• Author / Uploaded
• Alvaroll Javier Valderramones Zenteno

Citation preview

“PROYECTO: IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMA DE MEDICIÓN

DE NIVEL, CAUDAL Y VOLUMEN DE CANALETA PARSHALL”

Profesor guía: Don. Ricardo Iturra Mardones

Nombre: Diego Osman Seida Cortes. Año: 2015

CENTRO DE FORMACIÓN TÉCNICA “JUAN BOHON” LA SERENA

“PROYECTO: IMPLEMENTACIÓN DE SISTEMA DE MEDICIÓN DE NIVEL, CAUDAL Y VOLUMEN DE CANALETA PARSHALL”

Informe de Práctica presentado en

Conformidad a los requisitos para

Obtener el Título de Técnico de

Nivel Superior de Instrumentación

Automatización Industrial

Profesor guía: Don Ricardo Iturra Mardones.

Nombre Del Estudiante (A): Diego Osman Seida Cortes.

Año: 2015

INTRODUCCIÓN.

En el presente informe se presenta el desarrollo de un sistema de medición de las variables de nivel, caudal y volumen utilizando instrumentación industrial de última tecnología. Se realizó el proyecto dentro de la práctica profesional propia de la carrera automatización y control industrial en la empresa ingeniería y gestión de desarrollo s.a. la fecha de inicio corresponde al 21 de abril hasta su fecha de finalización el 15 de julio. Los horarios fueron de lunes a viernes desde las 09:00 horas hasta las 18:30 horas. Las actividades

de la práctica en la empresa fueron apoyar a diversos

proyectos de ingeniería. Investigando el funcionamiento, programación y calibración de distintos dispositivos e instrumentos. El proyecto específico que se implementó involucraba

el desarrollo y

montaje de un sistema de medición y recopilación de datos utilizando un transmisor indicador LUT 430 siemens un transductor xrs-5 y un dispositivo PLC s7-1200. El montaje involucra también la construcción de una canaleta Parshall realizada en fibra de vidrio con medidas bajo estándares internacionales y se añadieron filtros a la construcción. Las variables involucradas en la medición y registro histórico fueron nivel, caudal, volumen como también temperatura del efluente de salida (agua de proceso) de la planta pesquera Perupez S.A. Cabe de mencionar que el proyecto tiene una finalidad medio ambiental por lo que el registro de datos busca regularizar el caudal y volumen de salida de los desechos contaminantes de la planta hacia el mar y se añadieron filtros a la construcción de la canaleta Parshall.

1. ANTECEDENTES GENERALES

1.1 ANTECEDENTES DE LA EMPRESA A continuación se detallan los antecedentes generales de la empresa Ingeniería Gestión y Desarrollo S.A. Razón Social: Ingeniería y Gestión de Desarrollo S.A. Nombre de Fantasía: IGD Chile Giro: Obras de Ingeniería Rut: 76.040.004-1 Domicilio: los copihues n° 370, oficina 2022 Coquimbo – Chile. Página Web: www.igdchile.com Teléfono: +51 2 269251 E-mail: [email protected] IGD S.A. es una empresa de servicios de ingeniería, gestión y desarrollo en la industrias minera, acuícola y de energía; resguardando altos estándares en seguridad de las personas y cuidado del medio ambiente. Actualmente la empresa IGD S.A. se dedica a prestar servicios de ingeniería en detalle, construcción de obras y desarrollo de tecnológico brindando soluciones en el mercado nacional y sudamericano. Algunos proyectos realizados por IGD S.A. se presentan en la Tabla 1.1.

TABLA 1.1 PROYECTOS DE IGD Algunos proyectos realizados por IGD: Proyecto

Detalle

Sistema de Tratamiento DAF Ingeniería y desarrollo sistema de lavado para para

recuperación de agua camiones extracción y equipos mina open-pit,

industrial.

con recuperación de agua. Minera Teck -

Andacollo. Ingeniería conceptual y de Diseño conceptual para “upgrade” de Molino detalle.

SAG, cálculo para sistema de giro con carga Minera Candelaria – Copiapó.

