informe de tesis - parte 2
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CAPITULO 01
INTRODUCCIÓN
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1. CAPITULO 01. INTRODUCCIÓN
1.1. El Problema:
Dentro del Proceso de Producción de Azúcar existen diferentes etapas, una de
ellas es la Etapa de Filtración.
Ésta etapa está compuesta por filtros que usan el principio de succión a través
de la presión de vacío, en donde al sobrante, la torta, se le mide la Pol
contenida.
Se entiende por POL a todos los azúcares solubles existentes en el jugo de la
caña que tienen la propiedad de desviar la luz polarizada hacia la derecha
(dextrógiro) y hacia la izquierda (levógiro).
Por las necesidades del proceso azucarero, los niveles de Pol óptimos deben ser
menor a 2.5 % de Pol siendo superados por los resultados en las azucareras del
norte del país que están entre 5 y 8 % de Pol.
La Empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. tiene entre sus principales
rubros de industria la producción de Azúcar, Generación Eléctrica y producción
de Alcohol.
Dentro de su Proceso de Producción de Azúcar existen diferentes etapas, tales
como: Trapiche, Clarificación, Evaporación, Cristalización, Centrifugación,
Envasado.
En la Etapa de Clarificación, al material sobrante se le llama cachaza, ésta
cachaza es llevada a una Etapa de Filtración para ser reutilizada y extraer la
sacarosa aún contenida en el material.
Esta etapa de Filtración está compuesta por 6 Filtros Rotativos al Vacío o Filtros
Oliver, de los cuales se obtienen resultados de Pol,en el año 2011 se obtuvo en
la torta entre 6 y 9 % de Pol.
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1.2. Objetivos:
1.2.1. Objetivo General
Diseñarun Sistema de Automatización y Supervisión del Sistema de
Filtrado por Bandas para la extracción de sacarosa de la cachaza residual en
la Empresa Agroindustrial Casagrande – Casagrande.
1.2.2. Objetivos Específicos
� Evaluar los niveles de Pol obtenidos al finalizar el proceso de filtrado por
vacío de los Filtros Oliver.
� Establecer la filosofía de control del sistema de filtrado por bandas.
� Seleccionar la instrumentación adecuada para la implementación del
sistema de filtrado por bandas.
� Configurar el sistema de control para que realice el sistema de filtrado por
bandas de manera manual y automática.
� Evaluar los resultados obtenidos de Pol al finalizar el proceso de filtrado
por bandas.
� Comparar los resultados obtenidos de Pol entre el filtrado por vacío y el
filtrado por bandas.
� Evaluar económicamente los resultados de los dos procesos de filtración.
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CAPITULO 02
FUNDAMENTO TEÓRICO
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2. CAPITULO 02. FUNDAMENTO TEÓRICO
2.1. Producción de Azúcar
2.1.1. La Caña de Azúcar
La caña de azúcar (Saccharumofficinarum L) pertenece a la familia de las
gramíneas. Se desarrolla como cultivo intensivo en climas tropicales y
subtropicales. Su reproducción es asexual por la propagación de trozos con
una o dos yemas germinales (propagación vegetativa). Es cultivada varias
veces al año y se corta en promedio cada 12 meses cuando ha alcanzado su
madurez.
La caña de azúcar está conformada por raíz, tallo y hojas. El fruto agrícola
de la caña de azúcar es el tallo, estructura donde se acumulan los azúcares.
Su tallo está compuesto por la parte sólida, corteza o epidermis y la fibra o
bagazo que contiene al jugo, mismo que contiene agua y sacarosa soluble.
La fibra o bagazo es residuo de la extracción del jugo de la caña.
Las proporciones de los componentes del jugo de la caña de azúcar varían
de acuerdo con la variedad de la caña, edad, madurez, clima, suelo,
métodos de cultivo, abonos, lluvias y riegos. Los valores de referencia
general contenidos en caña de azúcar son:
Agua 73-76 %
Sacarosa 8-15 %
Fibra 11-16 %
Otros constituyentes en el jugo de la caña de azúcar son:
Glucosa 0.2-0.6 %
Fructosa 0.2-0.6 %
Sales 0.3-0.8 %
Ácidos orgánicos 0.1-0.8 %
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2.1.2. Descripción del Proceso Productivo
En la Figura 1, se observa los diferentes procesos que pasa la caña para
obtener el azúcar, desde que la caña llega a los patios hasta cuando es
embolsada, también se podrá observar que el bagazo obtenido después del
último molino es usado como combustible en las calderas.
Figura Nº1: Descripción del Proceso de Elaboración de Azúcar
2.1.2.1. Preparación de la Caña
La caña que llega del campo en vagones, se muestrea con una sonda
mecánica oblicua para determinar sus características de calidad como
contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas.
A continuación, la caña se pesa con balanzas electrónicas y se
conduce a los patios donde empleando un sistema de grúas se
almacena a granel o se dispone directamente en las mesas lavadoras
para dirigirla al conductor que alimenta las picadoras. Las mesas
lavadoras cuentan con un sistema de boquillas aspersoras de agua que
lavan la caña y remueven las impurezas evitando su entrada al
proceso.
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2.1.2.2. Molienda
El proceso de molienda tiene la finalidad de extraer el jugo a la caña
de azúcar mediante un tándem de molinos, que para el caso del
ingenio bajo estudio, consiste de cuatro molinos. Del primer y
segundo molino se obtiene jugo mezclado, el cual es trasladado a
fábrica (departamento de elaboración) para continuar con el proceso
de depuración y clarificación; de los molinos restantes, el jugo es
utilizado para la maceración. La fibra resultante del último molino se
le da el nombre de bagazo.
La caña preparada primeramente se transporta al primer molino para
dar inicio al proceso de extracción de jugo; posteriormente se traslada
a un conductor intermedio en el que se aplica jugo de caña
proveniente del tercer molino. A este proceso se le llama maceración,
y tiene por objeto diluir el azúcar que contiene la caña.
La caña que sale del primer molino entra al segundo molino, en el que
vuelve a ser sometida a compresión para extraer el jugo.
Posteriormente se manda a otro conductor intermedio donde
nuevamente se le aplica el proceso de maceración para proseguir con
su ingreso al tercer molino y continuar la extracción.
La caña del tercer molino se transporta mediante un conductor
intermedio al cuarto molino, donde antes de su ingreso se le agrega
agua caliente con el mismo fin de la maceración; al proceso anterior
se le conoce como imbibición y es realizado normalmente en el
último molino.
2.1.2.3. Generación de Vapor y Electricidad
El bagazo que sale de la última unidad de molienda se conduce a las
calderas para que sirva como combustible y produzca el vapor de alta
presión que se emplea en las turbinas del desfibrador y de los molinos
para lograr su movimiento y en los turbogeneradores para producir la
energía eléctrica requerida. El vapor de escape de las turbinas se
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emplea en las operaciones de evaporación y cocimiento de los jugos
azucarados.
2.1.2.4. Calentamiento
El jugo que se extrae en la molienda es de carácter ácido, se trata con
lechada de cal con el objetivo de neutralizar la acidez presente,
realizadas las operaciones anteriores se procede a sulfatar para el caso
del azúcar blanca, en caso que fuera rubia el jugo no será sulfatado,
luego es calentado con vapor en intercambiadores de tubo y coraza
hasta una temperatura de 102-105ºC., antes de su ingreso a los
clarificadores el jugo calentado pasa por los tanques Flash que tienen
el propósito de eliminar la presión, la alta velocidad y la energía en
exceso que adquiere el jugo en el proceso de calentamiento.
2.1.2.5. Clarificación
Los tanques clarificadores tienen 65000 galones de volumen cada uno
y tres horas de retención, con la ayuda de un poli electrolito mediante
decantación, los sólidos no azúcares floculados por la alcalización y
calentamiento se precipitan por gravedad en forma de un lodo llamado
cachaza. El jugo clarificado sobre nadante se pasa por tamices finos
para remover partículas y se envía hacia los evaporadores.
La característica principal de la etapa de clarificación, es la de separar
sustancias insolubles o lodo, del jugo de caña, ya que el jugo obtenido
en la etapa de molienda es sucio, lo que se logra en esta parte del
proceso es de obtener un jugo claro, tenemos que tener en cuenta que
hasta el momento el juego solo es tratado para eliminar sustancias
sobrantes.
2.1.2.6. Filtración
Los Iodos o cachaza contienen azúcar y para retirársela se someten a
un proceso de filtración al vacío. Inicialmente a los lodos se les
agrega bagacillo, cal y polímero o floculante para aumentar su
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filtrabilidad, posteriormente se bombean hacia filtros rotatorios al
vacío donde se separan los sólidos del jugo resultante. En el filtro se
aplica agua caliente con boquillas aspersoras para minimizar la
cantidad de sacarosa residual en la cachaza. La materia sólida se
conduce por bandas transportadoras a tolvas para recogerla en
vagones o volquetas, pesarla y disponerla en el campo como
estabilizador de suelos pobres en materia orgánica.
El jugo turbio resultante se clarifica por flotación con ácido fosfórico,
cal, floculante y aire de tal manera que el jugo filtrado clarificado se
mezcla con el jugo claro para enviarlo a los evaporadores y los Iodos
sólidos no azúcares se retornan a la operación de filtración y se
desalojan con la cachaza.
2.1.2.7. Evaporación
El jugo claro, procedente del clarificador, se evapora para eliminar
gran parte del agua contenida en él, obteniendo con ello una solución
azucarada más espesa denominada meladura: ésta está formada de
sacarosa cristalizable (azúcar) y no cristalizable (mieles). La
evaporación se lleva a cabo en aparatos denominados evaporadores
que trabajan con presión y vacío de simple efecto y de múltiple
efecto.
2.1.2.8. Cristalización
La meladura que se obtiene de evaporación termina de evaporarse en
los tachos, dispositivos que funcionan con vacío de simple efecto.
Estos dispositivos, por medio de la técnica del ensemillamiento,
permiten obtener una templa: masa cocida formada por cristales y
miel, de una manera acelerada. A la operación anterior se le denomina
cristalización.
Existen templas de diferente calidad y pureza. Las templas de menor
pureza, se envían a unos cristalizadores. Ahí se dejan enfriar y
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permanecen un tiempo, con el propósito de que se deposite en los
cristales ya formados, la sacarosa que todavía contienen las mieles.
2.1.2.9. Centrifugación
Después de reposar en el cristalizador, las templas se calientan
ligeramente, y se envían a un área de centrífugas, donde se obtiene,
por un lado, cristales de azúcar, y por otro, un material incristalizable
denominado miel final.
En las templas de mayor pureza, a la salida de los tachos,
generalmente se envían directamente a las centrífugas, donde se
separan los cristales de las mieles.
La miel que sale de las centrífugas se bombea a tanques de
almacenamiento para someterla a posteriores evaporaciones y
cristalizaciones en los tachos. Al cabo de tres cristalizaciones
sucesivas se obtiene una miel agotada o miel de purga que se retira del
proceso.
2.1.2.10. Secado, Enfriamiento y Envasado
Los cristales de azúcar, obtenidos en la centrifugación, se envían a un
secador o a un almacén.
El azúcar seca con temperatura cercana a 60ºC se pasa por las
enfriadoras rotatorias inclinadas que llevan aire frío en
contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta 40 - 45
ºC para conducirla a las tolvas de envase.
El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y
presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de
producto terminado para su posterior venta al comercio.
2.2. Sistemas de Control
Conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro
sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se
reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados.
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2.2.1. Clasificación
Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y lazo
cerrado. La distinción la determina la acción de control, que es la que
activa al sistema para producir la salida.
Un sistema de control de lazo abierto es aquel en que solo actúa el
proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida
independiente a la señal de entrada.
Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de
control está en función de la señal de salida. Estos sistemas usan la
retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control.
2.2.1.1. Sistema de Control de Lazo Abierto:
Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de
entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la
señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay
retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la
acción de control, es decir, la señal de salida no se convierte en señal
de entrada para el controlador.
Estos sistemas se caracterizan por:
• Ser sencillos y de fácil concepto
• Nada asegura su estabilidad ante una perturbación
• La salida no se compara con la entrada
• Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles
o intangibles
• La precisión depende de la previa calibración del sistema
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2.2.1.2. Sistema de Control de Lazo Cerrado:
Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la
señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la
retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de
control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible
cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:
- Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.
- Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el
hombre no es capaz de manejar.
- Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y
requiere una atención que el hombre puede perder fácilmente por
cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda
ocasionar al trabajador y al proceso.
Tiene por características:
• Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros
• La salida se compara con la entrada y le afecta para el control
del sistema
• Su propiedad de retroalimentación
• Ser más estables a perturbaciones y variaciones internas
2.2.2. Tipos de Control
2.2.2.1. Control On/Off
Para equipos de dos posiciones, como válvulas de abierto o cerrado.
El controlador ON/OFF tiene dos salidas que son, una para máxima
apertura y otra para apertura mínima, o sea cierre.
En algunos sistemas se determina que cuando la medición cae debajo
del valor de consigna, la válvula debe abrirse,en tal caso, la salida del
controlador será del 100%.
A medida que la medición cruza el valor de consigna, la salida del
controlador va hacia el 0%.
