés y<br />
contactores.<br />
22
1.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA<br />
En la figura 1 se muestra la forma como estaba implementada físicamente la<br />
planta.<br />
TANQUE<br />
DE AGUA<br />
CALIENTE<br />
TANQUE<br />
DE AGUA<br />
RESIDUAL<br />
Figura 1. Arquitectura <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong><br />
En la figura 1 se pue<strong>de</strong> observar que el <strong>sistema</strong> Kemko no incluye el “agua <strong>de</strong><br />
recuperado” <strong>de</strong> la tintorería dos. Esta f<strong>un</strong>ción se le incluyó al <strong>sistema</strong> con este<br />
proyecto.<br />
El serpentín que hay en cada <strong>un</strong>a <strong>de</strong> las máquinas, como el mostrado en la Figura<br />
2, tiene dos modos <strong>de</strong> operación:<br />
MÁQUINAS<br />
TINTORERÍA<br />
UNO<br />
Modo <strong>un</strong>o (al iniciar el proceso): Enfría el agua residual con agua fría, que en el<br />
proceso se calienta y es almacenada en el <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente como agua <strong>de</strong><br />
recuperado. El agua residual enfriada se dirige al serpentín externo.<br />
23<br />
CALDERAS<br />
TANQUE DE<br />
AGUA FRÍA<br />
TANQUE DE<br />
TRATAMIENTO<br />
DE AGUAS<br />
RESIDUALES
Modo dos (al finalizar el proceso): Calienta el agua fría con vapor que en el<br />
proceso se convierte en con<strong>de</strong>nsado y se envía hacia las cal<strong>de</strong>ras. El agua<br />
caliente obtenida es enviada al proceso (lavado o Teñido).<br />
Cada máquina lavadora y <strong>de</strong> teñido textil cuenta con <strong>un</strong> serpentín interno; a este<br />
serpentín le entra agua fría o caliente por <strong>un</strong> lado y vapor <strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra por el otro<br />
lado; cuando el agua alcanza la temperatura necesaria <strong>para</strong> el proceso ésta se<br />
dirige al <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> la máquina y el con<strong>de</strong>nsado <strong><strong>de</strong>l</strong> vapor regresa a la cal<strong>de</strong>ra.<br />
ENTRADA<br />
DE AGUA<br />
RESIDUAL<br />
ENTRADA<br />
DE AGUA<br />
FRÍA O<br />
CALIENTE<br />
1.2.1 Tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong><br />
ENTRADA<br />
DE VAPOR<br />
Figura 2. Serpentín interno.<br />
SALIDA DE<br />
CONDENSADO<br />
1.2.1.1 Bornera: La Figura 3 muestra la bornera usada <strong>para</strong> el cableado <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong>.<br />
24<br />
ENTRADA<br />
DE AGUA<br />
FRÍA<br />
SALIDA DE<br />
AGUA DE<br />
RECUPERADO<br />
SALIDA DE<br />
AGUA<br />
RESIDUAL<br />
SALIDA DE AGUA<br />
CALIENTE HACIA<br />
MÁQUINA
Figura 3. Bornera <strong>de</strong> conexión<br />
Fuente: PROMELSA. [En línea] s.p.i. [consulta: 25 Mar. 2007]<br />
1.2.1.2 Breakers: Los breaker protegen el <strong>sistema</strong> eléctrico contra sobre cargas y<br />
cortocircuitos ver Figura 4.<br />
Figura 4. Interruptores <strong>de</strong> circuito<br />
25
Fuente: GERMES [en lìnea]s.p.i. < Disponible en:<br />
http://www.germesonline.com/catalog/87/437/72499/sell_earth_leakage_circuit_br<br />
eakers.html [consulta: 25 Mar. 2007]<br />
1.2.1.3 Contactores: Son dispositivos con capacidad <strong>de</strong> <strong>control</strong>ar la corriente<br />
eléctrica que alimenta los motores <strong>de</strong> las bombas. Este tipo <strong>de</strong> dispositivos estan<br />
accionados a distancia <strong>de</strong>s el PLC. Ver Figura 5<br />
Figura 5. Contactor tripolar<br />
Fuente: MONTER S.A. [en línea] s.p.i. < Disponible en:<br />
http://www.electroindustria.com/nuevo/aplicacion_info.asp?id=620><br />
[consulta: 25 Mar. 2007]<br />
1.2.1.4 Relés Térmicos: Son dispositivos <strong>de</strong> protección <strong>para</strong> los motores usados<br />
en las bombas y <strong>de</strong>be re<strong>un</strong>ir las siguientes tres condiciones:<br />
• Permitir el arranque <strong><strong>de</strong>l</strong> motor en condiciones normales, sin dis<strong>para</strong>rse.<br />
26
• Permitir el paso <strong>de</strong> la intensidad nominal <strong><strong>de</strong>l</strong> motor in<strong>de</strong>finidamente, sin<br />
dis<strong>para</strong>rse.<br />
• Dis<strong>para</strong>rse ante cualquier sobre carga mantenida antes <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong>de</strong><br />
sobrecarga <strong><strong>de</strong>l</strong> motor.<br />
Figura 6. Relés Térmicos protectores <strong>de</strong> motor<br />
Fuente: GERMES ONLINE. VDE 10KA Mini Circuit Breaker. [En línea] s.p.i.<br />
<br />
[consulta: 25 Mar. 2007].<br />
1.2.2 Serpentín externo<br />
Los serpentines o intercambiadores <strong>de</strong> calor como el mostrado en la Figura 7, son<br />