1.2 DESCRIPCIÓN DEL DEPARTAMENTO Se realizó la práctica laboral en el departamento de Desarrollo tecnológico, realizando las siguientes labores:  Programación KOP en PLC Simatic S7-1200 1214c Siemens.  Calibración transmisor Sitrans LUT 430 Siemens (Para lectura de las variables de nivel, caudal, volumen y temperatura).  Diseño de planos eléctricos en Visio 2013 AutoCAD 2013.  Configuración de Abbys Server.  Programación HTML en Software Dreamweaver para web Server en PLC S7-1200 Siemens.  Verificar sensores inductivos Telemanique Schneider para otro proyecto en curso de la empresa. Además se realizó apoyos en diversos proyectos de tecnología a cargo del ingeniero de proyectos Don Álvaro Valderrama Zenteno. Los horarios de trabajo consistieron desde las 9:00 hasta las 18:30 de lunes a viernes en oficinas centrales de la empresa. El inicio práctica fue el 22/04/15 y fecha de término de la practica laboral el día 15/07/15.

2 LABORES DESARROLLADAS 2.1 CANALETA PARSHALL La canaleta o canal Parshall es un elemento primario de flujo con una amplia gama de aplicaciones en canales abiertos, es ampliamente usada para medir el flujo en ríos, canales de irrigación, salidas de alcantarillas, aguas residuales, vertidos de fábricas, etc. Las partes del canal Parshall son: 1. Transición de entrada. 2. Sección convergente. 3. Garganta. 4. Sección divergente. Estas 4 cuatro partes se pueden apreciar en la Figura 2.1 en su vista de planta.

Figura 2.1 Vista de Planta de partes de canal Parshall planta

En la transición de entrada es conveniente elevar el piso sobre el fondo original del canal, con una pendiente ascendente de 1:4 (1 vertical y 4 horizontal) como se muestra en la Figura 2.2, hasta comenzar la sección convergente, con paredes que se van cerrando en línea recta o circular de

radio (R), debido a que el aforador Parshall es una reducción de la sección del canal, que obliga al agua a elevarse o a remansarse para luego volver a descender hasta el nivel inicial sin el aforador. En este proceso se presenta una aceleración del flujo que permite establecer una relación matemática entre la altura de carga o elevación que alcanza el agua y el caudal que circula a través del dispositivo. Para medidores menores a 1 pie o 30 cm (ancho de garganta) R = 0.41 m para medidores de 1 a 3 pies R = 0.51 m para medidores de 4 a 8 pies R = 0.61 m para FALTA

Figura 2.2 Vista de perfil de partes de canal Parshall. En la sección convergente, el fondo es horizontal y el ancho va disminuyendo. En la garganta el piso vuelve a bajar con una pendiente de 3:8 (3 vertical y 8 horizontal), En la sección divergente el piso sube nuevamente con pendiente de 1:6 (1 vertical y 6 horizontal).

2.2 USOS DEL MEDIDOR PARSHALL El medidor Parshall fue creado teniendo como objetivo principal la irrigación. Los de menor tamaño se usan para regular la descarga de agua distribuida a propiedades agrícolas y los de mayor tamaño se utilizan en grandes canales

de riego. Los medidores Parshall también se utilizan en estaciones de tratamiento para la inyección de sustancias químicas, aprovechando el resalto

hidráulico.

La medición del caudal, tan necesaria en servicios de abastecimiento de agua, puede ser realizada fácilmente y con pequeño gasto económico si se utilizan los medidores de forma conveniente. Su uso es remendado en canales principales, estaciones de tratamiento, entradas en depósitos, etc. A continuación se presenta en la tabla 2.1 con los rangos de caudales en los que se recomienda operen de forma eficiente los canales parshall, trabajando a descarga libre. Tabla 2.1 Rango de Caudales de operación en canales Parshall

2.3 PUNTOS DE MEDICIÓN La única medida de carga H necesaria para conocer el caudal, se hace en la sección convergente, en un punto que se localiza a 2/3 de la dimensión B o de A como se muestra en la Figura 2.3. En este punto se mide el tirante de

agua con una regla o se instala junto a la pared una escala para lecturas. También se puede colocar un tubo o manguera comunicando el nivel del agua a un pozo lateral de medición, en donde se puede colocar una boya adherida a una varilla metálica que indique la altura o sirva como transmisión de un sistema eléctrico a distancia. Los pozos laterales de medición pueden ser de sección circular con un diámetro igual a: D = W + 0.15 (m) Figura 2.3 Sección circular a una distancia de 2/3.

2.4 VENTAJAS DE LOS MEDIDORES PARSHALL Se puede mencionar como una de las principales ventajas la facilidad con la que pueden ser construidos, en el caso de este proyecto fue construido con fibra de vidrio, además presentan otras que tienen sus propias características hidráulicas que se resumen a continuación: 

Una sola medida o determinación de carga es suficiente para determinar el caudal.



La pérdida de carga es mínima y el paso del flujo es libre y por lo tanto no presenta problemas de obstrucción con elementos arrastrados por



la corriente. Al ser la velocidad de la garganta mayor que la velocidad de aproximación, no existe la posibilidad que ocurran sedimentaciones que afecten las mediciones.

