miércoles, 26 de octubre de 2016
sistemas hidroneumaticos Unidad 2
SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS
UNIDAD NRO 2
DIEGO MAURICIO ATEHORTUA MADRIGAL
C.C. 15.274.892
GRUPO: 243011_2
TUTOR
UNIVERSIDAD
NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
MEDELLIN
2016
INTRODUCCIÓN
Con este estudio se busca
automatizar una cierta parte del proceso de la empresa de plásticos (plasticol
s.a.). La
problemática a resolver busca desarrollar un proyecto que posibilite obtener un sistema
presurizado de agua, tal que sea capaz de llevar este líquido a los tanques de almacenamiento
que se encuentran a gran distancia (580) metros, en donde se desea desarrollar
un sistema hidroneumático que pueda suplir esta necesidad por una bomba en este caso. El objeto
de estudio busca automatizar cada paso mediante la implementación de los
sistemas hidroneumáticos iniciando con la formulación de un diagrama de
tecnología.
Estructuralmente se tienen cuatro
(4) tanques: El primero con agua potable del depósito, el segundo acondicionado
con un agitador del agua, el tercer tanque donde se realiza un filtrado y un
último tanque donde se almacena el líquido ya para ser entregado al cliente
final. Además, se cuenta con tres válvulas (a, b y c) que comunican entre sí
estos tanques.
En este informe se presenta de una manera general y a través de un
diagrama tecnológico la manera de como automatizar esta parte de la empresa de plásticos (plasticol s.a.). En el cual se espera contar con
un PLC para el manejo de entradas y salidas, temporizadores, etc. un PC para
hacer la interface con PLC y actuadores
Por lo anterior este documento
pretende plantear la solución a un problema consistente en automatizar una empresa
de plásticos (plasticol s.a.), aplicando los conocimientos adquiridos en los semestres
anteriores y sobre todo en la primera unidad del curso de sistemas
hidroneumáticos de la universidad nacional abierta y a distancia
Diagrama
MARCO
Para el
control efectivo del proceso y fabricación de la empresa de plásticos (plasticol s.a.) Se usará el control
de variables por PID el cual se puede explicar cómo el control
inteligente que mantiene alguna variable física, en nuestro caso la presión
hidroneumática en esta empresa, en un rango estable, casi sin fluctuaciones que
garantizan la calidad del producto entregado. Así podemos solicitarle al
control PID por medio de un Set Point el valor de llenado que el proceso
necesite mínimo de 5000 𝑐𝑚3
para ser entregados a cada tanque y el control por medio de las acciones
proporcional, integral y derivativa hará lo necesario para mantener ese Set
Point que se necesita. El valor proporcional determina la reacción del error
actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error,
esto nos asegura que, aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de
seguimiento se reduce a cero. El derivativo determina la reacción del tiempo en
el que el error se produce. Debemos recordar que el control PID es un control
de lazo cerrado o sea que tiene realimentación.
Adicional
al control PID se usará también el poderoso software LabVIEW el cual es
un sistema de pruebas de hardware y software para hacer diseño y control de
plantas y sistemas productivos, es una interface meramente grafica que usa
iconos en lugar de códigos de programación. El otro gran componente del
proyecto de la empresa de plásticos (plasticol s.a.) es el PLC el cual definiremos como controlador
lógico programable. Podríamos decir que este el cerebro del proceso ya que
basado en un programa previamente cargado controla todo el proceso, a este
llegan todas las conexiones de los sensores y actuadores procesando toda la
información y toma decisiones para garantizar el proceso de producción de la
empresa (plasticol s.a.)
sistemas hidroneumaticos Unidad 2
SISTEMAS HIDRONEUMÁTICOS
UNIDAD NRO 2
CARLOS DANIEL LONDOÑO ZABALA
C.C. 1042765294
RAUL ECHEVERRYC.C. 1042765294
C.C 8157635
DIEGO MAURICIO ATEHORTUA MADRIGAL
C.C. 15.274.892
GRUPO: 243011_2
TUTOR
UNIVERSIDAD
NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
MEDELLIN
2016
INTRODUCCIÓN
Con este estudio se busca
automatizar una cierta parte del proceso de la empresa de plásticos (plasticol
s.a.). La
problemática a resolver busca desarrollar un proyecto que posibilite obtener un sistema
presurizado de agua, tal que sea capaz de llevar este líquido a los tanques de almacenamiento
que se encuentran a gran distancia (580) metros, en donde se desea desarrollar
un sistema hidroneumático que pueda suplir esta necesidad por una bomba en este caso. El objeto
de estudio busca automatizar cada paso mediante la implementación de los
sistemas hidroneumáticos iniciando con la formulación de un diagrama de
tecnología.
