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Diseo e Implementacin de un Sistema de Automatizacin y Control de un Caldero Industrial de Vapor Saturado para Construcciones Mecnicas S.ARoberto Felipe Proao GuevaraChristian Paul Lugmaa RaimundoINTRODUCCIONLa obra inicialmente concebida como un laboratorio para remediacin ambiental, se convirti en un Centro de Investigacin de Tecnologas Ambientales, tras el anlisis de la realidad socio ambiental amaznica.

El proyecto de construccin y equipamiento del CITVAS contempla el funcionamiento de cinco reas: rea de Microbiologa Aplicada rea de Fitologa rea de Biologa Molecular rea Qumica Ambiental rea de Produccin y Escalamiento de Procesos, conformado por el Laboratorio de Bioaumentacin.Hoy en da procesos de remediacin que estn en marcha mas la adquisicin de un nuevo Bio-fermentador til para el escalamiento a nivel industrial y masificacin de microorganismos, nace tambin la necesidad de implementar un sistema de monitoreo, automatizacin y control de los servicios como:aire seco comprimido, agua blanda fra y vapor saturado a presin alta y baja.DESCRIPCION CALDERO

Thomas Savery, Thomas Newcomen (1698)Dionisio Papn (1769 )James Watt (1776)

Son dispositivos empleados para calentar agua o generar vapor a altas presiones, cuentan con un compartimiento en donde el combustible se consume, y otro donde se coloca el agua que luego se convertir en vaporDisponibilidad econmicaCapacidad de generacin de vaporDimensiones del equipoTipo de controlNormas de seguridad industrialesTiempo de operacin

Interior de un Caldero para generar Vapor Saturado

Tabla . Vapor Saturado Tabla de Temperaturas

Sistema de Ablandamiento de AguaQuitar las materias solubles y en suspensin.Reducir los niveles de dureza de minerales, calcio, hierro y cal.Evitar la formacin de incrustaciones sobre las superficies de calentamiento del agua.Proteger contra la corrosin los metales de las calderas, recuperadores y tuberas de distribucin

Figura. Ciclo de AblandamientoPor la Disposicin de los fluidos:Tubos de Agua (Acuo tubulares), Tubos de Humo(Piro tubulares)Por la disposicin del Tambor o Hervidor:Verticales, HorizontalesPor la disposicin de los Tubos:Verticales, Horizontales, InclinadosPor el numero de pasos:Un paso, Dos pasos, Tres o ms pasosPor la circulacin del agua:Circulacin Natural, asistida, forzadaPor la transmisin del Calor:De Conveccin, Radiacin, CombinadaPor el combustible empleado:De Carbn (Carbn Pulverizado), Combustibles Lquidos, Combustibles Gaseosos, Combustibles Gaseosos, Nucleares(Uranio Natural, enriquecido)Por la presin de Trabajo:Baja Presin( menor a 20kg/cm), De media presin (entre 20 y 64 kg/cm), de alta presin (mayor a 64 kg/cm)Por la clasificacin de los Materiales:Calderas de Fundicin, de Acero.Clasificacin CalderosTipo de CalderoCapacidad BHPCombustibleCalderos Piro tubulares Horizontales 20 500 Diesel, Bunker, Gas LPG, Combustibles SlidosCalderos Piro tubulares Verticales 1 50 Diesel, Bunker, Gas LPG, Combustibles SlidosCaldero Acuotubulares 500 1000 Diesel, Bunker, Gas LPG, Calderos Aceite Trmico 20 500Diesel, Bunker, Gas LPGCalderos para baos de cajn y para agua caliente 20 500Combustible: Diesel, Gas LPGCalderos Elctricos1 100Suministro ElctricoDiseo de Hardware

Platino metal que ofrece un margen lineal amplio con sensibilidad aceptable y elevada precisin y exactitud.Transductor cuya resistencia varia de forma lineal para un rango de temperatura de (0C a 400C)Con un mtodo de aproximacin se tiene una ecuacin mas prxima que caracteriza el comportamiento de la PT100

PLC SIEMENS S7-1200CPU: 1214CENTRADAS/SALIDASCAP. DE AMPLIACINVERSION: AC/DC/RELEEntradas Digitales (DI)14 DI a 24VDCHasta 8 Mdulos de SealesHasta 3 Mdulos de ComunicacinMEMORIA DE TRABAJOM.TRABAJO:50KBM.CARGA: 2MBM.REMANENTE: 2KBFUNCIONALIDADSalidas Digitales (DO)10 DO Tipo RelHasta 16 Lazos PIDContadores Rpidos Integrados:Fase Simple, Fase Doble, Salida de Pulsos 2@ 1 HzEntradas Anlogas (AI)2AI (Voltaje)MODULOS COMUNICACIONPROFINET / INDUSTRIAL ETHERNET16 Conexiones en TotalIntegrado Profinet Controller: Hasta 8 dispositivosElemento Calefactor

Controlador de Presin

Valvulas de Seguridad

Para el diseo del presente caldero la vlvula de seguridad estar configurada a un valor de 100 PSI

Dimensionada de acuerdo con la presin de trabajo y no debe ser mayor que el 6% de la presin mxima de trabajo.