a<strong>para</strong>tos que permiten el calentamiento o enfriamiento <strong>de</strong> <strong>un</strong> fluido líquido o<br />
gaseoso, por medio <strong>de</strong> otro fluido a temperatura diferente. Los dos fluidos están<br />
se<strong>para</strong>dos por <strong>un</strong>a pared metálica, en la mayoría <strong>de</strong> los casos.<br />
27
Figura 7. Serpentín externo<br />
Fuente: J. MABRES. S.L. INTERCAMBIADOR DE CALOR. [En línea] Barcelona:<br />
J. Mabres S.L., 2005. [consulta: 3 Mar. 2008]<br />
El serpentín más común es el formado por <strong>un</strong>a carcasa y <strong>un</strong>o o varios tubos <strong>de</strong><br />
gran longitud y distribuidos <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la carcasa. El principio <strong>de</strong> f<strong>un</strong>cionamiento es<br />
el equilibrio térmico entre dos fluidos a diferente temperatura. Para el caso <strong>de</strong> <strong>un</strong><br />
enfriador la carcasa se llena <strong>de</strong> <strong>un</strong> fluido refrigerante y a través <strong><strong>de</strong>l</strong> tubo se hace<br />
circular al fluido al que se le quiere bajar la temperatura.<br />
28
Figura 8. Partes <strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín externo<br />
Fuente: MT. Departamento <strong>de</strong> maquinas y motores térmicos. Intercambiadores.<br />
[En línea] s.p.i. [consulta: 15 Mar. 2008].<br />
Figura 9 Serpentín externo, entradas y salidas.<br />
ENTRADA<br />
DE AGUA<br />
RESIDUAL<br />
CALIENTE<br />
ENTRADA<br />
DE AGUA<br />
FRÍA<br />
SALIDA DE AGUA<br />
CALIENTE<br />
29<br />
SALIDA DE<br />
AGUA<br />
RESIDUAL<br />
FRÍA
El serpentín externo mostrado en la Figura 9 enfría el agua residual proveniente<br />
<strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín interno <strong>de</strong> cada máquina. Después <strong><strong>de</strong>l</strong> proceso <strong>de</strong> enfriamiento el<br />
agua que sale a mayor temperatura se almacena en el <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente y<br />
el agua residual (que sale a menor temperatura) es enviada a los <strong>tanque</strong>s <strong>de</strong><br />
tratamiento <strong>de</strong> aguas residuales.<br />
1.2.3 Válvulas mariposa<br />
Estas válvulas son <strong>de</strong> baja presión y diseño sencillo. Se emplean <strong>para</strong> servicios <strong>de</strong><br />
regulación e interrupción. Se aplican especialmente <strong>para</strong> regulación <strong>de</strong> flujos <strong>de</strong><br />
agua y aire a poca presión, en tuberías <strong>de</strong> gran diámetro.<br />
Se caracterizan por ser <strong>de</strong> operación rápida, ya que sólo necesitan <strong>un</strong> cuarto <strong>de</strong><br />
vuelta <strong>para</strong> pasar <strong>de</strong> la posición <strong>de</strong> cerrado a la posición <strong>de</strong> abierto, teniendo<br />
a<strong>de</strong>más <strong>un</strong>a pequeña caída <strong>de</strong> presión dado a que no alteran la dirección <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
fluido.<br />
Sin embargo, en posición cerrada no siempre consiguen <strong>un</strong> cierre hermético. En el<br />
<strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente se encuentran varias <strong>de</strong> las válvulas como la mostrada en<br />
la Figura 10.<br />
30
Figura 10. Válvula mariposa.<br />
Fuente: BELGICAST. [En línea] s.p.i. [consulta: 3 Mar. 2008]<br />
1.2.4 Sensores <strong>de</strong> <strong>nivel</strong><br />
Los interruptores <strong>de</strong> flotador se usan principalmente <strong>para</strong> <strong>de</strong>tectar (máximos o<br />
mínimos) <strong>un</strong> <strong>nivel</strong> estático <strong>de</strong> líquido <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> <strong>un</strong> <strong>tanque</strong>. La señal es leída por <strong>un</strong><br />
sensor magnético. Estos flotadores se encuentran en el <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente<br />
ver Figura 11.<br />
31
Figura 11. Flotador sensor <strong>de</strong> <strong>nivel</strong>.<br />
Fuente: DIRECTINDUSTRY. Flotador <strong>para</strong> interruptor <strong>de</strong> <strong>nivel</strong>. [En línea] s.p.i.<br />
[consulta: 12 J<strong>un</strong>. 2007].<br />
1.2.5 Motobombas<br />
Son máquinas propulsadas por <strong>un</strong> motor que está montado sobre <strong>un</strong> chasis y<br />
cuenta con <strong>un</strong> cuerpo <strong>de</strong> bomba autoaspirante, el <strong>sistema</strong> se compone <strong>de</strong> boca <strong>de</strong><br />
succión, caja <strong>de</strong> aspiración, turbina <strong>de</strong> impulsión y boca <strong>de</strong> <strong>de</strong>scarga.<br />
Las motobombas son i<strong>de</strong>ales <strong>para</strong> llenar cisternas, vaciar piscinas, regar<br />
ab<strong>un</strong>dantemente o hacer cualquier otra tarea <strong>para</strong> la cual sea necesario mover<br />