Estructuralmente se tienen cuatro
(4) tanques: El primero con agua potable del depósito, el segundo acondicionado
con un agitador del agua, el tercer tanque donde se realiza un filtrado y un
último tanque donde se almacena el líquido ya para ser entregado al cliente
final. Además, se cuenta con tres válvulas (a, b y c) que comunican entre sí
estos tanques.
En este informe se presenta de una manera general y a través de un
diagrama tecnológico la manera de como automatizar esta parte de la empresa de plásticos (plasticol s.a.). En el cual se espera contar con
un PLC para el manejo de entradas y salidas, temporizadores, etc. un PC para
hacer la interfaces con PLC y actuadores
Por lo anterior este documento
pretende plantear la solución a un problema consistente en automatizar una empresa
de plásticos (plasticol s.a.), aplicando los conocimientos adquiridos en los semestres
anteriores y sobre todo en la primera unidad del curso de sistemas
hidroneumáticos de la universidad nacional abierta y a distancia.
La automatización se
compone de todas las teorías y tecnologías encaminadas de alguna forma para
sustituir el trabajo del hombre por el de la máquina. En este trabajo daré unas
muy buenas ideas para automatizar un proceso de un área de una empresa que
necesita unas reformas para mejorar el rendimiento, transporte y la producción
para tener muchas más ganancias ya que se optimiza tiempos perdidos mejorando
la calidad y cantidad del producto.
Siendo nuestros
objetivos de automatizar este proceso, tendremos que tener claro primero que
todo cómo funciona el proceso y eso lo tenemos en la guía como apoyo de trabajo.
Como veremos, el tipo de automatización a implantar depende del tipo de proceso
a automatizar: no da lo mismo automatizar un proceso continuo que un proceso
gobernado por eventos. Debido a la gran cantidad de procesos distintos que
funcionan actualmente.
SISTEMAS HIDRONEUMATICOS
Entre los diferentes sistemas de abastecimiento y
distribución de agua en edificios e instalaciones, los Equipos Hidroneumáticos
han demostrado ser una opción eficiente y versátil, con grandes ventajas frente
a otros sistemas; este sistema evita construir tanques elevados, colocando un
sistema de tanques parcialmente llenos con aire a presión. Esto hace que la red
hidráulica mantenga una presión excelente, mejorando el funcionamiento de
lavadoras, filtros, regaderas, llenado rápido de depósitos en excusado,
operaciones de fluxómetros, riego por aspersión, entre otros; demostrando así
la importancia de estos sistemas en diferentes áreas de aplicación. Así mismo
evita la acumulación de sarro en tuberías por flujo a bajas velocidades. Este
sistema no requiere tanques ni red hidráulica de distribución en las azoteas de
los edificios (evitando problemas de humedades por fugas en la red) que dan tan
mal aspecto a las fachadas y quedando este espacio libre para diferentes usos.
Los Sistemas Hidroneumáticos se basan en el
principio de compresibilidad o elasticidad del aire cuando es sometido a
presión, funcionando de la siguiente manera: El agua que es suministrada desde
el acueducto público u otra fuente, es retenida en un tanque de almacenamiento;
de donde, a través de un sistema de bombas, será impulsada a un recipiente a
presión (de dimensiones y características calculadas en función de la red), y
que posee volúmenes variables de agua y aire. Cuando el agua entra al
recipiente aumenta el nivel de agua, se comprime el aire y aumenta la presión,
cuando se llega a un nivel de agua y presión determinados (Pmáx.), se produce
la señal de parada de bomba y el tanque queda en la capacidad de abastecer la
red; cuando los niveles de presión bajan, a los mínimos preestablecidos (Pmín.)
se acciona el mando de encendido de la bomba nuevamente. Como se observa la
presión varía entre Pmáx y Pmín, y las bombas prenden y apagan continuamente.
El diseño del sistema debe considerar un tiempo mínimo entre los encendidos de
las bombas conforme a sus especificaciones, un nivel de presión (Pmín) conforme
al requerimiento de presión de la instalación y un Pmáx, que sea tolerable
por la instalación y proporcione una buen calidad de servicio.
Usualmente los encargados de los proyectos
consideran un diferencial de presión de 10 mca, lo que puede resultar
exagerado, ya que en el peor de los casos la presión varía permanentemente
entre 5 y 15 mca. Este hecho es el que los usuarios notan, ya que estas
variaciones en la presión se traducen en fluctuaciones del caudal de agua.
