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Control y Monitoreo de una Potabilizadora de Agua por Medio de una Red ControlNet

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

INGENIERÍA EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

CONTROL Y MONITOREO DE UNA POTABILIZADORA

DE AGUA POR MEDIO DE UNA RED CONTROLNET

TESIS:

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE

INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN

PRESENTAN:

ESTRADA LUNA VICENTE

GUTIÉRREZ VÁZQUEZ VÍCTOR FERNANDO

ASESORES DE TESIS:

M. EN C. HUERTA GONZÁLEZ PEDRO FRANCISCO

M. EN C. ENRÍQUEZ SOBERANES MARTÍN

MÉXICO D.F., MARZO DE 2012


Ingeniería en Control y Automatización II


Ingeniería en Control y Automatización III

DEDICATORIA

A MIS PADRES: Jacqueline y Fernando: Agradezco todo el apoyo moral que me brindaron, durante esta etapa de mi vida para poder culminar mis estudios como un profesionista. A MI FAMILIA: Eugenia, Mariano y Erika: Agradezco su gran apoyo que me brindaron, para poder culminar mí camino y cumplir con mi objetivo de ser todo un profesionista. PARA EL ARQUITECTO: Juan Uriel Paramo Vázquez: Agradezco tu enseñanza que me brindaste para poder ser una persona con grandes habilidades y con esto te demuestro que ya soy un profesionista como tú. A LA PERSONA QUE ADMIRO: Zolveing Araceli Higareda Bravo: Esta tesis te la dedico porque tú me has enseñado la fortaleza para llegar al camino del éxito. Tú eres el origen de mi motivación para ser una persona optimista y talentosa, siempre seguiré tus consejos porque tú eres mi guía. Todos los retos que se me han presentado durante toda mi carrera, los he logrado cumplir ya que tú eres mi fuente de inspiración, tú me has demostrado que todo se puede realizar a pesar de las situaciones difíciles que se presentan en el camino de la superación. PARA MI MEJOR AMIGO: Enrique Solano López: Agradezco tu apoyo y tu orientación durante este tiempo que pasamos juntos durante nuestra carrera, pasamos grandes momentos e inolvidables. Espero que te sigas superando y sigue adelante con todos tus proyectos. A hora nuestro siguiente reto será estudiar la maestría. PARA MIS MAESTROS: De la carrera de Ingeniería en Control y Automatización: Agradezco las enseñanzas de mis profesores (as) sin ellos no podría llegar a cumplir con mi objetivo de obtener el conocimiento para poder ejercer en la sector laboral. A todos les agradezco su apoyo.

Gutiérrez Vázquez Víctor Fernando


Ingeniería en Control y Automatización IV

Dedico este trabajo de titulación a mis queridas hijas Aydee Biyu Estrada Rosales, Luisa Estrella Estrada Rosales y Jhoseline Ebeline Estrada Rosales.

Que con su amor, tolerancia y preocupación, siempre me dieron el aliento necesario para superar difíciles obstáculos.

¡Muchas gracias, Hijas!

AGRADECIMIENTOS.

Agradezco al Creador por la bendición de haberme permitido lograr un sueño más y terminar un ciclo importante en mi vida.

Agradezco a mi querida suegra Esther Cacique Oliva, por su apoyo incondicional, el cariño y sostén que me supo entregar.

Agradezco a mi esposa Aydee por creer en mí, por compartir mis sueños, por la ayuda y apoyo en momentos difícil, por la libertad.

Por el ánimo que me entregó para terminar este trabajo de titulación.

Agradezco a mi mamá Estela Luna Fuentes, por sus palabras de aliento, por honrarme al considerarme el orgullo familiar.

Agradezco el apoyo dado por todos y cada uno de mis profesores; en cuanto a que orientaron mis dudas y me dieron confianza en relación con el presente trabajo.

Por los que marcaron mi vida e hicieron eco en mi formación. A los que me alentaron para no desistir, considerándome un ejemplo.

Por último… Agradezco a todos quienes de alguna forma, directa o indirectamente me apoyaron o

sencillamente me honraron con su amistad durante estos años de estudios.

A todos y cada uno de ustedes, ¡gracias! Vicente Estrada Luna.


Ingeniería en Control y Automatización V

ÍNDICE

Lista de Figuras- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - VIII Lista de Tablas- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - X Introducción- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 Capitulo 1 Marco Conceptual y Metodológico- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 1.1 Objetivo General- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 1.2 Objetivos Específicos- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -2 1.3 Justificación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 1.4 Descripción del Problema- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 1.5 Propuesta- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3 1.6 Antecedentes- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 4 1.7 Marco Conceptual- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6

1.7.1 Potabilización- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -6 1.7.1.1 Captación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 6 1.7.1.2 Conducción- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7 1.7.1.3 Pre sedimentación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 1.7.1.4 Aireación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 7 1.7.1.5 Mezcla Rápida- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -7 1.7.1.6 Floculación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 1.7.1.7 Sedimentación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -8 1.7.1.8 Filtración- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8 1.7.1.9 Cloración y Envió a la Red- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9

1.7.2 Instrumentación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 1.7.3 Equipos- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -12 1.7.4 Controlador Lógico Programable- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -14 1.7.5 Interfaces- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -16

1.7.5.1 HMI- - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 1.7.5.2 Funciones del HMI- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -17

1.7.6 Metodología del Software de Monitoreo y Control- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18 1.7.6.1 Software de Monitoreo y Control Para PC- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 18 1.7.6.2 Módulos de Comunicaciones y Red- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19

1.7.7 Norma Oficial Mexicana NOM-127- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22

Capitulo 2 Descripción del Sistema de Potabilización de Agua- - - - - - - - - - - - - - - - - - 25 2.1 Estructura General de la Planta- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 25 2.2 Diagrama de Bloques- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 26

2.2.1 Influente- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27 2.2.2 Generador y Dosificación de Ozono- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 27 2.2.3 Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Trasferencia- - - - - - - - - - - - - - - - - 28 2.2.4 Filtro de Carbón- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29 2.2.5 Electrolisis Reversible- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30 2.2.6 Dosificación de Hipoclorito de Sodio- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 30 2.2.7 Red de Distribución- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -30

2.3 Ubicación y Datos de Operación de la Potabilizadora de Agua- - - - - - - - - - - - - - - - - - 30


Ingeniería en Control y Automatización VI

2.4 Capacidad de la Planta- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 31 2.5 Criterios de Diseño - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -31

Capitulo 3 Sistema de Potabilización de Agua- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -32 3.1 Selección del Proceso - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 32 3.2 Descripción General del Proceso - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 32 3.3 Diagrama de Bloques- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 33

3.3.1 Influente y Biofiltración - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 34 3.3.1.1 Instrumentación del Influente y Biofiltración - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 34 3.3.1.2 Control del Influente y Biofiltración - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 35 3.3.1.3 Entradas y Salidas del Influente y Biofiltración - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 35

3.3.2 Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Transferencia- - - - - - - - - - - - - - - - 36 3.3.2.1 Instrumentación del Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Transferencia - - - 36

3.3.2.2 Control del Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Transferencia- - - - - - - - - 37 3.3.2.3 Entradas y Salidas del Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Transferencia - - 37

3.3.3 Filtración a Presión Dual- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38 3.3.3.1 Instrumentación de la Filtración a Presión Dual- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 39 3.3.3.2 Control de la Filtración a Presión Dual- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -40 3.3.3.3 Entradas y Salidas de la Filtración a Presión Dual- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 40

3.3.4 Absorción de Carbón- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 41 3.3.4.1 Instrumentación de la Absorción de Carbón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 41 3.3.4.2 Control de la Absorción de Carbón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42 3.3.4.3 Entradas y Salidas de la Absorción de Carbón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43

3.3.5 Dosificación de la Dosificación Anti incrustante - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - 43 3.3.5.1 Instrumentación de la Dosificación del Anti incrustante - - - - - - - - - - - - - - -44 3.3.5.2 Control de la Dosificación del Anti incrustante - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 44 3.3.5.3 Entradas y Salidas de la Dosificación del Anti incrustante - - - - - - - - - - - - 44

3.3.6 Dosificación del Acido Sulfúrico - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 45 3.3.6.1 Instrumentación de la Dosificación del Acido Sulfúrico - - - - - - - - - - - - - 46 3.3.6.2 Control de la Dosificación del Acido Sulfúrico - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 46 3.3.6.3 Entradas y Salidas de la Dosificación del Acido Sulfúrico - - - - - - - - - - - - 46

3.3.7 Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - -47 3.3.7.1 Instrumentación de la Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 47 3.3.7.2 Control de la Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 48 3.3.7.3 Entradas y Salidas de la Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 48

3.3.8 Dosificación del Hipoclorito de Sodio - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 49 3.3.8.1 Instrumentación del Hipoclorito de Sodio - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50 3.3.8.2 Control del Hipoclorito de Sodio - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50 3.3.8.3 Entradas y Salidas del Hipoclorito de Sodio - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 50

3.3.9 Cárcamo Existente- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51 3.3.9.1 Instrumentación del Cárcamo Existente - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52 3.3.9.2 Control del Cárcamo Existente - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -52 3.3.9.3 Entradas y Salidas del Cárcamo Existente- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -53


Ingeniería en Control y Automatización VII

Capitulo 4 Integración del Controlador- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54 4.1 Controlador de Automatización Programable (PAC) - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54 4.2 Características de ControlNet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 55

4.2.1 Antecedentes Generales - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 56 4.2.2 Clasificación de los Componentes - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -56 4.2.3 Posicionamiento - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57 4.2.4 Características Físicas - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57 4.2.5 Características de Comunicación - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -57 4.2.6 Tipos de Conexión de Transporte - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 59 4.2.7 Características de la señal ControlNet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 59 4.2.8 Medio Físico - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -59

4.2.8.1 Cable - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60 4.2.8.2 Conectores- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60 4.2.8.3 Conector BNC- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60

4.3 Arquitectura de Control para el sistema de Potabilización de Agua - - - - - - - - - - - - - - 61 4.3.1 Características de elementos Utilizados- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 70 4.3.2 Datos Técnicos Flex I/O- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -71 4.3.3 Adaptadores ControlNet de Comunicación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 72 4.3.4 Módulos de Combinación Analógica- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -72 4.3.4 Módulos de Combinación Digital - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -72

4.4 Panel View Plus 1000- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- -- - - - - 74 4.4.1 Especificaciones de Pantalla Panel View Plus 1000- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 75

4.5 Por qué Red ContolNet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 76 Capitulo 5 Conclusiones- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 78 5.1 Costos del Proyecto - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - 78 5.2 Beneficios - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -80 5.3 Conclusiones - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 81 5.4 Recomendaciones a Trabajos Futuros Anexos Bibliografía Glosario


Ingeniería en Control y Automatización VIII

LISTA DE FIGURAS

Figura 1.1 Proceso de Potabilización de Agua- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -6 Figura 1.2 Funcionamiento Interno del Transmisor de Flujo- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 9 Figura 1.3 Transmisor de Nivel Ultrasónico- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 Figura 1.4 Sensor de Nivel Tipo Flotador- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10 Figura 1.5 Sensor de Nivel Tipo Capacitivo- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 Figura 1.6 Manómetro- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11 Figura 1.7 Soplador de Tornillo- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -14 Figura 1.8 Diagrama de Bloques del Controlador Lógico Programable- - - - - - - - - - - - - - 14 Figura 1.9 Estructura del PLC- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -16 Figura 1.10 Sistema de Comunicación HMI- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16 Figura 1.11 Estructura General del Software del HMI- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19 Figura 1.12 Bus de 2 Hilos RS-485- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 21 Figura 1.13 Bus de 4 Hilos RS-485- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 22 Figura 2.1 Diagrama de Bloques del Proceso de Potabilización de Agua- - - - - - - - - - - - - - 26 Figura 2.2 Diagrama de Conducción de Agua Cruda- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -27 Figura 2.3 Diagrama de Generación y Dosificasen de Ozono- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28 Figura 2.4 Diagrama de Tanque de Contacto de Ozono y Bombeo- - - - - - - - - - - - - - - - - 28 Figura 3.1 Diagrama de Bloques del Proceso Rehabilitado de Potabilización de Agua- - - - - 33 Figura 3.2 DTI del Influente y Biofiltración- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 34 Figura 3.3 Diagrama de Bloques del Influente y Biofiltración - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -35 Figura 3.4 DTI del Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Trasferencia- - - - - - - - - - 36 Figura 3.5 Diagrama de Bloques del Tanque del Contacto de Ozono y Bombas de Trasferencia - - - 37 Figura 3.6 DTI de la Filtración a Presión Dual- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38 Figura 3.7 Diagrama de Bloques de la Filtración a Presión Dual- - - - - - - - - - - - - - - - - - 40 Figura 3.8 DTI de la Absorción de Carbón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 41 Figura 3.9 Diagrama de Bloques de la Absorción de Carbón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 42 Figura 3.10 DTI de la Dosificación del Anti incrustante- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 43 Figura 3.11 Diagrama de Bloques de la Dosificación del Anti incrustante - - - - - - - - - - - - 44 Figura 3.13 DTI de la Dosificación del Acido Sulfúrico - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 45 Figura 3.14 Diagrama de Bloques de la Dosificación del Acido Sulfúrico- - - - - - - - - - - - 46 Figura 3.15 DTI de la Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 47 Figura 3.16 Diagrama de Bloques de la Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 48 Figura 3.17 DTI del Dosificación de Hipoclorito de Sodio - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 49 Figura 3.18 Diagrama de Bloques de la Dosificación de Hipoclorito de Sodio - - - - - - - - - 50 Figura 3.19 DTI del Cárcamo Existente - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 51 Figura 3.20 Diagrama de Bloques de la Dosificación del Cárcamo Existente - - - - - - - - - - 52


Ingeniería en Control y Automatización IX

Figura 4.1 Sistema Control Logix Sencillo - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 55 Figura 4.2 Sistema Control Logix Gateway - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 55 Figura 4.3 Componentes de la Red ControlNet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 56 Figura 4.4 Arquitectura Netlinx - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57 Figura 4.5 Características del ControlNet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 57 Figura 4.6 Señal ControlNet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 59 Figura 4.7 Cable Coaxial RG-6 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60 Figura 4.8 Panel de Conexión Estándar - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60 Figura 4.9 Conector BNC- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60 Figura 4.10 Estructura Delimitada del Proceso- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -61 Figura 4.11 Conexión de Biofiltración y Tanque de Contacto de Ozono - - - - - - - - - - - - - 62 Figura 4.12 Conexión de los Filtros a Presión Dual - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 62 Figura 4.13 Conexión de la Adsorción de Carbón - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 63 Figura 4.14 Conexión de la Dosificación del Anti incrustante - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 65 Figura 4.15 Conexión de la Dosificación de Acido Sulfúrico - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 66 Figura 4.16 Conexión de la Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 67 Figura 4.17 Conexión de la Dosificación de Hipoclorito de Sodio - - - - - - - - - - - - - - - - 68 Figura 4.18 Conexión del Cárcamo Existente - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -68 Figura 4.19 Estructura del Control y Monitoreo- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -70 Figura 4.20 Terminales Panel View Plus 1000 puerto BUS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -74 Figura 4.21 Características de las terminales - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 74


Ingeniería en Control y Automatización X

LISTA DE TABLAS

Tabla 1.1 Límites Permisibles de Características Bacteriológicas- - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23 Tabla 1.2 Límites Permisibles de Características Físicas y Organolépticas- - - - - - - - - - - - - 23 Tabla 1.3 Límites Permisibles de Características Radiactivas- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23 Tabla 1.4 Límites Permisibles de Algunas Características Físicas y Químicas del Agua- - - - 24 Tabla 2.1 Ubicación y Datos de Operación- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - 30 Tabla 2.2 Criterios de Diseño- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - 31 Tabla 3.1 Entradas y Salidas para el Control del Influente y la Biofiltración- - - - - - - - - - - -35 Tabla 3.2 Niveles en el Tanque de Contacto de Ozono - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -37 Tabla 3.3 Entradas y Salidas para el Control del Tanque de Contacto de Ozono - - - - - - - - -37 Tabla 3.4 Entradas y Salidas para el Control de la Filtración a Presión Dual - - - - - - - - - - - 40 Tabla 3.5 Entradas y Salidas para el Control de la Adsorción de Carbón - - - - - - - - - - - - - 43 Tabla 3.6 Entradas y Salidas para el Control de la Dosificación del Anti incrustante - - - - - 44 Tabla 3.7 Entradas y Salidas para el Control de la Dosificación del Acido Sulfúrico- - - - - - 46 Tabla 3.8 Entradas y Salidas para el Control de la Osmosis Inversa - - - - - - - - - - - - - - - - - 48 Tabla 3.9 Entradas y Salidas para el Control de la Dosificación del hipoclorito de sodio- - - -50 Tabla 3.10 Entradas y Salidas para el Control del Cárcamo Existente - - - - - - - - - - - - - - - 53 Tabla 4.1 Características Principales de la Red ContolNet - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 58 Tabla 4.2 Componentes Auxiliares- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 70 Tabla 4.3 Sistema Control Logix- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- 71 Tabla 4.4 Requisitos de Energía Eléctrica- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 71 Tabla 4.5 Adaptador 1794-ACNR15- - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 72 Tabla 4.6 Modulo de Entradas y Salidas Analógicas - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 72 Tabla 4.7 Modulo de Entradas y Salidas Digitales - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - 73 Tabla 4.8 Pantalla Panel View Plus 1000 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 75 Tabla 4.9 Comparación de los Instrumentos de Control - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 75 Tabla 5.1 Costos del Equipo- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 78


Ingeniería en Control y Automatización 1

INTRODUCCIÓN

Se considera agua potable, al agua incolora, insípida e inodora, que contiene oxígeno y sales disueltas en una concentración adecuada; está libre de gérmenes patógenos y sustancias tóxicas que ponen en peligro la salud. La calidad del agua se establece de acuerdo a la cantidad de microorganismos presentes, sus propiedades físicas y químicas tales como turbiedad, pH, color, olor, presencia de metales, la cantidad admisible de tales sustancias se puede encontrar en la NOM-127-SSA1-1994 [1].