<strong>un</strong>a gran cantidad <strong>de</strong> agua en <strong>un</strong> corto tiempo.<br />
Dos <strong>de</strong> estas motobombas se encuentran en el <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente y son<br />
usadas <strong>para</strong> impulsar agua caliente a las máquinas lavadoras y <strong>de</strong> teñido textil.<br />
32
Figura 12. Motobomba<br />
Fuente: SOLUCIONES INTEGRALES DE BOMBEO PARA EL HOGAR,<br />
COMERCIO, AGRICULTURA E INDUSTRIA. [En línea] s.p.i. [consulta: 10 Jul. 2007]<br />
1.2.6 Tanques <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> agua<br />
Figura 13. Tanque <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> agua.<br />
Fuente: ICIASA. Control <strong>de</strong> inspección. [En línea] s.p.i. [consulta: 5 Ago. 2007]<br />
33
1.2.6.1 Tanque <strong>de</strong> agua fría: Este <strong>tanque</strong> almacena el agua proveniente <strong>de</strong> <strong>un</strong><br />
tratamiento especializado, que surte el serpentín interno <strong>de</strong> cada máquina tanto al<br />
iniciar como al finalizar el proceso. También alimenta el serpentín externo.<br />
Este <strong>tanque</strong> se encuentra ubicado en la parte trasera subterránea <strong>de</strong> la planta que<br />
compren<strong>de</strong> parte <strong>de</strong> las máquinas lavadoras y <strong>de</strong> teñido textil.<br />
1.2.6.2 Tanque <strong>de</strong> agua caliente: Este <strong>tanque</strong> almacena el “agua <strong>de</strong> recuperado”<br />
que proviene <strong>de</strong> los serpentines <strong>de</strong> cada máquina <strong>de</strong> la tintorería <strong>un</strong>o, y también<br />
almacena el agua caliente <strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín externo. De igual forma el <strong>tanque</strong> provee<br />
<strong>de</strong> agua caliente a las teñidoras y/o lavadoras al momento <strong>de</strong> iniciar <strong>un</strong> proceso.<br />
Obsérvese que en la .<br />
Figura 14 no hay entrada <strong>de</strong> “agua <strong>de</strong> recuperado” <strong>de</strong> la tintorería dos.<br />
.<br />
Figura 14. Tanque <strong>de</strong> agua caliente.<br />
34
1.2.6.3 Tanque <strong>de</strong> agua residual: En el <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua residual se almacena el<br />
agua contaminada que sale <strong>de</strong> los serpentines <strong>de</strong> cada máquina al finalizar el<br />
proceso textil.<br />
El <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua residual se encuentra ubicado en la parte <strong><strong>de</strong>l</strong>antera subterránea<br />
<strong>de</strong> la planta que compren<strong>de</strong> parte <strong>de</strong> las máquinas lavadoras y <strong>de</strong> teñido textil<br />
35
2. CONTROL AUTOMATIZADO DE TANQUES EN VESTIMUNDO S.A.<br />
En este capítulo se explica <strong>de</strong>talladamente cada componente adquirido y el<br />
cambio realizado al <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> <strong>de</strong> la planta. Durante el diseño e<br />
implementación <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> optimizado se tuvo en cuenta la secuencia<br />
operativa <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong>, las entradas y salidas <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>control</strong>ador y las características<br />
físicas <strong>de</strong> los actuadores y sensores.<br />
El <strong>control</strong> implementado hasta ese momento no contaba con algún <strong>sistema</strong> <strong>de</strong><br />
<strong>control</strong> automático. Con los avances actuales en los equipos <strong>de</strong> automatización,<br />
se pue<strong>de</strong> implementar <strong>de</strong> manera inteligente y óptima el <strong>control</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> proceso <strong>de</strong><br />
llenado y vaciado <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong> almacenador <strong>de</strong> energía térmica <strong>de</strong> la planta textil <strong>de</strong><br />
Vestim<strong>un</strong>do S.A.<br />
Problemas como, daños en las bombas <strong>de</strong> agua, falta <strong>de</strong> presión en los tubos <strong>de</strong><br />
abastecimiento y el mal manejo <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo <strong><strong>de</strong>l</strong> personal eran muy com<strong>un</strong>es en la<br />
planta <strong>de</strong> Vestim<strong>un</strong>do S.A. La automatización <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> y la implementación <strong>de</strong><br />
<strong>un</strong> buen <strong>control</strong> mejoraron los anteriores problemas y mejoraron el consumo <strong>de</strong><br />
energía.<br />
2.1 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL CONTROL AUTOMATIZADO<br />