Además, el sistema de calentamiento de agua variará su temperatura en función
del caudal. En efecto, el caudal de 15 mca es un 35% superior al que se
tiene, si la presión es de 5 mca. Una instalación con sistema
hidroneumático, calculado según lo anterior, consumirá un 18 % más de agua por
el hecho de tener que aumentar la presión sobre el mínimo, este aumento
conlleva a una pérdida de energía importante.
Mientras mayor sea el diferencial de presión y
menor el tiempo entre partidas de los motores, más pequeña resulta la capacidad
del estanque de presión.
Las bombas estarán funcionando entre dos puntos de
operación de presión y por consiguiente de caudal, por lo que al no ser un
punto único, no podrá estar permanentemente en su punto óptimo de eficiencia.
El reglamento de Instalaciones Sanitarias obliga a
que la capacidad de las bombas sea un 125% del gasto máximo probable a la
presión mínima requerida para el sistema, a fin de asegurar abastecer la
demanda máxima al mismo tiempo que se llena el estanque de presión.
CÁLCULO DE PRESIONES
El artículo número 205 de la Gaceta Oficial 4.044 extraordinario,
recomienda que la diferencia de presiones no sea inferior a 14 m.c.a. Sin
embargo no se establece un límite máximo que se pueda utilizar, por lo que hay
que tener en cuenta que al aumentar el diferencial de presión, aumenta la
relación de eficiencia del tanque considerablemente.
La presión de operación mínima del sistema, deberá ser tal que
garantice en todo momento, la presión residual (requerida), en la toma más
desfavorable y puede ser obtenida, del siguiente balance de energía:
Dónde: h = Diferencia de altura entre el nivel
inferior y el nivel superior del líquido en el tanque.
Σhf = Sumatoria de pérdidas tanto a lo largo de la
tubería como en accesorios, que sufre el fluido desde la
descarga del
tanque hasta la toma más desfavorable.
V2/2*g = Energía cinética o presión dinámica.
hr = presión residual.
La elección de la presión máxima se deja a criterio del
proyectista.
Presentación
en Prezi:
Para este caso
de automatización propongo los siguientes artículos:
3 electroválvulas
On-off de simple efecto de referencia BGT118 K5.
Para la elaboración de un sistema hidroneumático es necesario contar con los siguientes componentes:
- Tanque de presión
- Bombas (acorde a la necesidad de la red)
- Interruptor eléctrico
- LLaves de purga para el drenaje en las tuberías
- Manómetro
- Válvulas de seguridad
- Válvulas de retención
- Conexiones flexibles
- Dispositivos de control automático
- Interruptores de presión
- Tablero de control y potencia de motores
- Dispositivo de drenaje de tanque
- Compresores
De
acuerdo a los requerimientos del usuario, puede ser equipado con
posicionadores, regulador del filtro de aire, final de carrera, volante,
válvula solenoide etc. accesorio.
El
actuador neumático e bromeó con electroválvula, Como una válvula de corte.
El
actuador neumático e bromeó con posicionador eléctrico, Como un válvula de
regulación.
BGT
serie tiene un tamaño pequeño, Luz Peso, Fiable rendimiento, La capacidad de
flujo, Especialmente adecuado Para
Medio
viscoso, Contiene partículas, fibra de la naturaleza de la ocasión.
Confiable
Rendimiento, La capacidad de flujo, especialmente adecuado para el medio
viscoso, que contiene partículas,
Fibra
de la naturaleza de la ocasión.
Ampliamente
utilizado en el cemento, alimentos, protección del medio ambiente, la industria
ligera, petróleo, papel, química y otros
Mangueras neumáticas de diámetro de 8 mm para
alimentar las válvulas de paso.
Descripción.
* Diámetros exteriores: 4 a 12 mm
* Diámetros interiores: 2,6 a 8 mm
* Longitud de trabajo: 0,5 a 6 m
* Presión de funcionamiento dependiente de la
temperatura: -0,95 a 10 bar
* Fluido
* Aire comprimido
* Vacío
* Resistencia elevada a la radiación UV y a las
fisuras por esfuerzo
2 Bombas con referencia
de tipo R57DRS132MA.