Para el diseño de las canaletas Parshall se debe utilizar sus ecuaciones y tablas de cálculo del caudal. Según experimentos y ensayos realizados utilizando canales Parshall se han obtenido ecuaciones para calcular el caudal de tipo potencial:

Q=KH

n

Y siendo el valor de "n" según ensayos, muy cercano a 3/2. En la Tabla III se presentan los valores del coeficiente "K" para los sistemas métrico e inglés, así como los del exponente "n". Por ejemplo para un canal Parshall con una garganta de ancho igual a 1 pie (0.305 m), la ecuación de caudal para el sistema métrico queda de la siguiente Forma:

Q = 0.690 H

1.522

Donde: Q = m3 /s

H=m

EN LA TABLA IV SE PUEDE VER LOS CAUDALES YA CALCULADOS PARA

LOS

UTILIZADAS.

MEDIDORES

PARSHALL

DE

DIMENSIONES

MÁS

2.2 Elementos principales para la instalación del Proyecto Canaleta Parshall

L.u.t 430: Es un controlador de nivel, o volumen compacto por ultrasonidos, de un canal, para medición continúa de nivel en largos rangos de medida.

Está diseñado para medir el nivel de líquidos, lodos/lechadas y sólidos y para medición de caudal en canal abierto de alta precisión.

Transductor xrs-5: El sensor ultrasónico XRS-5 suministra una medición fiable y continúa del nivel de llenado de líquidos y lodos en pozos de bombas/mecanismos elevadores, canales, presas y en la colocación de filtros pasó banda.

PLC - S7-1200: El controlador lógico programable (PLC) S7-1200 ofrece la flexibilidad y capacidad de controlar una gran variedad de dispositivos para las distintas tareas de automatización.

Nuc: Intel NUC es una PC con uso eficiente de la energía, totalmente funcional, que no sólo da respuesta a sus necesidades de desempeño.

UPS: Es un dispositivo que gracias a sus baterías u otros elementos almacenadores de energía, puede proporcionar energía eléctrica por un tiempo limitado y durante un apagón eléctrico a todos los dispositivos que tenga conectados.

2.3 Instrumentación Los componentes principales de Instrumentación de control se resumen a continuación en la siguiente tabla. ITEM

DETALLE

MARCA

FUNCION

LUT 430

XRS-5

PLC S71200 PC NUC

UPS

SWITCH

-110-240 VAC -50/60 Hz. -4.20 mA. -INPUT RLY 0-50 VDC. OUTPUT RLY 250 VAC OUTPUT RLY 30. VDC. IP 65. Range 0.3 ... 8 m. Frequency 44 kHz. Beam angle 10°. IP 68. 110-240 VAC. 50/60 Hz. AC/DC/RLY. 1214C. N2820. Dual Core. Ram 4GB. 500GB. CPL-A750U. 750VA/380W. 220-240 VAC. 50 a 60 Hz. TL-SF1005D. 5 x Port. 10/100Mbps RJ45. 5 VDC 0.6 A.

SIEMENS

TRANSMISOR, INDICADOR Y DATALOGGER.

SIEMENS

LECTURA DE NIVEL, TRANSDUCTOR.

SIEMENS

CONTROLADOR DE ENCLAVAMIENTO USB VIA WEBSERVER.

INTEL

ENLACE DE DISCO EN RED DE REGISTROS DE DATOS LUT 430.

CITO

ALIMENTACION 230 VAC DE RESPALDO.

TPLINK

PUNTO DE ACCESO A RED DE DATOS ETHERNET.

2.4 Montaje Canaleta Parshall.

La canaleta Parshall es una estructura moldeada en una sola pieza en plástico reforzado con fibra de vidrio por lo que se obtiene una gran

resistencia mecánica y química; precisión en sus dimensiones y facilidad de instalación. Debido a su ligereza no se requieren de herramientas especiales para su instalación y es particularmente indicado para lugares limitados por objetos y construcciones aledañas. En las siguientes Figuras se mostraran las vistas de la canaleta con sus respectivas dimensiones.

Vista de Planta

Vista Lateral

Diámetro de canaleta parshall a usar en el proyecto el cual es de 3”

2.5 Verificación de Montaje de Canaleta Parshall

Se realiza el montaje de Canal Parshall de 3” por parte del mandante PERUPEZ S.A. en terreno confirmando dimensionado de acuerdo al Plano. -Montaje de Transductor Se comprueba el montaje del Transductor XRS-5 de acuerdo al Plano: y se modificó la carcasa de protección para su correcta medición.