Durante el proceso <strong>de</strong> automatización <strong>de</strong> la planta se adicionaron sensores <strong>de</strong><br />
<strong>nivel</strong>, sensores <strong>de</strong> presión, válvulas, actuadores neumáticos y <strong>un</strong> PLC con el que<br />
se automatizó todo el proceso. También se reorganizó la distribución <strong>de</strong> los<br />
36
elementos en el tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> y se agregaron componentes adquiridos <strong>para</strong><br />
realizar el <strong>control</strong> automatizado.<br />
Figura 15. Tanques.<br />
Fuente: PRENSA Y DIFUSIÓN. [En línea] s.p.i. [consulta: 3<br />
Mar. 2008]<br />
2.2 ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO<br />
En la Figura 16 se muestra como quedó físicamente la planta al mejorar el <strong>control</strong><br />
y se observa que a la nueva arquitectura <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> se le incorporó el “agua <strong>de</strong><br />
recuperado” <strong>de</strong> la tintorería dos al <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente.<br />
37
TANQUE<br />
DE AGUA<br />
CALIENTE<br />
TANQUE<br />
DE AGUA<br />
RESIDUAL<br />
Figura 16. Arquitectura <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> automatizado<br />
2.2.1 Tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong><br />
MÁQUINAS<br />
TINTORERÍAS<br />
1 Y 2<br />
En la parte móvil o tapa <strong><strong>de</strong>l</strong> tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> se instalaron pilotos indicadores <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
estado actual <strong>de</strong> cada válvula y <strong>de</strong> cada sensor, se instalaron a<strong>de</strong>más<br />
conmutadores manuales <strong>para</strong> el <strong>control</strong> <strong>de</strong> la energía eléctrica <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> y <strong>para</strong><br />
las bombas <strong>de</strong> agua, en el caso remoto que el PLC presente problemas.<br />
La Figura 17 es <strong>un</strong> diseño <strong><strong>de</strong>l</strong> tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> y se observa en el mismo que los<br />
pilotos son <strong>de</strong> color ver<strong>de</strong> y los conmutadores <strong>de</strong> color negro.<br />
38<br />
CALDERAS<br />
TANQUE DE<br />
AGUA FRÍA<br />
TANQUE DE<br />
TRATAMIENTO<br />
DE AGUAS<br />
RESIDUALES
Figura 17. Tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong><br />
39
2.2.1.1 PLC: Se realizó <strong>un</strong>a tabla <strong>de</strong> com<strong>para</strong>ción entre PLC’s <strong>de</strong> diferentes<br />
marcas (Tabla 2), se tuvieron en cuenta varios criterios <strong>para</strong> este análisis. Alg<strong>un</strong>os<br />
<strong>de</strong> ellos son: número <strong>de</strong> entradas digitales, el número <strong>de</strong> salidas digitales,<br />
transistorizadas y por relé, la velocidad <strong>de</strong> respuesta, las diversas formas <strong>de</strong><br />
programar el PLC, etc.<br />
Luego <strong>de</strong> analizar la tabla <strong>de</strong> com<strong>para</strong>ción se tomó la <strong>de</strong>cisión <strong>de</strong> comprar el PLC<br />
Twido <strong>de</strong> Schnei<strong>de</strong>r.<br />
Figura 18. PLC Twido<br />
Fuente: CUNY & GERBER, INC. Since 1924. [En línea] s.p.i. [consulta: 15 Ene. 2008]<br />
Tabla 2. Com<strong>para</strong>ción entre marcas <strong>de</strong> PLC.<br />
TABLA DE COMPARACIÓN ENTRE MARCAS PARA EL PLC<br />
Proveedor Festo Col<strong>de</strong>cón Multi<strong>control</strong> Maper HI-tech Metalan<strong>de</strong>s<br />
Marca Fec Unitronics Omron GE Fanuc schnei<strong>de</strong>r Mitsubishi<br />
Referencia<br />
#Entradas<br />
digitales<br />
Fec-<br />
standard<br />
M 91<br />
CJ1M-<br />
CPU11<br />
40<br />
IC00UDR0<br />
64<br />
TWDLCA<br />
A40DRF<br />
T100M<br />
D-1616<br />
FX3U-<br />
32MR/ds<br />
32 26 16 40 24 16 16<br />
#Salidas digitales 16 dig 18 16 24 16 16 dig 16
TABLA DE COMPARACIÓN ENTRE MARCAS PARA EL PLC<br />
Volt. <strong>de</strong> entradas 24 24 24 24 24 24<br />
Volt alimentación<br />
PLC<br />
24 24 24 24 24 24<br />
#Salidas a relé 0 18 16 24 14 0 16<br />
#Salidas por<br />
transistor<br />
Puerto <strong>de</strong><br />
com<strong>un</strong>icación<br />
Capacidad <strong>de</strong><br />
expansión<br />
Cable <strong>de</strong><br />
programación<br />
0 0 0 0 2 0 0<br />
Serial /<br />
Ethernet<br />
No tiene<br />
RSS232 /<br />
485<br />
64 in y<br />
outs<br />
RS232 /<br />
periférico<br />
DB9 incluido cualquiera<br />
Pecio <strong><strong>de</strong>l</strong> cable $ 175,00 incluido 0<br />
Software <strong>de</strong><br />
programación<br />
Precio <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
software<br />
Capacidad <strong>de</strong><br />