Características Estándar
·
Eficiencia Estándar
·
Trifásicos, II, IV, VI y VIII
polos, 60Hz
·
Tensiones: 208-230/460V, 200V,
460V o 575V
·
Totalmente Cerrado con Ventilación
Externa - TEFC (IP55)
·
Rotor de Jaula de Ardilla /
Aluminio Inyectado
· Anillo de sello V'Ring en ambas
tapas (carcasas 586/7 equipadas con sello laberinto taconite como estándar)
·
Rodamientos de bolas
·
Eje de acero carbón 1045 (4140
para carcasas 404/5T y superiores)
·
Dimensiones NEMA
·
Clase de Aislamiento “F” para
todas las carcasas
·
Elevación de temperatura: Clase
“B” (80ºC)
·
Diseño NEMA “A”
·
Factor de Servicio 1.15
·
Régimen continuo (S1)
·
Temperatura ambiente de 104ºF
(40ºC)
·
Altitud: 3300 ft (1000 m)
·
Agujeros con rosca NPT en la
salida de la caja de conexiones
·
Montado en la posición F1
·
Placa de identificaciones en
acero inoxidable AISI 316 con grabación a laser
· Pintura: Pintura sintética a base
de resina alchidica (excede a la prueba ASTM B117 de maresía)
·
Color: RAL 5002
·
Pino de dreno automático – con
presión compensada
· Rodamientos reengrasables, con
sistema de lubricación por presión positiva (carcasas 254T y superiores)
·
Termistores tipo PTC (1 por fase)
para carcasas 324T y superiores
·
Caja de conexiones con junta de
estanqueidad
·
Impregnación por inmersión y
horneo (carcasas 143T hasta 326T y 586/7T)
·
Impregnación por flujo continuo
de resina (carcasas 364/5T hasta 504/5T)
1 Tanque de depósito que por defecto lo tendría de
20.000 𝑐𝑚3.
Información detallada
de Depósito sencillo con sistema de agitación en acero inox de 20.000 litros: Deposito
sencillo con sistema de agitación, construido en acero inoxidable, agitador
central, dos tapas abatibles en la parte superior, fondo del depósito vaciado
total y cuatro patas de apoyo con sus suplementos. Capacidad............20.000
litros
Características
Ancho: 3 metros
Alto: 8.90 metros
1 tanque de agitación o mezclado.
Información detallada
de Depósito sencillo con sistema de agitación en acero inox de 20.000 litros:
Deposito sencillo con
sistema de agitación, construido en acero inoxidable, agitador central, dos
tapas abatibles en la parte superior, fondo del depósito vaciado total y cuatro
patas de apoyo con sus suplementos. Capacidad............20.000 litros
Características
Ancho: 2.5 metros
Alto: 4.5 metros
1 tanque de filtrado para una buena homogenización y
limpieza del líquido.
Es principalmente
aplicable a las fases de producción, tales como la hidrólisis, la
neutralización, cristal, destilación y almacenamiento, etc. en las industrias
de la medicina (taller de materiales, la síntesis de taller), industria
química, alimentos, industria ligera y así sucesivamente.
La serie de SS. Los
tanques de almacenamiento están hechos de acero inoxidable (SUS304 o SUS316L).
Todas las juntas y el interior están con acabados de espejo sin ningún ángulo muerto y se limpian
fácilmente
Características
Ancho: 2.5 metros
Alto: 4.5 metros
4 tanques
de almacenamiento con una capacidad de 5000 𝑐𝑚3.
Estructura
1- volumen de 50L-20000L, se puede personalizar según
las necesidades del cliente, en este caso lo estaríamos trabajando en 5000 𝑐𝑚3.
2- utilizado en material de acero inoxidable
sanitario.
3- estructura de tres capas: el interior del cuerpo, revestimiento
y aislamiento, capa de aislamiento lleno de material aislante.
4-. pared interior polaca menos 0.6 mm, acabado
exterior se podría añadir o pulido espejo.
5- forma de cono inferior, con camisa de refrigeración
puede adoptar chaqueta hoyuelo, curvado y revestimiento acceso ondulado.
6- Todos los tubos están DIN o ISO tubería sanitaria,
pulido espejo.
7- utilizado
como vino de tanques de almacenamiento y fermentación, productos lácteos,
industrias, etc.;
8- aplicable en el campo de alimentos, productos
lácteos, jugos, química y campos biológicos.
1 un motor eléctrico trifásico para el agitador con
referencia SA5Z DT90S-48M6/TF.
Características
Grado de protección: IP
55
Carcasa: hierro fundido
Potencias: 0,5 a 450 HP
Aislación: clase F
Factor de servicio:
continuo (S1)
Tensiones: 440 V
Color: azul RAL 5010
Termistor PTC: en todas
las carcasas
Motor a prueba de
explosión
Motor trifásico para
áreas clasificadas certificación CESI, según directivas ATEX. Zona 1, grupo
IIA/IIB T4.