El objetivo básico del diseño de una planta potabilizadora de agua es la de integrar, de manera más económica, los procesos y operaciones de tratamiento para que, cuando sea operada adecuadamente, pueda proveer sin interrupción el caudal del diseño y satisfacer los requerimientos de calidad del agua potable. Por lo tanto, la planta potabilizadora debe tener la máxima confiablidad y flexibilidad, mínima operación y mantenimiento, y solamente los controles e instrumentación indispensables [2]. En el presente trabajo, se presentara la propuesta del desarrollo de una red de control para un proceso empleado en una potabilizadora de agua por medio de una red ControlNet, con la intención de realizar rutinas de filtración y lavado de los equipos, así como el envió de alertas y mensajes hacia el personal que opera la planta para que realice mantenimientos preventivos, y paros programados. Para ello el control automático que se implementará en éste proceso contará con los siguientes equipos: Tableros de control, distribuidos en las diferentes etapas de filtración, El tablero de control contará con PAC, que realizará rutinas de control, una pantalla táctil HMI, para la operación de los equipos, la red de comunicación ControlNet para el envió y recepción de datos. La tesis se encuentra estructurada en cinco capítulos: En el capítulo 1, la justificación del trabajo de investigación, el objetivo general del trabajo y los objetivos específicos. También se presenta el marco conceptual describiendo los conceptos relacionados con Potabilización de Agua, Instrumentación, PAC, y HMI. En el capítulo 2, se describe el proceso actual de la planta potabilizadora de agua que es de vital interés para la tesis con la intención de lograr enmarcar el presente trabajo. En el capítulo 3, se describe cómo se desarrolla el sistema de potabilización de agua, la selección del proceso, los diagramas de bloques, lazos de control y las etapas de control. En el capítulo 4, se referente a la integración del controlador, el controlador de automatización, y la red ControlNet. En el capítulo 5, se presentaran las conclusiones, y las recomendaciones a trabajos futuros.



CAPÍTULO 1 MARCO CONCEPTUAL Y METODOLÓGICO

En este trabajo se describen los objetivos generales y específicos así como su justificación, la cual se sustenta en alcanzar los estándares de calidad requeridos en la norma de agua potable NOM-127-SSA1-1994[1]. También se hace mención de los antecedentes, comparativas con otras plantas potabilizadoras de características similares en la actualidad. Se enunciarán las características y propiedades que debe tener el agua, para que sea potable y las etapas básicas de tratamiento. Así como su funcionamiento de los equipos e instrumentos utilizados en la planta para su control. Serán abordados los conceptos básicos para la automatización tales como PLC’s [3], HMI [4], y redes de comunicación que utilizan los dispositivos de control. 1.1 OBJETIVO GENERAL Propuesta de rehabilitación y modernización del sistema de control de la planta potabilizadora de agua Iztapalapa, Purísima 5 [5], en la que los instrumentos y dispositivos de control serán enlazados por medio de una red ControlNet para poder visualizar el proceso mediante una HMI. 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS. � Seleccionar las unidades de proceso (instrumentación) necesarios para cumplir con la

calidad de agua potable de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-179-SSA1-1994.

� Llevar a cabo la propuesta para la implementación y rehabilitación de cada uno de los sistemas para que cumplan con los requerimientos de calidad establecidos.

� Seleccionar el Controlador de Automatización Programable (PAC) con base a las entradas y salidas requeridas del proceso.

� Diseñar la red de gestión de la planta de tratamiento de agua.

� Propuesta de una HMI PanelView para el monitoreo del proceso.



1.3 JUSTIFICACIÓN El crecimiento de la población en la Ciudad de México en los últimos años ha provocado que las fuentes de abastecimiento de agua potable sean insuficientes para proporcionar la cantidad y calidad de agua que demanda la gente. Las fuentes de abastecimiento se resumen solo en extracción del acuífero, el problema no es aun solucionado ya que el agua contiene compuestos que no cumplen con lo establecido por la normatividad correspondiente, por ésta razón se han implementado diversos tratamientos en diferentes plantas para potabilización de dicha extracción. Las plantas potabilizadoras desafortunadamente tienen una capacidad de diseño determinada, ésta se ve rebasada en algunas ocasiones, tal es el caso de la planta de tratamiento de agua Iztapalapa Purísima 5[5], se ha observado que desde sus inicios de operación de la planta de tratamiento de agua ha sido modificada su calidad solo hasta el año 2008, como ejemplo en el año 2000 la cantidad de sodio reportado fue de 246 mg/l y en el 2008 fue de 493 mg/l, aunado a los problemas de calidad, se hace necesario mencionar que las causas de las fallas en la planta de tratamiento de agua, se debe a la falta de mantenimiento, fallas estructurales, problemas operativos y desatención en el sentido global. En las restricciones de la calidad de agua potable en el sistema hidráulico de la Ciudad de México, se plantea la necesidad de preservar, conservar y mejorar la calidad del agua potable de acuerdo a la normatividad correspondiente. A fin de todo esto se determinó que el proceso más eficiente de factibilidad económica es el de biofiltración, ozonación, filtración a presión, torres de absorción, ósmosis inversa y desinfección. 1.4 DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA El tratamiento que se lleva cabo en la actualidad del agua, no cumple con las características y normas de calidad del agua para su consumo humano. 1.5 PROPUESTA Para mejorar el sistema de potabilización de agua se propone implementar un nuevo sistema de control con la idea de obtener resultados óptimos en la calidad del agua, al igual para cumplir con la Norma Oficial Mexicana NOM-179-SSA1-1994; por ello se sugiere la implementación del monitoreo de cada una de las etapas del proceso de tratamiento de agua, con el objetivo de llevar un mejor control en el proceso y poder visualizar los problemas que ocurran en la planta. El monitoreo se llevará a cabo por medio de una red de comunicación ControlNet, para enlazar los dispositivos de control y poder trasmitir la información hacia una Interfaz Hombre Maquina, que servirá para notificar las alertas dentro del proceso y poder resolver el problema en el instante en que se esté presentando.



1.6 ANTECEDENTES Planta Potabilizadora Brawley [6]. En la Ciudad de Brawley, California, posee y opera una planta potabilizadora cuyo sistema de distribución de agua potable fue construido hace más de 70 años. Estos administraban como fondo de empresa pública en el cual el costo del servicio se cubre principalmente mediante el cobro de una tarifa fija a los usuarios. La antigua planta tenía una capacidad nominal de 701 l/s, pero solamente producía 525 l/s debido a las limitaciones del equipo y del diseño hidráulico. Los procesos de potabilización utilizados por la planta no cumplieron con los nuevos reglamentos y normas de salud del Estado de California. Por lo tanto, el departamento de servicios de salud del estado de California ordeno modernizar o reemplazar su planta de potabilización. Por otra parte, la red de distribución tiene problemas debido a la corrosión de la tubería de hierro forjado, lo cual ha ocasionado una importante disminución en la capacidad de la tubería y excesivas pérdidas de presión, que resulta una reducción en la capacidad para entregar agua dentro de la Ciudad, así como interrupciones en el servicio. Planta Potabilizadora Ozone Ecological Equipments [7]. El deterioro continuo en la Ciudad de los acuíferos, que abastecen de agua potable a las grandes ciudades, ha obligado a las autoridades y gobiernos a construir plantas potabilizadoras a pie de pozo, con el fin de suministrar agua potable a la ciudadanía con características para el consumo humano.

Con la puesta en marcha de sus plantas potabilizadoras garantiza que el agua será aceptada por los consumidores y demás; no causará riesgo alguno para su salud. Permitiendo conocer las características Fisicoquímico, Biológicas del agua, de tal manera que están cumplan con los valores establecidos por la secretaria de Salud y la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994. Algunas de sus plantas de tratamiento de agua en la Ciudad de México son: � Planta potabilizadora en Santa Catarina. (500 l/s) � Planta potabilizadora en Agrícola Oriental. ( 198 l/s) � Planta potabilizadora en Santa Cruz Meyehualco. (120 l/s) � Planta potabilizadora La purísima en Iztapalapa 4. (60l/s) � Proyecto Veneagua Enelgen. (168 l/s)



Planta Potabilizadora Cuale [8]. La planta potabilizadora Cuale, data en el año 1986, año en que la Ciudad de Puerto Vallarta contaba con una población estimada del orden de 85, 000 habitantes y constituía en ese entonces con 18 pozos, la fuente de abastecimiento de agua potable de la comunidad, alimentándose a la vez de las aguas superficiales del rio Cuale, lugar en donde todavía se encuentra ubicada y en operación. Esta planta, actualmente contribuye con un 18% del total de la producción de agua que se suministra para el uso y consumo de la localidad, equivalente a 150 litros por segundo.

Para la potabilización del agua cruda proveniente del rio se utilizan las siguientes etapas:

� Tratamiento preliminar a base de rejillas operado por puertas neumáticas, localizados a

la entrada cuya función primordial es la retención de sólidos gruesos y arenas que el rio arrastra.

� Bombeo dotado de tres equipos de donde se impulsa el agua cruda hacia el nivel más alto de la planta, para que posteriormente pueda conducirse esta por gravedad a las etapas subsecuentes.

� Canal de cribado y dosificación de productos Químicos (Carbono de Sodio, Poli

cloruro de aluminio y polímeros para aglutinar y separar las partículas minúsculas que la masa de agua trae en suspensión y facilitar posteriormente su precipitación.

� Clarificador de flujo ascendente en el que sedimentarse las partículas anteriormente

aglutinadas se obtiene agua clara en su superficie sin turbidez, conduciéndose enseguida a los filtros automáticos.

� Filtros automáticos de grava, arena silica y antracita para la eliminación final de

sólidos suspendidos he impurezas que no hubieran sido removidos en ninguna de las etapas anteriores.

� Desinfección en un tanque de contacto durante 16 minutos, para garantizar la completa

eliminación de bacterias presentes y asegurar que el agua así potabilizada conserve sus propiedades durante todo el trayecto en las redes de distribución hasta su entrega al usuario en su propio domicilio.



1.7 MARCO CONCEPTUAL El marco conceptual de esta tesis está conformada por los temas de: Potabilización de Agua, Instrumentación, Equipos, Controladores Lógicos Programables, Interfaz Hombre Maquina, redes de comunicación y la Norma Oficial Mexicana NOM-127. 1.7.1 POTABILIZACIÓN [2] Se denomina agua potable, al agua usada para el consumo humano; y sus principales características son: ser incolora, inodora e insípida, así como también debe contener oxígeno y sales disueltas en su concentración apropiada, y estar libre de gérmenes patógenos y sustancias tóxicas. Sin embargo el agua cruda [9], la cual proviene de los mantos acuíferos, pozos y lagos no poseen estas características. Por eso es necesario que se lleve un proceso de potabilización. Este proceso de potabilización se define como: conjunto de operaciones y procesos físicos, químicos y biológicos que se aplican al agua, a fin de mejorar su calidad y hacerla apta para su uso y consumo, es decir, que no contiene contaminantes. En la figura 1.1 se muestra el diagrama de bloques del proceso de potabilización de agua.

Figura 1.1 Proceso de Potabilización de Agua.

1.7.1.1 CAPTACIÓN [2] La captación de aguas superficiales se realiza por medio de tomas de agua que se hacen en los ríos o diques. El agua proveniente de ríos está expuesta a la incorporación de materiales y microorganismos requiriendo un proceso más complejo para su tratamiento. La turbiedad [10], el contenido mineral y el grado de contaminación varían según la época del año. La captación de aguas subterráneas se efectúa por medio de pozos de bombeo o perforaciones.

Captación Conducción Pre sedimentación Aireación

Filtración Sedimentación Floculación Coagulación

Desinfección Salida a la Red



1.7.1.2 CONDUCCIÓN [2] Desde la toma del río hasta los pre-sedimentadores, el agua se conduce por medio de acueductos o canales abiertos. 1.7.1.3 PRE-SEDIMENTACIÓN [2] Esta etapa se realiza en piletas preparadas para retener los sólidos sediméntales (arenas), los sólidos pesados caen al fondo. En su interior las piletas pueden contener placas para tener un mayor contacto con estas partículas. El agua pasa a otra etapa por desborde. 1.7.1.4 AIREACIÓN [2] La aireación [11], es el proceso mediante al cual el agua esta puesta en contacto intimo con el aire con el propósito de modificar las concentraciones de sustancias volátiles contenidas en ella. Las funciones más importantes de la aireación son: � Remover gases como metano, cloro y amoniaco.

� Oxidar hierro y manganeso.

� Remover compuestos orgánicos volátiles.

� Remover sustancias volátiles productoras de olores y sabores.

� Transferir oxigeno al liquido.

La aireación cumple el objetivo de potabilizar el agua mediante el arrastre o barrido de las sustancias volátiles causado por la mezcla turbulenta del agua con el aire y por el proceso de oxidación de los metales y gases. 1.7.1.5 MEZCLA RÁPIDA [2] La mezcla rápida [12] es una operación empleada en el tratamiento del agua con el fin dispersar diferentes sustancias químicas y gases. En plantas potabilizadoras de agua, el mezclador rápido tiene generalmente el propósito de dispersar rápidamente y uniformemente el coagulante [13] a través de toda la masa o flujo del agua. La mezcla rápida puede efectuarse mediante turbulencia provocada por medios hidráulicos o mecánicos, tales como vertedores rectangulares, tuberías de succión de bombas, mezcladores mecánicos en línea, rejillas difusoras, chorros químicos y tanques con equipo de mezcla rápida.



En los mezcladores hidráulicos la mezcla es ejecutada como resultado de turbulencia que existe en el régimen de flujo, en los mecánicos la mezcla es inducida a través de impulsores rotatorios de tipo hélice o turbina. 1.7.1.6 FLOCULACIÓN [2] Es el proceso por el cual una vez desestabilizados los coloides [14], se provee una mezcla suave de las partículas para incrementar la tasa de encuentros o colisiones entre ellas sin romper o disturbar los agregados preformados. La floculación [15] es influenciada por fuerzas químicas y físicas tales como la carga eléctrica de las partículas, la capacidad de intercambio, el tamaño y la concentración del floculo, el pH, la temperatura del agua y la concentración de los electrolitos. En la floculación, una vez introducido y mezclado el coagulante, las partículas diminutas coaguladas son puestas en contacto una con otra y con las demás partículas presentes, mediante agitación lenta prolongada, durante la cual las partículas se aglomeran, incrementan su tamaño y adquieren mayor densidad. La mezcla lenta para la floculación puede efectuarse mecánicamente, usando rotores de paletas o hidráulicamente, como resultado del movimiento del agua. 1.7.1.7 SEDIMENTACIÓN [2] Operación por la cual se remueven las partículas solidas de una suspensión mediante la fuerza de gravedad; en algunos casos se denomina clarificación o espesamiento. La sedimentación después de la adición de coagulantes y de la floculación se usa para remover los sólidos sedimentables que han sido producidos por el tratamiento químico, como en el caso de remoción de color y turbiedad o en el ablandamiento con cal. 1.7.1.8 FILTRACIÓN [2] Para lograr la clarificación se usa la filtración a través de medios porosos; generalmente dichos medios son arena y antracita. En la planta de purificación la filtración remueve el material suspendido, medido en la práctica como turbiedad, compuesto de floculo, suelo, metales oxidados y microorganismos. La remoción de microorganismos es de gran importancia puesto que muchos de ellos son extremadamente resistentes a la desinfección y, sin embargo, son removibles mediante filtración. El propósito principal de la filtración es remover turbiedad e impedir la interferencia de la turbiedad con la desinfección; al proveer protección a los microorganismos de la acción del desinfectante.



1.7.1.9 CLORACIÓN Y ENVIÓ A LA RED [16] Etapa final en el proceso de tratamiento de agua, la cual tiene por objetivo eliminar la mayoría de las bacterias remanentes en el efluente siendo el cloro y los compuestos del cloro como hipoclorito de calcio y de sodio, los cuales proporcionan una seguridad en el trayecto del agua potable a su destino final. Esta reacción se lleva a cabo en un tanque de contacto de cloro o por medio de dispositivos que permitan homogenizar la reacción. 1.7.2 INSTRUMENTACIÓN [17] La instrumentación es el conjunto de elementos de medición que se emplean para poder obtener valores o datos de las variables físicas y analíticas que se deseen conocer de nuestro proceso, Algunas variables físicas y analíticas son la Presión, Temperatura, Nivel, Flujo, pH, turbiedad etc. Instrumentos de Medición de Variables Físicas. � Transmisor de Flujo.

� Sensor de Nivel Tipo Ultrasónico.

� Sensor de Nivel Tipo Flotador.

� Sensor de Nivel Tipo Capacitivo.

� Manómetro.

� Analizador de Turbiedad.

El principio de funcionamiento del Transmisor de Flujo se basa en el principio de operación de la ley de Faraday; es decir que cuando un material conductor (un fluido) se mueve en ángulo recto a través de un campo magnético, que induce un voltaje, el cual es proporcional a la intensidad del campo magnético y a la velocidad del fluido. Si la intensidad del campo magnético es constante, entonces el voltaje únicamente es proporcional a la velocidad del fluido; a demás, la velocidad que se mide es la velocidad promedio, y por lo tanto, este sensor se puede utilizar para regímenes: laminar, transición y turbulento. En la figura 1.2 se muestra el funcionamiento interno del transmisor de flujo.

Figura 1.2 Funcionamiento Interno del Transmisor de Flujo.