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Este ciclo continuará indefinidamente, debido a que el controlador no
puede balancear el suministro contra la carga.
La continua oscilación puede, o no puede ser aceptable, dependiendo
de la amplitud y longitud del ciclo.
Un ciclo rápido causa frecuentes alteraciones en el sistema de
suministro de la planta y un excesivo desgaste de la válvula. El
tiempo de cada ciclo depende del tiempo muerto en el proceso, debido
a que el tiempo muerto determina cuánto tiempo toma a la señal de
medición para revertir su dirección una vez que la misma cruza el
valor de consigna y la salida del controlador cambia.
El resultado es que el ciclo ocurre dentro de una banda muy estrecha
alrededor del valor de consigna y que el control puede ser muy
aceptable si el ciclo no es muy rápido.
Sin embargo, si la medición del proceso es más sensible a los
cambios, en el suministro, la amplitud y frecuencia del ciclo comienza
a incrementarse; en algún punto, el ciclo se volverá inaceptable y
alguna forma de control proporcional deberá ser aplicada.
2.2.2.2. Acción Proporcional
Es uno de los componentes del control PID.
La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y
la constante proporcional como para que hagan que el error en estado
estacionario sea casi nulo, pero en la mayoría de los casos, estos
valores solo serán óptimos en una determinada porción del rango total
de control, siendo distintos los valores óptimos para cada porción del
rango. Sin embargo, existe también un valor límite en la constante
proporcional a partir del cual, en algunos casos, el sistema alcanza
valores superiores a los deseados. Este fenómeno se llama
sobreoscilación y, por razones de seguridad, no debe sobrepasar el
30%, aunque es conveniente que la parte proporcional no produzca
sobreoscilación.
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�(�) = ���(�)
Ecuación Nº1: Ecuación de acción proporcional
Dónde:
u(t) = Salida del controlador
e(t) = Error (diferencia entre PV y SP)
Kp = ganancia proporcional
La ecuación anterior descrita desde su función de transferencia queda
como:
�() = ��
Ecuación Nº2: Función de transferencia de la acción proporcional
Hay una relación lineal continua entre el valor de la variable
controlada y la posición del elemento final de control. La parte
proporcional no considera el tiempo, por lo tanto, la mejor manera de
solucionar el error permanente y hacer que el sistema contenga alguna
componente que tenga en cuenta la variación respecto al tiempo, es
incluyendo y configurando las acciones integral y derivativa.
2.2.2.3. Acción Integral (Reset)
En el control de procesos la variable que se integra es el error (la
diferencia entre PV y SP) respecto del tiempo. Así, el modo integral
de un controlador cambia la salida ya sea hacia arriba o hacia abajo en
el tiempo en respuesta a la cantidad de error existente entre PV y SP, y
el signo de este error. La razón de esta acción de cambio es para
incrementar o disminuir el valor de la salida tanto como sea necesario
para eliminar completamente cualquier error y forzar a la variable de
proceso a ser igual al setpoint.
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A diferencia de la acción proporcional, la cual simplemente mueve la
salida en una cantidad proporcional entre cualquier cambio de PV o
SP, la acción de control integral no para de mover la salida hasta que
todo el error haya sido eliminado.
La acción integral se define por el error diciéndole a la salida cuán
rápido moverse.
�(�) = �� �(�)���
�
Ecuación Nº3: Ecuación de acción integral
Dónde:
u(t) = Salida de Controlador
e(t) = Error
K i = Constante de tiempo integral
La ecuación nº 3 expresada en su función de transferencia quedaría:
�() = 1��
Ecuación Nº4: Función de transferencia acción integral
2.2.2.4. Acción Derivativa
El elemento final del control PID es el término “D” que es la acción
derivativa.
La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo
corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se
produce; de esta manera evita que el error se incremente.
Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en
el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la
variable oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser
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poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las
complicaciones que ello conlleva.
El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al
punto de consigna con las mínimas oscilaciones.
La salida de estos tres términos, el proporcional, el integral y el
derivativo son sumados para calcular la salida del controlador PID.
Figura Nº2: Control PID
De lo cual la forma final del algoritmo del PID es:
�(�) = ���(�) + ����
�(�)���
� + ����
��(�)��
Ecuación Nº5: Ecuación del control PID
Siendo su función de transferencia:
���() = �� �1 + 1�� + ���
Ecuación Nº6: Función de transferencia del control PID
2.2.3. Métodos de Sintonización de un Control PID
Los métodos de sintonía de estos controles consisten en la determinación
del ajuste de sus parámetros (Kc, Ti, Td). Estas son:
• Método de prueba y error
����(�)
��� �(�)���
�
�����(�)
��
��(�) �(�) �(�) PLANTA
+ +
+
+
-
Ʃ Ʃ
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Kp
G(s)
S.P.
w y u
• Método de Ziegler-Nichols
• Métodos analíticos basados en modelos
• Minimización de índices de error
• Márgenes de fase y/o ganancia
• Estimar ciertas características dinámicas del proceso con un
experimento
• Calcular los parámetros del regulador mediante tablas o fórmulas
deducidas en función de las características dinámicas estimadas.
2.2.3.1. Método de Ziegler-Nichols
Se basa en encontrar la ganancia de un controlador de tipo
proporcional con la finalidad de que el lazo oscile indefinidamente a
una amplitud constante.
Figura Nº3: Método de Ziegler-Nichols
Control K p T i Td
P 0.5 Kp
PI 0.45 Kp ��
1.2
PID 0.6 Kp 0.5 Pc ��8
Tabla Nº1: Parámetros de ajuste PID
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2.3. Controlador Lógico Programable
2.3.1. Definición y Ventajas del PLC
Es un equipo electrónico e inteligente. Consta de unidades o módulos que
cumplen funciones específicas, las que permiten recibir información de
todos los sensores y comandar todos los controladores del sistema.
Estos equipos tienen las siguientes ventajas:
• Velocidad y Confiabilidad
• De tamaño reducido
• Modularidad y Flexibilidad
• Facilidad de programación
Figura Nº4: Controladores Lógico Programables Siemens
2.3.2. Componentes de un PLC
2.3.2.1. Fuente de alimentación
Adapta la tensión de la red (220V y 60Hz) a la de funcionamiento de
los circuitos internos del autómata y otras tarjetas.
2.3.2.2. Unidad central de procesamiento CPU
Es el cerebro del controlador, hecha a base de microprocesadores y
memorias como las memorias ROM y RAM.
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2.3.3. Módulos de Entrada/Salida
2.3.3.1. Módulos de entrada y salida discreta
Los módulos de entrada discreta son los encargados de leer los datos
del proceso de tipo discreto.
A éstos módulos se conectan pulsadores, interruptores, selectores,
finales de carrera, detectores de proximidad, interruptores de nivel,
etc.
Los módulos de salida discreta convierten las señales procedentes de
la CPU y las envían hacia los actuadores.
Los actuadores que se conectan a estas interfaces pueden ser: relés,
lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, etc.
2.3.3.2. Módulos de entrada y salida análoga
Los módulos de entrada análoga tienen como función, digitalizar las
señales análogas para que puedan ser procesadas por la CPU. Se
conectan a éstas tarjetas: sensores de temperatura, presión, corriente,
velocidad, etc.
El tipo de señal puede ser de tensión o de corriente normalizado:
Señal de corriente: 0-20 mA, 4-20mA, ± 10mA
Señal de tensión: 0-10V, 0-5V, 0-2V, ± 10V
Los módulos de salida análoga transmiten hacia los actuadores
análogos, señales de tensión o de corriente que varían continuamente.
El tipo de señal puede ser de tensión o de corriente normalizado:
Señal de corriente: 0-20mA, 4-20mA, ± 20mA
Señal de tensión: 0-10V, ± 10V
2.3.3.3. Memorias ROM y RAM
Las memorias ROM (ReadOnlyMemory) son memorias de solo
lectura, que contiene el sistema operativo con que opera el
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controlador. Tiene la característica de que no se borra la información
contenida.
Las memorias RAM (Random Access Memory) son memorias
volátiles, su información se borra al faltarle corriente.
Por lo general en esta memoria se guarda el programa del usuario, que
puede ser modificado cuando se requiera.
2.3.3.4. Módulos de memoria adicionales EPROM y EEPROM
Las memorias EPROM (EnableProgrammableReadOnlyMemory) es
un módulo de memoria no volátil y de solo lectura.
Estos módulos son programados electrónicamente, mientras que
borrarlos será a través del uso de luz ultravioleta.
Las memorias EEPROM tienen las mismas características que el
módulo EPROM, con la diferencia que tanto la escritura como el
borrado de la información se hace de manera electrónica.
2.3.4. Batería de respaldo
Sabiendo que el contenido de la memoria RAM es volátil, generalmente se
salvaguarda mediante una batería de larga duración enchufable en la CPU,
por lo tanto, es importante que se mantenga en buenas condiciones.
2.3.5. Diálogo Hombre – Máquina
Es la etapa que permite la comunicación entre el operador y el PLC.
El dispositivo usado en esta comunicación se denomina terminal de
programación.
2.3.6. Unidad de Programación
Las unidades o terminales de programación, son el medio por el cual el
hombre podrá acceder a la escritura, lectura, modificación, monitoreo,
forzado, diagnóstico y la puesta a punto de los programas.
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Estos aparatos están constituidos por un teclado y un visualizador o
pantalla.
2.3.7. Procesadores de Comunicación - DP/PA Couplers
Estos módulos son usados para la comunicación global de datos, las redes
de CPU pueden intercambiar datos cíclicamente con cada una de las otras
unidades centrales de procesamiento.
Existen diferentes tipos de procesadores de acuerdo a los diferentes
protocolos de comunicación:
• Profibus DP
• Profibus PA
• Ethernet
• Modbus, etc
Los módulos DP/PA Couplers son módulos que van interconectados con
una IM 153-2, que convierte de Comunicación Profibus PA (Instrumentos
de Campo) a Profibus DP para el procesamiento de información del CPU.
2.4. Sistema de Control SIMATIC PCS7
SIMATIC PCS 7 es un sistema de control de procesos completamente
homogéneo, dotado de una arquitectura escalable y unas extraordinarias
propiedades de sistema que lo convierten en la base idónea para la implantación
rentable y la explotación económicamente racional de instalaciones de control e
instrumentación.
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Figura Nº5: Arquitectura del Sistema SIMATIC PCS 7
2.4.1. Ventajas de Simatic PCS7
• Reducción del coste total de propiedad gracias a la integración
• Alto rendimiento y calidad, de la mano de una ingeniería eficiente y
un alto grado de fiabilidad y disponibilidad.
• Flexibilidad y escalabilidad: desde un pequeño sistema de
laboratorio hasta un gran complejo de instalaciones.
• Protección de las inversiones gracias a una modernización paulatina
de los sistemas propios y de terceros.
• Safety & Security, funciones de seguridad integradas y amplia
seguridad industrial para la protección fiable de las personas, del
medio ambiente, del proceso y de la planta.
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• Permanente innovación tecnológica, de la mano del líder mundial
del sector de la automatización.
• Asistencia local y servicio técnico a cargo de una red mundial de
expertos y socios autorizados.
2.4.2. Componentes del Sistema
2.4.2.1. Sistema de Ingeniería
Figura Nº6: Engineering Toolset del Sistema de Ingeniería
La completa funcionalidad para realizar la ingeniería de un proyecto
específico y que, al mismo tiempo, constituye la base para la gestión
de activos de instrumentación y control se ofrece en forma de un
EngineeringToolset perfectamente coordinado. Configuración
centralizada y homogénea para todo el sistema del hardware y
software con un único sistema de ingeniería:
• Interfaz de usuario fácil de manejar
• Informes de modificaciones configurables
• Sencilla parametrización de la comunicación, sin tediosas
labores de configuración
• Misma configuración para sistemas redundantes y no
redundantes
• Configuración integrada para dispositivos de campo y
aplicaciones de seguridad
Las herramientas de ingeniería para el software de aplicación, los
componentes de hardware y la comunicación se abren desde un punto
central: el Administrador SIMATIC , que constituye al mismo
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tiempo la aplicación base para crear, administrar, archivar y
documentar un proyecto.
El hardware necesario para un proyecto SIMATIC, como son
controladores, componentes de comunicación y periferia del proceso,
está guardado en un catálogo electrónico y se configura y parametriza
con la herramienta HW Config.
Figura Nº7: Configuración de hardware con HWConfig
Usando la herramienta gráfica Continuous Function Chart (CFC), se
puede implementar la lógica de automatización, interconectando los
bloques de función preprogramados unos con otros.
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Figura Nº8: Continuous Function Chart
El editor Sequential Function Chart SFC, sirve para la configuración
gráfica y la puesta en marcha de controles secuenciales para procesos
discontinuos de producción. Dispone de confortables funciones de
edición y potentes funciones de test y puesta en marcha.
Figura Nº9: Sequential Function Chart
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2.4.2.2. Sistema de Operador
Figura Nº10: Estación de Operador SIMATIC PCS 7
El sistema de operador del sistema de control de procesos SIMATIC
PCS 7 permite al personal operador controlar el proceso de forma
cómoda y segura. El operador puede observar el proceso a través de
distintas vistas e intervenir ejecutando funciones de control si es
necesario. La arquitectura del sistema de operador es muy variable y
puede adaptarse con flexibilidad a plantas de distintos tamaños y a los
diferentes requisitos de los clientes.