programa<br />
Capacidad <strong>de</strong><br />
memoria <strong>de</strong><br />
datos<br />
41<br />
serial RS485<br />
10 módulos 0 7 módulos<br />
USB /<br />
DB9<br />
$804.000<br />
/$601.000<br />
RS485 /<br />
RS232<br />
96 in,96<br />
FST incluido CXP Twido Soft TRILOG<br />
gratuito gratuito<br />
sin licencia,<br />
gratuito<br />
out<br />
incluido SC09<br />
incluido $ 300,00<br />
I ver. 5<br />
500M 5K 3k 8k<br />
32K words<br />
GX <strong>de</strong>veloper<br />
v8.12<br />
gratuito Gratuito $1,681,875<br />
3k a 16<br />
bits<br />
26vbles<br />
int. A 32<br />
bits y 4k<br />
a 16<br />
bits
Soporte a<br />
memoria<br />
Display (2 líneas,<br />
16 caracteres)<br />
TABLA DE COMPARACIÓN ENTRE MARCAS PARA EL PLC<br />
No tiene<br />
No tiene si<br />
back up<br />
propio<br />
Touch<br />
Screen<br />
42<br />
si<br />
si incluido<br />
Precio <strong><strong>de</strong>l</strong> display 0 incluido promoción $ 529,90 us$ 67<br />
Conectores <strong>para</strong><br />
cables <strong>de</strong><br />
alimentación<br />
Precio <strong>de</strong> los<br />
conectores<br />
2 borneras<br />
$89610<br />
+iva<br />
tornillo<br />
base<br />
0<br />
incluido<br />
Garantía 6 meses 1 año 1 año 1 año 1 año 1 año<br />
Accesoria Toda<br />
Precio <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC<br />
$2.142,9<br />
05<br />
capacitaci<br />
ón<br />
$1.980,00<br />
0<br />
explicación Toda<br />
$3.117,912 $1.687,148 $1.824,00<br />
0<br />
curso<br />
gratis<br />
El PLC toma los datos <strong>de</strong> <strong>nivel</strong>, presión y temperatura, los procesa y <strong>control</strong>a las<br />
válvulas y bombas <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> <strong>control</strong>ado.<br />
2.2.1.2 Fuente <strong>de</strong> 24 voltios: Se empleó <strong>un</strong>a fuente <strong>de</strong> 24 voltios <strong>para</strong> alimentar<br />
las entradas <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC.<br />
us $<br />
En la Figura 17 se observa la ubicación <strong>de</strong> la fuente en el tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong>.<br />
2.2.1.3 Conmutadores: Se usaron cuatro conmutadores <strong>de</strong> tres posiciones <strong>para</strong><br />
dar las opciones <strong>de</strong> manual, automático y apagado; y <strong>un</strong>o <strong>de</strong> dos posiciones que<br />
630<br />
$3,502,819+iv<br />
a
le provee energía al PLC <strong>para</strong> dar las opciones <strong>de</strong> encendido y apagado. Ver<br />
Figura 17.<br />
2.2.1.4 Pilotos: Se seleccionaron <strong>de</strong> alimentación a 110v por la facilidad en<br />
obtener el voltaje <strong><strong>de</strong>l</strong> tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong> y a<strong>de</strong>más son los más usados en la planta<br />
lo que facilita su inmediato reemplazo en caso <strong>de</strong> falla. Ver Figura 17.<br />
2.2.1.5 Bornera: La marcación <strong>de</strong> la bornera y <strong><strong>de</strong>l</strong> cableado que llega a la bornera<br />
se hizo con referencia a las entradas y salidas <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC, <strong>para</strong> <strong>un</strong>a mejor<br />
i<strong>de</strong>ntificación <strong>de</strong> los cables al realizar mantenimientos y/o cambios por el personal<br />
no familiarizado con el <strong>control</strong>.<br />
En la Figura 19 se encuentra <strong>un</strong> ejemplo <strong>de</strong> cómo quedó visualmente la marcación<br />
<strong>de</strong> los cables y en la Tabla 3 se observa la marcación real <strong>de</strong> la bornera y <strong>de</strong> los<br />
cables.<br />
43
Figura 19. Marcación <strong>de</strong> la bornera.<br />
Fuente: QUARK UP. [En línea] Barrnaquilla: Quark UP., 2007. [consulta: 22 Ene. 2008].<br />
44
Tabla 3. Bornera <strong>de</strong> conexión <strong>de</strong> las entradas y salidas <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC.<br />
G GND 11 %Q0,12<br />
2 12 %Q0,13<br />
2 13 %Q0,14<br />
2 14 %Q0,15<br />
2 24V<br />
2 24V<br />
2 24V<br />
2 24V<br />
2 24V<br />
2 24V<br />
2 0V<br />
45<br />
0V<br />
4 0V<br />
4 0V<br />
4 0V<br />
1 %Q0,2 15 %I0.8<br />
2 %Q0,3 16 %I0.9<br />
3 %Q0,4 17 %I0.10<br />
4 %Q0,5 18 %I0.11<br />
5 %Q0,6 19 %I0.12<br />
6 %Q0,7 20 %I0.13<br />
7 %Q0,8 21 %I0.14<br />
8 %Q0,9 22 %I0.15<br />
9 %Q0,10 23 %I0.16<br />
10 %Q0,11
La <strong>de</strong>scripción <strong>de</strong>tallada <strong>de</strong> la Tabla 3 es la siguiente:<br />
• Las entradas <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC son alimentadas a 24 voltios y se representan como<br />
%I0.#, siendo # el número correspondiente a la entrada al PLC.<br />
• Las salidas <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC son alimentadas a 110 voltios y se representan como<br />