Ingeniería en Control y Automatización

El Sensor de Nivel Tipo Ultrasónico impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque. El transmisor trabaja a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierta reflexión, y las ondas se reflejan en la superficie del sólido o lí

El Sensor de Nivel del Tipo Flotadorconectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica. El flotador está unido por un cable, que se desliza por un juego de poleas aque señala sobre una escala graduada el nivel del líquido. Tiene el inconveniente de que sus partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el tanque no puede estar sometido a presión. En la figura 1.4 se muestra nivel.

El Sensor de Nivel Tipo Capacitivoelectrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido. En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone del líquido, del gas superior y de las conexiones superiores. En fluidos conductores, con una conductividad mínima de 100 aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades dimensionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.



Tipo Ultrasónico es un instrumento que se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.

El transmisor trabaja a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierta reflejan en la superficie del sólido o líquido presente en el tanque.

Figura 1.3 Transmisor de Nivel Ultrasónico.

Sensor de Nivel del Tipo Flotador consiste de un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede ser directa, magnética o hidráulica.

El flotador está unido por un cable, que se desliza por un juego de poleas aque señala sobre una escala graduada el nivel del líquido.

Tiene el inconveniente de que sus partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el tanque no puede estar sometido a presión. En la figura 1.4 se muestra

Figura 1.4 Sensor de Nivel Tipo Flotador.

Sensor de Nivel Tipo Capacitivo mide la capacidad del condensador formado por un electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende

el nivel del líquido.

En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se compone del líquido, del gas superior y de las conexiones superiores.

En fluidos conductores, con una conductividad mínima de 100 micro - ohaislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades dimensionales entre el material aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.


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es un instrumento que se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco depende del nivel del tanque.

El transmisor trabaja a una frecuencia de unos 20 KHz. Estas ondas atraviesan con cierta quido presente en el tanque.

consiste de un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior del tanque indicando directamente el nivel. La conexión puede ser

El flotador está unido por un cable, que se desliza por un juego de poleas a un índice exterior,

Tiene el inconveniente de que sus partes móviles están expuestas al fluido y pueden romperse, además el tanque no puede estar sometido a presión. En la figura 1.4 se muestra el sensor de

mide la capacidad del condensador formado por un electrodo sumergido en el líquido y las paredes del tanque. La capacidad del conjunto depende

En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad total del sistema se

ohmio, el electrodo está aislado usualmente con teflón interviniendo las capacidades dimensionales entre el material



El circuito electrónico consiste en un puente de capacidades que alimenta el electrodo a una frecuencia elevada, lo cual disminuye la reactancia capacitiva. En la figura 1.5 se muestra el sensor de nivel tipo capacitivo.

Figura 1.5 Sensor de Nivel tipo Capacitivo.

El manómetro es un instrumento que indica la cantidad de presión que existe en el proceso. El funcionamiento interno del manómetro se basa mediante un tubo de Bourdon de sección elíptica, que forma un anillo casi completo, y está cerrado por un extremo. Al aumentar la presión en el interior del tubo, este tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. En la figura 1.6 se muestra las partes internas del manómetro.

Figura 1.6 Manómetro.

El Analizador de Turbiedad se emplea para analizar la transparencia de una muestra de agua debida a la presencia de partículas extrañas. Estas partículas pueden ser plancton, microorganismos, barro etc. La turbiedad se expresa en unidades arbitrarias determinadas empíricamente con un turbidimetro, el cual consiste de un tubo graduado que descansa en un soporte de vidrio en cuya parte inferior se encuentra una vela encendida. La turbidez puede medirse en forma continua de dos formas:

• Luz Reflejada.

• Luz Absorbida.

Luz Reflejada: Una lámpara incandescente emite un rayo de luz a un sistema de lentes el cual se enfoca en la muestra de agua. Una célula fotoeléctrica capta la luz reflejada por las



partículas en suspensión generando una corriente proporcional a la concentración de sólidos en suspensión. Luz absorbida: La luz y la célula están situadas una enfrente de la otra, estas están separadas por la columna de agua. La célula mide la absorción de la luz por los sólidos en suspensión. 1.7.3 EQUIPOS [18] La instrumentación de la planta está constituida por diferentes instrumentos y equipos encargados de monitorear y controlar el proceso en tiempo real. Los instrumentos y equipos se encargan de mantener las variables, dentro de las condiciones de operación adecuadas, asegurando la operación correcta, reduciendo riesgos de operación y evitando el desgaste del equipo empleado durante el proceso. � Bombas Centrífugas.

� Sopladores de aire.

Las Bombas Centrífugas se clasifican en tres tipos diferentes:

• Embolo Alternativo.

• Embolo Rotativo.

• Roto dinámicas. Embolo Alternativo: Consiste en un pistón que tiene un movimiento de vaivén dentro de un cilindro. Embolo Rotativo: Generan presión por medio de engranes o rotores muy ajustados que impulsan periféricamente al liquido dentro de la carcasa cerrada. Roto dinámicas: Su nombre se debe a un elemento rotativo, llamado rodete, que comunica la velocidad al líquido y genera presión. Existen 2 tipos de Bombas Roto dinámicas las cuales se agrupan en:

� Centrífugas. � De columna.

Centrífugas: Son del tipo más comercial de bombas roto dinámicas, y se denomina así porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la acción centrifuga. Pueden estar proyectadas para impulsar caudales tan pequeños como 1 gal/min, o tan grandes como 4, 000.00 gal/min, mientras que la cota generada puede variar desde algunos pies hasta 400. El rendimiento de las de mayor capacidad puede llagar al 90%. De Columna: Son del tipo múltiple, con montaje vertical y diseñada especialmente para la elevación del agua en perforaciones angostas, pozos profundos o pozos de drenaje. Resultan



adecuadas para perforaciones de un diámetro tan pequeño como 6 pulgadas, y para mayores diámetros son capaces de elevar cantidades de agua superiores a un millón de galones por hora, desde profundidades de hasta 1,000 pies. Sopladores de aire Son dispositivos mecánicos que consisten en aspas móviles, que tiene la función de forzar la circulación del aire a través de un tubo venturi, que es una reducción que causa un incremento en la presión del aire que se mueve a través del mismo. Los sopladores más comerciales utilizados a nivel industrial son:

• Soplador Alternativo o de Embolo.

• Sopladores de Paletas Deslizantes.

• Sopladores de Lóbulos. (Roots)

• Sopladores de Tornillo.

Soplador Alternativo o de embolo: Su funcionamiento consiste en el principio adiabático mediante el cual se introduce gas, en un cilindro por las válvulas de entrada, se retiene y se comprime en el cilindro una vez que es comprimido sale por las válvulas de descarga, en contra de la presión de descarga. Soplador de Paletas Deslizantes: Este tipo de Sopladores consiste básicamente de una cavidad cilíndrica dentro de la cual tiene un rotor con ranuras profundas, unas paletas rectangulares que se deslizan libremente. Cuando el motor gira produce una fuerza centrífuga que empuja las paletas en contra de la pared del cilindro. Cuando el gas entra es atrapado entre los espacios que formas las paletas y la pared de la cavidad cilíndrica es comprimida al disminuir el volumen de los espacios durante la rotación. Soplador de Lóbulos (Roots): Este tipo de soplador por lo general tiene dos o tres lóbulos que están conectados mediante engranes exteriores. El gas que entra al soplador queda atrapado entre los lóbulos y la carcasa, con el movimiento de los rotores de la maquina, por donde sale el gas no puede regresarse debido al estrecho juego que existe entre los lóbulos que se desplazan por el lado interno. Sopladores de Tornillo: La comprensión por rotores paralelos puede producirse también en el sentido axial con el uso de lóbulos en forma de espira. Acoplando dos rotores de este tipo, uno convexo y otro cóncavo al hacerlos girar en sentido opuesto se logra desplazar el gas paralelamente a los ejes, para que el gas se comprima por medio de los lóbulos y la carcasa.



1.7.4 CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE El controlador lógico programable es un dispositivo electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones especificas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a(ON/OFF) o analógicos (0-1.8 se muestra el diagrama de bloques del Controlador Lógico Programable.

Figura 1.8

La estructura básica del PLC es la siguiente: � Fuente de alimentación.� CPU. � Modulo de entrada. � Modulo de salida. � Terminal de programación.� Periféricos.

Respecto a su disposición externa, los PLC’s pueden contener varias de estas secciones en un mismo modulo o cada una de ellas separadas por diferentes Los módulos pueden ser compactos o modulares. La Fuente de Alimentacióntensión de voltaje de corriente continuatrabajo en los circuitos electrónicos.

Entradas



Figura 1.7 Soplador de Tornillo.

CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE [19]

El controlador lógico programable es un dispositivo electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar

ones especificas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/ salida digitales

-5 VCD, 4-20mA) varios tipos de maquinas o procesos1.8 se muestra el diagrama de bloques del Controlador Lógico Programable.

Diagrama de Bloques del Controlador Lógico Programable.

La estructura básica del PLC es la siguiente:

Fuente de alimentación.

Terminal de programación.

Respecto a su disposición externa, los PLC’s pueden contener varias de estas secciones en un mismo modulo o cada una de ellas separadas por diferentes módulos.

Los módulos pueden ser compactos o modulares.

limentación es la encargada de convertir la tensión de la red, 220 VCA a baja voltaje de corriente continua normalmente 24 VCC. Siendo esta la tensión de

uitos electrónicos.

Programa


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El controlador lógico programable es un dispositivo electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar

ones especificas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo vés de módulos de entrada/ salida digitales

pos de maquinas o procesos, En la figura 1.8 se muestra el diagrama de bloques del Controlador Lógico Programable.

Diagrama de Bloques del Controlador Lógico Programable.

Respecto a su disposición externa, los PLC’s pueden contener varias de estas secciones en un

es la encargada de convertir la tensión de la red, 220 VCA a baja . Siendo esta la tensión de

Salidas



La Unidad Central de Procesos (CPU) es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga de recibir las ordenes, del operario por medio de la consola de programación y el modulo de entradas. Posteriormente se procesa para enviar respuestas al modulo de salidas. El Modulo de Entradas es donde se conectan los dispositivos de entrada tales como captores (interruptores, finales de carrera, sensores, pulsadores) La información recibida en el, es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo a la programación residente. Los Captores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, por medio de una acción mecánica. Estos son los interruptores pulsadores, finales de carrera, etc. Los Captores Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. En este caso los tipos de captores son sensores inductivos, capacitivos, fotoeléctricos etc. Muchos de estos captores pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del PLC. El Modulo de Salidas del PLC es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de relevadores, lámparas, motores, válvulas etc.). La información es enviada por las entradas de la CPU, una vez procesada se envía al modulo de salidas para que estas sean activadas y mandar las señales a los dispositivos de salida. Las salidas pueden ser de dos tipos:

• Modulo de Salida a Relevador: Son usados en circuitos de corriente continua y alterna. Están basados en la conmutación mecánica que es accionado por la bobina del relevador.

• Modulo de Salida a Transistor: Se utilizan en circuitos de corriente continua

que necesiten ser maniobras de conmutación muy rápida.

La terminal de programación o consola de programación es el que permite comunicar al operario con el sistema. Las funciones básicas de este son las siguientes: � Transferencia y modificación de programas.

� Verificación de la programación.

� Información del funcionamiento de los procesos.

Los periféricos son elementos auxiliares que están físicamente independientes del controlador que se unen al mismo para realizar su función específica, no intervienen directamente en la elaboración, ni en la ejecución del programa. Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del PLC, pero sin embargo facilitan la labor del operario. Los más utilizados son:



� Grabadoras o cassettes.

� Impresoras. � Cartuchos de memoria EEPROM.

1.7.5 INTERFACES Son circuitos que permiten la comunicación de la CPU con el exterior, llevando la información acerca del estado de las entradas y transmitiendo las órdenes de activación de las salidas con un enlace del tipo RS-232 o RS-485, cable coaxial de 75 ohm y efectúan la comunicación mediante el código ASCII [19]. Así mismo permite la introducción, verificación y depuración del programa mediante la consola de programación. En la figura 1.9 se muestra el esquema de la estructura del PLC conectado a la interface.

Figura 1.9 Estructura del PLC. 1.7.5.1 HMI [20] La sigla HMI es la abreviación en ingles Human Machine Interface, la cual hace referencia al termino Interfaz Hombre Maquina. Los sistemas HMI podemos pensarlos como una “ventana de un proceso”. Esta ventana puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora. En la figura 1.10 se muestra el esquema del sistema HMI. Los sistemas HMI en computadoras se les conoce también como software HMI o de monitoreo y control de supervisión. Las señales del proceso son conducidas al HMI por medio de dispositivos como

C A P T A D O R E S

SECCIÓN DE

ENTRADA

UNIDAD DE

ALIMENTACIÓN

CPU

PERIFÉRICOS

SECCIÓN DE

SALIDA

A C T U A D O R E S

INTERFACES



tarjetas de entrada/salida en la computadora, PLC’s, y DRIVER’s [21] todos estos dispositivos deben tener una comunicación.

Figura 1.10 Sistema de Comunicación HMI.

1.7.5.2 FUNCIONES DEL HMI Las funciones del HMI son las siguientes: � Monitoreo. � Supervisión. � Alarma. � Control. � Históricos.

El Monitoreo es para observar la obtención de datos de la planta en tiempo real. Los datos se pueden mostrar mediante números, texto o gráficos que permitan una lectura más fácil de interpretar para el operador del sistema de la planta. La Supervisión junto con el monitoreo permite la posibilidad de ajustar las condiciones de trabajo del proceso directamente desde la computadora. Las Alarmas indican los eventos excepcionales dentro del proceso. Las alarmas son dispositivos que están basadas en límites de control preestablecidos para su accionamiento.

Software de Supervisión

(HMI)

PLC

Tarjeta I/O

de PC

Señal de Campo

Señal de Campo



El Control tiene la capacidad de aplicar algoritmos [22] que ajustan los valores del proceso y así mantener los valores dentro de ciertos límites. Esto va mas allá de la supervisión, removiendo la necesidad de la interacción humana. Sin embargo la aplicación de esta función desde un software corriendo en una PC puede quedar limitada por la confiabilidad que quiera obtenerse del sistema. Los Históricos tienen la capacidad de muestrear y almacenar en archivos los datos del proceso a una determinada frecuencia. El almacenamiento de datos es una poderosa herramienta para la optimización y corrección de procesos. 1.7.6 METODOLOGÍA DEL SOFTWARE DE MONITOREO Y CONTROL La metodología del sistema de monitoreo y control es la de: � Permitir una comunicación con dispositivos de campo [23].

� Actualizar una base de datos [24] con las variables del proceso.

� Visualizar las variables mediante pantallas con objetos animados.

� Permiten que el operador pueda enviar señales al proceso, mediante botones,

controles, ajustes continuos con el mouse o teclado.

� Monitorear niveles de alarma para observar que las variables no excedan los límites normales de operación.

� Almacenar los valores de las variables para el análisis estadístico.

� Controlar en forma limitada ciertas variables de proceso.

1.7.6.1 SOFTWARE DE MONITOREO Y CONTROL PARA PC Los lenguajes de programación más empleados son el Visual, Visual C++ o Visual Basic. Estos lenguajes se utilizan para desarrollar el software HMI a medida del usuario. Una vez generado el software, el usuario no tiene posibilidad de re-programarlo. Las características del software de monitoreo y control son las de:

� Facilitar tareas de diseño. � Incorporaran protocolos [25] para comunicarse con los dispositivos de campo � Tienen herramientas para crear bases de datos que permiten crear y animar pantallas

en forma sencilla. � Incluyen gran cantidad de librería de objetos para representar dispositivos de uso en

la industria tales como: motores, tanques, indicadores e interruptores.



En la figura 1.11 se muestra la estructura general del software del HMI.

Figura 1.11 Estructura General del Software del HMI.

El software HMI está compuesto por un conjunto de programas y archivos. Existen programas para configuración y diseño del sistema. En la figura 1.11 se muestra cómo funcionan algunos de los programas y archivos más importantes. Los rectángulos de la figura 1.11, representan programas y las elipses representan archivos. Los programas que están con recuadro simple representan programas de diseño o configuración del sistema; los que tienen doble recuadro representan programas que son la HMI. Con los programas de diseño, como el “editor de pantallas” se crean moldes de pantalla para visualización de datos del proceso. Estos moldes son guardados en archivos “archivo de pantalla” y almacenan la forma en cómo serán visualizados los datos en las pantallas. 1.7.6.2 MÓDULOS DE COMUNICACIONES Y RED [21] La mayoría de las aplicaciones de hoy en día ya no pueden considerarse como aplicaciones aisladas en el proceso global, más aun, es necesario supervisar y monitorear las distintas variables que intervienen en el proceso. Generalmente para la visualización o monitoreo de variables en un PLC, se puede observar por una pantalla de diálogo hombre maquina o por la comunicación hacia un computador personal con software dedicado al desarrollo local o software de supervisión gráfica comercial. Cualquiera de las alternativas elegidas, requiere de interfaces de comunicaciones apropiadas para el establecimiento de la comunicación.

Editor de

Pantalla

Editor Base

de Datos

Archivo de

Pantalla

Interfaz Hombre (Pantalla, Teclado, Mouse)

Actualización

Base de Datos

Driver Interfaz Maquina

Driver Interfaz Maquina

Archivo Base de Datos



Una de las alternativas para esto, es la incorporación de módulos de comunicaciones individuales para obtener una comunicación punto a punto, multipunto o para la integración a una red de computadores. El módulo de comunicación usual es el Módulo de Comunicación Asíncrona. Este módulo está destinado a la comunicación del PLC con dispositivos periféricos que puedan soportar un enlace de comunicaciones de tipo serial. Los cuales se dividen en dos categorías.