Tiene las siguientes características:
• Cuenta con una arquitectura flexible y modular con
componentes de hardware y software para sistemas
monopuesto y multipuesto.
• Potentes estaciones de operador basadas en tecnología PC
estándar, aptas para entornos industriales y de oficinas.
• Sistema de archivo de alto rendimiento basado en archivos
circulantes y backup integrado, opcionalmente con archivado
histórico vía StoragePlus/CAS.
• Modificación y reproducción sin afectar al funcionamiento y
test online mediante carga selectiva de servidores redundantes
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• Comunicación AS/OS optimizada: Transmisión de datos sólo
tras la modificación de los mismos, independientemente del
ciclo de respuesta del controlador.
• Gestión de alarmas sumamente efectiva para facilitar el trabajo
de los operadores.
• Gestión centralizada de usuarios, controles deacceso, firma
electrónica.
En combinación con un reloj maestro SICLOCK, el sistema de
operador puede aplicar a todo el sistema la sincronización horaria
UTC (Universal Time Coordinated) dentro del sistema de control de
procesos SIMATIC PCS 7. Esto resulta particularmente ventajoso para
plantas muy extensas que están distribuidas en lugares situados en
diferentes usos horarios.
Figura Nº11: Sistema Multipuesto en arquitectura Cliente-Servidor
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2.4.2.3. Controladores
Figura Nº12: Controladores estándar de la serie S7-400
El sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 ofrece una gama
de controladores muy diversos, cuyo rendimiento abarca un amplio
rango de escalonamiento.
Disponibilidad escalable de forma flexible:
• Sistemas estándar en forma de Single Station, opcionalmente
con alimentación redundante.
• Sistemas de alta disponibilidad en forma de Single
Station/Redundancy Station, opcionalmente con alimentación
redundante y/o comunicación Industrial Ethernet redundante
para cada sistema o subsistema.
• Sistemas de seguridad en forma de Single Station/Redundancy
Station, opcionalmente con alimentación redundante y/o
comunicación Industrial Ethernet redundante para cada
sistema o subsistema.
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Figura Nº13: Disponibilidad escalable de forma flexible
Redundancy Station con dos subsistemas aislados galvánicamente
entre sí:
• Uno o dos bastidores separados que pueden estar a una
distancia de hasta 10 km entre sí.
• Ejecución (sincrónica) simultánea de programas de aplicación
idénticos en ambas CPU.
• Conmutación suave.
Modificaciones de configuración posibles en marcha.
Figura Nº14: Controlador de seguridad
30
2.4.2.4. Comunicación
Figura Nº15: Redes de Comunicación Simatic PCS 7
Con los componentes de red SIMATIC NET, basados en estándares
establecidos a escala mundial, SIMATIC PCS 7 dispone de una
potente y resistente gama de productos para instalar redes de
comunicación homogéneas con el fin de lograr un intercambio seguro
de datos entre los componentes a distintos niveles de una planta.
El bus de planta y el bus de terminales para sistemas multipuesto con
arquitectura cliente-servidor se implementan con Industrial
Ethernet, que constituye una potente red de área y célula para uso
industrial conforme al estándar internacional IEEE 802.3 (Ethernet).
Como medio de comunicación robusto y fiable para el nivelde campo
ha logrado establecerse el PROFIBUS universal, como Profibus DP y
Profibus PA.
PROFIBUS DP está dimensionado para altas velocidades de
transmisión de datos (hasta 12 Mbits/s) y breves tiempos de reacción
(hasta 1 ms) y al mismo tiempo es:
31
• Medio de comunicación para la transmisión de datos entre
controladores y estaciones descentralizadas,E/S remotas, y
también dispositivos de campo y de proceso, accionamientos,
analizadores, CPU/CP, terminales de mando, etc. que
dispongan de una interfaz PROFIBUS DP.
• Integrador de los buses de campo propios de la industria de
procesos PROFIBUS PA y FOUNDATION Fieldbus H1.
PROFIBUS PAes un bus de campo ideal para integrar actuadores y
sensores en entornos operativos agresivos, nocivos y con riesgo de
explosión directamente en el sistema de control de procesos.
2.5. Filtro de Banda:
En la industria Azucarera la tecnología cambia más lentamente que en otras
industrias. El tipo de filtro de cachaza más utilizado en la actualidad es el
rotativo al vacío Oliver-Campbell, que fue introducido en 1935, revolucionó, la
operación de filtración de cachaza por el enorme ahorro en mano de obra que
representó, comparado con los filtros tipo prensa.
En el año 2006 se conoció una nueva tecnología para la filtración de la cachaza,
el llamado Filtro de Banda, que ya se usaba en el manejo de lodos de sistemas
de tratamiento de aguas residuales y en la industria de la pulpa de papel.
Este filtro incluye etapa de filtración por gravedad, filtración al vacío y
prensado de la torta de cachaza.
Sus características garantizan el menor costo y tiempo de mantenimiento:
• Autonomía operacional
• Menor potencia instalada
• Confiabilidad mecánica
Actualmente con más de 600 unidades en operación, están presentes en los
principales países productores de azúcar y alcohol.
32
2.5.1. Características de Operación del Filtro de Bandas
El filtro de banda requiere para su operación un estricto control del pH de
la cachaza y la aplicación continua de polímero.
En el control de pH se realiza con cinta de pH, manteniendo este valor
entre 8,0 y 8,5 aplicando sacarato de calcio haciendo una derivación del
área de alcalizado.
El polímero se prepara en dos tanques, se deja hidrolizar y se aplica a la
cachaza antes de ingresar al filtro. Si el valor del pH baja de 8,0 o se deja
de aplicar polímero la cachaza no forma la torta y el filtro no opera
correctamente.
2.5.2. Proceso de Filtración
En la figura 15 se presenta un esquema del filtro de banda. La cachaza, con
el pH estabilizado entre 8,0 y 8,5, ya mezclada con el polímero ingresa al
filtro y se descarga sobre la tela primaria. La primera etapa es una filtración
por gravedad, donde se obtiene un jugo filtrado muy limpio. La banda se
mueve hacia la etapa de filtración por vacío donde se extrae otra fracción
de jugo filtrado, pero de menor calidad. Finalmente la tela secundaria se
coloca sobre la torta de cachaza y exprime el jugo remanente en la cachaza,
luego las dos telas (primaria y secundaria) se separan y la torta se
desprende y cae en la tolva de cachaza.
Las telas se someten a un lavado para eliminar los restos de cachaza
adheridos a ellas, el agua utilizada se envía a la imbibición de molinos. El
jugo filtrado obtenido en las diferentes etapas de filtración se une y se
envía a la etapa de clarificado de jugo.
33
Figura Nº16: Esquema del Filtro de Bandas
Figura Nº17: Filtro de Bandas
34
CAPITULO 03
ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICA ACTUAL
35
3. CAPITULO 03. ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICA ACTUAL
3.1. Generalidades de la Empresa
3.1.1. Ubicación de la Empresa
La empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. se encuentra ubicada en el
Valle Chicama, distrito de Casa Grande, provincia de Ascope,
departamento de La Libertad, país Perú. Está situada a 45 Kilómetros al
norte de la ciudad de Trujillo, con 7º 41' de Latitud Sur y a 79° 11' de
Longitud Oeste, además de una altitud de 158 m.s.n.m.
3.1.2. Limites
Por el Norte: Ascope, San José Alto y Cerros de San Antonio.
Por el Sur: Chiquitoy, Magdalena de Cao, Cartavio y Molinos.
Por el Este: Cerros de Chicama, Sausal, Quemada.
Por el Oeste: Cerro Yuga, Ceno Azul, Paiján y Salamanca.
3.1.3. Clima
Existe una temperatura quefluctúa entre los 18 a 25 °C (aunque en 1997 el
fenómeno del niño modificó dicho promedio, ubicándose en todo el año
por arriba del índice más alto). Posee una humedad relativa de 77 a 85%, lo
cual permite por lo general excelentes condiciones para el elevado grado de
productividad de la caña de azúcar.
3.1.4. Extensión
La Empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. es el complejo azucarero
más grande del Perú, está conformada por varios centros poblados teniendo
concentrada la administración y el sector industrial en el distrito de Casa
Grande. Las labores agrícolas se desarrollan casi en su totalidad en sus
anexos.
El área de Casa Grande cuenta con 29,384 hectáreas de terreno, dividido de
la siguiente manera:
- Área para caña de azúcar 22,986.17
36
- Área para olivos, vid y pan llevar 1,766.92
- Área construida 1,064.00
- Área de división ganadera (pastos y forrajes) 232.83
3.1.5. Actividades de la Empresa
La Empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. se dedica a la actividad
agrícola, fabril y pecuaria, lo cual viene haciéndolo desde su creación, con
la finalidad de atender la demanda económica y alimenticia de sus
trabajadores, además de abastecer al mercado nacional con azúcar.
A continuación podemos observar las actividades que destacan en los
diferentes aspectos antes mencionados:
• En el aspecto agrícola: cultivo de caña dulce, cultivo de olivo,
cultivo de pastos.
• En el aspecto fabril: azúcar, alcohol, bagazo, algas o pan verde.
• En el aspecto pecuario: cría de ganado vacuno y caballar (caballos
de paso).
De estas actividades podemos destacar principalmente la producción de
azúcar de diferentes calidades, tanto para el consumo nacional así como
para el consumo internacional.
La materia prima utilizada es la caña de azúcar, la cual es proporcionada
por sus propios campos y con tecnología apropiada. Como resultado del
proceso de la fabricación de azúcar se obtiene la melaza y el bagazo. La
melaza es utilizada para la producción de alcohol en la destilería; el
bagazo, manifestado como un ente residual, sirve como combustible para
los calderos, puede también ser comercializado con fines de
industrialización.
37
3.2. Etapa de Filtración de Cachaza:
3.2.1. Filtro Rotativo de Vacío
En los filtros de vacío la separación sólido-líquido tiene lugar gracias a la
aspiración que imprime una bomba de vacío bajo la superficie donde
reposa el producto.
Se le conoce como filtros Oliver – Campell, la filtración se realiza sobre la
superficie de un tambor rotativo. Se trata del clásico sistema desplazado en
gran parte por los filtros de banda de vacío pero con aplicaciones
específicas.
Con la utilización de las nuevas tecnologías basadas en PLC y ordenadores,
se consigue llegar a un control absoluto del funcionamiento de estos filtros.
A través del panel de control puede quedar perfectamente establecido el
ritmo más adecuado del filtro definiendo parámetros como:
• Grado de vacío aplicado
• Velocidad de funcionamiento
• Nivel de carga
• Calidad del lavado de la torta
• Tiempo de secado de la torta
FiguraNº18: Filtro Rotativo de Vacío
3.2.2. Campos de Aplicación y Ensayos
Tanto el filtro de Banda de Vacío como el filtro Rotativo de Vacío (Filtro de
Tambor) son apropiados para utilizarse en los más diversos procesos. Sus
38
características de servicio se basan en un funcionamiento continuo, en la
posibilidad de lavado de sólidos separados y en ser aplicables a sólidos con
una amplia gama de tamaño de partícula. Pueden utilizar distintos tipos de
tela filtrante y en el caso de los filtros de tambor, diversos procedimientos
de descarga de torta, siempre para adaptarse a las condiciones del material
a tratar. Son unidades de fácil acceso, desgastes mecánicos mínimos y
posibilidad de construcción en materiales adecuados.
En los laboratorios pueden hacerse ensayos para el correcto cálculo y
dimensionado de los filtros y de equipos auxiliares requeridos. Existen así
mismo filtros piloto para la demostración de la aplicabilidad, estudios de
proceso y dimensionado de unidades.
Los principales campos de aplicación de los filtros de vacío son amplios:
• Industria Minera
Concentrados de flotación, yeso, caliza, sílice, sales minerales,
alúmina, hidróxido de aluminio, cemento, carbón, precipitados de
oro, recuperación de plata, etc.
• Industria Química
Silicatos y zeolitas, fosfatos, fertilizantes, fungicidas, insecticidas,
pesticidas, carbón activo, sulfatos, catalizadores, ácido fosfórico,
pigmentos, siliconas, etc.
• Industria Alimentaria
Ácidos orgánicos, almidón y derivados, aceites vegetales y grasas,
levaduras y extractos.
• Industria Farmacéutica
Antibióticos, extractos vegetales, materiales fibrosos, derivados de
penicilina, vitaminas, laxativos, etc.
39
Actualmente la Empresa Agroindustrial Casa Grande cuenta con 6 filtros
rotativos de vacío los cuales trabajan en la etapa de filtración para poder
extraer la sacarosa del jugo de la caña, estos filtros vienen operando de
manera alternada dependiendo de las condiciones del proceso, Casa Grande
propone mejorar la producción lo que conlleva a reforzar la etapa de
filtración para poder obtener un menor porcentaje de Pol en la torta, por lo
tanto una mayor extracción del jugo en la cachaza.