%Q0.#, siendo la # el número correspondiente a la salida <strong><strong>de</strong>l</strong> PLC.<br />
• El número 2 representa el común <strong>de</strong> 110 voltios.<br />
• El número 4 representa el común <strong>de</strong> 24 voltios.<br />
• Las partes <strong>de</strong> la bornera como 0V son espacios <strong>de</strong>senergizados.<br />
• En la marcación <strong>de</strong> alg<strong>un</strong>os cables el número 1 se reemplazó por la letra X.<br />
• El espacio <strong>de</strong> color rojo representa el fusible.<br />
• Los espacios en azul están libres <strong>para</strong> conexión con respectivas salidas <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
PLC conectadas a esta sección <strong>de</strong> la bornera.<br />
• Los espacios que se encuentra en color gris están disponibles<br />
46
2.2.2 Actuadores neumáticos<br />
Los actuadores neumáticos se instalaron en las válvulas mariposa <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong><br />
automatizado.<br />
Figura 20. Actuador neumático.<br />
Fuente: MORRIS INDUSTRIAS S.A. Instrumentación industrial. Válvulas. [En<br />
línea] s.p.i. http://www.morris-industrial.com/productos_marwin.asp [consulta: 3<br />
Mar. 2008].<br />
Este es <strong>un</strong> actuador neumático <strong>de</strong> doble efecto con piñón y pistón, con rotación<br />
variable <strong>de</strong> 0 a 90° +/- 5°. Es accionado por la válvula solenoi<strong>de</strong> por medio <strong>de</strong><br />
aire.<br />
47
Figura 21. Accionamiento <strong>de</strong> la válvula solenoi<strong>de</strong> y el actuador neumático.<br />
Fuente: NEUMÁTICA ROTONDA. Válvulas distribuidoras. [En línea] s.p.i.<br />
[consulta: 13 Oct. 2007]<br />
Figura 22. Interior <strong>de</strong> <strong>un</strong> actuador neumático circular<br />
Fuente: GLOBAL INFOMINE. Diccionario técnico <strong>de</strong> mineros y pretoleros. [En<br />
línea] s.p.i. [consulta: 20 Feb.<br />
2008].<br />
48
El interruptor va fijado al vástago <strong>de</strong> la caja <strong>de</strong> interruptores límite por medio <strong><strong>de</strong>l</strong><br />
acople que tiene en la parte superior y a la válvula mariposa por medio <strong>de</strong> <strong>un</strong><br />
cuadrante ubicado en la parte inferior.<br />
2.2.3 Sensores <strong>de</strong> presión<br />
La medida <strong>de</strong> presiones en líquidos o gases es <strong>un</strong>a <strong>de</strong> las más com<strong>un</strong>es en<br />
<strong>control</strong> <strong>de</strong> procesos. La presión es <strong>un</strong>a fuerza por <strong>un</strong>idad <strong>de</strong> superficie y <strong>para</strong><br />
calcularla se mi<strong>de</strong> la presión <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> y se com<strong>para</strong> con la presión atmosférica.<br />
Figura 23. Sensor <strong>de</strong> presión.<br />
Fuente: TEMPERATURA TERMOPARES Y SONDAS REVISTIDAS. RTD<br />
PRESION. [En línea] s.p.i. [consulta: 25 J<strong>un</strong>. 2007]<br />
49
2.2.4 Tanques <strong>de</strong> almacenamiento <strong>de</strong> agua<br />
2.2.4.1 Tanque <strong>de</strong> agua caliente: En el <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente se instalaron dos<br />
sensores <strong>de</strong> <strong>nivel</strong>, dos válvulas con sus actuadores y dos sensores <strong>de</strong> presión.<br />
En la Figura 24 se observa que se agregó al <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente, el <strong>sistema</strong><br />
<strong>de</strong> “agua <strong>de</strong> recuperado” <strong>de</strong> la tintorería dos, la válvula en la máquina número 58<br />
<strong>para</strong> <strong>control</strong> <strong>de</strong> <strong>nivel</strong> y dos sensores <strong>de</strong> <strong>nivel</strong>.<br />
Figura 24. Tanque <strong>de</strong> agua caliente.<br />
Al <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua caliente se le <strong>control</strong>a cuatro <strong>nivel</strong>es <strong>de</strong> agua:<br />
• Nivel mínimo: Es <strong>un</strong> <strong>nivel</strong> <strong>de</strong> seguridad <strong>para</strong> proteger las bombas <strong>de</strong> agua.<br />
Cuando la altura <strong>de</strong> agua llega al “Nivel mínimo” las bombas se apagan y<br />
así se evita que se dañen.<br />
50
• Nivel bajo: Con este <strong>nivel</strong> se <strong>control</strong>a <strong>un</strong>a <strong>de</strong> las válvulas originales <strong>de</strong><br />
Kemco. Cuando la altura <strong><strong>de</strong>l</strong> agua en el <strong>tanque</strong> esta por <strong>de</strong>bajo <strong><strong>de</strong>l</strong> “Nivel<br />
bajo” la válvula se activa alimentando el <strong>tanque</strong> con agua caliente<br />
proveniente <strong><strong>de</strong>l</strong> serpentín externo.<br />
• Nivel alto: Igual que <strong>para</strong> el “Nivel bajo” pero se <strong>control</strong>a la otra válvula <strong>de</strong><br />