1 PLC el que más he utilizado sería un S7 1500 Tía
portal por un fácil manejo.
¿Características del S71500 PLC y TIA Portal V12 dirigido
sus retos del proyecto?
S7-1500 es capaz de utilizar las nuevas
características innovadoras para
disminuir el tiempo de diseño y construcción en comparación con otros modelos
de PLC. Los módulos de terminales estandarizados para la línea de módulos de
señales S7-1500 hace para un diseño más eficiente y disminución de los costes
de mantenimiento de piezas de repuesto. La función de los módulos de terminales
de múltiples posiciones ha permitido para el cableado fácil y rápido de los
módulos de señales que contribuyeron a la reducción del tiempo de construcción
en general, menos cableado.
Errores y más fácil
la solución de problemas. Por último, a bordo, pantalla en color en el S7-1500
ayuda en gran medida en la puesta en marcha. La capacidad de establecer
rápidamente la dirección IP, ver y restablecer los fallos, y controlar el modo
de funcionamiento del PLC sin la necesidad de conectar un terminal de
programación ayudó a reducir la cantidad de tiempo necesario para programar y
poner en marcha el sistema. Además, la pantalla permite a los no ingenieros
para diagnosticar rápidamente y corregir errores, maximizando el tiempo del
sistema de agua con su mezcla y el aumento de la productividad global del
centro de producción.
El software v12 TIA Portal también contribuye
a la reducción del tiempo de programación. El entorno totalmente integrado del
PLC, HMI y la unidad de programación a través StartDrive permite de forma
rápida y sencilla de programas, control y seguimiento de datos de la bomba y
sus entradas en si. Las nuevas características de programación tales como la
conversión de tipo de datos integrado y diagnóstico en línea fáciles también
ayudaran a agilizar la fase de puesta en marcha.
¿Cómo mejora la
empresa con este PLC?
Anteriormente, el
sistema de agua de tamaño insuficiente limita el volumen de máquinas que
podrían ser fabricados y probados en un momento dado. Nuestro sistema de agua
será mejorado ahora suministrando niveles sostenidos de agua de alto volumen de
cuatro tanques adicionales de producción, potenciando la empresa para aumentar
su capacidad total de producción hasta en un 50%. Mediante la incorporación de
dispositivos de control de Siemens, el PLC goza de buenas herramientas de
mantenimiento y programación que minimizan la cantidad de tiempo que pasamos de
operación y solución de problemas del sistema - que nos permitirá centrarnos
aún más estrechamente en la construcción de sistemas superiores para otros
clientes más adelante.
6 sensores de nivel 7ML5221-2DA18 ultrasónicos.
SITRANS Probe LU es un transmisor
ultrasónico de dos hilos para la medición de nivel y de volumen de líquidos en
depósitos de almacenamiento y recipientes de proceso simples, así como para la
medición de caudal en canales abiertos.
El SITRANS Probe LU es indicado para las
mediciones de nivel en la industria del agua y aguas residuales, así como para
el almacenamiento de productos químicos.
El
rango de medida del SITRANS Probe LU es de 6 o 12 m (20 o 40 ft). La función de
supresión automática de falsos ecos para la eliminación de falsos ecos de
componentes fijos, la relación mejorada señal/ruido y una precisión aumentada
del 0,15% del rango de medida o 6 mm (0,25") confieren al Probe LU la más
alta fiabilidad.
Rango de medida 0,25… 12 m (0.8… 39 ft)
Temperatura de
proceso -40... 85 °C (-40... 185
°F)
Salida -4... 20 mA /
HART, - PROFIBUS PA - seguridad
intrínseca (opcional)
Compresores industriales.
Este compresor es especialmente diseñado y
construido para aumentar la presión y poder accionar la válvula por medio de las señales del PLC. A veces se podría utilizar de
manera intermitente en un taller, en una llantera, restaurante, planta
procesador, en continuos bombeos de gasoductos, embotelladoras de gaseosas o
cerveza, sopladores de bolsas y envases plásticos, etc.).
Existen diversas formas de comprimir aire, dando esto a que existan
muchos tipos de compresores, todo dependiendo del mecanismo que se utilicen.
Los compresores a pistón o émbolo (alternativos), son los de uso más difundido y por su diseño, los compresores de
aire de pistón producen altas presiones en volúmenes pequeños, y generalmente
se utilizan para aplicaciones domésticas e industriales
Monitor para el Scada.