En el año 2011, se hace un estudio sobre el funcionamiento de estos filtros ,
según las pruebas de laboratorio en la torta de cachaza residual de los
Filtros Oliver, el porcentaje de Pol que se obtiene está entre 6 y 9 % Pol,
estos resultados son niveles muy elevados en comparación al nivel óptimo
que debe ser menor al 2.5 % Pol
En el cuadro N°1 se grafican el promedio mensual de los resultados de
laboratorio de la torta resultante de los Filtros Oliver para evaluar el
porcentaje de Pol.
Cuadro Nº1:Promedios Mensuales de %POL en el año 2011 de la Empresa
Agroindustrial Casagrande – Ascope
Con los datos presentados en el cuadro anterior, los resultados reales están
por encima de los óptimos, lo que indica la necesidad de mejorar la etapa
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ETAPA DE FILTRACIÓN - 2011
POL
OPTIMO
40
de filtración a fin de minimizar las pérdidas de azúcar en el proceso de
elaboración.
Para el año 2012 se hicieron algunas mejoras en esta etapa consiguiendo
reducir el porcentaje de pol en la torta, pero aun así, no se logró llegar a los
niveles adecuados. (Cuadro Nº2)
En esta etapa las variables como el volumen de la cachaza, temperatura y
presión del agua condensada de ingreso, presión de vacío, cantidad de
revoluciones y en especial el ph del jugo filtrado no son controladas
adecuadamente, lo que dificulta la operación de los filtros desde la sala de
control centralizada SRI donde se cuenta con la supervisión de varias
etapas del proceso azucarero y eso origina que no se tengan resultados
apropiados.
Después de esta evaluación, la Empresa Agroindustrial Casagrande decide
implementar un Filtro de Banda como apoyo a los filtros ya existentes, por
lo que se necesitaría controlar el flujo de la cachaza de ingreso a este nuevo
sistema, del material (mezcla de cachaza, cal, polímero y agua) que ingresa
al filtro y controlar el flujo del jugo filtrado que reingresará al proceso de
elaboración de azúcar.
Controles de nivel y temperatura en los tanques donde se deposita el
material a ser filtrado, controles de presión de vacío para el filtro y presión
de agua de imbibición para la limpieza de la tela y por supuesto el sensado
del ph del jugo filtrado entre otros.
41
CAPITULO 04
SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL
DEL FILTRO DE BANDAS
42
4. CAPITULO 4. Sistema de Supervisión y Control del Filtro de Bandas
4.1. Propuesta del Sistema de Supervisión
Con el objetivo de mejorar su producción, la Empresa Agroindustrial
Casagrande puso en operación un Filtro de Bandas para la extracción de jugo de
recuperado el cual fue comprado en BRASIL a la empresa TECHNOPULP
INDUSTRIAL.
Por ello, se hizo necesario implementar y elaborar la ingeniería completa para la
automatización de Filtro de Bandas, que permitiese obtener mejores resultados
en lo que producción y grado de Polarización (Pol de la torta de cachaza)
concierne, a través de controles de proceso mucho más finos y objetivos, así
como el monitoreo de las variables implícitas en el proceso.
Ésta Ingeniería nueva para la Automatización en mención se hizo integrándola
al Sistema DCS de la Plataforma Siemens ya existente en la Planta de Azúcar,
PCS 7.0 (Process Control System) que incluye un grupo de aplicaciones y
programas como el WinCC Explorer 6.2 para el diseño del Scada.
Para el Centro de Comunicación de Motores – CCM, se propone utilizar el
protocolo de comunicación Profibus DP y para los equipos en campo, Profibus
PA.
Figura Nº19: Sistema de Control Distribuido DCS Casagrande
43
4.1.1. Condiciones de Operación del Filtro de Bandas
El filtro de banda requiere para su operación un estricto control del pH de
la cachaza manteniendo este valor entre 8,0 y 8,5 y la aplicación continua
de polímero que es preparada en dos tanques.
Si el valor del pH baja de 8,0 o se deja de aplicar polímero la cachaza no
forma la torta y el filtro no opera correctamente.
Para garantizar la operación del filtro se deben de cumplir las siguientes
condiciones iniciales:
• De los arranques; Verificar que todos los arranques de bombas
tengan el selector manijacorta en posición de automático; hay que
garantizar mediante la programaciónque el filtro no inicie su
funcionamiento si no tiene como requisito todas lascondiciones
iniciales, así de esta manera si se diera un descuido por parte
deloperador o simplemente no se respetasen las condiciones
iniciales entonces lapantalla de supervisión del filtro debería de
mostrar una alarma indicando que nose tienen las condiciones
iniciales para iniciar el proceso de filtrado y ademásdebería mostrar
que condición está faltando. Todos los arranques que formanparte
de los lazos de control o del proceso de filtrado directamente
deberían deestar en estado de apagado.
DESCRIPCIÓN TAG ARRANQUE CONTROL ESTADO
Bomba Centrifuga de agua 341-AYD-001A Automático Apagado
Bomba Centrifuga de agua
Standby 341-AYD-001B Automático Apagado
Bomba Nemo de Lodo 341-VDF-002A Automático Apagado
Bomba Nemo de Lodo Standby 341-VDF-002B Automático Apagado
Generador de Vacío 341-AD-003 Automático Apagado
Bomba Centrifuga Tk de Jugo 341-AD-004A Automático Apagado
Bomba CentrifugaTkde Jugo
Standby 341-AD-004B Automático Apagado
Agitador de Lodo 341-AD-005 Automático Opcional
44
Reserva Nº 1 341-AD-006 Automático Apagado
Agitador de Cal 341-AD-007 Automático Opcional
Bomba Nemo de Polímero 341-VDF-008A Automático Apagado
Bomba Nemo de Polímero
Standby 341-VDF-008B Automático Apagado
Agitador Tk Polímero 341-AD-009 Automático Opcional
Bomba Nemo de Cal 341-VDF-010A Automático Apagado
Bomba Nemo de Cal Standby 341-VDF-010B Automático Apagado
Motor Cadena de Arrastre 341-AD-011 Automático Opcional
Ventil Centrifugo Bagacillo en
SRI 341-AD-012 Automático Apagado
Reserva Nº 2 341-AD-013 Automático Opcional
Reserva Nº 3 341-AD-014 Automático Opcional
Reserva Nº 4 341-AD-015 Automático Opcional
Motor de Banda de Filtro 341-VDF-016 Automático Apagado
Reserva Nº 5 341-AD-017 Automático Opcional
Tabla Nº2: Condiciones Iniciales para arranques en Automático
• De los tanques y contenedores; es una condición que los tanque y
contenedores tengan una temperatura y un nivel aceptable para que
el sistema esté preparado para mostrar y registrar avisos y alarmas
cuando los niveles de cal, lodo, polímero y agua estén críticos, por
ejemplo a un nivel bajo se encenderá una alarma y el proceso
después de un determinado tiempo (definido por casa grande) si no
sale de la alarma entrara en un periodo de secuencia de parada
automática para auto protegerse. Existirán opciones para cancelar la
parada automática si el operador lo decidiera así pero el proceso
seguirá siendo automático además si no hay nivel y se decide
continuar con la operación cancelando la parada automática el
sistema tendrá que parar la bomba que no tiene producto.
45
• Del filtro; es una condición que la banda primaria y la banda
secundaria no presenten ningún defecto para lo cual se tendrá que
detectar que las bandas estén en una buena posición lo cual es
determinado por los limit switch341-ZSL-015, 341-ZSR-015, 341-
ZSL-018 y 341-ZSR-018, así también las bandas no debe de estar
deslizándose lo cual es detectado por el sensor inductivo 341-SSL-
017 y 341-SSL-018.
4.1.2. Diagrama P&ID
Este diagrama se observa en el Anexo 01, donde se puede distinguir los la
instrumentación requerida, los lazos de control y supervisión de los tanques
de Lodo, Polímero, Cal, Agua Condensada y los instrumentos que censarán
la correcta posición de las fajas.
4.1.3. Selección de la Instrumentación
La selección de los equipos presentados en esta sección fue por decisión
interna de la Empresa Agroindustrial Casagrande.
4.1.3.1. AS Controlador con PLC S7-400 CPU S7-417-4H, Anexo 02
Fabricante: SIEMENS
Modelo: Simatic S7-400
Incluye:
- 01 CPU S7-400 CPU 417H Módulo Central para S7-400H 4
interfaces: 1 MPI/DP, 1 DP Y 2 para módulos SYNC 30 MB
Memoria (15 MB data/15 MB prog).
- 01 Bastidor para CPU S7-300 tipo UR2-H.
- 01 Fuente de Alimentación Estabilizada para CPU S7-400 PS 407,
24 VDC, 10A para uso redundante.
- 02 Baterías tipo Tampón AA 2.3Ah.
- 01 Memory Card RAM de 128 KB.
- 01 Procesador de Comunicaciones CP 443-1 Simatic Net, CP 443-
1 Procesador de comunicaciones para conexión de Simatic S7-400
46
a Industrial Ethernetvia ISO, TCP/IP y UDP, S7-COM.,
FETCH/WRITE, SEND/RCV con y sin RFC1006, Multicast,
Profinet IOController, DHCP, SNMP V2, WEB, Diagnóstico,
Inicialización vía LAN, protección de acceso vía lista de acceso
IP,2X RJ45 Conexión para LAN con 10/100 MBIT/S.
- 04 Procesador de Comunicaciones CP443-5 para conexión de
Simatic S7-400 a Profibus DP.
- 01 Licencia PCS7 AS Client, 100 PO: SIMATIC PCS 7,
SOFTWARE, RUNTIME LICENSE AS (PO 100), FLOATING
LICENSE.
4.1.3.2. Periferia Distribuida
- 02 SITOP SMART 120W Fuente de Alimentación estabilizada,
entrada AC 120/230 V, salida DC 24V/5A.
- 02 Industrial Ethernet Switch SCALANCE X414-3E.
- 05 Fuente de Alimentación para ET200 M: SIMATIC S7-300
Fuente de Alimentación estabilizada PS307 entrada: AC 120/230
V, salida: DC 24 V/5 A.
- 03 IM 153-2 High Feature, Módulo de interfaz para PA Link e Y-
Link; apto para redundancia.
- 06 Acopladores DP/PA FDC 157-0, acoplador de bus de campo
entre Profibus DP y Profibus PA, apto para redundancia.
- 02Simatic ET200 M para Periferia Distribuida: SIMATIC DP, M.
INTERF. ET 200M IM 153-2 HIGH FEATURE para max. 12
módulos S7-300 aptoparaconfiguración redundante.
- 04 Módulos de Entrada Digital SM321, P/S7-300 Y/O ET200M,
32DIx24VDC.
- 03 Módulos de Salidas Digitales SM322, con aislamiento
galvánico, 32SD, 24VDC, 0,5A, 1x40 polos, Intensidad suma
4A/GRUPO (16A/Módulo).
- 01 Módulo de Entradas Analógicas con HART: SIMATIC DP,
Entrada Analógica HART SM 331, 8EA, 0/4 – 20mA HART, para
47
ET200M con IM153-2, 1 X 20 polos, funciones: FW-UPDATE,
Redundancia.
- 10 Módulos de bus para enchufe y desenchufe en caliente, BM
IM/IM ET200M de 530 mm.
- 06 Conectores de Bus BM IM DP/PA para la conexión de DCS:
SIMATIC DP, BUS BM DP/PA para margen temperatura
extendido. Funcionesenchufe y desenchufe en servicio constante.
- Conectores Profibus necesarios para la conectividad de Red y
DCS.
- Conectores Frontales conexión de módulos de señales.
- Accesorios y Elementos necesarios para el correcto
funcionamiento de la red y DCS configurados en este Hardware.
4.1.3.3. OS Client PCS7 SIEMENS
Fabricante: Siemens
Descripción:
- 01 PC Industrial Core 2 Duo: SIMATIC PCS7 OS CLIENT 547B
WXP MULTI VGA 4 SCREENS CORE 2 DUO 2,4GHZ, 1GB
RAM, SOUND, MULTI VGA FOR 4 SCREENS
PREINSTALLED, DVD-ROM, FD 1,44 MB, SATA 250GB, 1 X
FAST ETHERNET RJ45 (ONBOARD), WIN XP PROF. MUI;
WITH MOUSE.
- 01 Teclado Industrial USB: SIMATIC PC, TECLADO ALEMAN
/ INTERNATIONAL CONEXION USB
- 01 Licencia de PCS7 OS Cliente: SIMATIC PCS 7, SOFTWARE
CLIENT V7.0 FLOATING LICENSE P.1 USUARIO SW RT, SW
Y DOCUM. EN DVD LLAVE LIC. EN DISQ., CLASE A 5
IDIOMAS, EJECUTABLE BAJO XPPROF HW DE REF.: PCS 7
547C: CLIENT.
- 01 Licencia de Software SFC Visualization: SIMATIC PCS 7,
SOFTWARE SFC VISUALIZATION V7.0 FLOATING
LICENSE P.1 USUARIO SW RT.
48
- 01 Licencia para 100 PO: SIMATIC PCS 7, SOFTWARE,
RUNTIME LICENSE AS (PO 100), FLOATING LICENSE P.1
USUARIO SW RT.