� Módulo de Comunicación Asíncrona Punto a Punto RS-232

� Módulos de Comunicación Multipunto. El Módulo de Comunicación Asíncrona Punto a Punto RS-232, podemos comunicarnos con cualquier dispositivo que soporte la norma RS-232, tales como: Computadoras personales, pantallas de dialogo, PLC´s, impresoras seriales etc. Este tipo de comunicación se caracteriza por estar diseñado para enlaces de tipo punto a punto y a distancias relativamente pequeñas, generalmente para un máximo de 18 m, los para- metros que caracterizan este tipo de comunicaciones son: Velocidad, Paridad [26], Bits de Datos, Bits de Paridad, Distancia y Control de Flujo. Cuando se requieren velocidades mayores, es posible aumentar la distancia mediante dispositivos especiales denominados LAN-DRIVERS. Estos permiten alcanzar distancias de varios Kilómetros a razones de transferencia máxima de 9600 bps. El Módulo de Comunicación Multipunto se caracteriza por soportar la conexión de varias estaciones de trabajo en un esquema Maestro-Esclavo. Las velocidades de transferencia son muy elevadas, 1 Mbps, y las distancias abarcadas son cercanas a 1 Kilometro, de las cuales se distinguen en dos tipos:

• RS-422

• RS-485 RS-422: Es una interfaz multipunto que puede soportar hasta 32 estaciones con una velocidad de transferencia de 1 Mbps, hasta una distancia de aproximadamente de 1 Kilometro en 2 o 4 hilos (Half-Duplez, Full-Dúplex). Permite la conexión unidireccional de hasta 10 receptores en un transmisor. RS-485: Es una interfaz mejorada a la RS-422 en una versión Half-duplex (2 hilos) que tiene un mejor performance en sus características eléctricas. La interfaz RS-485 ha sido desarrollada analógicamente a la interfaz RS-422, para la transmisión en serie de datos de alta velocidad a grandes distancias y encuentra una creciente aplicación en el sector industrial. Está concebida como sistema Bus bidireccional con hasta 32 participantes.



La interfaz es bidireccional en el half dúplex multipuerto (Bidireccional Alternado). La longitud máxima del cable es de 400Ft (1200m) y la velocidad de transmisión es de 10 Mbps. Físicamente puede instalarse el sistema a 2 hilos o a 4 hilos.

� Bus de 2 Hilos RS-485 � Bus de 4 hilos RS-485

Bus de 2 Hilos RS-485: Se compone según el bosquejo inferior del cable propio de bus con una longitud máxima de 500m. Los participantes se conectan al cable a través de una línea adaptadora de 5 metros de longitud. La ventaja de la técnica de 2 hilos reside esencialmente en la capacidad multimaster, en donde cualquier participante puede cambiar datos en principio con cualquier otro. El bus de 2 hilos es básicamente apto solo semiduplex, es decir puesto que solo hay a disposición una vía de transmisión, siempre puede enviar datos un solo participante. Solo después de finalizar el envió, pueden responder otros participantes. La aplicación más conocida basada en la técnica de 2 hilos en Profibus.

Figura 1.12 Bus de 2 Hilos RS-485. Bus de 4 Hilos RS-485: La técnica de 4 Hilos usada por ejemplo por el bus de medición DIN (DIN 66 348) solo puede ser usada por aplicaciones Máster/Slave. Con forme al bosquejo se cablea las salidas de datos del maestro a las entradas de datos de todos los servidores. Las salidas de datos de los Servidores están concebidas conjuntamente en la entrada de datos maestro.



Figura 1.13 Bus de 4 Hilos RS-485.

Existen dos Módulos Básicos de red los cuales son: � Módulos de Red Propietarias.

� Módulos de Red Comerciales.

Los Módulos de Red Propietarias, son módulos de comunicaciones destinados a la comunicación de PLC de una marca en particular, no están regidos por ninguna norma internacional y son diseñados por el fabricante para sus propios dispositivos. Los Módulos de Red Comerciales, son módulos de comunicaciones con normas internacionales que incorporan los fabricantes de PLC para la integración de sus propios sistemas como también para la integración con sistemas de redes comerciales y de otros fabricantes. 1.7.7 NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-127 [27] Esta Norma Oficial Mexicana establece los límites permisibles de calidad y los tratamientos de potabilización del agua para uso y consumo humano, que deben cumplir los sistemas de abastecimiento públicos y privados o cualquier persona física o moral que la distribuya, en todo el territorio nacional. El agua debe cumplir con la Norma Oficial Mexicana NOM-127 que establece los parámetros permisibles del agua para el consumo humano. Una vez cumplido lo anterior las personas físicas o morales que se dediquen al proceso de potabilización de agua deberán seguir las especificaciones sanitarias del agua.



Los resultados de los exámenes bacteriológicos se deben reportar en unidades de NMP/100 ml (número más probable por 100 ml), si se utiliza la técnica del número más probable o UFC/100 ml (unidades formadoras de colonias por 100 ml), si se utiliza la técnica de filtración por membrana.

Tabla 1.1 Límites permisibles de características bacteriológicas.

Características. Límite permitido Organismos coliformes totales 2 NMP/100 ml

2 UFC/100 ml Organismos coliformes fecales No detectable NMP/100 ml

Cero UFC/100 ml

� Características físicas y organolépticas deberán ajustarse a lo establecido.

Tabla 1.2 Límites permisibles de características físicas y organolépticas.

características Límite permisible. Color 20 unidades de color verdadero en la escala de platino-cobalto. Olor y sabor Agradable (se aceptarán aquellos que sean tolerables para la mayoría de los consumidores,

siempre que no sean resultados de condiciones objetables desde el punto de vista biológico o químico

� Límites permisibles de características químicas.

El contenido de constituyentes químicos deberá ajustarse a lo establecido. Los límites se expresan en mg/l, excepto cuando se indique otra unidad.

Los límites permisibles de metales se refieren a su concentración total en el agua, la cual incluye los suspendidos y los disueltos. � Límites permisibles de características radiactivas.

El contenido de constituyentes radiactivos deberá ajustarse a lo establecido en la Tabla 1.3. Los límites se expresan en Bq/l (Becquerel por litro).

Tabla 1.3 Límites permisibles de características radiactivas.

Características Limite permisible Radiactividad alfa global 0.1 Radiactividad beta global 0.1



� Normatividad.

El producto objeto de esta norma, además de cumplir con lo establecido en el Reglamento, debe ajustarse a las siguientes disposiciones: La fuente de abastecimiento de agua debe sujetarse a las disposiciones establecidas en el Reglamento. En las plantas potabilizadoras de agua se deben llevar registros de las pruebas efectuadas a la materia prima (agua), producto en proceso, mantenimiento sanitario del equipo por un año a disposición de la autoridad sanitaria.

Las especificaciones establecidas se indican en la tabla 1.4

Tabla 1.4 Límites permisibles de algunas características físicas y químicas del agua.

Parámetros Nom-127 Ibwa Nom-041 Fda Alcalinidad total 300 ppm 300 ppm Cloro residual 0.2-1.5 ppm 0.10 ppm Cloruros 250 ppm 250 ppm 250 ppm 250 ppm Color 20 ucv 5 ucv 15 ucv 15 ucv Dureza total 500 ppm 200 ppm Hierro (Fe) 0.3 ppm 0.30 ppm Turbiedad 5 utn 5 utn 5 utn 5 utn Sólidos disueltos totales 1000 ppm 500 ppm 500 ppm 500 ppm SAAM 0.5 ppm 0.50 ppm Sulfatos 400 ppm 250 ppm 250 ppm 250 ppm PH 6.5-8.5 6.5-8.5 6.5-8.5 NA Zinc 5 ppm 5 ppm 3.0 ppm 5 ppm



CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA El crecimiento de la población en la Ciudad de México en los últimos años ha provocado que las fuentes de abastecimiento de agua potable sean insuficientes para proporcionar la cantidad y calidad que demanda la gente. Las fuentes de abastecimiento dentro de la delegación Iztapalapa se resumen solo en extracción del acuífero [28], pero el problema no es solucionado ya que esta agua contiene compuestos que no cumplen con lo establecido por la normatividad correspondiente, por lo que se han implementado diversos tratamientos en diferentes plantas para la potabilización de dicha extracción. Las plantas potabilizadoras desafortunadamente tienen una capacidad de diseño y esta se ve rebasada en algunas ocasiones, como es el caso de la planta potabilizadora Iztapalapa Purísima 5 en la cual se ha observado en sus históricos de calidad como se ha ido modificando su calidad desde cuando empezó a operar la planta hasta el año 2008 como un ejemplo tenemos la cantidad de sodio reportado en el año 2000 era de 246mg/l y en el año 2008 fue de 493mg/l aunado a los problemas de calidad es necesario mencionar que las causas de las fallas en la planta se deben a la falta de mantenimiento, fallas estructurales, problemas operativos y desatención en un sentido global. En las restricciones de la calidad de agua potable en el sistema hidráulico de la Ciudad de México, planteaban la necesidad de preservar y mejorar la calidad del agua potable de acuerdo a la normatividad correspondiente. 2.1 ESTRUCTURA GENERAL DE LA PLANTA [29] La planta potabilizadora de agua tiene la capacidad para tratar un caudal de 60 l/s y está integrada por el siguiente tren de tratamiento. � Influente. � Generador de ozono. � Dosificación de Ozono. � Tanque de contacto de ozono. � Bombas de Trasferencia. � Filtro de carbón. � Electrolisis Reversible. � Desinfección. � Red de distribución.



2.2 DIAGRAMA DE BLOQUES A continuación en la figura 2.1 se muestra en el diagrama de bloques del proceso de potabilización de agua.

Figura 2.1 Diagrama de Bloques del Proceso de Potabilización de Agua.

INFLUENTE

TANQUE DE CONTACTO DE

OZONO

BOMBAS DE

TRANSFERENCIA

FILTRO DE CARBÓN

ELECTROLISIS REVERSIBLE

DESINFECCIÓN

RED DE DISTRIBUCIÓN

GENERADOR DE

OZONO

DOSIFICACIÓN DE OZONO



2.2.1 INFLUENTE El influente [30] proviene del pozo el cual se encuentra dentro de la planta, caracterizándose por presencia de turbiedad, color, demanda química de oxígeno, sólidos disueltos totales, nitrógeno amoniacal, sodio y ácido sulfúrico como principales contaminantes. El proceso de tratamiento inicia con el sistema de cascadas de oxidación natural, donde se elimina fierro y parte de sulfuros contenidos en el agua cruda.

Figura 2.2 Diagrama de Conducción de Agua Cruda.

2.2.2 GENERADOR Y DOSIFICACIÓN DE OZONO Un módulo generador de ozono en forma de tubo, con un sistema de enfriamiento cerrado, probado a 10 bar; los electrodos y la cubierta están construidos en acero inoxidable; los colectores están construidos de vidrio especial, a base de boro silicato con lo cual el material dialéctico es más resistente al calor, así mismo, también está construido bajo un ambiente libre de electricidad.

Una unidad de fuerza que consiste de un transformador de alto voltaje con sello especial, para generar corriente alterna. El voltaje primario pasa por una columna o reóstato con seis marcos conectados al transformador. La producción del ozono en modo manual, se puede efectuar únicamente variando el voltaje primario. El objetivo de este proceso es oxidar el hierro, manganeso, color y la de disminuir la demanda Química de oxígeno, la oxidación de los metales es atribuida a los radicales OH que se forman cuando el ozono se combina con el agua, estos metales se precipitan como óxido de fierro o manganeso. La demanda química de oxígeno es transformada por los mismos radicales OH hasta C02 la remoción de color es atribuida a oxidación de la materia orgánica que está contenida en el agua, esto puede ser muy complejo sin embargo los radicales OH tienen la capacidad de precipitar dicha materia.



Figura 2.3 Diagrama de Generación y Dosificación de Ozono. 2.2.3 TANQUE DE CONTACTO DE OZONO Y BOMBAS DE TRANSFERENCIA La mezcla de gas ozono con el agua del pozo se realiza tomando un bypass de la línea de alimentación, previo al ozonador y por medio de un inyector se adiciona la mezcla de ozono-oxígeno a una presión de 2 bares y esta es almacenada en un tanque, para que posteriormente sea bombeada y llevada a un filtro de carbón.

Figura 2.4 Diagrama de Tanque de Contacto de Ozono y Bombeo.



2.2.4 FILTRO DE CARBÓN La filtración es un proceso en el cual las partículas sólidas que se encuentran en el agua y se separan mediante un medio filtrante, o filtro, que permite el paso del fluido a través de él para retener las partículas solidas. Están formados por tanques o cisternas que tiene en su parte inferior una rejilla o falso fondo, sobre él hay una capa de arena o grava de igual tamaño. La filtración a gravedad es una etapa donde se remueve la mayor parte del de las formas insolubles del fierro. 2.2.5 ELECTROLISIS REVERSIBLE La electrolisis es un proceso de separación electroquímico en el cual los iones son transferidos a través de membranas de una solución menos concentrada a otra de mayor concentración, como resultado de una corriente eléctrica continua. Las membranas utilizadas para la desmineralización por electrólisis son las siguientes: � Membranas Catiónicas.

� Membranas Catiónicas Gruesas.

� Membranas Aniónicas.

� Membranas Amónicas.

� Espaciadores.

La Membrana Catiónica es esencialmente una resina cambiadora de cationes, fabricada en forma de lámina con un espesor de aproximado de 0.5 mm. Las tres propiedades básicas de las membranas catiónicas son: Esencialmente impermeables al agua bajo presión, eléctricamente conductora y solo transfiere cationes y rechaza a los aniones.

La Membrana Catiónica Gruesa, tiene todas las propiedades de la membrana catiónica normal, pero está hecho con un espesor dos veces el de la normal con miras a resistir mayores presiones diferenciales. Esta membrana es utilizada en el compartimento de electrodo y como membrana inter etapa. La Membrana Aniónica es, esencialmente una resina cambiadora de iones fabricada en forma de lámina con un espesor aproximado de 0.5mm. Las tres propiedades básicas de las membranas amónicas son: Esencialmente impermeables al agua bajo presión, eléctricamente conductora y transfiere solo los aniones y rechaza los cationes.



Las Membranas Amónicas tienen la misma forma, orificio de colectores y tamaño que la membrana catiónica. Las dos membranas pueden distinguirse visualmente por el color. La membrana catiónica es de color ámbar, mientras que la membrana aniónica tiene color blanquecino. Los Espaciadores están formados de dos hojas de polietileno de baja densidad, con los orificios que forman los colectores alineados con los colectores de las membranas. Cuando una pila de membranas es montada correctamente, los orificios de los colectores en las membranas y espaciadores, forman tubos verticales en la pila. El agua entra en un espaciador entre dos membranas por los caminos del flujo que están conectados con los orificios colectores de salida. Existen dos tipos de orificios cortes colectores en el espaciador, que canalizan selectivamente el flujo de agua entre las membranas para formar dos corrientes separadas de concentrado y desmineralizado.

2.2.6 DOSIFICACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO El proceso de desinfección está conformado por bombas dosificadoras las cuales incrementan o decrementan la velocidad con la cual se dosifica el hipoclorito de sodio al agua, para garantizar una concentración de cloro residual constante a lo largo de la red. La dosificación de hipoclorito de sodio está en función de la cantidad de agua que sale de la planta potabilizadora. 2.2.7 RED DE DISTRIBUCIÓN Una vez que el agua fue tratada por los diferentes medios de filtración, ésta es acumulada en cisternas y posteriormente es enviada a la red de de distribución para el consumo de la gente. 2.3 UBICACIÓN Y DATOS DE OPERACIÓN DE LA POTABILIZA DORA DE AGUA En la tabla 2.1 se muestra la ubicación y datos de operación.

Tabla 2.1 Ubicación y Datos de Operación.

Localización de la Planta. México, D.F. Sitio Sector 4, Región Sur, Delegación Iztapalapa.

Datos Climáticos Fundamentales

Temperatura Máxima Extrema. 33°C Temperatura Mínima Extrema: 5°C Temperatura Promedio Anual: 30°C

Altura Sobre el Nivel del Mar 2270 m

Presión Barométrica 585 m Bar



2.4 CAPACIDAD DE LA PLANTA La capacidad de la planta está definida por: � Flujo instantáneo normal, 60 l/s. � Flujo máximo de diseño 66 l/s.

2.5 CRITERIOS DE DISEÑO El sistema está dimensionado basándose en los siguientes criterios se muestran en la tabla 2.2.

Tabla 2.2 Criterios de Diseño.

Criterios. Factor de Planta 8760 h/año 1.0 Presión del Agua Influente 1.2 Kg/cm2

Temperatura del Agua Influente 18 °C Presión Requerida del Agua Efluente >1.2 Kg/cm2 Instalación Exterior Presión de Aire de Instrumentos 7.03 Kg/cm2

Punto de Rocío del Aire de Instrumentos -40 °C Temperatura del Aire de Instrumentos 21°C Voltaje de Motores ½-200 HP 3F 440 V Voltaje de Motores < ½ HP 1F 12V Sistema de Recubrimiento Anticorrosivo Por Especificaciones Carcasa de Motores TCCV



CAPÍTULO 3 SISTEMA DE POTABILIZACIÓN DE AGUA La potabilización de agua es un proceso en el cual se lleva a cabo la eliminación de los sólidos suspendidos, aglomeración, decantación de los coloides y desinfección de organismos patógenos mediante la coagulación, el ablandamiento, la eliminación de hierro y manganeso, la eliminación de olor y sabor, la sedimentación, la filtración, el control de corrosión, la evaporación y la desinfección, todo ello realizado en las estaciones de tratamiento de agua potable. La potabilización tiene por objetivo hacer el agua apta para su consumo.