Se colocó cubre sensor para que la medición sea más eficiente y li

-Se realiza el montaje de los tableros de Fuerza y Control.

-Canalización de Línea de Fuerza Se verifica mediante instrumento TESTER canalización de Línea de Fuerza de 230 VAC. -Canalización de Línea de Datos Se verifica canalización de Línea de Datos Ethernet, se añadió Switch D-Link suministrado por el mandante.

-Calibración de Instrumentación. Se calibra el instrumento LUT 430 Siemens de acuerdo al certificado. Aquí se mostraran la calibración de nivel para el instrumento Siemens En las siguientes imágenes se muestra el procedimiento.

Pulse 4 veces la flecha derecha para acceder al menú de puesta en marcha rápida.

Pulse flecha abajo para activar el asistente.

Pulse la flecha derecha para seleccionar el sensor XRS-5.

Presionamos Siguiente (Nivel)

Seleccionamos la opción Nivel.

Seleccionamos la opción Nivel.

Seleccionamos la opción siguiente..

En este caso seleccionamos la unidad de medida la que uno desee y apretamos siguiente.

En esta opción calibramos el punto máximo en este caso son 0.17m.

En esta opción calibramos el punto mínimo en este caso serían 1M Y EL 100% DEL NIVEL DEL AGUA LO ALCANZA EN 0.83m SEGÚN EL DISEÑO DE LA

En esta opción podemos seleccionar la velocidad de reacción la cual puede ser Baja Media Alta. En este caso Media. S

Finalmente seleccionamos Terminado.

La calibración se realizó empíricamente en terreno para la canaleta de 3” diseñada. Se utilizó el método de cálculo del flujo radiometrico y continuación se resumen las constantes de calibración y el proyecto instalado con sus respectivas imágenes de las terminaciones. Caudal Mínimo: Amín = 0.85 L/s (0.00085 m3/s). Nivel del fluido = 30mm Caudal Máximo (estimado) Qmax = 14 L/s (0.014 m3/s). Nivel del fluido = 195mm. Ecuación:

Q=C han .

Coeficiente: C = 0.992. Exponente: n = 1.55.

Pto. Calibración Mínimo m

PMin = 1.015

Pto. Calibración Máximo PMax = 0.565 m Altura Máxima Hmax = 0.4

Montaje estructural de canaleta parshall en el área de tratamientos de efluentes de Proceso.

Fig.01 Canaleta Parshall Vista Lateral.

Fig.02 Canaleta Parshall Vista en planta.

Fig.03 Canaleta Parshall Vista inferior transductor XRS-5.

Fig.04

Canaleta Parshall Vista Superio

Fig.05 Vista Frontal Tablero de Fuerza IGD-TF-215PERU

Fig.06 Vista

Frontal Tablero de Control IGD-TC-215PERU

Fig.07 Vista Frontal Tablero de Control siendo Programado LUT430

Fig.08 Vista frontal DE Tableros Control y Fuerza ya ensamblados y listo para la calibración del transmisor LUt430.lut Transmisor Siemens Ultrasónico Lut 430. Los controladores de la serie SITRANS LUT400 de Siemens son controladores

ultrasónicos

de

largo

alcance,

compactos,

monopunto, destinados a una medición continua de niveles de líquidos, lodos y sólidos, así como a una supervisión altamente precisa del caudal en canal abierto.

Características • Pequeña huella de recinto de 1/2 DIN con soporte de montaje universal estándar para pared, tubo y carril DIN, además de un montaje opcional en panel. • Pantalla LUI fácil de utilizar con programación local mediante cuatro botones, parámetros basados en menús y ayuda de Asistentes para aplicaciones claves. • Supervisión de nivel, volumen, caudal OCM de alta precisión.

• Tres relés combinados con una serie de funciones de control de bomba, alarma y relé. • Comunicaciones HART • EDD para SIMATIC PDM, AMS Device Manager y comunicador de campo 375/475, más DTM para FDT (herramientas de dispositivo de campo). • Navegador web integrado para programación local de una interfaz intuitiva basada en web. • Dos entradas discretas para el nivel de soporte y las funciones de bloqueo de la bomba. • Vistas del perfil de eco y de las tendencias desde la pantalla local. • El receptor digital patentado para mejorar el rendimiento en aplicaciones eléctricamente ruidosas.