4.1.3.4. Motores
Arrancadores marca SIEMENS. Estos equipos se escogieron teniendo
en consideración los datos de placa de los motores que se destinarían
al proceso.Anexo 03
CANTIDAD
DESCRIPCION
VARIADORES
ARRANCADORES
DIRECTOS(SIMOCODE)
02 Bombas Centrifuga de
Agua 3UF7010-1AU00-0
02 Bombas Nemo de Lodo. SINAMICS
G120 20 HP
02 Bombas Centrifuga
Tanque de Jugo 3UF7010-1AU00-0
02 Bombas Nemo de
Polímero.
SINAMICS
G1202 HP
02 Bombas Nemo de Cal. SINAMICS
G120 2HP
01 Motor de accionamiento
del filtro. 3UF7010-1AU00-0
01 Motor cadena de Arrastre 3UF7010-1AU00-0
Tabla Nº3: Arrancadores de los Motores del Filtro de Banda
4.1.3.5. Instrumentos
CANTIDAD DESCRIPCION MODELO
06 Transmisor de Temperatura SITRANS TH - 400
10 Transmisores de Presión Manométrica SITRANS PDS III
49
10 Válvulas Neumáticas Bray S93
10 PosicionadorElectroneumático SIPART PS2 Profibus PA
06 Sensor de Nivel por Radar SITRANS LR250
06 Transmisor de Flujo MAG 3100P
06 Indicador de Sensor de Flujo MAG 6000I
01 Sensor de PH con Profibus PA si792X P-PA
Tabla Nº4: Instrumentos para las variables de proceso del Filtro de Banda
Nota:
Los switch indicadores de posición vienen integrados en el filtro de
bandas, para la guía correcta de la tela del filtro.
4.1.4. Filosofía de Control
Las secuencias de Arranque y Parada que se presentan a continuación,
fueron establecidas por la Empresa Agroindustrial Casagrande y revisadas
por el personal encargado del desarrollo del programa de ingeniería de
acuerdo a las condiciones del proceso de planta.
4.1.4.1. Secuencia de Arranque
Cuando se tengan todas las condiciones iniciales y se esté seguro del
arranque del filtro entonces este trabajaría en la siguiente secuencia:
- Acción 01: se comprueba la presión de aire a 5 bar.
- Acción 02: giran las bandas del filtro y para asegurar que la banda
no este trabada ni mucho menos dañada se deja pasar un periodo
de tiempo equivalente al giro completo de la banda.
- Acción 03: arranca la bomba de lavado de banda y se asegura una
buenapresión de lavado a un flujo determinado el cual se
sintonizara en el lazo decontrol correspondiente, el tiempo de esta
etapa también es equivalente a un girode la banda. Para accionar
50
la bomba en la secuenciade arranque automático latemperatura del
tanque de agua tiene que estar a 55°C con un error de ± 3°C;
elarranque de la bomba se hace accionando el motor 341-AYD-
001A tomando enconsideración que existe un STANBY y si este
arranque falla por problemas demotor o bomba entonces entra en
funcionamiento 341-AYD-001B, también hayque controlar la
presión generada por la bomba la cual debe de ser de 12 bar;
estapresión debe de controlarse automáticamente desde su
variador por lo que nodebe exceder el rango entre 10 a 13 bar.
- Acción 04: arranca el extractor o generador de vacío luego que la
banda estácompletamente húmeda; el arranque del generador de
vacío se hace accionandoen arranque 341-AD-003.
- Acción 05: arranca la bomba de cal a una velocidad de 20Hz;
tener en cuentaque luego que el sistema arranque totalmente esta
velocidad depende del controlentre el flujo de lodo y flujo decal
así como flujo de lodo y flujo de polímero; en este control
estáninvolucrados 341-FE-108 (flujo de lodo), 341-FE-106 (flujo
de cal) y 341-FE-107 (flujo de polímero). El arranque de esta
bomba de cal se realiza activando 341-VDF-010A tomando en
cuenta que este arranque tiene STANDBY por lo que
antecualquier falla de motor o variador tendrá que entrar en
funcionamiento elrespaldo.
- Acción 06: arranca la bomba de polímero a una velocidad de
30Hz; tener encuenta que luego que el sistema arranque
totalmenteesta velocidad depende delcontrol que ya se mencionó
en el pasoanterior. El arranque deesta bomba de polímero se
realiza activando 341-VDF-008A tomando en cuentaque este
arranque tiene STANDBY por lo que ante cualquier falla de motor
ovariador tendrá que entrar en funcionamiento el respaldo.
51
- Acción 07: arranca la bomba de lodo a una velocidad de 30Hz;
tener en cuentaque luego que el sistema arranque totalmente esta
velocidad será reguladaautomáticamente a un SP de flujo
constante determinado por el operador el cualserá cercano al doble
de la velocidad de 30Hz; paratener un flujo ideal. El arranque de
esta bomba de lodo se realiza activando 341-VDF-002A tomando
en cuenta que este arranque tiene STANDBY por lo que ante
cualquierfalla de motor o variador tendrá que entrar en
funcionamiento el respaldo, elcontrol del flujo está determinado
por el sensado del flujometro 341-FE-108.
- Acción 08: el último paso del arranque del filtro es activar la
bomba de agua deimbibición regulándose la válvula 341-FCV-011
de forma automática para obteneruna presión en el sensor de
presión 341-PIT-002 de 1 bar lo que garantizaría unabuena
aspersión de agua de imbibición.
4.1.4.2. Secuencia de Parada
Tenemos las siguientes secuencias de parada:
- Secuencia de parada Definitiva
Esta parada se usa para mantenimientos largos equivalentes a más
de 1 hora.
1º Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341-
FCV-015 y se abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra
la válvula 341-FCV-013 y se abre la válvula 341-FCV-014
luego de 7 minutos se detiene la bomba de lodo 341-M-
002A/B.
2º Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M-
010A/B y se deja pasar 5 segundos sin acción.
3º Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B, aquí
también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-003.
52
4º Después de 5 minutos sin acción, se detiene la bomba de lavado
341-M-001 aquí también se detiene el motor de la banda 341-
M-016.
- Secuencia de parada Temporal
Esta parada se usa para acciones cortas equivalentes a menos de 2
minutos.
1º Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341-
FCV-015 y se abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra
la válvula 341-FCV-013 y se abre la válvula 341-FCV-014
luego de 7 minutos se detiene la bomba de lodo 341-M-
002A/B.
2º Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M-
010A/B y se deja pasar 5 segundos sin acción.
3º Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B, aquí
también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-003.
Si la parada se extiende a más de 2 minutos se hace una parada
definitiva.
- Secuencia de parada por Deslizamiento de Banda
Esta parada se usa para cuando se presentan problemas de
deslizamiento de la banda.
- Cuando la banda se desliza el sensor 341-SSL-019 dejara de
emitir pulsos lo cual es señal que la banda no está girando, en este
momento se detiene el motor del generador de vacío 341-M-003
aquí también se activa la alarma visual y sonora mediante 2
salidas discretas del PLC luego se dejan pasar 20 segundos para
darle tiempo de recuperación a la banda.
- Si la banda no se recupera entonces luego se abre al 20% la
válvula 341-FCV-016 y se esperan 10 segundos más de
recuperación.
53
- Si la banda no se recupera entonces pasa a una parada definitiva
y la alarma visual y sonora quedan encendidas.
- Si la banda se recupera entonces la válvula 341-FCV-016
nuevamente se cierra y el generador de vacío 341-M-003 se
enciende nuevamente así también la alarma visual y sonora se
apagan.
- Secuencia de parada por Descarrilamiento de Banda
Los LimitSwitch de Descarrilamiento 341-ZSR-017,341-ZSR-
018, 341-ZSL-017, 341-ZSL-018 sensan que la banda no exceda
su carril de funcionamiento normal si esto sucediera ocurrirá una
SECUENCIA DE PARADA DEFINITIVA AUTOMÁTICA.
- Secuencia de parada por Emergencia
El filtro posee 3 paradas de emergencia general, la primera es
virtual ubicada en las pantallas del sistema supervisor, la segunda
está ubicada físicamente en el filtro mismo y la tercera está
ubicada en el cuarto de CCMs; aquí también se apaga todo.
4.1.4.3. Lazos de Control
Lazo 101, este lazo controla el nivel de lechada de cal en el tanque
341-T-002 para esto la válvula 341-LCV-101A se regula
proporcionalmente según la referencia del nivel dada por el sensor de
nivel 341-LIT-101, el SP de nivel será determinado por Casagrande.
También se podrá controlar en forma proporcional la válvula 341-
LCV-101B de acuerdo al valor de PH que arroje el instrumento 341-
AIT-020, este procedimiento se hará de forma manual por el operador
y una vez sintonizado este valor de apertura no cambiara a no ser que
se desee parar el sistema donde se tenga que cerrar la válvula.
La temperatura del tanque 341-T-002 se visualiza con el 341-TE-101
solo será para visualización y no debe significar un problema ya que
esta temperatura normalmente no sale fuera del rango de trabajo pero
54
de darse esta situación el sistema debe ser capaz de enviar una alarma
para que el operador tome las medidas. Existe la condición si el nivel
del tanque341-T-002 disminuye al nivel mínimo-mínimo el arranque
341-VDF-010A/B se detiene.
Lazo 102, este lazo controla el nivel y la temperatura del tanque de
agua 341-T-005 el cual funciona controlando el porcentaje de apertura
de la válvula 341-LCV-102A (agua industrial) y la válvula 341-LCV-
102B (agua condensada), se sabe que el agua industrial es un agua fría
mientras que el agua condensada es un agua caliente. Para controlar la
temperatura se toma como referencia el valor del sensor 341-LIT-102
entonces si la temperatura es alta solo funciona la válvula 341-LCV-
102A pero si la temperatura es baja solo funciona 341-LCV-102B,
ahora el nivel se controla abriendo o cerrando la válvula 341-LCV-
102A/B según la temperatura adecuada la cual debe de ser 50°C y el
nivel debe de ser 70%.
Lazo 103, este lazo controla el nivel de tanque de lodo 341-T-001 que
alimenta el filtro de bandas. Este lazo funciona controlando
proporcionalmente la válvula 341-LCV-103 con la referencia del
sensor de nivel 341-LIT-103. Existe la condición si el nivel del tanque
341-T-001 disminuye al nivel mínimo-mínimo el sistema entra en
parada definitiva.
Lazo 104, este lazo solo controla la temperatura que se verte al tanque
341-T-004; la operación indica que este tanque debe ser llenado
completamente por el operador abriendo la válvula manual de agua
enfriada que llega hasta allí, entonces cuando el tanque empieza a
llenar la temperatura se debe de controlar para ello se usa la válvula
341-TCV-104 la cual controla el agua industrial que ingresa al
enfriador y por medio de intercambio de calor se logra enfriar el agua
condensada que ingresa al tanque así de esta manera se tiene una
55
temperatura ideal para hacer la preparación del polímero, esta
temperatura debe ser menor a 50°C.
Lazo 105, aquí se usa el sensor de temperatura y el sensor de nivel
(341-TE-105 y 341-LIT105) solo para brindar información al
operador para sus maniobras de preparación de polímero de acuerdo a
lo que le consuma lo cual lo vera con el nivel mientras que la
temperatura lo pondrá alerta del buen estado del polímero.
Existe la condición si el nivel del tanque 341-T-003 disminuye al
nivel mínimo-mínimo el arranque 341-VDF-008A/B se detiene.
Lazo 106, 107 y 108, estos 3 lazos funciona como control de caudal
constante por lo tanto usan unflujómetro y un variador de velocidad
para lograr el objetivo. Es decir el flujo de cal es controlado con el
flujo metro 341-FE-106 y el variador de velocidad 341-VDF-010A/B
así también el flujo de polímero es controlado con el flujómetro 341-
FE-107 y el variador de velocidad 341-VDF-008A/B y por último el
flujo de lodo es controlado con el flujómetro 341-FE-108 y el
variador de velocidad 341-VDF-002A/B; entonces hasta aquí tenemos
flujos constantes pero también existen 2 controles tipo razón ya que
según una cantidad de lodo se debe verter una cantidad de polímero o
floculante lo cual es determinado por el operador según las muestras
de producto filtrado y las mediciones del PH dadas por 341-AIT-020
entonces el primer control razón es entre el lodo y la cal siendo la cal
el 1.5% del lodo; el segundo control razón es entre el lodo y el
polímero siendo el polímero el 1.5% del lodo.
Lazo 109, aquí solo se visualiza la presión de lavado de bandas
generada por el arranque 341-AYD-001A/B y sensada por 341-PIT-
109. La presión es regulada por el operador usando válvulas manuales
la cual debe de ser de 15 bar.
56
Lazo 110, aquí solo se visualiza la presión de vacío generada por el
arranque 341-M-003 y sensada por 341-PIT-110. La presión no se
regula pero si se vigila esta debe de estar entre -0.5 a -0.3 bares de no
ser así el sistema dará un tiempo de recuperación de 1 minuto y si no
se recupera se activara la parada definitiva.