El trabajo de modernización, y actualización tecnológica de las planta potabilizadora consiste en la implementación de nuevas etapas de proceso para el tratamiento de agua llevando a cabo el monitoreo de las potabilizadora de agua mediante un HMI, e implementar el control mediante una red ControlNet. 3.1 SELECCIÓN DEL PROCESO La selección de los procesos fue basada en el Sistema de Agua de la Ciudad de México proporcionando los términos de referencia, e Ingeniería Especializa del Medio Ambiente, se respalda con criterios de diseño y memorias de cálculo. Las nuevas etapas del proceso para la mejora del sistema de tratamiento de agua son las siguientes: � Biofiltración � Filtración a Presión Dual � Absorción de Carbón Activado Granular � Dosificación de Anti Incrustante � Dosificación de Acido Sulfúrico � Osmosis Inversa � Cárcamo Existente

3.2 DESCRIPCIÓN GENERAL DEL PROCESO El agua es extraída del pozo mediante una bomba centrifuga que a su vez envía el agua a la etapa de biofiltración en donde se le retira el ácido sulfúrico y el nitrato amoniacal. El agua al salir de la biofiltración es depositada por gravedad en un tanque de contacto de ozono en donde se lleva a cabo la oxidación por ozono para eliminar el oxígeno en el agua, al término de la etapa de contacto de ozono, el agua es bombeada hacia los filtros a presión, en esta parte se le retiran sólidos suspendidos mediante arena silica y zeolita. Después de la filtración el líquido es enviado por gravedad hacia los tanques de absorción en donde el agua reacciona con el carbón activado para eliminar rastros de olor. En la siguiente etapa del proceso el agua pasa por una etapa donde se le dosifica un anti incrustante y ácido sulfúrico. Al termino de la reacción el agua es enviada hacia la parte de osmosis inversa, en esta etapa se le retiran todos



los minerales existentes, por último el agua se pasa a la etapa de desinfección para que el agua sea de consumo humano, finalmente el agua es llevada a un cárcamo existente donde es almacenada para su envió a la red de distribución. 3.3 DIAGRAMA DE BLOQUES A continuación en la figura 3.1 se muestra el diagrama de bloques con la propuesta de rehabilitación del proceso de potabilización de agua.

Figura 3.1 Diagrama de Bloques del Proceso Rehabilitado de Potabilización de Agua.

INFLUENTE

TANQUE DE CONTACTO DE

OZONO

BOMBAS DE TRANSFERENCIA

ABSORCIÓN DE CARBÓN

OSMOSIS INVERSA

DOSIFICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO

RED DE DISTRIBUCIÓN

GENERADOR DE

OZONO

DOSIFICACIÓN DE OZONO

BIOFILTRACIÓN

FILTRACIÓN A PRESIÓN DUAL

DOSIFICACIÓN DE HIPOCLORITO DE SODIO

DOSIFICACIÓN DE ANTI INCRUSTANTE

CÁRCAMO EXISTENTE



3.3.1 INFLUENTE Y BIOFILTRACIÓN El agua es extraída del pozo mediante una bomba centrífuga de 150 hp, la cual opera las 24 horas del día con un flujo constante de 60 litros por segundo, para llevarla a la etapa de Biofiltración. El biofiltro opera a contra corriente, por la parte superior se introduce agua del pozo que se extrae de la bomba centrífuga, mientras que el aire es inyectado por la parte inferior mediante un soplador que tiene una potencia de 25hp, la cual genera las separación de pequeñas partículas.

Figura 3.2 DTI del Influente y Biofiltración.

3.3.1.1 INSTRUMENTACIÓN DEL INFLUENTE Y BIOFILTRACI ÓN En la entrada del proceso se medirá el flujo mediante un sensor tipo propela que cuenta con un transmisor indicador que envía una señal analógica al PAC que transmite los datos para monitorear el comportamiento del influente (Indicador, totalizador y registrador) en el tablero local (HMI). Así mismo, contará con tres transmisores de análisis para la parte del influente, que medirán el PH, Turbidez y Nitrógeno amoniacal (NH3), se enviaran las señales al PAC que transmite los datos para monitorear el comportamiento del influente (Indicador y registrador) en el tablero local (HMI).



Posteriormente se controlará la velocidad del soplador del biofiltro de manera automática o manual, a través de la pantalla del operador, donde por medio de un selector se podrá establecer el modo manual para modificar su velocidad y su estado (on/off), para obtener el flujo de aire deseado (Figura 3.2). 3.3.1.2 CONTROL DEL INFLUENTE Y BIOFILTRACIÓN Se propone un lazo de control abierto para la inyección constante de flujo de aire en el biofiltro, que podría ser manipulada por el operador mediante el tablero de control local. Para ello se utilizará un controlador de velocidad que envía una señal al motor del soplador para modificar la velocidad de operación. El controlador de velocidad recibe una señal digital del PAC que se encuentra en el centro de control de motores (CCM), el PAC está comunicado al tablero de control local en donde se podría manipular la velocidad de operación del soplador (Figura 3.3).

Figura 3.3 Diagrama de Bloques del Influente y Biofiltración.

3.3.1.3 ENTRADAS Y SALIDAS DEL INFLUENTE Y BIOFILTR ACIÓN Las señales de entrada y salida de los instrumentos que se emplean en el proceso de Influente y Biofiltración se muestran en la tabla 3.1

Tabla 3.1 Entradas y Salidas para el Control del Influente y Biofiltración.

Instrumento Señal Tipo de Señal Rango de operación Cantidad Transmisor de Flujo Entrada Analógica 4-20Ma 1 Transmisor de PH Entrada Analógica 4-20Ma 1 Transmisor de Turbidez Entrada Analógica 4-20mA 1 Transmisor de Nitrógeno Amoniacal Entrada Analógica 4-20Ma 1

Controlador Indicador de Velocidad Salida Digital 24VCD 1



3.3.2 TANQUE DE CONTACTO DE OZONO Y BOMBAS DE TRASFERENCIA

El agua proveniente del proceso de biofiltración se envía por gravedad al tanque de contacto de ozono, que tiene un tiempo de contacto de 7 minutos aproximadamente. El agua ozonada pasa por medio de una ventana a otra sección del tanque para ser almacenada y posteriormente bombeada a la siguiente etapa del proceso (ver figura 3.4).

Figura 3.4 DTI del Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Trasferencia.

3.3.2.1 INSTRUMENTACIÓN DEL TANQUE DE CONTACTO DE O ZONO Y BOMBAS DE TRASFERENCIA

Una vez que el agua ha sido ozonada en el tanque de contacto (TCO-300), pasará por una ventana a la sección de almacenamiento, en donde se medirá el nivel por medio de un transmisor ultrasónico que envía una señal analógica de 4-20 mA al PAC que se encuentra en la estación local de operación. Cuenta con un indicador de velocidad para cada bomba. Además se controlara su velocidad y estado (on/off) de manera automática o manual a través de la pantalla del operador por medio de un selector virtual.

Si hay suficiente nivel de agua en el tanque de bombeo de acuerdo a la lectura del elemento de nivel, se envía una alarma nivel alto para activar los motores de las bombas centrifugas, si en algún momento dejara de fluir agua hacia el tanque de contacto de ozono y el nivel de agua en el tanque disminuyera, el elemento de nivel a través del transmisor enviará una alarma de nivel bajo, el cual apagará los motores de las bombas centrífugas (ver figura 3.4).

La frecuencia de los motores de las bombas centrífugas es controlada por la lectura del elemento de nivel y por el punto de operación establecido en la configuración del sistema.

La bomba primaria trabajará de manera continua para mantener el nivel óptimo del tanque, la bomba secundaria entrará en función cuando el nivel sobrepase el límite establecido. La bomba secundaria también funcionará como relevo (ver tabla 3.2).



Tabla 3.2 Niveles en Tanque de Contacto de Ozono.

Nivel Valor Altura

Nivel Máximo 100% 5.10 m

Nivel para encender la segunda bomba 90% 4.59 m

Nivel de alarma alto 83% 4.23 m Nivel para apagar la segunda bomba 78% 4.00 m Nivel de seguridad 40% 2.04 m Nivel de alarma bajo 10% 0.51 m Nivel para apagar la primera bomba 6% 0.31 m

3.3.2.2 CONTROL DEL TANQUE DE CONTACTO DE OZONO Y BOMBAS DE TRASFERENCIA

Se propone un lazo de control cerrado para mantener el nivel de agua ozonada en el tanque de contacto que se envía a los filtros a presión, mediante el cual se utilizaran dos bombas centrífugas de las cuales una trabajará de manera constante dentro de los parámetros establecidos, (figura 3.5). La segunda bomba entrará en operación cuando el nivel en el tanque sobrepase el nivel de seguridad, además de operar como relevo (véase Tabla 3.2).

Figura 3.5 Diagrama de Bloques del Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Trasferencia.

3.3.2.3 ENTRADAS Y SALIDAS DEL TANQUE DE CONTACTO DE OZONO Y BOMBAS DE TRASFERENCIA

En la etapa de oxidación por ozono se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la tabla 3.3

Tabla 3.3 Entradas y Salidas para el Control del Tanque de Contacto de Ozono y Bombas de Trasferencia.

Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad

Transmisor de Nivel Entrada Analógica 4-20mA 1

Controlador Indicador de Velocidad Salida Analógica 4-20 mA 2



3.3.3 FILTRACIÓN A PRESIÓN DUAL

Las bombas centrífugas proveen el flujo de agua necesario a los filtros a presión. Hay 4 filtros a presión organizados en 2 torres de filtros dobles. Cada filtro a presión operara con un flujo de 15 litros por segundo. El agua filtrada pasara a la siguiente etapa del proceso que es la absorción (ver figura 3.6).

Figura 3.6 DTI de la Filtración a Presión Dual



3.3.3.1 INSTRUMENTACIÓN DE LA FILTRACIÓN A PRESIÓN DUAL Cada filtro a presión contará con una válvula de alimentación y una de retrolavado, ambas válvulas son de tipo mariposa con actuador eléctrico. Tendrán dos modos de operación, manual y automático. Se colocará un transmisor de presión diferencial por cada filtro a presión para determinar cuando sea necesario realizar un retrolavado en el equipo por medio de un indicador y una alarma por alta presión. De igual manera se contarán con indicadores de presión ubicados en campo en las líneas de alimentación hacia los filtros. Las válvulas de alimentación hacia los filtros deberán estar configuradas como “normalmente abiertas”. Las válvulas de retrolavado de los filtros a presión deberán estar configuradas como “normalmente cerradas”. El ControlLogix accionará de una a una el cambio de estado de las válvulas de mariposa con actuador eléctrico. � Rutina de inicio de filtración.

El ControlLogix verificará que el tanque de contacto de ozono tenga suficiente nivel de agua para comenzar el filtrado. Las válvulas de retrolavado de cada torre de filtros a presión se cerraran y posteriormente las válvulas de alimentación de cada torre de filtros a presión se abrirán. � Control de retrolavado.

De acuerdo a la diferencia de presión y el tiempo de servicio de los filtros a presión, el ControlLogix realiza la secuencia de retrolavado (Si es que está realizando el retrolavado en algún otro filtro de la misma batería, o si está realizando retrolavado en alguna torre de absorción, se espera a que termine este). En el control de retrolavado se cierra la válvula de alimentación del filtro seleccionado y se abre la válvula de retrolavado, se mide el nivel de agua en el cárcamo para verificar que existe suficiente cantidad de agua para realizar la operación. Cuando finaliza el retro lavado, el sistema regresa al estado inicial, la válvula de alimentación se abre, la válvula de retrolavado se cierra, y el tiempo de servicio del filtro se reinicia (ver figura 3.6,).



3.3.3.2 CONTROL DE LA FILTRACIÓN A PRESIÓN DUAL

Se propone un lazo de control para la rutina de inicio de filtración de los filtros a presión. El ControlLogix de la estación de control local determinara el inicio de la rutina, comenzando con la lectura de nivel del transmisor en el tanque de agua ozonada, para que el ControlLogix posicione las válvulas de corte de alimentación en “normalmente abiertas” y las de retrolavado en “normalmente cerradas” para comenzar la inyección de agua ozonada a las baterías de filtros a presión, (figura 3.7).

Figura 3.7 Diagrama de Bloques de la Filtración a Presión Dual. 3.3.3.3 ENTRADAS Y SALIDAS PARA EL CONTROL DE LA FI LTRACIÓN A PRESIÓN DUAL

En la etapa de filtros a presión se utilizarán las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla: 3.4

Tabla 3.4 Entradas y Salidas Para el Control y Filtración a Presión Dual.


Transmisor de Presión Diferencial Entrada Analógica 4-20mA 4 Válvula de corte Salida Digital 24 VCD 16



3.3.4 ABSORCIÓN DE CARBÓN El agua filtrada se envía a las torres de absorción por gravedad. Se cuenta con tres torres que suministrarán un flujo de 60 litros por segundo a la siguiente etapa del proceso. Tienen un tiempo de contacto de 10 a 15 minutos (ver figura 3.8).

Figura 3.8 DTI de la Absorción de Carbón. 3.3.4.1 INSTRUMENTACIÓN DE LA ABSORCIÓN DE CARBÓN Cada torre de absorción contará con una válvula de alimentación y una de retrolavado, ambas válvulas son de tipo mariposa con actuador eléctrico. Tendrán dos modos de operación, manual y automático, a través de la pantalla de operación (HMI). Se colocará un transmisor de presión diferencial por cada torre de adsorción para determinar cuando sea necesario realizar un retrolavado en el equipo por medio de un indicador y una alarma por alta presión generados en el HMI. De igual manera se contaran con indicadores de presión ubicados en campo en las líneas de alimentación hacia las torres. Las válvulas de alimentación hacia las torres deberán estar configuradas como “normalmente abiertas”. Las válvulas de retrolavado de las torres de adsorción deberán estar configuradas como “normalmente cerradas”. El ControlLogix accionará de una a una el cambio de estado de las válvulas de mariposa con actuador eléctrico.



� Rutina de absorción.

Las válvulas de retro lavado de cada torre de absorción se cerrarán y posteriormente las válvulas de alimentación de cada torre de absorción se abrirán para iniciar la operación. � Rutina de retrolavado de torres.

De acuerdo a la diferencia de presión y el tiempo de servicio de las torres de absorción, el ControlLogix realiza la secuencia de retrolavado (Si es que está realizando el retrolavado en alguna otra torre, o si está realizando retrolavado en algún filtro a presión, se espera a que termine este). En el control de retro lavado cierra la válvula de alimentación de la torre seleccionada y se abre la válvula de retrolavado, se mide el nivel de agua en el cárcamo para verificar que existe suficiente cantidad de agua para realizar la operación. Cuando finaliza el retro lavado, el sistema regresa al estado inicial, la válvula de alimentación se abre, la válvula de retrolavado se cierra, y el tiempo de servicio de la torre de absorción se reinicia. Será posible cambiar el estado de apertura o cierre de las válvulas automáticas a través de la pantalla de operación. El agua que se obtiene como producto en las torres de absorción es monitoreada para identificar la cantidad de partículas suspendidas que aun contiene el agua. Esto se realiza mediante un analizador de turbidez (AIT-501A) que cuenta con un transmisor indicador en campo que envía una señal analógica a la estación local de operación. Se generarán un indicador y un registrador en el HMI (ver figura 3.8). 3.3.4.2 CONTROL DE LA ABSORCIÓN DE CARBÓN Se propone un lazo de control abierto para la rutina de inicio de absorción de las torres. El PLC de la estación de control local determinara el inicio de la rutina, comenzando con el posicionamiento de las válvulas de corte de alimentación en “normalmente abiertas” y las de retrolavado en “normalmente cerradas” para comenzar la inyección de agua filtrada a las torres de absorción (ver figura 3.9).

Figura 3.9 Diagrama de Bloques de la Absorción de Carbón



3.3.4.3 ENTRADAS Y SALIDAS DE LA ABSORCIÓN DE CARBÓN En la etapa de torres de absorción se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.5 Entradas y Salidas para el Control de la Adsorción de Carbón

Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad Transmisor de Presión Diferencial Entrada Analógica 4-20mA 3 Válvula de corte Salida Digital 24 VCD 12

3.3.5 DOSIFICACIÓN DEL ANTI INCRUSTANTE El tanque de dosificación de anti incrustante inyecta a través de un mezclador estático la solución que se mezclara con el agua mediante una bomba dosificadora para posteriormente ser enviada a la osmosis inversa (ver figura 3.10).

Figura 3.10 DTI de la Dosificación del Anti incrustante.



3.3.5.1 INSTRUMENTACIÓN DE LA DOSIFICACIÓN DEL AN TI INCRUSTANTE

La dosificación de antincrustante se realizará de acuerdo a la lectura del elemento de análisis de pH, que a través de un transmisor enviará una señal analógica de 4-20 mA. A la estación de control Local HMI, ahí se generaran un indicador y un registrador para monitorear el estado del agua que se enviara a la osmosis inversa. El ControlLogix de la estación local enviará los datos al PAC que controlará las bombas dosificadoras para ajustar la inyección de antincrustante. Una de las bombas funcionara como relevo.

3.3.5.2 CONTROL DE LA DOSIFICACIÓN DEL ANTI INCRUS TANTE

Se propone un lazo de control cerrado para la inyección de antincrustante. El ControlLogix determinara la dosificación adecuada de las bombas, este envía la señal de control del PAC para que realice la acción de control de acuerdo a la lectura tomada del sensor de pH para obtener las características necesarias del agua para comenzar la osmosis inversa (figura 3.11).

Figura 3.11 Diagrama de Bloques de la Dosificación del Anti incrustante.