SCADA (Control de Supervisión y Adquisición de Datos)
Esta es una
aplicación del software del PLC, especialmente diseñada para el funcionamiento
del proyecto sobre ordenadores en el control de la producción, proporcionando
comunicación con los dispositivos de campo (controladores autónomos...) y
controlando el proceso de forma automática desde la pantalla del ordenador.
También proveerá toda la información que
se genera en el proceso productivo a diversos usuarios, tanto del mismo nivel
como de otros supervisores dentro de la empresa (supervisión, control calidad,
control de producción, almacenamiento de datos...).
Tubería de 2 pulgadas para todo el sistema.
Todos los implementos y accesorios para este proyecto
sera de 2 pulgadas para tener un mejor fluido y una buena presión para poder
llegar el liquido hasta los cuatro tanques que los tenemos a 580 metros de
distancia del sistema principal.
Manómetros.
La presión manométrica se expresa ya sea por encima o por
debajo de la presión atmosférica. Los aparatos que sirven exclusivamente para medir
presiones inferiores a la atmosférica o negativas se llaman vacómetro, también manómetros de vacío.
En este caso vamos a utilizar manómetros por encima ya que
estamos trabajando fluidos hidroneumáticos para saber que presión estamos
trabajando en cada parte del sistema tomando un control para que no se nos vaya
a presurizar el sistema ocasionando un daño bien sea grande o pequeño pero lo
tenemos que evitar siempre ya que este nos para la producción en cualquier
momento.
Mapa conceptual.
Diagrama
ESQUEMA DE UN SISTEMA HIDRONEUMATICO
SISTEMA HIDRONEUMATICO PARA UNA EMPRESA CON TABLERO DE CONTROL ELECTRICO
MARCO
Para el
control efectivo del proceso y fabricación de la empresa de plásticos (plasticol s.a.) Se usará el control
de variables por PID el cual se puede explicar cómo el control
inteligente que mantiene alguna variable física, en nuestro caso la presión
hidroneumática en esta empresa, en un rango estable, casi sin fluctuaciones que
garantizan la calidad del producto entregado. Así podemos solicitarle al
control PID por medio de un Set Point el valor de llenado que el proceso
necesite mínimo de 5000 𝑐𝑚3
para ser entregados a cada tanque y el control por medio de las acciones
proporcional, integral y derivativa hará lo necesario para mantener ese Set
Point que se necesita. El valor proporcional determina la reacción del error
actual. El Integral genera una corrección proporcional a la integral del error,
esto nos asegura que, aplicando un esfuerzo de control suficiente, el error de
seguimiento se reduce a cero. El derivativo determina la reacción del tiempo en
el que el error se produce. Debemos recordar que el control PID es un control
de lazo cerrado o sea que tiene realimentación.
Adicional
al control PID se usará también el poderoso software LabVIEW el cual es
un sistema de pruebas de hardware y software para hacer diseño y control de
plantas y sistemas productivos, es una interfaces meramente gráfica que usa
iconos en lugar de códigos de programación. El otro gran componente del
proyecto de la empresa de plásticos (plasticol s.a.) es el PLC el cual definiremos como controlador
lógico programable. Podríamos decir que este el cerebro del proceso ya que
basado en un programa previamente cargado controla todo el proceso, a este
llegan todas las conexiones de los sensores y actuadores procesando toda la
información y toma decisiones para garantizar el proceso de producción de la
empresa (plasticol s.a.)
PRESIONES DE OPERACION DEL SISTEMA
HIDRONEUMATICO PRESION MINIMA (Pmin)
Presión
diferencial y máxima
POTENCIA REQUERIDA POR LA BOMBA Y EL MOTOR
DESCRIPCIÓN DEL
PROYECTO
El sistema comienza activando
la válvula (A), es una electroválvula On-off de simple efecto de referencia BGT118 K5 con una presión máxima de 5,6 bar conectada
neumáticamente con dos mangueras neumáticas de diámetro de 8 mm, una para abrir
y la otra para cerrar la válvula, arrancando la bomba con referencia de tipo
R57DRS132MA, con unas rpm de 400, con un HP de 5.5 ”caballos de fuerza“ y con
un voltaje de 440 Voltios trifásicos ya que esto lo vamos a implementar en una
empresa, la cual le extrae agua del tanque de depósito que por defecto lo tengo
de 20.000 𝑐𝑚3 , llenando el tanque (A)
con 5000
𝑐𝑚3 de agua potable, una vez se obtiene la cantidad
requerida, por medio del sensor de nivel 7ML5221-2DA18 ultrasónico alimentado a
24 voltios con una fuente de voltaje directo, calibrado de 4 a 20 miliamperios donde 4 miliamperios es 0% y 20
miliamperios es el 100% de la capacidad de los tanques, esta mide el contenido del
tanque de agua potable, este entrega el dato por medio de una señal análoga de
4- 20mA al PLC como decía anteriormente, la válvula (A) se cierra mediante la
acción neumática y la orden de la programación.