Lazo 111, aquí se controla el modo de bombeo de producto del tanque
de sello 341-T-009; esto se hace llenándolo con el producto (jugo
filtrado) hasta un nivel máximo y luego se enciende la bomba 341-M-
004A/B hasta que llegue a un nivel mínimo así de esta manera se
garantiza siempre tubería de despacho de jugo filtrado llena para que
la medición por el flujómetro 341-FE-111 sea correcta.
El sensor 341-PIT-003 solo funciona para vigilar la presión del aire de
instrumentación, entonces si la presión cae por debajo de 4 bares el
sistema entra en parada definitiva hasta que se restablezca.
El actuador 341-FCV-010 se regula manualmente por el operador.
4.2. Diseño del Sistema de Automatización
Se propone implementar un Sistema de Control, Supervisión y registro a través
de la Integración al DCS de la Plataforma SIEMENS existente en Planta
Azúcar, PCS 7.0 (Process Control System).
PCS7 es una filosofía de Control que incluye un grupo de aplicación y
programas Siemens, entre las cuales se encuentra el WinCC Explorer 6.2, en
éste se programará el SCADA.
El protocolo de transmisión propuesto para la comunicación del Centro de
Control de Motores (CCM) será Profibus DP, y para la Instrumentación en
Campo será Profibus PA, los cuales transmitirándirectamente al CPU S7-417H.
Las Redes Anillo y Lineales de Instrumentos en Campo Profibus PA, serán
convertidas a DP a través de DP/PA Couplers.
57
El sistema llevará el registro de las temperaturas, presión, flujo, Nivel, fallos de
las Bombas, Advertencias y Alarmas de todas las variables del proceso y
reportarlo cada segundo.
Mostrará diversas pantallas para la visualización y control de las variables de
cada sección del proceso de filtración.
Las señales provenientes de los Instrumentos de campo que se utilizarán como
variables del proceso, serán utilizadas en los lazos o controles PID que se
encuentran en el Programa del PLC; el cual procesa la información y da como
respuesta la posición de las válvulas y velocidades de los variadores de los
motores.
Las señales restantes serán registradas por el PLC, y visualizadas por el
software PCS7 V7.0.
Una vez entregada la información al PCS7 V7.0, esta podrá ser utilizada de
diversas formas, de acuerdo con la necesidad del usuario. Se podrán crear
tendencias, así como históricos, en donde se irá almacenando toda la
información del proceso para su posterior consulta.
4.2.1. Pantallas de Supervisión
Para la integración del Sistema de Supervisión y Control del Filtro de
Bandas al sistema DCS de la Empresa Agroindustrial Casagrande en la
Planta de Azúcar, se generaron cuatro pantallas:
4.2.1.1. Pantalla Principal
Es la pantalla General del Sistema de Supervisión del Filtro de
Bandas, muestra una miniatura de la primera y la segunda pantalla
donde se puede acceder a cada una de ellas dando solo un clic en la
miniatura.
Figura Nº20: Pantalla Principal o General
58
59
4.2.1.2. Primera Pantalla
La primera pantalla del sistema de supervisión incluye los tanques de Lodo, Cal, Polímero y Agua Condensada, con sus
lazos de control y señales de instrumentación que le ayudarán al operador y supervisar y controlar el funcionamiento
correcto del proceso de filtrado.
Figura Nº21: 1º pantalla del Sistema de Supervisión del Filtro de Bandas
60
4.2.1.3. Segunda Pantalla
Muestra la Banda del filtro, Tanque de Sello y Tanque separador, incluye las señales de presión y flujo del Agua de
Imbibición, la presión del tanque separador y el ph del jugo filtrado.
Figura Nº22: 2º pantalla del Sistema de Supervisión del Filtro de Bandas
61
4.2.1.4. Tercera Pantalla
Desde esta pantalla se puede controlar y supervisar el estado de los motores de todo el sistema.
Figura Nº23: 3º pantalla del Sistema de Supervisión del Filtro de Bandas
62
Figura Nº24: Ventana de comando de motores
Desde esta carátula de operación el operador tiene acceso a todos los
comandos necesarios para el manejo de los motores:
Manual: Control Manual de Arranque y Parada del Motor
Auto: Modo Automático, lo controla el Sistema
Stop: Parada del Motor (Accesible en Modo Manual)
Start: Arranque del Motor (Accesible en Modo Manual)
Reset: Reseteo de Fallas en el Motor
4.2.2. Ingeniería de Programación
4.2.2.1. Tanque de Lodo
- 341-LIC-103 Lazo sencillo de control de nivel, mide el nivel de
cal en el Tanque de Lodo (341-LIT-103) y regula por medio de la
válvula de ingreso de Lodo (341-FCV-103).
- 341-FCV-016 Control Manual/AUTOMÁTICO de Ingreso de
Agua Condensada a la Tubería a la Salida del Tanque de Lodo.
- 341-FCV-015 Control Manual/AUTOMÁTICO de la Válvula de
Salida de Lodo del Tanque de Lodo.
63
- 341-M-002A Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Nemo de Lodo, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas,
e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).
- 341-M-002B Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Nemo de Lodo Stand by, cuentan con un Botón adjunto de Reset
de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).
- 341-FIC-108 Lazo sencillo de control de flujo, mide el flujo de
LODO a la Entrada de la Banda (341-FIT-108) y regula por medio
del Motor 341-M-002A /B.
4.2.2.2. Tanque de Cal
- 341-LIC-101 Lazo sencillo de control de nivel, mide el nivel de
cal en el Tanque de Cal (341-LIT-101) y regula por medio de la
válvula de ingreso de Cal (341-FCV-101A).
- 341-TIT-101 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de
Cal.
- 341-FCV-101B Control Manual de la Válvula de Ingreso de Agua
Condensada al Tanque de Cal.
- 341-FCV-013 Control Manual/AUTOMÁTICO de Ingreso de
Agua Condensada a la Tubería a la Salida del Tanque de Cal.
- 341-FCV-014 Control Manual/AUTOMÁTICO de la Válvula de
Salida de Cal del Tanque de Cal.
- 341-M-010A Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Nemo de Cal, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e
indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).
- 341-M-010B Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Nemo de Cal Stand by, cuentan con un Botón adjunto de Reset de
Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).
- 341-FIC-106 Lazo sencillo de control de flujo, mide el flujo de
cal a la Salida del Tanque de Cal (341-FIT-106) y regula por
medio del Motor 341-M-010A /B.
64
4.2.2.3. Tanque de Polímero Mezclador
- 341-TIT-104 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de
Polímero Mezclador.
- 341-LIT-104 Indicador de Nivel y Alarmas del Tanque de
Polímero Mezclador.
4.2.2.4. Tanque de Polímero Maceración
- 341-TIT-105 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de
Polímero Maceración.
- 341-LIT-105 Indicador de Nivel y Alarmas del Tanque de
Polímero Maceración.
- 341-FIC-107 Lazo sencillo de control de flujo, mide el flujo de
cal a la Salida del Tanque de Cal (341-FIT-107) y regula por
medio del Motor 341-M-008A /B.
- 341-M-008A Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Nemo de Polímero, cuentan con un Botón adjunto de Reset de
Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).
- 341-M-008B Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Nemo de Polímero Stand by, cuentan con un Botón adjunto de
Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a
100%).
4.2.2.5. Tanque de Agua Condensada
- 341-LIC-102 Lazo sencillo de control de nivel, mide el nivel de
Agua en el Tanque de Agua (341-LIT-102) y regula por medio de
la válvula de ingreso de Agua Condensada (341-FCV-102B).
- 341-TIT-102 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de
Agua.
- 341-FCV-102A Control Manual de la Válvula de Ingreso de Agua
Industrial al Tanque de Agua.
- 341-M-001A Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Centrífuga de Agua, cuenta con indicador de corriente consumida
por el Motor.
65
- 341-M-001B Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba
Centrífuga de Agua en Stand By, cuenta con indicador de corriente
consumida por el Motor.
4.2.2.6. Bandas del Filtro
- 341-PIC-002 Lazo sencillo de control de presión, mide presión en
el Ingreso de Agua de Imbibición a la Banda (341-PIT-002) y
regula por medio de la válvula de vapor (341-FCV-110).
- 341-FIC-012 Indicador de Flujo y Alarmas de Ingreso de Agua de
Imbibición a la Banda.
- 341-PIT-109 Indicador de Presión y Alarmas de Ingreso de Agua
a Lavado de Bandas.
- 341-AIT-020 Indicador de pH y Alarmas de Jugo Filtrado (Salida
de la Banda).
- 341-ZSR-017 Indicador Luminoso LimitSwitch Derecho de la
Banda Principal, se activa por descarrilamiento de la Banda.
- 341-ZSL-017 Indicador Luminoso LimitSwitch Izquierdo de la
Banda Principal, se activa por descarrilamiento de la Banda.
- 341-ZSR-018 Indicador Luminoso LimitSwitch Derecho de la
Banda Secundaria, se activa por descarrilamiento de la Banda.
- 341-ZSL-018 Indicador Luminoso LimitSwitch Izquierdo de la
Banda Secundaria, se activa por descarrilamiento de la Banda.
- 341-SSL-019 Indicador Luminoso Sensor de Posición de la Banda
Secundario, se activa por deslizamiento de la Banda.
- 341-SSL-020 Indicador Luminoso Sensor de Posición de la Banda
Principal, se activa por deslizamiento de la Banda.
- 341-M-016 Control Manual/AUTOMÁTICO del Motor de
Accionamiento de la Banda, cuentan con un Botón adjunto de
Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a
100%).
66
4.2.2.7. Tanque Separador
- 341-PIT-110 Indicador de Presión y Alarmas del Tanque
Separador.
- 341-M-003 Control Manual de la Bomba Generadora de Vacío,
cuenta con indicador de corriente consumida por el Motor.
4.2.2.8. Tanque de Sello
- 341-LIT-111 Indicador de Nivel y Alarmas del Tanque de Sello.
- 341-FIT-111 Indicador de Flujo y Alarmas de Salida de Jugo
Filtrado.
- 341-M-004A Control Manual de la Bomba Centrífuga de Jugo
Filtrado, cuenta con indicador de corriente consumida por el
Motor.
- 341-M-004B Control Manual de la Bomba Centrífuga de Jugo
Filtrado Stand By, cuenta con indicador de corriente consumida
por el Motor.
4.2.2.9. Arranque en Automático
Para un Arranque en Automático del Proceso de Filtro de Bandas se
requiere condiciones iniciales que se expondrán a continuación:
1º Verificar que los siguientes motores se encuentren en MODO
AUTOMÁTICO y con el Selector en Sala CCM en REMOTO:
• 341-M-001 Centrífuga de Agua
• 341-M-002A/B Bomba Nemo de Lodo
• 341-M-003 Generador de Vacío.
• 341-M-008A/B Bomba Nemo Polímero.
• 341-M-010A/B Bomba Nemo Cal.
• 341-M-016 Motor Accionamiento Banda de Filtro.
67
2º Verificar que las siguientes válvulas se encuentren en Modo
AUTOMÁTICO:
• 341-FCV-013 Válvula de Salida del Tanque de Cal.
• 341-FCV-014 Válvula de Ingreso de Agua Condensada a la
Tubería de Cal.
• 341-FCV-015 Válvula de Salida del Tanque de Lodo.
• 341-FCV-016 Válvula de Ingreso de Agua Condensada a la
Tubería de Lodo.
Figura Nº25: Ventana de Control de las Válvulas
3º Arrancar Agitadores.
Por lo anteriormente expuesto el procedimiento de arranque en
Automático es como se indica a continuación:
Figura Nº26: Panel de control para el Arranque y Parada del Filtro
68
1º Presionar el Botón de Arranque.
2º A continuación se abrirá una ventana emergente de confirmación de
Arranque en Automático. Pulsar ACEPTAR.
Figura Nº27: Ventana de confirmación de Arranque Automático
3º El sistema comenzará la secuencia de Arranque en
AUTOMÁTICO.
Acción 1 Giran las bandas del filtro y para asegurar que la banda no este trabada ni
mucho menos dañada se deja pasar un periodo de tiempo equivalente al
giro completo de la banda; el giro de la banda se realiza accionando el
motor 341-M-016.
Acción 2 Arranca la bomba de lavado de banda y se asegura una buena presión de
lavado a un flujo determinado el cual se sintonizara en el lazo de control
correspondiente, el tiempo de esta etapa también es equivalente a un giro
de la banda; el arranque de la bomba se hace accionando el motor 341-M-
001A tomando en consideración que existe un STANBY.
Acción 3 Arranca el extractor o generador de vacío luego que la banda está
completamente húmeda; el arranque del generador de vacío se hace
accionando en arranque 341-M-003.
Acción 4 Arranca la bomba de cal; tener en cuenta que luego que el sistema arranque
totalmente esta velocidad depende del control de Flujo 341-FIT-106 (Flujo
de cal).
Acción 5 Arranca la bomba de polímero; tener en cuenta que luego que el sistema
arranque totalmente esta velocidad depende del control de Flujo 341-FIT-
107 (Flujo de Polímero).
69
Acción 6 Arranca la bomba de lodo; tener en cuenta que luego que el sistema
arranque totalmente esta velocidad depende del control de Flujo 341-FIT-
108 (Flujo de Lodo).