Aplicaciones • Supervisión de líquidos, sólidos y lodos en procesos pequeños a grandes y depósitos de almacenamiento o aplicaciones exteriores (aire libre). •

Principalmente

aplicaciones

para

mercados

ambientales,

de

minería/agregados / cemento, alimentos y bebidas y químico. • Las aplicaciones claves de muestra son: pozos húmedos, depósitos, canaletas/vertedores, almacenamiento químico, almacenamiento de líquidos, tolvas, silos de trituradoras, almacenamiento de sólidos secos.

Comunicaciones El puerto USB y el bloque terminal HART de 4 a 20 mA (números de terminal 22, 23 y 24) están situados al interior de la caja del aparato.

Conexión por medio del cable USB

Protocolo Conexión Hart

El protocolo de comunicación HART es mundialmente reconocido como un protocolo estándar de la industria para comunicación de los instrumentos de campo inteligentes 4-20mA, basados en microprocesador. El uso de esta tecnología está creciendo rápidamente y hoy en día prácticamente todos los principales fabricantes del mundo de instrumentación ofrecen productos con comunicación HART. El protocolo HART permite la superposición de señal de comunicación digital a las señales analógicas de 4-20mA, sin interferencia, en el mismo cableado. El protocolo HART proporciona algunos de los beneficios dados por la tecnología Field bus, manteniendo la compatibilidad con la instrumentación analógica y aprovechando el conocimiento ya dominado sobre los sistemas 4-20mA existentes.

Especificaciones técnicas de Protocolo Hart

Señales de comunicación

Analogicas Continuas 4 a 20ma. Digital FSK simultánea con la señal analógica “0” Lógico 2200Hz “1” Lógico 1200Hz

Tasa de comunicación digital

Modo pregunta / Respuesta 2-3 actualizaciones xseg

Estructura del Byte de datos

Modo burst 3-4 seg 1 byte de inicio 8 bits de datos 1 bite

Estructura de comandos

de paridad impar. 1 bite e parada. Comandos universales: Comunes a todos los dispositivos. Comandos específicos de dispositivos: Características de un

Integridad de los datos

producto especifico Chequeo de errores bidimensional Informando de estatus en cada

Variables

mensaje de respuesta. Hasta 256 por dispositivos. Formato en coma flotante IEEE 754 (32 bits) con unidades de ingeniería.

Redes de comunicación HART Los aparatos HART pueden operar en una o dos configuraciones diferentes de RED:

Comunicación tipo Multipunto. Uso para aplicaciones con instalaciones de control de supervisión, que tengan equipamientos bastante alejado, tales como tendidos de cañería en gasoductos y oleoductos, como también en instalaciones en plantas de almacenamiento de combustibles u otros fluidos, o en estaciones de transferencia controlada de fluidos.

Redes de comunicación HART 

Comunicación tipo Punto a Punto: la señal tradicional de 4-20 mA es usada para comunicar una variable de proceso, la señal de comunicación digital HART le da acceso a variables secundarias y a

otras informaciones, que pueden se usadas para propósitos de operación, mantención y diagnóstico.

Los Beneficios del Protocolo de Comunicación HART. El Protocolo HART. Permite a los usuarios la mejor opción de solución para aprovechar los beneficios de la comunicación digital para la instrumentación inteligente. Actualmente ninguna otra tecnología de comunicación puede igualar la estructura de soporte o la gran variedad de instrumentos disponibles con la tecnología HART. La tecnología permite el uso fácil de los productos compatibles con HART que están disponibles en el mercado por la mayoría de los fabricantes de instrumentación y que atienden prácticamente todas las mediciones de proceso o aplicaciones de control.

Capacidad Digital 

Acceso a todos los parámetros y diagnóstico del instrumento.



Soporta instrumentos multivariábles.



Estado del instrumento en línea.

Compatibilidad analógica 

Comunicación analógica y digital simultánea.



Compatible con cableado y equipos 4-20 mA ya existentes.

Flexibilidad de Aplicación HART es un protocolo del tipo maestro/esclavo, lo que significa que un instrumento de campo (esclavo) solamente “responde” cuando sea “preguntado” por un maestro. Dos maestros (primario y secundario) se pueden comunicar con un instrumento esclavo en una rede HART. Los maestros secundarios, como los configuradores portátiles de pueden ser conectados normalmente en cualquier punto de la red y comunicarse con los instrumentos de campo sin provocar problemas en la comunicación con el maestro primario. El maestro primario es típicamente un SDCD (Sistema Digital de Control Distribuido), un PLC (Controlador Lógico Programable), un controle central basado en computador o un sistema de monitoreo. En la figura 3 se muestra una instalación típica con dos maestros.

Algunos equipos HART incluyen el controlador PID en sus algoritmos, implementando una solución de control con buena relación costo-beneficio.