Con los 5000 𝑐𝑚3 de agua en el tanque (A) se agita
durante un tiempo determinado que se puede graduar según criterios a trabajar y
el sensor de nivel actúa cuando tenga la
cantidad establecida por programación para darle la orden a la válvula (B) que
se abra para que pase agua al tanque (B) el cual se le agrego un filtro y poder
entregar el agua más limpia al consumidor final.
En el tanque (A) tiene un agitador movido por un motor
eléctrico trifásico a 440 voltios, con un HP de 8.2 caballos de fuerza, con las
RPM de 1680 y su referencia es SA5Z DT90S-48M6/TF, este a su vez es accionado
por el PLC por medio del SAX-4001 que es un arrancador suave o también podríamos
utilizar un variador de frecuencia monitoreado por el PLC para este elemento, también se tiene un
temporizador con rango de 0 a 180 segundos para agitar el agua durante este
tiempo, el PLC por medio de un lazo de control PID arranca o para el agitador
del tanque (A) tal cual como decía antes.
En el diagrama tecnológico se observa que una vez la cantidad
del tanque (A) es alcanzado por el sensor de nivel, que las celdas de carga
indiquen que ya el tanque esta con el peso programado y pasan los 3 minutos se
abrirán las válvulas B y C en este caso son las electroválvulas On-off de simple
efecto de referencia BGT118 K5 del mismo tipo que
la válvula (A) accionadas por el PLC arrancando de manera sincrónica
la bomba que alimenta el tanque C que lo tenemos a 580 metros, esta agua es
transportada por una tubería de 2 pulgadas que es para todo el proyecto y así
tener una mejor fluidez, presión y cantidad para mejorar el transporte del agua hasta los tanques.
Una vez cumplido el set
point y que el sensor de nivel 7ML5221-2DA18 de la señal de que ya está lleno
el tanque © para todo el proceso y la secuencia para ser
almacenado en el otro tanque que sería el nro (D) el cual no diseñe por
espacio, lo cual este proceso empieza un nuevo ciclo para los otros 4 tanques
que nos pide la guía.
CICLOS
DE BOMBEO
Cuando se dimensiona un tanque se debe considerar la
frecuencia del número de arranques del
motor en la bomba. Si el tanque es demasiado pequeño, la de manda de
distribución normal extraerá el agua útil del tanque rápidamente y los
arranques de las bombas serán demasiado frecuentes. Un ciclo muy frecuente
causa un desgaste innecesario de la bomba y un consumo excesivo de potencia.
Por convención se usa una frecuencia de 4 a 6 ciclos por
hora, el ciclo de cuatro (4) arranques/hora se usa para el confort del usuario
y se considera que con más de seis (6) arranques/hora puede ocurrir un
sobrecalentamiento del motor, desgaste innecesario de las unidades de bombeo,
molestias al usuario y un excesivo consumo de energía eléctrica.
El punto en que ocurre el número máximo de arranques, es
cuando el caudal de demanda de la red alcanza el 50% de la capacidad de la
bomba. En este punto
el tiempo que funcionan las
bombas iguala al tiempo en que están detenidas. Si la demanda es mayor que el
50%, el tiempo de funcionamiento será más largo; cuando la bomba se detenga, la
demanda aumentada extraerá el agua útil del tanque más rápidamente, pero la
suma de los dos periodos, será más larga.
PRESIONES DE OPERACION DEL SISTEMA
HIDRONEUMATICO PRESION MINIMA (Pmin)
La presión mínima de operación ( Pmin) del cilindro
en el sistema hidroneumático deberá ser tal que garantice en todo momento, la presión requerida (presión
residual) en la toma más
desfavorable y podrá ser determinada
por la fórmula siguiente:
Pmin = h + hf + hr
h = Altura geométrica
(o diferencia de cotas) entre el nivel
del tanque subterráneo y el nivel de la pieza más desfavorable.
hf = La sumatoria de todas las pérdidas (tanto en tubería
recta como accesorios) que sufre el fluido desde la descarga del tanque hasta la toma más desfavorable.
hr = Presión residual.