Tabla Nº5: Secuencia de Arranque Automático del Filtro de Bandas
Adicionalmente el sistema debe tener ingresados los siguientes
parámetros de proceso y setpoint:
- SP de Nivel de Tanque de Lodo: 62%
- SP de Nivel de Tanque de Cal: 65%
- SP de Nivel de Tanque de Agua: 30%
- SP de Velocidad Bomba Nemo de Cal: 20%
- SP de Velocidad Bomba Nemo de Polímero: 30%
- SP de Velocidad Bomba Nemo de Lodo: 20%
- SP de Velocidad Motor Accionamiento Banda de Filtro: 70%
4.2.2.10. Parada Definitiva y Parada Temporal
Para una parada definitiva o temporal del Proceso de Filtro de Bandas
se requiere haber arrancado la Secuencia en Automático.
Por eso el procedimiento es como se indica a continuación:
1º Presionar el Botón de Parada DEF. o Parada TEMP.del panel de
control de arranque y parada del filtro (Figura Nº25)
2º A continuación se abrirá una ventana emergente de confirmación de
Paro Definitivo o Paro Temporal. Pulsar ACEPTAR.
Figura Nº28: Ventana de confirmación de Parada Definitiva
70
Figura Nº29: Ventana de confirmación de Parada Temporal
3º El sistema comenzará la secuencia de Parada Definitiva de la
siguiente manera:
Acción 1 Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341-FCV-015 y se
abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra la válvula 341-FCV-013 y
se abre la válvula 341-FCV-014 luego de 7 minutos se detiene la bomba de
lodo 341-M-002A/B.
Acción 2 Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M-010A/B y se deja
pasar 5 segundos sin acción.
Acción 3 Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B.
Aquí también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-03.
Acción 4 Después de 5 minutos sin acción, se detiene la bomba de lavado 341-M-
001 aquí también se detiene el motor de la banda 341-M-016.
Tabla Nº6: Secuencia de Parada Definitiva del Filtro de Bandas
4º El sistema comenzará la secuencia de Parada Temporal de la
siguiente manera:
Acción 1 Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341-FCV-015 y se
abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra la válvula 341-FCV-013 y
se abre la válvula 341-FCV-014 luego de 7 minutos se detiene la bomba de
lodo 341-M-002A/B.
Acción 2 Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M-010A/B y se deja
pasar 5 segundos sin acción.
Acción 3 Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B.
Aquí también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-03.
71
Acción 4 Si después de dos minutos no se ha restablecido el Proceso, con el BOTON
RESET del Cuadro de Comandos, entonces continuará con el 4º paso de la
Parada Definitiva.
Tabla Nº7: Secuencia de Parada Temporal del Filtro de Bandas
4.2.2.11. Parada por Deslizamiento de Banda
Esta parada se usa para cuando se presentan problemas de
deslizamiento de la banda.
- Cuando la banda se desliza el sensor 341-SSL-019 dejara de
emitir pulsos lo cual es señal que la banda no está girando, en este
momento se detiene el motor del generador de vacío 341-M-003
aquí también se activa la alarma visual y sonora, luego se dejan
pasar 20 segundos para darle tiempo de recuperación a la banda.
- Si la banda no se recupera entonces luego se abre al 20% la
válvula 341-FCV-016 y se esperan 10 segundos más de
recuperación.
- Si la banda no se recupera entonces pasa a una parada definitiva y
la alarma visual y sonora quedan encendidas.
- Si la banda se recupera entonces la válvula 341-FCV-016
nuevamente se cierra y el generador de vacío 341-M-003 se
enciende nuevamente así también la alarma visual y sonora se
apagan.
4.2.2.12. Parada por Descarrilamiento de Banda
- Los LimitSwitch de Descarrilamiento 341-ZSR-017, 341-ZSR-
018, 341-ZSL-017, 341-ZSL-018 sensan que la banda no exceda
su carril de funcionamiento normal si esto sucediera ocurrirá una
SECUENCIA DE PARADA DEFINITIVA AUTOMÁTICA.
72
4.2.2.13. Adicionales
- 341-TIT-001 Indicador de Temperatura y Alarmas de Ingreso
General de Agua Condensada.
- 341-PIT-003 Indicador de Presión y Alarmas de Ingreso de Aire
de Instrumentación.
- 341-PIT-107 Indicador de Presión y Alarmas de Ingreso de
Polímero.
73
CAPITULO 05
PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE
RESULTADOS
74
5. CAPITULO 5. Presentación y Análisis de Resultados
5.1. Resultados de Filtro Rotativo
Día
Filtro Rotativo Cantidad de Lodo % Pol. Cachaza Peso de torta
m3/h m3 % Tn
1 - - - -
2 - - - -
3 - - - -
4 - - - -
5 - - - -
6 9,9868 119,6735 6,6467 63,30
7 12,1392 204,2506 7,6200 -
8 - - - -
9 - - - -
10 10,1287 62,3340 8,3600 66,90
11 10,1218 212,2200 5,2880 46,79
12 11,0744 435,0691 4,7040 62,10
13 11,2392 208,1794 8,1467 64,00
14 12,5936 245,4296 6,6667 66,80
15 12,0944 524,3861 5,8050 63,23
16 12,0379 777,4644 4,7650 68,23
17 11,7563 1018,5819 3,8117 71,60
18 13,0836 1190,6818 2,5400 73,95
19 12,9013 1450,3520 2,8600 67,70
20 14,4517 1695,5667 3,7580 73,00
21 14,6188 1980,1387 2,0940 -
22 13,8002 2265,8522 2,0517 69,47
23 15,6344 2578,1833 2,9175 71,40
24 15,7715 2887,5582 2,4800 72,30
25 16,4120 3195,2040 2,4675 69,10
26 16,3083 3497,55489 2,6460 69,45
27 17,6074 3755,2189 2,6025 67,53
28 17,9540 3943,7375 3,4600 -
29 - - - -
30 14,2453 50,8431 - -
31 - - - -
PROM. 13,4528 1468,1127 4,3662 58,8127
Tabla Nº8: Resultados de %Pol en la Cachaza filtrada – Julio 2012
75
En la tabla Nº8 se muestran los datos relacionados con el filtro rotativo
obtenidos en el período de operación de Julio del 2012.
Esta tabla presenta los datos de porcentaje de Pol de cachaza obtenidos en este
período de operación con lo que se observa que el %Pol es bastante elevado
para los niveles ideales; esta tabla se puede apreciar mejor con el siguiente
cuadro:
Cuadro Nº2: Resultados de %Pol del Filtro Rotativo en el periodo Julio 2012
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31
Resultados Filtro Rotativo
%Pol
Promedio
76
5.2. Resultados de Filtro de Banda
Día
Filtro de Banda VACUUM PRESS
Cantidad de Lodo % Pol. Cachaza
%Hum. Presión de vacio del ventilador
Cantidad de Floculante
Flujo de agua de Imbib.
Presión de agua de Imbib.
Lechada de Cal
m3/h m3 % Tn m3/h m3 Bar m3/h m3/h
1 25,29 21640,09 1,6178 66,500 -0,013 0,9860 14122,67 2,2313 0,3586
2 22,71 22105,51 1,6040 65,900 -0,013 0,8378 14340,18 2,1254 0,3060
3 22,56 22471,60 1,7138 68,250 -0,013 1,1403 14652,21 2,2176 0,3060
4 22,83 22899,22 2,5200 66,933 -0,013 1,0579 14930,45 2,1387 0,3060
5 24,61 23363,81 1,8878 66,850 -0,013 1,2974 15201,03 2,2401 0,3589
6 21,68 23677,82 2,0617 66,550 -0,014 1,1430 15418,91 2,2137 0,3367
7 20,01 23998,88 2,3867 67,600 -0,013 0,9803 15684,94 2,1363 0,4375
8 16,99 24316,15 1,5330 67,600 -0,013 0,6471 15993,35 2,1564 0,3578
9 23,20 24718,40 1,8056 67,767 -0,013 0,7187 16285,50 2,2152 0,3322
10 27,01 25161,70 1,5625 69,400 -0,026 0,8800 16551,05 2,1875 0,4188
11 28,96 25698,20 1,6644 68,850 -0,012 1,1111 16854,80 2,1656 0,3657
12 26,35 25909,90 1,8375 70,600 -0,039 0,9000 16975,30 2,1375 0,4625
13 28,67 26580,50 1,6533 69,833 -0,021 0,9767 17358,50 1,8358 0,3820
14 30,93 27154,70 1,9550 67,900 -0,012 1,0100 17653,20 2,0619 0,3900
15 27,57 27744,46 1,8800 67,533 -0,013 0,8791 18000,60 2,2227 0,4276
16 29,58 28382,80 1,7380 65,450 -0,013 1,1555 18343,80 2,2082 0,3445
17 32,54 29092,30 1,9370 65,950 -0,013 1,1500 18713,70 2,1864 0,2745
18 22,48 29613,10 1,2317 65,030 -0,013 0,8443 19092,40 2,1117 0,2875
19 31,05 30241,10 2,1460 64,390 -0,013 1,2010 19407,10 2,103 0,2330
20 - 30241,10 2,5050 - - - 19407,10 - -
21 29,34 30769,90 2,8640 69,233 -0,014 0,9420 19707,90 1,8550 0,3160
22 25,63 31340,00 2,3173 71,000 -0,013 0,8873 20031,42 2,0050 0,3818
23 28,85 31992,80 2,9260 69,450 -0,013 1,1367 20383,60 2,2055 0,2873
24 25,34 32548,40 2,0655 72,933 0,008 0,9900 20735,70 1,8991 0,3755
25 25,90 32885,30 2,2217 70,500 0,013 0,7914 20954,80 2,0629 0,4043
26 31,80 33628,90 2,9540 69,733 -0,014 1,1920 21309,40 2,0304 0,3650
27 33,13 33902,22 2,5575 69,700 -0,013 1,2850 21410,80 2,1350 0,3250
28 32,91 34701,80 2,8933 68,667 -0,014 1,3392 21765,40 1,5517 0,404
29 35,20 35547,40 2,4627 73,100 -0,014 1,0400 22146,30 2,3867 0,3508
30 31,75 36300,90 1,9867 69,700 -0,013 0,8650 22532,00 1,9742 0,3575
PROM. 27,0645 28287,6320 2,0830 68,3759 -0,0131 1,0133 18198,8037 2,1035 0,3536
Tabla Nº9: Resultados de %Pol en la Cachaza Filtrada – Noviembre 2012
En la tabla Nº9 se muestran los datos relacionados con el filtro rotativo
obtenidos en el período de operación de Noviembre del 2012.