Controlador Nivel de AguaBomba de Agua

BOMBA DE AGUA 2HP/220VCaractersticas PrincipalesCaudal hasta 160l/min, temperatura mxima de funcionamiento con agua hasta 90CAlimentacin Elctrica:220V/11A Potencia (1500W)Norma:Proteccin IP44, Aislamiento Clase FConstitucin Mecnica:Eje de motor en acero inoxidable, motores clase IE2 (Alto rendimiento), Sellos de grafito cermicoNormativas de instalacin y seguridadLos tableros deben ser resistentes al impacto contra choques mecnicos mnimo grado IK 05 y tener un grado de proteccin contra slidos no mayores de 12,5 mm, lquidos de acuerdo al lugar de operacin y contacto directo, mnimo IP 2XC o su equivalente NEMA.

Tensin(es) nominal(es) de operacin.Corriente nominal de operacin.Nmero de fases.Nmero de hilos (incluyendo tierras y neutros).Razn social o marca registrada del fabricante, comercializador o importador.El smbolo de riesgo elctrico.Cuadro para identificar los circuitos.

Potencia:5 hp (50kw)Presin nominal de trabajo:70 psiPresin Mxima de Trabajo:90 psiPresin mnima de Trabajo:60 psiPresin de alivio de seguridad:90 psiCapacidad de almacenamiento del tanque:160 libras/horaTipo de Control:automtico PLCTipo de generacin:vapor saturadoNivel Mximo del liquido:80% del volumen total del tanqueNivel mnimo del liquido:70 % del volumen total del tanqueNivel crtico del liquido:60% del volumen total del tanqueDimensionamiento Pre calentador

Diseo de Software

RED PROFINETDIRECCION IP : RED 192.168.0.XCPU PLC SIEMENS S7-1200 (CPU 1214 AC/DC/Rly)MODULO HMI SIMATIC TOUCH PANELDISPOSITVO TERMINAL PCIP:192.168.0.1Mascara Red:255.255.255.0IP: 192.168.0.7Mascara Red: 255.255.255.0IP: 192.168.0.X (No: .10)Mascara Red: 255.255.255.0ROUTER TRENDNET: 192.168.0.10 (Es la direccin mediante la cual se ingresara va http para poder configurar los parmetros de las redes LAN, WAN y configuraciones iniciales)

Diseo HMI

Implementacion

Pruebas y ResultadosMEDIDAS PRECALENTADORINGRESO PRIMER VOLUMEN DE AGUAA18h55 PM15CB19h15 PM28CC19h20 PM29CD19H30 PM32C19H32PMENCENDIDO BOMBA DE AGUA INGRESO DE PRIMER VOLUMEN DE AGUA (79,34 litros) AL CALDERO ELECTRICOINGRESO SEGUNDO VOLUMEN DE AGUAE19h40 PM15CF19H45 PM25CG20H05PM35C20H10 PMENCENDIDO BOMBA DE AGUA INGRESO DE SEGUNDO VOLUMEN DE AGUA (79,34 litros) AL CALDERO ELECTRICOINGRESO TERCER VOLUMEN DE AGUAH20H10 PM15CI 20H20 PM20CJ20H30 PM26CK2OH35 PM30C20H35 PMENCENDIDO BOMBA DE AGUA INGRESO DE TERCER VOLUMEN DE AGUA (79,34 litros) AL CALDERO ELECTRICO2OH35PMENCENDIDO CALDERO ELECTRICO

Se ha descrito una forma de un sistema remoto de monitorizacin y control del suministro de vapor saturado mediante un caldero para el normal funcionamiento de un Bio-fermentador industrial bajo los requerimientos deseados, adems del accionamiento de un compresor y de un chiller (sistema de frio) evaluando el desempeo del sistema mediante una secuencia de activacin de las resistencias del caldero que hacen que la mayor parte de la energa calrica se transfiera al medio lquido, logrando as una eficiencia energtica que satisface la inversin tcnica y econmica del proyecto.

Se logro generar vapor a alta presin bajo normas de seguridad para un proceso biolgico industrial, con un sistema de monitoreo y control remoto de fcil acceso y de muy intuitivo manejo, sin que el operador tenga conocimientos previos acerca del proceso.

Gracias