Kemco.<br />
• Nivel máximo: Con este <strong>nivel</strong> se evita el <strong>de</strong>sbordamiento <strong>de</strong> agua en el<br />
<strong>tanque</strong> <strong>control</strong>ado. Se cuenta con <strong>un</strong>a alarma ubicada en la sección <strong>de</strong><br />
tintorería <strong>un</strong>o, que se dis<strong>para</strong> cuando se presenta la emergencia, a<strong>de</strong>más<br />
activa la válvula <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong> y la válvula <strong>de</strong> la máquina 58.<br />
Para el <strong>control</strong> <strong>de</strong> las válvulas se cuenta con <strong>un</strong> <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> enclavamiento que las<br />
conmuta cuando el <strong>nivel</strong> <strong><strong>de</strong>l</strong> agua en el <strong>tanque</strong> llega al límite <strong>de</strong> almacenamiento.<br />
De esta forma la válvula <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong> se cierra y la ubicada en la máquina se abre<br />
redireccionando el agua hacia el <strong>tanque</strong> <strong>de</strong> agua fría, y finalmente se activa <strong>un</strong>a<br />
alarma visual que indica que el <strong>tanque</strong> esta lleno.<br />
La temperatura <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong> esta <strong>control</strong>ada <strong>para</strong> evitar que sobrepase los 85 °C<br />
puesto que <strong>un</strong>o <strong>de</strong> los procesos <strong>de</strong> tintorería requieren esta temperatura máxima<br />
en el agua. Esta temperatura es medida y <strong>control</strong>ada con <strong>un</strong> termostato acoplado<br />
a la válvula permitiendo la entrada <strong>de</strong> agua fría.<br />
En el tubo que abastece las máquinas con agua caliente <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong> se instalaron<br />
presóstatos que <strong>control</strong>an <strong>un</strong>a <strong>de</strong> las bombas <strong>de</strong> agua, cuando la presión <strong><strong>de</strong>l</strong> tubo<br />
está por <strong>de</strong>bajo <strong>de</strong> los 20 psi la bomba se encien<strong>de</strong> garantizando la presión<br />
necesaria en el tubo.<br />
51
3. SUGERENCIAS, BENEFICIOS OBTENIDOS Y RECOMENDACIONES DE<br />
3.1 SUGERENCIAS<br />
OPERACIÓN.<br />
Durante el periodo <strong>de</strong> puesta en marcha <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> diseñado, se<br />
observó que existen alg<strong>un</strong>os procesos a mejorar:<br />
• Incluir en el <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> diseñado las otras lavadoras <strong>para</strong> que se<br />
optimice <strong>de</strong> la misma forma toda la planta.<br />
• Los indicadores <strong>de</strong> <strong>nivel</strong> <strong>de</strong> los <strong>tanque</strong>s permanecen sucios, lo que impi<strong>de</strong><br />
la lectura <strong>de</strong> los <strong>nivel</strong>es. Se recomienda diseñar <strong>un</strong> mantenimiento<br />
preventivo con el que se limpien los indicadores.<br />
• Los serpentines <strong>de</strong> cada máquina y el externo requieren mantenimiento al<br />
menos cada ocho meses, según el criterio <strong><strong>de</strong>l</strong> ingeniero a cargo.<br />
3.2 BENEFICIOS OBTENIDOS<br />
Con la realización <strong>de</strong> este proyecto la empresa Vestim<strong>un</strong>do S.A. y especialmente<br />
la planta textil ha obtenido <strong>un</strong> gran número <strong>de</strong> beneficios en los que se <strong>de</strong>stacan<br />
los siguientes:<br />
52
• Ahorro <strong>de</strong> tiempo: El personal <strong>de</strong> mantenimiento ahorra parte <strong><strong>de</strong>l</strong> tiempo<br />
que se le <strong>de</strong>dica al área <strong>de</strong> tintorería <strong>de</strong> la planta textil, ya que la<br />
automatización <strong>de</strong> este proceso disminuye los tiempos y el número <strong>de</strong><br />
paros <strong>de</strong> máquina.<br />
• Ahorro <strong>de</strong> dinero: La empresa Vestim<strong>un</strong>do S.A. ahorra dinero con la<br />
implementación <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> automatización porque se eliminó el<br />
<strong>de</strong>sperdicio <strong>de</strong> agua caliente y la energía que <strong>de</strong> ésta proce<strong>de</strong>.<br />
• Buen f<strong>un</strong>cionamiento <strong>de</strong> la planta: Para que las máquinas lavadoras y <strong>de</strong><br />
teñido textil operen eficientemente el <strong>tanque</strong> <strong>surtidor</strong> <strong>de</strong> agua también <strong>de</strong>be<br />
tener <strong>un</strong> buen f<strong>un</strong>cionamiento. Este f<strong>un</strong>cionamiento se logró con el <strong>control</strong><br />
implementado.<br />