77
Esta tabla presenta los datos de porcentaje de Pol de cachaza obtenidos en este
período de operación con lo que se observa que el %Pol está dentro de los
niveles óptimos de operación; esta tabla se puede apreciar mejor con el
siguiente cuadro: (Se adjunta el seguimiento de estos datos en el Anexo 04)
Cuadro Nº3: Resultados de %Pol del Filtro de Banda en el periodo Julio 2012
Cuadro Nº4: Comparación de Resultados entre Filtro Rotativo y Filtro de Banda
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29
Resultados Filtro de Banda
%Pol
Promedio
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930
Filtro Rotativo vs. Filtro de Banda
Filtro Rotativo
Filtro Banda
78
5.3. Evaluación Económica de los resultados
Para conocer la rentabilidad de la operación del Filtro de Bandas debemos
conocer los siguientes datos:
- Datos:
o % de Pol de los Filtros Rotativos, 4,36 %Pol
o % de Pol de los Filtros de Bandas, 2,08 %Pol
o Toneladas de Caña diarias, 5000 Tn
o Porcentaje de Cachaza/Tn de caña, 1,5%
o Polarización de azúcar, 98,5 %Pol
o Costo de producción por bolsa de azúcar 50 kg, S/. 49,8
o Precio de venta bolsa de azúcar 50 kg, S/. 75
o Bolsas de azúcar por tonelada, 20 bolsas
Toneladas de cachaza mensual:
�#��$%ℎ. = �#��%$ñ$�($)($ ∗ �í$,-�)$%(ó# ∗ %$%ℎ. $ñ$
�#��$%ℎ$0$ = 5000�# ∗ 26�í$ ∗ 0,015
56789:;<:=: = >?@A56
Encontrando las Toneladas de azúcar en la cachaza:
�#-BC�#$%ℎ$0$D. E. = F$$��$%ℎ$0$ ∗ %�BCD. E. �#-BC�#$%ℎ$0$D. E. = 1950�# ∗ 0,0436�BC
56JKL869:;<:=:M. N. = O@, AP56QKL
�#-BC�#$%ℎ$0$D. R. = F$$��$%ℎ$0$ ∗ %�BCD. R. �#-BC�#$%ℎ$0$D. R. = 1950�# ∗ 0,0208�BC
56JKL869:;<:=:M. S. = TA, @U56QKL
79
�#-BC$%ℎ. E�%�-�)$�$ = �#-BC�#$%ℎ.D. E − �#-BC�#$%ℎ. D. R. �#-BC$%ℎ. E�%�-�)$�$ = 85,02�#�BC − 40,56�#�BC
56JKL9:;<. N8;WJ8X:7:Y = TT, TU56QKL
�#$0ú%$) = �#-BC�#$%ℎ$0$E�%�-�)$�$%�BC$0ú%$)
�#$0ú%$) = 44,46�#�BC0,985�BC
56:=ú;:X = T@, >[56
Hayamos la rentabilidad mensual del Filtro de Bandas:
E�#�. DR = �#$0ú%$) ∗ RBC$��$0ú%$)1�#$0ú%$) ∗ \�(C(�$�,-�)$�(]$
1^BC$��$0ú%$)
E�#�. DR = 44,13�# ∗ 20^BC$��$0ú%$)1�#$0ú%$) ∗ _/.75 − _/.49,8
1^BC$��$0ú%$)
N86b:cdLd7:7e86YW:LM. S. = f/. PPgT?, AO
N86b:cdLd7:7h6W:LM. S. = f/. PgP?OO, OT
5.4. Costos del Proyecto
Tablero con DCS:
ITEM QTY EQUIPO CÓDIGO VENTA UNIT
VENTA TOTAL
1 1 Bastidor de acero UR2-H 6ES7 400-
2JA00-0AA0 2941,66 2941,66
2 1 Fuente de Alimentación PS 407; 10 A
6ES7 407-0KR02-0AA0
2808,88 2808,88
3 1 CPU 417-4H 6ES7 417-
4HT14-0AB0 45705,61 45705,61
4 2 Batería tampón Tipo AA, 2,3 Ah 6ES7 971-
0BA00 37,55 75,09
5 1 MemoryCard RAM, 8 MBYTES 6ES7 952-
1AP00-0AA0 7488,98 7488,98
6 1 CP 443-1 6GK7 443-
1EX20-0XE0 7574,79 7574,79
80
7 4 CP 443-5 6GK7 443-
5DX04-0XE0 7550,60 30202,40
8 1 SIMATIC DP,BUS CONNECTOR FOR PROFIBUS DP, 90 G
6ES7972-0BA51-0XA0
150,81 150,81
9 1 SIMATIC PCS 7 AS Runtime License, 100 PO
6ES7653-2BA00-0XB5
2466,91 2466,91
10 2 SITOP SMART 120 W STABILIZED LOAD PS
6EP1333-2AA01
498,03 996,06
11 2 SIMATIC NET, SCALANCE X414-3E
6GK5414-3FC00-2AA2
9343,74 18687,48
12 5 FUENTE DE ALIMENTACIÓN PS 307, 5A
6ES7 307-1EA00-0AA0
622,54 3112,69
13 5 Modulo de Intrfaz IM 153-2 HIGH FEATURE
6ES7 153-2BA02-0XB0
1604,20 8020,99
14 6 DP / PA KOPPLER 6ES7157-
0AD82-0XA0 4088,70 24532,19
15 4 Módulo de Entradas Digitales SM 321
6ES7321-1BL00-0AA0
1886,40 7545,60
16 3 Módulo de SalidasDigitalesSM 322 6ES7322-
1BL00-0AA0 2609,52 7828,56
17 1 Módulo de Entradas Analógicas Hart SM 331
6ES7 331-7TF01-0AB0
3466,55 3466,55
18 10 BM SM/SM 6ES7 195-
7HB00-0XA0 351,89 3518,98
19 2 BM PS/IM 6ES7 195-
7HA00-0XA0 157,74 315,48
20 2 DP/PA LINK 6ES7153-
2BA82-0XB0 2017,54 4035,08
21 6 BM IM DP PA 6ES7195-
7HF80-0XA0 226,10 1356,62
22 1 Conector Profibus DP 6ES7972-
0BB60-0XA0 201,08 201,08
23 3 SIMATIC DP,BUS CONNECTOR FOR PROFIBUS DP, 90 G
6ES7972-0BA52-0XA0
150,81 452,43
24 2 Conector Profibus DP 6ES7972-
0BB52-0XA0 201,08 402,16
25 2
SIMATIC DP, RS485 RESISTOR FOR TERMINATING PROFIBUS-/MPI-NETWORKS
6ES7972-0DA00-0AA0
301,63 603,26
26 1 Perfil para "Enchufe y desenchufe", Ancho 530 mm
6ES7 195-1GF30-0XA0
201,08 201,08
81
27 5 Conector Frontal 20 polos 6ES7 392-
1AJ00-0AA0 98,38 491,89
28 1 S7-300 Rail 482 mm IR 6ES7195-
1GA00-0XA0 182,76 182,76
29 2 IE FC Outlet RJ45 6GK1 901-
1FC00 0AA0 207,41 414,82
30 40 IE FC STANDART CABLE
6XV1840-2AH10
6,77 270,80
31 4 IE TP CORD RJ45 / RJ45 6 M 6XV1870-
3QH60 117,23 468,92
32 2
Módulos FO con 2 puerto, 100 Mbits, MM491-2, 100BaseLX, conexión BFOC, FO multimodo hasta 3 km
6GK5 491-2AB00-8AA2
2055,63 4111,26
33 1 PCS7 OS CLIENT 4 MONITORES 6ES7660-
0EA02-2AD0 21752,76 21752,76
34 1 Keyboard 6ES7648-
0CB00-0YA0 308,33 308,33
35 1 SIMATIC PCS 7 AS Runtime License, 100 PO
6ES7653-2BA00-0XB5
2466,91 2466,91
36 1 SIMATIC PCS7 SOFTWARE, CLIENT V7.0
6ES7 658-2CX07-0YA5
13115,75 13115,75
37 1 SIMATIC PCS7, SFC VISUALITATION V7.0
6ES7 652-0XD07-2YB5
3659,25 3659,25
S/. 231934,82 Tabla Nº10: Costo de Tablero con DCS – Filtro de Bandas
Arrancadores
ITEM QTY EQUIPO VENTA UNIT
VENTA TOTAL
1 6 Arrancador Directo Simocode 3UF7010-1AU00-0 1494,71 8968,26
2 2 Sinamics G120 20HP 6023,38 12046,76
3 4 Sinamics G120 2HP 1661,08 6644,32
S/. 27659,34 Tabla Nº11: Costo de Arrancadores
82
Instrumentación
ITEM QTY EQUIPO VENTA UNIT
VENTA TOTAL
1 10 Transmisores de Presión Manométrica SITRANS PDS III, Marca: SIEMENS.
1144,45 11444,49
2 6 Sensor de Temperatura RTD Pt-100 307,31 1843,86
3 6 Transmisores de Temperatura SITRANS TH-400 1280,00 7680,00
4 4 Válvulas Esféricas Neumáticas Bray S93 2348,25 9392,99
5 6 Válvulas Mariposa Bray S40 2354,56 14127,36
6 10 PosicionadorElectroneumático SIPART PS2 Prof. PA 2855,93 28559,30
7 6 Sensor de Nivel Radar SITRANS LR250 5087,74 30526,44
8 6 Sensor de Caudal Electromagnético MAG3100P, Marca: SIEMENS
2324,10 13944,60
9 6 Transmisor Indicador Electromagnético MAG6000I, Marca: SIEMENS.
3383,37 20300,22
10 1 Transmisor de PH si792X P-PA 1662,87 1662,87
S/. 139482,13 Tabla Nº12: Costos de Instrumentación
Servicios de Ingeniería
Tabla Nº13: Costos de Servicios de Ingeniería
Servicios de Comisionamiento y Puesta en Marcha
Tabla Nº14: Costos de Servicios de Puesta en Marcha
PARCIAL TOTAL
4145,00 Levantamiento de información
455,00
Diseño de distribución de tablero eléctrico
910,00
Elaboración de planos eléctricos A4
1280,00
Programación de Lógica de Control 1500,00
PARCIAL TOTAL
1365,00
Prueba de señales
455,00
Prueba de comunicación
455,00
Calibración y/o parametrización equipos de campo
455,00
Pruebas del sistema con agua y con material
0,00
Soporte posterior a la puesta en marcha
0,00
TOTAL S/.5510,00
83
Resumen de Costos
Cantidad Equipo, sensor o software Total S/.
1 TABLERO CON DCS 231934,82
1 ARRANCADORES 27659,34
1 INSTRUMENTACION 139482,13
1 INGENIERIA 5510,00
404586,29
Tabla Nº15: Resumen de Costos Totales
Con los datos siguientes podemos obtener el Valor Actual Neto y la Tasa Interna
de Retorno en un periodo de 10 años:Anexo 05
Inversión Inicial S/. 404.586,29 Rentabilidad Mensual S/. 22.749,08 Rentabilidad Anual S/. 272.988,91
Tasa Interna de Retorno: 67,08%
Valor Actual Neto: S/. 965481,91
Beneficio/Costo: S/.3,39
84
CAPITULO 06
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
85
6. CAPITULO 6. Conclusiones y Recomendaciones
6.1. Conclusiones
� El diseñodel Sistema de Automatización y Supervisión del Sistema de Filtrado
por Bandas de la Empresa Agroindustrial Casagrande se logró mediante el
estudio del proceso que nos permitió mejorar los niveles de % de Pol en la torta
residual en un 90% aproximadamente e integrar la supervisión al sistema ya
existente de Casagrande.
� Se analizó y estudió la situación actual de la etapa de filtración en la empresa
obteniéndose los datos de % de Pol mostrados en la Tabla Nº8, los cuales al ser
evaluados se encontró que la filtración daba porcentajes mayoresalos deseados
(< 2.5%Pol),claro indicativo de una deficiencia de esta etapa.
� Habiéndose revisado la filosofía de control y la instrumentación necesaria para
el proceso, se configuraron todos los lazos de control PID de Nivel,
Temperatura, Presión y Flujo, además de los controles de encendido y apagado
de las bombas en manual y automático logrando gran control y visualización del
proceso en tiempo real.
� Se recogieron los datos de % de Pol del proceso de filtrado por bandas
mostrados en la Tabla Nº9, los que se evaluaron y se obtuvo una media mensual
menor de 2.5%Pol con lo que la Empresa Agroindustrial Casagrande cumple con
los niveles requeridos para el proceso.
� Evaluamos los resultados obtenidos de los Filtros Rotativos y del Filtro de
Bandas llegando a obtener una rentabilidad de la implementación del nuevo
proceso de filtración de 2.3%Pol, lo cual expresado en azúcar procesada
podemos indicar que la Empresa Agroindustrial Casagrande está recuperando
mensualmenteS/. 22.749,08 (Veintidós milsetecientos cuarenta y nueve Nuevos
Soles c/ ocho céntimos) gracias a la nueva etapa de filtración para la
recuperación de jugo.
86
6.2. Recomendaciones
� Se recomienda capacitar al personal técnico, operarios y personal de turno en el
uso adecuado del nuevo sistema de supervisión y automatización para que al
momento de una eventualidad o problema puedan manipularlo sin afectar el
proceso.
87
BIBLIOGRAFÍA
88
Bibliografía
• Hugot, E., Manual para Ingenieros Azucareros, Cía. Editorial Continental,
S.A. de C.V., México 1984.
• KatsuhikoOgata, Ingeniería de Control Moderna, Pearson Educación, S.A.,
Madrid 2003.
• CREUS ANTONIO. Instrumentación Industrial. Alfaomega Grupo Editor,
S.A. de C.V., México, 1998
• Fermín Subirós Ruiz, El Cultivo de la Caña de Azúcar, San José, C.R., Costa
Rica 2000.
Sitios Web
• Evaluación de la Inversión de Sacarosa
http://www.monografias.com/trabajos58/evaluacion-inversion-sacarosa/evaluacion-inversion-sacarosa.shtml
• Empresa Agroindustrial Casagrande http://www.grupogloria.com/casagrande.html
• Proceso de Obtención de la Caña de Azúcar http://www.monografias.com/trabajos15/cana-azucar/cana-azucar.shtml
• Método de Sintonización Ziegler-Nichols http://en.wikipedia.org/wiki/Ziegler%E2%80%93Nichols_method
• Siemens, PCS7 https://www.automation.siemens.com/mcms/process-control-systems/SiteCollectionDocuments/efiles/pcs7/pdf/78/br_pcs7_v71_es.pdf
• Technopulp, Serie VacuumPress http://www.technopulp.com.br/es/m3_equip_serie_vp.php
• AS Siemens http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=6ES74070KR020AA0&caller=view http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=6ES74174HT140AB0&caller=view http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=6GK74431EX100XE0&caller=view
89
http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=6GK74435DX020XE0&caller=view
• Transmisor de temperatura – TH400 http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=7NG32140AN00&caller=view
• Sitrans PDS III http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=7MF4234.........&caller=view
• Válvula Actuador Neumático Bray http://www.braycontrols.com/docs/instructional/SM-1004_S92_ES-93_2010-06.pdf
• PosicionadorSipart PS2 http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=6DR5522.........&caller=view
• Transmisor de Nivel LR250 http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=7ML5431.........&caller=view
• Transmisor de Flujo http://support.automation.siemens.com/WW/llisapi.dll?func=cslib.csinfo&lang=es&objid=7ME634..........&caller=view
• Trasmisor de PH http://www.hach.com/si792x-p-pa-ph-orp-transmitter-class-1-division-1-atex-zone-1-with-profibus-pa-communication/product?id=7640102340
• Manejo de la Cosecha http://www.sugarcanecrops.com/s/agronomic_practices/harvesting_management/
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ANEXOS