Un
estimado bastante preciso (para edificios de más de cuatro pisos) es el
siguiente:
·
Se establece una altura entre placas de 2,75
Mts (si no hay otro dato)
·
Como pérdidas (hf ) se estima un 10% de la altura de la edificación más unos 7 Mts
de pérdidas en piso.
·
Como presión residual se
estiman 7 Mts, cuando los
W. C. son con tanque y 12 Mts cuando son con Fluxómetro.
Como
ejemplo tomemos un edificio de 8 pisos +
P.B. + P. H. con partes de tanque:
H=
|
10 x 2,75
|
27,5 Mts
|
||
|
2,75 + 7
|
9,75 Mts
|
||
|
7,00 Mts
|
|||
PRESION MINIMA ( Pmin)=
|
44,3 Mts
|
65 PSI
|
Presión
diferencial y máxima
Se recomienda que la presión
diferencial no sea inferior a 14 metros columna de agua (20 PSI). Sin embargo,
no fija un límite máximo que se pueda utilizar, por lo que hay que tener en
cuenta que al aumentar el diferencial de presión, aumenta la relación de
eficiencia del cilindro considerablemente y por
lo tanto reduce el tamaño final del mismo; pero aumentar demasiado el
diferencial puede ocasionar inconvenientes, pequeños, tales como un mayor
espesor de la lámina del tanque, elevando su costo y obligando a la utilización
de bombas de mayor potencia para vencer la presión máxima, o graves, tales como
fugas en las piezas sanitarias y acortamiento de su vida útil. La elección de
la presión máxima (Pmax) se deja a criterio del diseñador.
POTENCIA REQUERIDA POR LA BOMBA Y EL MOTOR
La potencia de la bomba para un
sistema hidroneumático podrá calcularse por la misma fórmula indicada en la
página 3 de los presentes apuntes:
Q (lps)* H (metro s) CV = -------------------------
75 *
(n%/100)
Las bombas deben seleccionarse para
trabajar contra una carga por lo menos igual a la presión máxima en el
tanque hidroneumático.
Esto está indicado en Gaceta para
garantizar que las unidades de bombeo seleccionadas alcancen la presión máxima
requerida por el sistema hidroneumático; pero de tenerse a mano curvas
características de las unidades de bombeo, la selección podrá hacerse por medio
de ellas.
La potencia del motor eléctrico que
accione la bomba será calculada según las mis más
consideraciones utilizadas en el cálculo
de los sistemas de tanque a tanque.
PLANIFICACIÓN DEL
PROYECTO
La planificación del
proyecto está relacionada con el diagrama de tecnología, que de primera mano
enseña las posiciones de las válvulas, las conexiones necesarias, la
disposición de los actuadores y su ubicación, además del orden jerárquico del
sistema de control y adquisición de datos.
CONCLUSIONES
Con este proyecto se
pretende automatizar la empresa de plásticos
(plasticol s.a que actualmente es de tipo manual, y tiene como
prioridad automatizarla para que el producto llegue con buena presión, que sus
tiempos no sean tan largos en el llenado de los tanques, automatizar cada paso
mediante la implementación del software LabVIEW,
iniciando con la formulación de un diagrama de tecnología.
Se analizaron los
aspectos a tener en cuenta en este proceso para automatizar y mejorar
secuencias implementando mejoras que pueden ayudar al personal operativo y a
los departamentos mecánicos y electrónicos para un mejor funcionamiento de la
maquinaria que en este caso es hidroneumático.
Conocimos un proceso
bastante interesante porque aprendimos todo el funcionamiento de esta
empresa de plásticos y cómo podemos
mejorar esta máquina o proceso a trabajar
por si solas, por supuesto con la supervisión de los operarios y los departamentos
de mantenimiento para tener un control del flujo o del líquido que se está
produciendo en la empresa seleccionada.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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Ferrer, J. (2011). Circuitos de fluidos: suspensión y dirección. Consultado en
12/09/2015 en http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?docID=10505011
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Engineer's Guide. Consultado en 12/09/2015 en http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2125/ehost/detail/detail?sid=453fff1c-699c-4890-ab62-cc3deacb1a13%40sessionmgr103&vid=0&hid=116&bdata=Jmxhbmc9ZXMmc2l0ZT1laG9zdC1saXZl#AN=205722&db=nlebk
Carulla, M. &
Lladonosa, V. (1993). Circuitos básicos de neumática. Consultado en 12/09/2015
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Heras, J. (2003). Instalaciones neumáticas. Consultado en 12/09/2015 en http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?docID=10646100
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Salvador, A. (2009). Aplicaciones industriales de la neumática. Consultado en
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