3.3 RECOMENDACIONES DE OPERACIÓN<br />
La conexión <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>control</strong> se realizó <strong>de</strong> forma clara y accesible <strong>para</strong> el personal no<br />
familiarizado con el <strong>sistema</strong>. Alg<strong>un</strong>os p<strong>un</strong>tos claves <strong>para</strong> tener en cuenta en la<br />
operación <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>control</strong> son los siguientes:<br />
• Mientras el PLC esté en buen estado, los conmutadores <strong><strong>de</strong>l</strong> tablero <strong>de</strong>ben<br />
permanecer en posición <strong>de</strong> encendido o automático.<br />
• Para el mantenimiento, cada motor pue<strong>de</strong> ser <strong>de</strong>senergizado <strong>de</strong> forma<br />
manual con los conmutadores <strong><strong>de</strong>l</strong> tablero <strong>de</strong> <strong>control</strong>.<br />
53
• En caso <strong>de</strong> apagar todo el <strong>sistema</strong> no hay necesidad <strong>de</strong> colocar los<br />
conmutadores en apagado, estos pue<strong>de</strong>n quedar en automático.<br />
• Debido que las válvulas son normalmente cerradas, cuando se apague el<br />
<strong>sistema</strong>, las máquinas no van a tener <strong>un</strong> buen enfriamiento, por<br />
consiguiente hay que abrir manualmente la válvula <strong>de</strong> la máquina 58. No<br />
olvidar cerrarla manualmente cuando se energice el <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> nuevo.<br />
54
4. CONCLUSIONES<br />
Con el <strong><strong>de</strong>sarrollo</strong> <strong>de</strong> este <strong>control</strong> se logró: Disminuir las pérdidas <strong>de</strong> agua tratada<br />
en <strong>un</strong> 80%, monitorear las diferentes variables que componen el <strong>sistema</strong> y así<br />
lograr <strong>un</strong>a mejor eficiencia <strong><strong>de</strong>l</strong> proceso. A<strong>de</strong>más facilita el trabajo <strong><strong>de</strong>l</strong> personal<br />
encargado <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> la empresa, evita riesgos <strong>para</strong> la vida humana y disminuye<br />
los costos a largo plazo. Al llegar el agua a 35 grados centígrados a las máquinas,<br />
se ahorra <strong>un</strong> calentamiento <strong>de</strong> 16 grados.<br />
Este <strong>sistema</strong> <strong>de</strong> <strong>control</strong> ejecuta <strong>de</strong> manera correcta y segura la secuencia <strong>de</strong><br />
llenado y vaciado <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>tanque</strong>, permitiendo que el <strong>tanque</strong> no se rebose y se<br />
aprovecha el agua en procesos <strong>de</strong> lavado y/o teñido textil. Así mismo, permite <strong>un</strong>a<br />
mejor utilización <strong>de</strong> la energía térmica y mejora en la eficiencia <strong>de</strong> la cal<strong>de</strong>ra.<br />
A<strong>de</strong>más pue<strong>de</strong> ahorrar los productos químicos en el tratamiento <strong><strong>de</strong>l</strong> agua.<br />
El uso <strong><strong>de</strong>l</strong> lenguaje <strong>para</strong> PLC llamado “escalera”, resulta ser <strong>un</strong>a opción a<strong>de</strong>cuada<br />
en la implementación <strong>de</strong> cualquier automatización <strong>de</strong> procesos, dado que es <strong>un</strong><br />
modo <strong>de</strong> programación estandarizado por la mayoría <strong>de</strong> fabricantes <strong>de</strong> PLC´s, con<br />
base en el estándar internacional (IEC 61161). A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> ser dif<strong>un</strong>dido entre<br />
instrumentistas y personal <strong>de</strong> planta, facilitando el mantenimiento <strong><strong>de</strong>l</strong> proceso<br />
mismo.<br />
El manual <strong>de</strong> operación constituye la herramienta <strong>para</strong> la operación,<br />
mantenimiento y conocimiento <strong>de</strong>tallado <strong><strong>de</strong>l</strong> proceso, presentando <strong>un</strong>a visión<br />
general <strong>de</strong> los segmentos <strong>de</strong> programa creados en el TwidoSoft, las secuencias y<br />
los dispositivos que hacen parte <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong>. De esta forma se facilita el correcto<br />
manejo <strong><strong>de</strong>l</strong> <strong>sistema</strong> por parte <strong><strong>de</strong>l</strong> operador.<br />
55
Con el <strong><strong>de</strong>sarrollo</strong> <strong>de</strong> este proyecto se ha logrado poner en práctica conocimientos<br />
adquiridos a lo largo <strong>de</strong> los estudios <strong>de</strong> pregrado y todas las prácticas empíricas<br />
<strong>de</strong>sarrolladas durante el transcurso <strong>de</strong> los estudios académicos.<br />
56
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