3.3.5.3 ENTRADAS Y SALIDAS PARA EL CONTROL DE LA DO SIFICACIÓN DEL ANTI INCRUSTANTE En la etapa de dosificación de antincrustante se utilizarán las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.6 Entradas y Salidas para el Control de la Dosificación del Anti incrustante


Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 1 Interruptor de Bajo Nivel Entrada Digital 24 VCD 1 Posicionador de Bomba Salida Analógica 4-20 mA 2



3.3.6 DOSIFICACIÓN DE ÁCIDO SULFÚRICO El tanque de dosificación de Ácido Sulfúrico inyecta a través de un mezclador estático la solución que se mezclará con el agua mediante una bomba dosificadora para posteriormente ser enviada a la ósmosis inversa (ver figura 3.13).

Figura 3.13 DTI de la Dosificación del Acido Sulfúrico.



3.3.6.1 INSTRUMENTACIÓN DE LA DOSIFICACIÓN DEL ACID O SULFÚRICO La dosificación de ácido sulfúrico se realizará de acuerdo a la lectura del elemento de análisis de pH, que a través de un transmisor enviará una señal analógica de 4-20 mA a la estación de control Local HMI, ahí se generarán un indicador y un registrador para monitorear el estado del agua que se enviará a la ósmosis inversa. El PAC de la estación local enviará los datos al PLC del CCM que controlará las bombas dosificadoras para ajustar la inyección de ácido sulfúrico. Una de las bombas funcionará como relevo. 3.3.6.2 CONTROL DE LA DOSIFICACIÓN DEL ACIDO SULFÚR ICO

Se propone un lazo de control cerrado para la inyección del ácido sulfúrico. El PAC determinara la dosificación adecuada de las bombas, este envía la señal de control al PLC del CCM para que realice la acción de control de acuerdo a la lectura tomada del sensor de pH para obtener las características necesarias para la osmosis inversa (ver figura 3.14).

Figura 3.14 Diagrama de Bloques de la Dosificación del Acido Sulfúrico

3.5.6.3 ENTRADAS Y SALIDAS DE LA DOSIFICACIÓN DEL ACIDO SULFÚRICO En la etapa de dosificación de ácido se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la tabla 3.7

Tabla 3.7 Entradas y Salidas para el Control de la Dosificación del Acido Sulfúrico


Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 1 Interruptor Bajo Nivel Entrada Digital 24 VCD 1 Posicionador de Bomba Salida Analógica 4-20 mA 2



3.3.7 OSMOSIS INVERSA El agua proveniente de las torres de absorción es enviada a los filtros cartucho para ser preparada para la siguiente etapa que es la ósmosis inversa. El agua es enviada al sistema de ósmosis por medio de una bomba de alta presión (figura 3.15).

Figura 3.15 DTI de la Osmosis Inversa 3.3.7.1 INSTRUMENTACIÓN DE LA OSMOSIS INVERSA El agua entra a los Filtros Cartucho A y B. Para ello se mandarán a abrir las válvulas de los filtros mediante la estación local de operación (HMI), dichas válvula actuarán de forma automática o manual. Con el transmisor indicador de flujo, que se encuentran a la salida de los Filtros Cartucho, verificaremos dicha variable, si esta lectura corresponde al parámetro deseado, entonces se mandará a arrancar la bomba de alta presión mediante su controlador de velocidad, por medio del PLC del CCM, la cual enviará el agua al sistema de membranas.



Esta bomba podrá ser controlada de forma manual o automática, mediante un selector, generado en el HMI en el cual también generaremos un control de arranque y paro. Para cada transmisor indicador de flujo se generarán, en el HMI, un totalizador, un registrador e indicador. De forma conjunta al transmisor indicador de flujo tendremos un analizador de pH y un transmisor indicador de conductividad, sensores que analizarán el agua proveniente de los Filtros Cartuchos, antes de entrar al sistema de membranas, datos que compararemos al final de dicho proceso mediante los mismos sensores antes mencionados, los cuales se encontrarán al final del sistema, esta comparación será realizada por el operador ya que la información de los analizadores será envida al HMI generando en la misma un indicador y registrador correspondiente a cada medición; de esta forma el operador evaluará el desempeño de la ósmosis Inversa. Ésta misma evaluación de desempeño tendrán los Filtros Cartucho mediante dos indicadores de presión colocados a la entrada y salida, de igual forma esta información será enviada al HMI; monitoreando así el desgaste de los cartuchos. 3.3.7.2 CONTROL DE LA OSMOSIS INVERSA Se propone un lazo de control abierto para el inicio de filtración por osmosis inversa. El PAC accionará el equipo de ósmosis inversa, a su vez enviará una señal de control a las válvulas de corte de los filtros cartucho que se encuentran a la entrada de la ósmosis, las válvulas podrán ser posicionadas de forma manual; por medio de un control de apertura o cierre que se encuentra en la estación local de operación por medio del HMI; o de manera automática. El PAC de la estación local mandara la señal de control del PLC del CCM para accionar la bomba de alta presión que alimentará los cartuchos membrana de la ósmosis inversa (ver figura 3.16).

Figura 3.16 Diagrama de Bloques de la Osmosis Inversa.

3.3.7.3 ENTRADAS Y SALIDAS DE LA OSMOSIS INVERSA

En la etapa de alimentación de osmosis inversa se utilizarán las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla: 3.8

Tabla 3.8 Entradas y Salidas para el Control de la Osmosis Inversa

Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 4 Transmisor de Conductividad Entrada Analógica 4-20 mA 4 Transmisor de Flujo Entrada Analógica 4-20 mA 4 Transmisor Indicador de Presión Entrada Analógica 4-20 mA 2 Válvulas de Corte Salida Digital 24 VCD 8 Controlador Indicador de Velocidad Salida Analógica 4-20 mA 2



3.3.8 DOSIFICACIÓN DEL HIPOCLORITO DE SODIO. El tanque de la dosificación de hipoclorito de sodio inyecta a través de un mezclador estático la solución que se mezclará con el agua mediante una bomba dosificadora para ser desinfectada y posteriormente ser enviada al cárcamo existente de la planta y finalmente enviarse a la red de distribución (figura 3.17).

Figura 3.17 DTI del Dosificación de Hipoclorito de Sodio



3.3.8.1 INSTRUMENTACIÓN DEL HIPOCLORITO DE SODIO La dosificación del hipoclorito de sodio se realizará de acuerdo a la lectura del elemento de análisis de cloro, que a través de un transmisor que enviará una señal analógica de 4-20 ma. a la estación de control Local HMI, ahí se generarán un indicador y un registrador para monitorear el estado del agua que sale del proceso de potabilización. El PAC de la estación local enviará los datos al PLC del CCM que controlará las bombas dosificadoras para ajustar la inyección de cloro. Una de las bombas funcionará como relevo. En la línea de salida del efluente se monitorearán los parámetros de calidad del agua por medio de un indicador y registrador generados en la estación local de operación (HMI). El PAC de la estación local recibe la señal de dos transmisores montados en campo que toman la lectura de las características del efluente por medio de un elemento de análisis. Las variables que se monitorearán son el pH y la turbidez. 3.3.8.2 CONTROL DEL HIPOCLORITO DE SODIO

Se propone un lazo de control cerrado para la inyección de hipoclorito de sodio. El PAC determinara la dosificación adecuada de las bombas, este envía la señal de control al PLC del CCM para que realice la acción de control de acuerdo a la lectura tomada del sensor de cloro libre para obtener una desinfección adecuada del efluente (ver figura 3.18).

Figura 3.18 Diagrama de Bloques de la Dosificación de Hipoclorito de Sodio.

3.3.8.3 ENTRADAS Y SALIDAS DEL HIPOCLORITO DE SODI O En la etapa de dosificación de cloro se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.9 Entradas y Salidas para el Control de la Dosificación del hipoclorito de sodio.

Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad Transmisor de Cloro Libre Entrada Analógica 4-20 mA 1 Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 1 Transmisor de Turbidez Entrada Analógica 4-20 mA 1 Interruptor Bajo Nivel Entrada Digital 24 VCD 1 Posicionador de Bomba Salida Analógica 4-20 mA 2



3.3.9 CÁRCAMO EXISTENTE El cárcamo existente será la última estancia del agua durante todo el proceso de la planta potabilizadora, en la cual se almacenará el fluido proveniente de la ósmosis inversa previamente clorada; posteriormente será bombeada a la red de distribución como acción final de la planta. Este mismo almacenamiento podrá ser utilizado para la red de retrolavado (ver figura 3.19).

Figura 3.19 DTI del Cárcamo Existente



3.3.9.1 INSTRUMENTACIÓN DEL CÁRCAMO EXISTENTE Mediante el nivel de agua en el cárcamo existente, se realizan dos acciones diferentes; la primera acción, que es la principal, es bombear el agua a la red de distribución y la segunda acción utilizar este almacenamiento para la red de retrolavado. La lectura tomada por el sensor de nivel será transmitida hacia el PAC de la estación local de operación, que a su vez mandará la información al PLC del CCM. Dichas tareas podrán llevarse a cabo una vez que el PLC del CCM envíe la información a los controladores de velocidad, para ello contaremos con el funcionamiento de tres bombas centrífugas de las cuales dos trabajarán de manera constante dentro de los parámetros establecidos, mientras que la tercer bomba se ocupará como relevo. La velocidad de las bombas para el bombeo dependerá de la lectura del nivel. Si la lectura del nivel enviada a la estación de control local se encontrará por debajo del nivel establecido, entonces mandará apagar las bombas para así protegerlas. Cabe señalar que dicha decisión interrumpiría tanto la acción de distribución como la acción de retrolavado. El bombeo a la red de distribución será constante aun cuando se esté llevando a cabo la acción de retrolavado. Mediante una válvula que se encuentra al inicio de la red de retrolavado podremos iniciar esta acción, la cual recibirá la instrucción On/Off del PLC del HMI. La acción de retrolavado puede ocuparse para los Filtros a Presión o para Las Torres de Absorción; ambas redes cuentan con una válvula de retrolavado, las cuales serán abiertas o cerradas para dicha tarea mediante la instrucción recibida del CCM; sólo se podrá realizar una tarea a la vez, la duración para ambas tareas será de 10 min. Se contarán también con interruptores de muy alto, alto, muy bajo y bajo nivel que estarán conectados al PLC del CCM para detener o maximizar el funcionamiento de las bombas. 3.3.9.2 CONTROL DEL CÁRCAMO EXISTENTE

Se propone un lazo de control cerrado para el bombeo de agua potabilizada del cárcamo existente. Mediante el monitoreo del nivel del agua almacenada podremos determinar la velocidad del bombeo. Este monitoreo será llevado a cabo mediante el PLC de la estación local de Operación, el cual enviará los rangos de operación al PLC del CCM para así poder controlarla velocidad de las bombas (ver figura 3.20).

Figura 3.20 Diagrama de Bloques de la Dosificación del Cárcamo Existente.



3.3.9.3 ENTRADAS Y SALIDAS DEL CÁRCAMO EXISTENTE En la etapa del cárcamo se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla.

Tabla 3.10 Entradas y Salidas para el Control del Cárcamo Existente.

Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad Transmisor de Nivel Entrada Analógica 4-20 mA 1 Transmisor de Flujo Entrada Analógica 4-20 mA 1 Válvula de Corte de Flujo Salida Digital 24 VCD 1 Interruptores de Nivel Entrada Digital 24 VCD 4 Controlador Indicador de Velocidad Salida Digital 24 VCD 3



CAPÍTULO 4 INTEGRACIÓN DEL CONTROLADOR En este capítulo se seleccionan los instrumentos de medición y el equipo de control; se hace un bosquejo sobre los controladores de automatización programables, y se establece el tipo de red para el control y monitoreo de una potabilizadora de agua. 4.1 CONTROLADOR DE AUTOMATIZACIÓN PROGRAMABLE (PAC) Un PAC (del inglés Programable Automation Controller), es una tecnología industrial orientada al control automatizado, al diseño de prototipos y a la medición. El PAC se refiere al conjunto formado por un controlador (una CPU típicamente), módulos de entradas y salidas, y uno o múltiples buses de datos que lo interconectan todo. Este controlador combina eficientemente la fiabilidad de control de un autómata (controlador lógico programable o PLC), junto a la flexibilidad de monitorización y cálculo de un PC. A veces, incluso se le une la velocidad y personalización de la microelectrónica. Los PAC’s pueden utilizarse en el ámbito investigador, aunque su potencial se encuentra en el ámbito industrial, para el control de máquinas y procesos, donde más se utiliza.

A destacar los siguientes: múltiples lazos cerrados de control independientes, adquisición de datos de precisión, análisis matemático y memoria profunda, monitorización remota, visión artificial, control de movimiento y robótica, seguridad controlada, etc. El PAC es una solución de alto rendimiento con opciones de redundancia extremadamente económicas para dotar a sus procesos de un alto grado de disponibilidad. La unidad de control y el sistema de E/S son la base para un completo entorno de control y registro distribuido con capacidad para realizar control analógico continuo, lógico y secuencial combinado con registro seguro de datos en el punto de medición. El resultado es un proceso con la máxima rentabilidad. Este moderno producto de automatización ofrece las siguientes ventajas: módulos de intercambio directo, funcionalidad de E/S integrada, una tarjeta flash de personalidad, indicación clara del estatus y una colección de herramientas hacen que el PAC sea fácil de usar, instalar, mantener y ampliar. Los PAC’s se comunican usando los protocolos de red abiertos como TCP/IP, OPC (OLE for process control), SMTP, puerto serie (con Modbus por ejemplo), etc. es compatible con los privados (CAN, Profibus, etc).

Haciendo una descripción general del sistema ControlLogix, se diría que proporciona control secuencial, de proceso, de movimiento y de variador además de comunicaciones y E/S avanzadas en un pequeño y económico paquete. El sistema es modular, lo que permite el diseño, la construcción y la modificación eficaces con la finalidad de ahorrar los gastos



necesarios en la capacitación e ingeniería. Un sistema ControlLogix sencillo consiste en un controlador autónomo y módulos de E/S en un solo chasis.

También se puede usar el sistema ControlLogix como gateway. Incluye los módulos de comunicación necesarios para la conectividad a las otras redes. Esto no requiere un controlador. El gateway ControlLogix se para que los usuarios con redes existentes puedan enviar o recibir mensajes hacia/desde otras redes. Para crear un sistema más robusto, use:

a) Múltiples controladores en un solo chasis.b) Múltiples controladc) E/S en múltiples plataformas distribuidas en varios lugares y conectadas a través de

múltiples vínculos de E/S

4.2 CARACTERÍSTIC AS Para la implementación de distintimportante estar familiarizrequerirán en un determindispositivos que pueden cprincipales características. La red de comunicación industsegún el modelo OSI. Pcaracterísticas de normaControlNet.



capacitación e ingeniería. Un sistema ControlLogix sencillo consiste en un controlador autónomo y módulos de E/S en un solo chasis. Figura 4.1

Figura 4.1 Sistema Control Logix Sencillo.

También se puede usar el sistema ControlLogix como gateway. Incluye los módulos de comunicación necesarios para la conectividad a las otras redes. Esto no requiere un controlador. El gateway ControlLogix se integra en los sistemas existentes basados en PLC para que los usuarios con redes existentes puedan enviar o recibir mensajes hacia/desde otras redes. Para crear un sistema más robusto, use:

Múltiples controladores en un solo chasis. Múltiples controladores unidos a través de redes. E/S en múltiples plataformas distribuidas en varios lugares y conectadas a través de múltiples vínculos de E/S

Figura 4.2 Sistema Control Logix Gateway.

AS DE CONTROLNET

de distintas aplicaciones con la red de campozado con los diferentes componentes hardw

minado proyecto. Se entrega una visión panorácomponer una red ControlNet, clasificándolos

s.

industrial ControlNet, es una red de estándar aPosee ciertos aspectos generales que es necealización, de posicionamiento y de funcion


55

capacitación e ingeniería. Un sistema ControlLogix sencillo consiste en un

También se puede usar el sistema ControlLogix como gateway. Incluye los módulos de comunicación necesarios para la conectividad a las otras redes. Esto no requiere un

integra en los sistemas existentes basados en PLC para que los usuarios con redes existentes puedan enviar o recibir mensajes hacia/desde otras

E/S en múltiples plataformas distribuidas en varios lugares y conectadas a través de

mpo ControlNet [31] es ware y software que se rámica de los distintos

ndolos y describiendo sus

abierto e implementada ecesario establecer las ionamiento de la red



4.2.1 ANTECEDENTES GENERALES

La red de campo ControlNet es una red de comunicación digital serial de tipo determinista que entrega un transporte de alta velocidad para I/O de tiempo crítico y para mensajería de datos. ControlNet es desarrollada e introducida por la empresa Rockwell-Automation en 1997 como una red de comunicación abierta. Actualmente, el estándar ControlNet es administrado por la asociación ControlNet International (CI) que agrupa a diferentes empresas fabricantes de productos para la red ControlNet. Tanto ODVA como CI trabajan en conjunto para el desarrollo de nuevas redes basadas en el Protocolo Común Industrial, CIP, y que permitan la interconectividad 4.2.2 CLASIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES.

Los componentes de la red se clasifican según su función. Se muestra la representación de una red ControlNet con la clasificación de sus componentes.

Figura 4.3 Componentes de la Red ControlNet.

Como se observa en la figura 4 . 3 , los dispositivos que pueden componer una red ControlNet, se pueden clasificar en las siguientes clases:

• Plataforma de Control • Medio • Software de Configuración • Interfaz para PC • Device de E/S • Interfaz de Operador • Drives • Repetidor • Dispositivo de Enlace



4.2.3 POSICIONAMIEN La red ControlNet se ubiforma paralela, como pardesarrollada en conformidAutomation y otras asociacorresponde a su nivel. Figura 4.4

4.2.4 CARACTERÍSTICAS La tasa de transmisión de la Permite cualquier tipo deconstruida con cable coaxpudiendo llegar a un máposible la conexión de hacontroladores y dispositivos)

4.2.5 CARACTERÍSTICA



NTO

ica en el nivel de Control dentro del modeloarte de la Arquitectura NetLinx de comunimidad al modelo CIM, impulsada por la adas a ODVA y CI, también se ubica en su niv

Figura 4.4

Figura 4.4 Arquitectura NetLinx.

AS FÍSICAS

de la red ControlNet, es de 5 Mbit/s, siendo una de topología de red, siendo la topología básixial RG-6. Las longitudes que admite son desáximo de 20 km. con la utilización de repsta 48 dispositivos por segmento, con máximo

dispositivos) en toda la red.

CAS DE COMUNICACIÓN

Figura 4.5 Características del ControlNet.


57

lo jerárquico CIM. En omunicación de 3 niveles,

la empresa Rockwell-su nivel de control, que

na red de alta velocidad. sica una línea troncal sde 250 m. hasta 1 km, petidores. También, es imo de 99 nodos (entre



ControlNet utiliza el método de comunicación Productor/Consumidor, que soporta comunicación Punto a punto y Multicast. Además, esto le otorga la capacidad de priorización de mensajes. Asimismo, es una red determinística dado el método de acceso al medio empleado CTDMA, que garantiza la comunicación de los dispositivos.

En la tabla 4.1 muestra características principales de la red ControlNet y su descripción generalizada.

Tabla 4.1 Características Principales de la Red ControlNet.

Característica. Descripción.

Topología.

• Línea troncal. • Árbol. • Estrella. • Anillo. • Topologías mixtas.

Cantidad de nodos. 48 por segmento; hasta 99 en la red.

Longitud máxima de red. 1 m segmento; hasta 20 km con repetidores. Tasa de transmisión. 5 Mbps.

Medio físico. • Cable Coaxial RG-6. • Fibra óptica.

Método de Acceso al Medio. CTDMA.

Paquetes de Datos. 0 – 510 Bytes.

Métodos de Comunicación. Productor/Consumidor: cíclico, cambio de estado, poll. Arquitectura de Control. Centralizada y distribuida.

Otras funciones especiales. Redundancia de red; Configuración de dispositivos por puerto NAP.



4.2.6 TIPOS DE CONEXIÓN

La red ControlNet

• Punto a punto: éconexión adicional pu

• Multicast : ésta simultáneamente c

4.2.7 CARACTERÍSTIC

• Tasa de Transmisión deó bit-time =200 nsó byte-time = 1

• Codificación de bit

• Niveles de voltaje

510 mV (p-p) en e

4.2.8 MEDIO FÍSICO El medio físico es el medio sobre el que se envían las señales eléctricas para realizar la transmisión de la información. El término coaxial quiere conductor central rodeado de una capa de mateuna malla de hilos conductores cubierta por una funda de así cuatro capas concéntricas.



XIÓN DE TRANSPORTE

soporta dos tipos de conexión:

ésta conexión usa un Productor y sólo un Cl puede ser agregada.

conexión permite a un Productor decon más de un Consumidor.

CAS DE LA SEÑAL CONTROLNET

nsmisión de bits (bit-rate): 5 Mbps, =200 nseg,

1.6 µseg

bit (bit-encoding): Manchester.

e: 9.5 V (p-p) en el Transmisor, y que pueel extremo Receptor.

Figura 4.6 Señal ControlNet.

El medio físico es el medio sobre el que se envían las señales eléctricas para realizar la transmisión de la información.

quiere decir eje común ya que un cable coaxial conductor central rodeado de una capa de material aislante o dieléctricouna malla de hilos conductores cubierta por una funda de material aislante

as concéntricas.


59

Consumidor. Ninguna

de datos comunicarse

ede ser atenuada hasta

El medio físico es el medio sobre el que se envían las señales eléctricas para realizar la

ya que un cable coaxial está formado por un dieléctrico, rodeada a su vez por

material aislante y protector, formado



4.2.8.1 CABLE Se define la utilización de cable coaxial RG-6 para la línea troncal. Este cable debe tener una impedancia de 75 OHM. En la figura 4.7 se muestra la construcción física de este cable.

Figura 4.7 Cable Coaxial RG-6. 4.2.8.2 CONECTORES Los conectores especificados por ControlNet, son el tipo BNC y el RJ-45. Recientemente se ha incorporado el conector TNC para aplicaciones en entornos industriales áridos (con vibraciones y agua entre otros). En la figura se muestra un panel de conexión estándar ControlNet.

Figura 4.8 Panel de Conexión Estándar.

En el panel de control estándar ControlNet pueden observarse los conectores definidos por ControlNet. Se observa un puerto para conector BNC, así como un puerto para conector RJ- 45. También se muestran leds indicadores (éstos no son definidos en la especificación ControlNet, pero son incluidos normalmente en los diseños electromecánicos de los dispositivos).

4.2.8.3 CONECTOR BNC El conector BNC es el conector definido por la especificación ControlNet, para conectar los dispositivos a la red troncal. La construcción física de un conector BNC se muestra en la figura 4.9

Figura 4.9 Conector BNC.



4.3 ARQUITECTURA DE CONTROL PARA EL SISTEMA DE POTA BILIZACIÓN DE AGUA En la figura 4.10 se muestra las conexiones que conforman el sistema de la planta potabilizadora de agua así como los procesos que conforman este sistema de potabilización de agua.

Figura 4.10 Estructura Delimitada del Proceso.



La figura 4.11 se muestra cócorrespondientes a la primera etapa de biofiltración y

Figura 4.11 Conexión de Biofiltración y Tanque de Contacto de Ozono En la figura 4.12 se muestra como están conectados los traindicadores de velocidad en la

Figura 4.12 Conexión de los F



muestra cómo están conectados los transmisores primera etapa de biofiltración y oxidación por ozono

Figura 4.11 Conexión de Biofiltración y Tanque de Contacto de Ozono

se muestra como están conectados los transmisores de nivel y controladores en la etapa de filtración a presión.

Figura 4.12 Conexión de los Filtros a Presión Dual.


62

smisores de entrada analógica oxidación por ozono.

Figura 4.11 Conexión de Biofiltración y Tanque de Contacto de Ozono

de nivel y controladores



En la figura 4.13 se muestra como están conectados los traindicadores de velocidad en la



se muestra como están conectados los transmisores de nivel y controladores indicadores de velocidad en la etapa de Absorción de carbón.


63

de nivel y controladores





Figura 4.13 Conexión de la Adsorción de Carbón.


64



La figura 4.14 indica como se conectan los corte, en la etapa del proces

Figura 4.14 Conexión de



indica como se conectan los transmisores de presión diferencialetapa del proceso de la dosificación de anti incrustante.

Figura 4.14 Conexión de la Dosificación del Anti incrustante


65

transmisores de presión diferencial y válvulas de

Anti incrustante.



La figura 4.15 indica cómo se conectan los transmisores de corte, en la etapa del proces

Figura 4.15 Conexión de la Dosificación de Acido Sulfúrico



indica cómo se conectan los transmisores de presión diferencialetapa del proceso de la dosificación de acido sulfúrico.



66

presión diferencial y válvulas de




La figura 4.16 indica cómo se conectan los instrumentos en lainversa.

Figura 4.16 Conexión de la Osmosis Inversa



indica cómo se conectan los instrumentos en la etapa del proces

Figura 4.16 Conexión de la Osmosis Inversa


67

etapa del proceso de la osmosis



La figura 4.17 se indican cómo se conectan los transmisores de presión diferencialde corte, en la etapa del proces

Figura 4.17 Conexión de la Dosificación de Hipoclorito de Sodio

En la figura 4.18 se conectan los equipos de mediciónnivel, interruptor de nivel, controlador indicador de velocidad, válvulas de corte de flujo en la última etapa del cárcamo existente.



indican cómo se conectan los transmisores de presión diferencialetapa del proceso de la dosificación de hipoclorito de sodio.


onectan los equipos de medición transmisores de flujo,nivel, interruptor de nivel, controlador indicador de velocidad, válvulas de corte de flujo en la

del cárcamo existente.


68

indican cómo se conectan los transmisores de presión diferencial y válvulas sodio.


transmisores de flujo, transmisor de nivel, interruptor de nivel, controlador indicador de velocidad, válvulas de corte de flujo en la





Figura 4.18 Conexión del Cárcamo Existente


69

Figura 4.18 Conexión del Cárcamo Existente.



En la figura 4.19 se muestra la conexión y distribución de la red ControlNet con los adaptadores, módulos de entrada y salidas analógicos como digitales, para el control y monitoreo de la planta potabilizadora de agua.

4.3.1 CARACTERÍSTICAS DE ELEMENTOS UTILIZADOS

El sistema ControlLogix proporciona señales proceso y el control de seguridad junto con lpaquete. El sistema es modular, por eficiente; todo ello, con un ahorro significativo en la formación de la ingeniería De entre los componentes opcionales para el sistema, se requieren los dispositivos que se muestran en la Tabla 4.2.

Componentes Interfaz de operador y equipos.

• El panel de operapara la comunicación, constituyen la estrategia Integrada de Rockwell Automation Arquitectura.• PanelView Plus y PanelView Plus CE • Software FactoryTalk View

Software.

• Software RSLogix 5000 Enterprise • Software de configuración • Software



se muestra la conexión y distribución de la red ControlNet con los adaptadores, módulos de entrada y salidas analógicos como digitales, para el control y monitoreo de la planta potabilizadora de agua.

Figura 4.19 Estructura del Control y Monitoreo.

CARACTERÍSTICAS DE ELEMENTOS UTILIZADOS

El sistema ControlLogix proporciona señales discretas para las unidadesproceso y el control de seguridad junto con la comunicación y el estado

modular, por tanto, pueden diseñar, construir y modificar de manera con un ahorro significativo en la formación de la ingeniería

ntes opcionales para el sistema, se requieren los dispositivos que se

Tabla 4.2 Componentes Auxiliares.

Descripción. • El panel de operación, la familia Logix para el control y la arquitectura NetLinx para la comunicación, constituyen la estrategia Integrada de Rockwell Automation Arquitectura. • PanelView Plus y PanelView Plus CE • Software FactoryTalk View para control y supervisión.

Software RSLogix 5000 Enterprise para la programación del ControlLogixSoftware de configuración RSLinx. Software RSNetworx para ControlNet.

.


70

se muestra la conexión y distribución de la red ControlNet con los adaptadores, módulos de entrada y salidas analógicos como digitales, para el control y

las unidades de movimiento; el de E/S en un pequeño

pueden diseñar, construir y modificar de manera con un ahorro significativo en la formación de la ingeniería.

ntes opcionales para el sistema, se requieren los dispositivos que se

Logix para el control y la arquitectura NetLinx para la comunicación, constituyen la estrategia Integrada de Rockwell Automation

para la programación del ControlLogix.



Los componentes del PAC utilizados se muestran en la Tabla 4.3.

Tabla 4.3 Sistema Control Logix

Componentes. Descripción. Módulos de comunicación ControlLogix

• Las opciones incluyen: Ethernet / IP, ControlNet, DeviceNet, Data Highway Plus, E / S remotas. • Instalación de los módulos de interfaz múltiples de comunicación en el backplane ControlLogix para configurar una puerta de acceso a los datos de control del puente o una ruta y la información entre diferentes redes.

Módulos I / O ControlLogix

• Las opciones incluyen: digitales, analógicas, termopares, RTD, movimiento, y módulos de especialidad. • Las densidades varían de 4 a 32 puntos por módulo. • Los módulos son IP20, Clase I, División 2/Zone 2. • Algunos módulos tienen diagnósticos del lado del campo, la fusión de electrónica, o las entradas individualmente aisladas y salidas. • Un bloque de terminales remotas (RTB) o un sistema de cableado se requiere para cada módulo E / S

Fuentes de alimentación ControlLogix

• Fuentes de alimentación ControlLogix se utilizan con el chasis para proporcionar 1.2 V, 3.3 V, 5 V y 24 V de corriente continua directamente al backplane del chasis.

Chasis ControlLogix

• Chasis estándar están disponibles con 4, 7, 10, 13, o 17 ranuras. • Ranura de relleno se requieren para las ranuras vacías.

4.3.2 DATOS TÉCNICOS FLEX I/0

Los módulos E/S son la interfaz con un adaptador incorporado de alimentación de 24 VCD de entrada. Los módulos E/S reciben alimentación del adaptador de alimentación a través de la placa madre. El adaptador se alimenta con una fuente de alimentación de 24 VCD.

Tabla 4.4 Requisitos de Energía Eléctrica

Número de catalogo.

Fuente de alimentación Voltaje de entrada.

Fuente de alimentación de entrada de energía.

Energía de entrada

aparente, Max.

Carga del transformador,

Max.

Corriente de salida, Max.

Tensión de salida, Nom.

1794-PS3 120V/220VAC 86 W 205VA 250VA 3.0 A¬ 24V DC 1794-PS13 120V/220V AC 36 W 53VA 90VA 1.3 A 24V DC



4.3.3 ADAPTADORES CONTROLNET DE COMUNICACIÓN El FLEX I/O es un módulo adaptador para puerto E/S a través de una red de comunicaciones. El módulo incorpora un transformador de alimentación de 24V DC que la convierte a 5 V CD para la placa madre para que alimente los módulos FLEX I/O. Un adaptador se comunica con hasta ocho módulos de E/S, permitiendo la conexión a la entrada digital y puntos de salida, a 64 entradas analógicas o en 32 puntos de salida analógica o una mezcla para satisfacer sus necesidades.

Se muestran las Características para el adaptador 1794ACNR15 Tabla 4.5

Tabla 4.5 Adaptador 1794-ACNR15

Numero de

Catalogo

Red Capacidad de modulo

de E/S.

Velocidad comunicación.

Corriente de carga (mA).

Voltaje Nom.

Rango de tensión.

1794-ACNR15

ControlNet 8 5 Mbps 400 mA 24 VCD 19.2…31.2 VCD

4.3.4 MÓDULOS DE COMBINACIÓN ANALÓGICA Se muestran las especificaciones y características del módulo combo analógico 1794- IE8XOE-4 complementos a 2 para un mejor desempeño Tabla 4.6

Tabla 4.6 Modulo de Entradas y Salidas Analógicas

Numero de

catalogo.

Número de entradas y

salidas.

Rango de

señal.

Conversión de

porcentaje.

Resolución de

entradas.

Fuente externa de cd

normal. .actual

Disipación de potencia

máxima.

Unidad terminal de

la base.

1794-IE8XOE4

8 entrada de una sola terminal /4 salidas

4 - 20 mA

Entradas: 8,0 ms todos los canales Salidas: DAC.

320 mV/cnt 0.641 mΑ/cnt

140 mA @ 24V DC; 280 mA @ 10.0V DC

3.0 W a 31.2V DC; 2.3 W a 24V DC; 2.0 W a 10.0V DC

1794-TB3G o 1794-TB3GS

4.3.5 MÓDULOS DE COMBINACIÓN DIGITAL El modulo FLEX I/O tienen la conexión a los dispositivos de E/S de bus de campo. Puesto que no hay conexión directa con el módulo E/S, se puede quitar los módulos de implantación en la fuente, lo que le permite cambiar los módulos sin quitar el cableado de los módulos E/S o de alimentación del sistema. Esto elimina los largos tiempos de inactividad y las ineficiencias de reiniciar el sistema.



Características. • Los módulos están disponibles entre 8 y 32 puntos. • E/S Digital módulos abarcan una amplia gama eléctrica: • 120V AC: entrada, salida y entrada aislada, módulos de salida, 8 y 16 puntos. • 220V AC: módulos de entrada y de salida, 8 y 16 puntos. • 5V CC: módulos de entrada y salida TTL, 16 puntos. • 24V DC: entrada, salida y los módulos de combinación, fregadero o fuente;

protegidas;

Entradas y salidas aisladas, se pueden utilizar en aplicaciones tales como centros de control de motores, transformadores de control individual, donde se utilizan. Protección (P), las salidas tienen protección electrónica, que actúa para detener el módulo en reacción a un corto circuito, sobrecarga, o una condición de exceso de temperatura. La recuperación de la parada es automática si se retira de la falta de salida. No hay estado de fallo, se proporciona al procesador. Electrónica de potencia (PE), a los actos del módulo para abrir la salida cuando se produce un fallo. La "fusión" se puede restablecer por operar un botón, a través del software, o por el ciclismo la potencia de entrada. El estado de falla se proporciona al procesador.

Especificaciones técnicas para el módulo FLEX I/O 1794-IB16XOB16P en la tabla 4.7.

Tabla 4.7 Modulo de Entradas y Salidas Digitales.

Cat. No.�

Tensión en esta

do, Nom.

Tensión en estado, Distancia

Entradas. Salidas.

Número de entradas

Tiempo de retardo de entrada por defecto T

Actual, en estado desactivado de entrada, Max.

Número de salidas

Tiempo de retardo de salida

La max salida actua en y

1794-IB16XOB16P

24V DC 10V DC…31.2V DC

16 Sink

Off a On: 0.25 ms‡ On a Off: 0.25 ms‡

1.5 mA 16 Fuentes OFF a ON: 0.5 ms ON a OFF: 1.0 ms

0,5 A por salida 8 A por módulo



4.4 PANEL VIEW PLUS 1000 Cuenta con puertos USB Todas labus en serie universal (USB) que cumplen con las especificaciones p

Figura 4.20 Terminales Panel View Plus 1000 puerto BUS.

La terminal PanelView Plus • Módulo de pantalla táctil 1000 • Puertos USB (2) • Puerto en serie RS-232 • Puerto 10/100 Base Ethernet • Entrada de alimentación, 24 VCD• Ranura para tarjeta CompactFlash Tipo 1



VIEW PLUS 1000

Todas las terminales PanelView Plus 1000 cuentan con puertos de bus en serie universal (USB) que cumplen con las especificaciones para lugares peligrosos.


terminal PanelView Plus 1000 tiene estas características: • Módulo de pantalla táctil 1000

Ethernet Entrada de alimentación, 24 VCD no aislada

• Ranura para tarjeta CompactFlash Tipo 1.

Figura 4.21 Características de las Terminales.


74

cuentan con puertos de ara lugares peligrosos.




4.4.1 ESPECIFICACIONES DE PANTALLA PANELVIEW PLUS 1 000

Tipo y características de la pantalla panel View plus 1000 catalogo nº 2711PC-T10C4D1

Tabla 4.8 Pantalla Panel View Plus 1000

Tipo. Características. Tamaño de Monitor 10,4-pulgadas de visualización TFT. Tipos de entrada Pantalla táctil. Comunicación Comunicación Standard (Ethernet and RS-232) Energía. Entrada de CD. Memoria Flash /RAM Memoria Flash /RAM 64 MB Producto. 2711PC-T10C4D1

En la tabla 4.9 se presenta un comparativo del sistema existente con la propuesta que se desarrolla para la integración de la red ControlNet con los dispositivos existentes y los cambios de algunos instrumentos de medición o incuso el cambio de los plc´s, por el controlador de automatización programable (PAC).

Tabla 4.9 Comparación de los Instrumentos de Control

Tabla comparativa.

Sistema actual. Sistema de propuesta.

Tipo Instrumento o Equipo. Tipo Instrumento o Equipo.

Transmisor Indicador de Flujo. Transmisor Indicador de Flujo.

Transmisor Indicador de Análisis. Transmisor Indicador de Análisis.

Transmisor Indicador de Análisis 8850-1 + sensor

2823.


2823.

Transmisor Indicador de Presión. Transmisor Indicador de Presión.

Variador de Velocidad Serie B 230v25HP Variador de Velocidad Serie B 230v25HP

Transmisor Indicador de Análisis CAS40 +

Sensor.

Transmisor Indicador de Análisis CAS40 +

Sensor.

Transmisor Indicador de Análisis Liquisys. Transmisor Indicador de Análisis Liquisys.

Transmisor de Nivel U-GAGEQT50U. Transmisor de Nivel U-GAGEQT50U.

Válvula de admisión expulsión. Válvula de admisión expulsión.

Transmisor Indicador de Presión Diferencial. Transmisor Indicador de Presión Diferencial.

Válvula de Corte con Actuador S-20/S-70. Válvula de Corte con Actuador S-20/S-70.

Manómetro Indicador de Presión. Manómetro Indicador de Presión.

Interruptor de Nivel Configurable Series 1500. Interruptor de Nivel Configurable Series 1500.

Bomba Dosificadora Serie D. Bomba Dosificadora Serie D.



Interruptor de Bajo Nivel FlotectL4 Series. Interruptor de Bajo Nivel FlotectL4 Series.

Mirilla de Nivel. Mirilla de Nivel.

Interruptor de baja presión. Interruptor de baja presión.

Interruptor de alta presión. Interruptor de alta presión.

FPΣGT32 Módulos de comunicación ControlLogix 1756-L55

FP WEB-SERVER UNIT Módulos I /O ControlLogix 1794-ACNR15

Módulo E16YT Fuentes de alimentación ControlLogix 1794-PS13

Módulo E16X Chasis ControlLogix.

Módulo E8YT Interfaz de operador y equipos.

Cassete de Comunicación. Software.

Pantalla Táctil GTGWIN 30 Pantalla Táctil (PANEL VIEW PLUS 1000). Nº 2711PC-T10C4D1

Cable de conexión a la PC FPWINGRS-EN2 Alimentación externa DC Rango de Voltaje1794-IB16XOB16P

Cable de conexión a la PC AFC1520M-US9. Combinación de módulos combo analógico flex I/O.1794-IE8XOE-4

Fuentes de Alimentación 24 vcd FP-PS24. FLEX I/O 1794-IB16XOB16P

Software de Programación PLC.

• Software RSLogix 5000 Enterprise para la programación del ControlLogix. • Software de configuración RSLinx. • Software RSNetworx para ControlNet

Software de Programación HMI.

Clemas.

PC Escritorio Intel Pentium D a 3GHzRam 2 Gb y disco duro de 160GB

PC Escritorio Intel Pentium D a 3GHzRam 2 Gb y disco duro de 160GB

Impresora Láser de Tinta Blanco y Negra Impresora Láser de Tinta Blanco y Negra

4.4 POR QUÉ RED CONTROLNET

Con el modelo de red productor/consumidor, ControlNet, proporciona una manera simple, determinista y flexible de transferir datos, mientras otras redes sólo pueden realizar una de estas funciones correctamente. Se pueden realizar programas y monitoreos datos en tiempo real sin afectar el rendimiento del control de E/S. Esto es mejor por tres razones: control, configuración y recopilación.

Control: ControlNet proporciona el intercambio de datos de control en tiempo real mediante el uso de una serie de métodos necesarios para diferentes aplicaciones.



• Velocidades de actualización de E/S seleccionables para cada dispositivo. Por ejemplo, actualice un dispositivo cada 2 ms y otro cada 16 ms • Sistemas de uno o múltiples maestros. • Entradas compartidas, lo cual significa que los datos de entrada de un solo dispositivo pueden ser leídos (consumidos) por múltiples dispositivos. • Enclavamiento entre controladores. • Mensajes entre dispositivos similares.

Configuración: ControlNet, puede programar controladores programables PLC y configurar dispositivos al momento del inicio. Modifica parámetros de dispositivos con un solo clic del mouse, o a través de la lógica del controlador, sin afectar el rendimiento del control. También puede configurar múltiples sistemas ControlNet desde una ubicación en una red de información, tal como Ethernet. De igual modo, puede configurar sistemas de múltiples dispositivos, tales como DeviceNet y Foundational Fieldbus H1, desde una ubicación en ControlNet. No tiene que ir de un lugar a otro o de un dispositivo a otro para definir la configuración. ControlNet puede configurar todo el sistema desde un lugar con una sola conexión. Recopilación (datos): ControlNet, es ideal para pantallas HMI, para proyección de tendencias y análisis, para administración de mantenimiento y resolución de problemas; estas tareas pueden realizarse a intervalos regulares o bajo pedido sin que afecte el rendimiento del control. El modelo productor/consumidor hace que los datos estén disponibles simultáneamente a todos los componentes del sistema, proporcionando así un uso más eficiente del ancho de banda de la red. Además, ofrece la flexibilidad de configurar el sistema en los modos maestro y esclavo, multidifusión o comunicación entre dispositivos similares. El sistema productor/consumidor es mejor porque: � Múltiples nodos pueden consumir simultáneamente los datos provenientes de un solo

productor. � Los nodos pueden sincronizarse fácilmente para lograr un rendimiento más preciso del

sistema. � Los dispositivos pueden comunicarse autónomamente sin la necesidad de un maestro

del sistema.

Estos beneficios, de respuesta más rápida, rendimiento preciso, mayor flexibilidad y optimización, brindan una mayor productividad en los procesos.

Proporciona las mejoras de un control y monitoreo de los instrumento de medición, de esta manera la red ControlNet permite la interacción con los dispositivos desde el cuarto de maquinas. Con esta red se puede enlazar de punto a punto, incluso de multiplicar, lo que nos brinda la capacidad de la red para dar solución a las aplicaciones.



CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Dentro del desarrollo de la modernización del sistema de control de las plantas potabilizadoras de agua, una parte importante para llevar a cabo el proyecto, son los costos de la instrumentación y los equipos de control, también se contemplarán los costos de diseño de los sistemas de control e instrumentación.

5.1 COSTOS DEL PROYECTO

Para determinar los costos que implicarán el desarrollo de la modernización del control se contaron con bases de diseño de los equipos que se van a instrumentar y a controlar, para poder realizar el diseño con base en el tipo de instrumento y al controlador (ControlLogix) a ocupar, determinando el costo del instrumento más adecuado para cada proceso y equipos necesarios para poder controlar la planta. El costo total del equipo e instrumentación que se ocuparán en la modernización de la planta tendrá un costo total aproximado de $141,281.49 Dólares. El costo del diseño de la implementación de la instrumentación y el control tendrá un costo aproximado de $20,000 Dólares. En la tabla 5.1 se muestran y/o desglosan las marcas de instrumentos y equipos que se recomiendan:

Tabla 5.1 Costos de los Equipos.

Marca. Tipo de Instrumento o Equipo. Cantidad Costo. Total.

+GF +

SIGNET

Transmisor Indicador de Flujo 8550 6 $414.90 $2,489.4

Transmisor Indicador de Análisis 8750 8 $520.20 $4,161.6

Transmisor Indicador de Análisis 4150 2 $1800.00 $3,600.00


2823 4 $849.60 $3,398.4

Transmisor Indicador de Presión 8450 3-2450-5H 2 $813.2 $1,626.4

Delta

Variador de Velocidad Serie B 230v25HP 1 $1,743.35 $1,743.35



Endress+Haus

er

Transmisor Indicador de Análisis CAS40 + Sensor 1 $9,613.00 $9,613.00

Transmisor Indicador de Análisis Liquisys M

CCM223 1 $866.20 $866.20

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Engineering Transmisor de Nivel U-GAGEQT50U 2 $561.00 $1,122.00

VAMEX Válvula de admisión expulsión 2 $403.35 $806.7



DWYER Transmisor Indicador de Presión Diferencial 7 $115.00 $805.00

BRAYS Válvula de Corte con Actuador S-20/S-70 37 $1,200 $44,400.00

DEWIT Manómetro Indicador de Presión 15 $35.00 $525.00

SOR Interruptor de Nivel Configurable Series 1500 4 $296.86 $1,187.44

Pulsatron Bomba Dosificadora Serie D 6 $375.00 $2,250.00

W.E.

Anderson Interruptor de Bajo Nivel FlotectL4 Series 3 $296.86 $890.58

VETROLUX Mirilla de Nivel 3 $125.00 $375.00

ASHCROFT Interruptor de baja presión 1 $583.00 $583.00

Interruptor de alta presión 1 $583.00 $583.00

PLC Allen

Bradley 1756-

L55

ControlLogix

Logix 555 processor with no User Memori 1 $4,760.00 $4,760.00

1794-ACNR15

ControlNet FLEX I/0 Adapter Module 9 $1,077.00 $9,693.00

1794-ps13

85-264 VAC To 24 VCD 1.3A power Supply 9 $195.00 $1,755.00

1794-IE8XOE4

Analog Combination Module. 8 inputs / 4 Single-

ended Outputs

9 $1,464.00 $13,176.00

1794-IB16XOB16P

Combination Module, 24VCD, 16 ln Sink/16 Out

Source

9 $596.00 $5,364.00

Pantalla Táctil (panel view plus 1000) $2,640.00 $2,640.00

Cable de conexión al switch (Ethernet) 50 mts $.12 $6.00

Cable de conexión para controlnet

Cable coaxial RG-6 75 OHM 1000 mts $.50 $500.00

HP Pc Escritorio Intel Pentium D a 3GHzRam 2 Gb y

disco duro de 160GB 1 $1,100.00 $1,100.00



5.2 BENEFICIOS Dentro del proyecto se contemplaron una serie de beneficios, basados en los costos de la implementación en función del funcionamiento y tipo de equipo e instrumento que a continuación se mencionan: � Se realizará mantenimiento cada 2 años reduciendo costos por paros no programado,

así garantizar la vida útil de la planta. � La potabilizadora trabajará 7 días a la semana las 24 hrs del día los 365 días del año. � La aportación a la planta será de 60 l/s asegurando así tanto la calidad del agua y el

cumplimiento de la demanda. � Se reducirán costos de operación de la potabilizadora y se aumentará la purificación

del agua. La inversión realizada en la modernización, es relativamente baja ya que el costo de la inversión se recuperaría en aproximadamente en un lapso de 3 años, asimismo esto mejorará la calidad de agua contemplando su uso para consumo humano, esto permitirá un perfecto funcionamiento del control de la potabilizadora hasta que cumpla la vida útil para la que fue diseñada, permitiendo a futuro, realizar otros trabajos de modernización.



5.3 CONCLUSIONES En este trabajo se cumplieron con los objetivos establecidos para poder hacer una propuesta de rehabilitación y modernización de la planta de tratamiento de agua Iztapalapa purísima 5, se selecciono la instrumentación necesaria para cumplir con la calidad de agua potable de acuerdo a la Norma Oficial Mexicana NOM-179-SSA1-1994. Se selecciono el dispositivo de control, de acuerdo a las entradas y salidas que son requeridas para el control optimo del proceso y se opto por utilizar el dispositivo PAC, el cual es un Controlador de Automatización Programable. Finalmente los instrumentos y dispositivos de control serán enlazados por medio de una red ControlNet para poder visualizar el proceso mediante una HMI.



ANEXO A



ANEXO B



ANEXO C



ANEXO D



ANEXO E



BIBLIOGRAFÍA [1] Información obtenida de la dirección:

http://www.salud.gob.mx/unidades/cdi/nom/127ssa14.html El día 29 de Enero de 2011. [2] Información obtenida del libro: Romero R. J. 1999. “Potabilización del Agua”. 3a Edición México. Alfaomega. [5] Información obtenida de la Tesis: Cervantes G. M., Resendiz M. F. y Vargas A. Á. 2010 “Modernización del Sistema de

Control para el Tratamiento de Agua de la Planta La Purísima 5 del Sacm” 2010. [6] Información obtenida de la dirección:

http://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/historia/historia- tratamiento-agua-potable.htm

El día 6 de Febrero de 2011. [7] Información obtenida de la dirección:

http://www.ozoneecological.com/cat3/ozono.htm El día 6 de febrero de 2011. [8] Información obtenida de la dirección:

http://www.seapal.gob.mx/plantariocuale.htmG, El día 6 de Febrero de 2011. [16] Información obtenida del libro: Tebbut H. Y. “Fundamentos de la calidad del agua” 2008. Edit. Limusa. [17] Información obtenida del libro: Creus A. “Instrumentación Industrial” 2006. Edit. Alfaomega 7ºa Edic. [18] Información obtenida del libro Harper G. “Manual de Instalaciones Electromecánicas en Casa y Edificios” 2002 Edit. Limusa. [19] Información Obtenida del libro: Programable Logic Controllers Botton. [20] Información Obtenida de la Tesis: Benítez F. A. “Tesis Automatización de una Planta Potabilizadora” [27] Información obtenida de: “Valores de las normas 127, IBWA, 041 y las normas de la FDA, El día 8 de Junio de 2011.



[29] Información obtenida de la Tesis: “Proyecto Ejecutivo Planta Potabilizadora a Pie de Pozo Purísima Iztapalapa 5”

1998. [31] Información obtenida de la dirección: http://www.controlnet.org, El día 2 de Abril de 2011.



GLOSARIO Acuífero [28] Un acuífero es aquel estrato o formación geológica permeable que permite la circulación y el almacenamiento del agua subterránea por sus poros o grietas. Agua Cruda [9] Es el agua tal y como se encuentra en las fuentes, en estado natural, sin tratamiento. Se pueden identificar como fuentes de “agua cruda” a los cursos superficiales o subterráneos, entre ellos, los ríos, arroyos, lagos, lagunas y acuíferos, que el hombre usa como materia prima para abastecerse. Aireación [11] La aireación en aguas residuales es el proceso de suministrar oxigeno al agua que se requiere de un tratamiento. Algoritmos [22] Es el conjunto pre escrito de instrucciones o reglas bien definidas, ordenadas y finitas que permiten realizar una actividad mediante pasos sucesivos que no generen dudas a quien deba realizar dicha actividad. Base de Datos [24] Una base de datos es una colección de datos organizados y estructurados según un determinado modelo de información que refleja no solo los datos en sí mismos, sino también las relaciones que existen entre ellos. Coagulante [13] Es una sustancia que favorece la separación de una fase insoluble en agua por medio de sedimentación. Código ASCII [19] El código ASCII es un código numérico que representa los caracteres, usando una escala decimal del 0 al 127. Estos números decimales son convertidos por la computadora en números binarios para ser posteriormente procesados. Coloides [14] Son partículas lo suficientemente pequeñas como para experimentar movimiento debido a su temperatura pero a la vez mucho más grande que las partículas del medio en que se encuentran. Dispositivos de Campo [23] Son dispositivos empleados en el control de procesos, como lo son los PLC´s, transmisores, actuadores y sensores.



Driver´s [21] Es un sistema para el control de la velocidad rotacional de un motor de corriente alterna por medio del control de la frecuencia de alimentación suministrada al motor. Floculación [15] Es la aglomeración de partículas desestabilizadas en microfloculos. HMI [4] (Human Machine Interface) Interfaz Hombre Maquina, que se usa para referirse a la interacción entre humanos y maquinas; Aplicable a sistemas de Automatización de procesos. Influente [30] La entrada a un sistema de desinfección y cloración del agua. Mezcla Rápida [12] Se denomina mezcla rápida a las condiciones de intensidad de agitación y tiempo de retención que debe reunir la masa de agua en el momento en que se dosifica el coagulante. Paridad [26] Los códigos de paridad se unas en telecomunicaciones para detectar, y en algunos casos corregir, errores en la transmisión. PLC [3] Controlador Lógico Programable, capaz de realizar operaciones lógicas y matemáticas para un proceso automatizado. Protocolo [25] Un protocolo es un método estándar que permite la comunicación entre procesos, es decir, es un conjunto de reglas y procedimientos que deben respetarse para el envió y la recepción de datos a través de una red. Turbiedad [10] Es la causa de la presencia de partículas suspendidas y disueltas de gases, líquidos y sólidos tanto orgánicos como inorgánicos, con un ámbito de tamaños desde el coloidal hasta partículas macroscópicas.

tesis control y monitoreo de una …tesis.ipn.mx/jspui/bitstream/123456789/10512/1/61.pdf ·...

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