Informe de Tesis - Parte 2

CAPITULO 01 INTRODUCCIÓN

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1. CAPITULO 01. INTRODUCCIÓN 1.1. El Problema: Dentro del Proceso de Producción de Azúcar existen diferentes etapas, una de ellas es la Etapa de Filtración. Ésta etapa está compuesta por filtros que usan el principio de succión a través de la presión de vacío, en donde al sobrante, la torta, se le mide la Pol contenida. Se entiende por POL a todos los azúcares solubles existentes en el jugo de la caña que tienen la propiedad de desviar la luz polarizada hacia la derecha (dextrógiro) y hacia la izquierda (levógiro). Por las necesidades del proceso azucarero, los niveles de Pol óptimos deben ser menor a 2.5 % de Pol siendo superados por los resultados en las azucareras del norte del país que están entre 5 y 8 % de Pol. La Empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. tiene entre sus principales rubros de industria la producción de Azúcar, Generación Eléctrica y producción de Alcohol. Dentro de su Proceso de Producción de Azúcar existen diferentes etapas, tales como: Trapiche, Clarificación, Evaporación, Cristalización, Centrifugación, Envasado. En la Etapa de Clarificación, al material sobrante se le llama cachaza, ésta cachaza es llevada a una Etapa de Filtración para ser reutilizada y extraer la sacarosa aún contenida en el material. Esta etapa de Filtración está compuesta por 6 Filtros Rotativos al Vacío o Filtros Oliver, de los cuales se obtienen resultados de Pol,en el año 2011 se obtuvo en la torta entre 6 y 9 % de Pol.

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1.2. Objetivos: 1.2.1. Objetivo General Diseñarun Sistema de Automatización y Supervisión del Sistema de Filtrado por Bandas para la extracción de sacarosa de la cachaza residual en la Empresa Agroindustrial Casagrande – Casagrande.

1.2.2. Objetivos Específicos
Evaluar los niveles de Pol obtenidos al finalizar el proceso de filtrado por vacío de los Filtros Oliver.
Establecer la filosofía de control del sistema de filtrado por bandas.
Seleccionar la instrumentación adecuada para la implementación del sistema de filtrado por bandas.
Configurar el sistema de control para que realice el sistema de filtrado por bandas de manera manual y automática.
Evaluar los resultados obtenidos de Pol al finalizar el proceso de filtrado por bandas.
Comparar los resultados obtenidos de Pol entre el filtrado por vacío y el filtrado por bandas.
Evaluar económicamente los resultados de los dos procesos de filtración.

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CAPITULO 02 FUNDAMENTO TEÓRICO

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2. CAPITULO 02. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1. Producción de Azúcar 2.1.1. La Caña de Azúcar La caña de azúcar (Saccharumofficinarum L) pertenece a la familia de las gramíneas. Se desarrolla como cultivo intensivo en climas tropicales y subtropicales. Su reproducción es asexual por la propagación de trozos con una o dos yemas germinales (propagación vegetativa). Es cultivada varias veces al año y se corta en promedio cada 12 meses cuando ha alcanzado su madurez. La caña de azúcar está conformada por raíz, tallo y hojas. El fruto agrícola de la caña de azúcar es el tallo, estructura donde se acumulan los azúcares. Su tallo está compuesto por la parte sólida, corteza o epidermis y la fibra o bagazo que contiene al jugo, mismo que contiene agua y sacarosa soluble. La fibra o bagazo es residuo de la extracción del jugo de la caña. Las proporciones de los componentes del jugo de la caña de azúcar varían de acuerdo con la variedad de la caña, edad, madurez, clima, suelo, métodos de cultivo, abonos, lluvias y riegos. Los valores de referencia general contenidos en caña de azúcar son:

Agua

73-76 %

Sacarosa

8-15 %

Fibra

11-16 %

Otros constituyentes en el jugo de la caña de azúcar son:

Glucosa

0.2-0.6 %

Fructosa

0.2-0.6 %

Sales

0.3-0.8 %

Ácidos orgánicos

0.1-0.8 %

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2.1.2. Descripción del Proceso Productivo En la Figura 1, se observa los diferentes procesos que pasa la caña para obtener el azúcar, desde que la caña llega a los patios hasta cuando es embolsada, también se podrá observar que el bagazo obtenido después del último molino es usado como combustible en las calderas.

Figura Nº1: Descripción del Proceso de Elaboración de Azúcar

2.1.2.1.

Preparación de la Caña

La caña que llega del campo en vagones, se muestrea con una sonda mecánica oblicua para determinar sus características de calidad como contenido de sacarosa, fibra y nivel de impurezas. A continuación, la caña se pesa con balanzas electrónicas y se conduce a los patios donde empleando un sistema de grúas se almacena a granel o se dispone directamente en las mesas lavadoras para dirigirla al conductor que alimenta las picadoras. Las mesas lavadoras cuentan con un sistema de boquillas aspersoras de agua que lavan la caña y remueven las impurezas evitando su entrada al proceso.

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2.1.2.2.

Molienda

El proceso de molienda tiene la finalidad de extraer el jugo a la caña de azúcar mediante un tándem de molinos, que para el caso del ingenio bajo estudio, consiste de cuatro molinos. Del primer y segundo molino se obtiene jugo mezclado, el cual es trasladado a fábrica (departamento de elaboración) para continuar con el proceso de depuración y clarificación; de los molinos restantes, el jugo es utilizado para la maceración. La fibra resultante del último molino se le da el nombre de bagazo. La caña preparada primeramente se transporta al primer molino para dar inicio al proceso de extracción de jugo; posteriormente se traslada a un conductor intermedio en el que se aplica jugo de caña proveniente del tercer molino. A este proceso se le llama maceración, y tiene por objeto diluir el azúcar que contiene la caña. La caña que sale del primer molino entra al segundo molino, en el que vuelve a ser sometida a compresión para extraer el jugo. Posteriormente se manda a otro conductor intermedio donde nuevamente se le aplica el proceso de maceración para proseguir con su ingreso al tercer molino y continuar la extracción. La caña del tercer molino se transporta mediante un conductor intermedio al cuarto molino, donde antes de su ingreso se le agrega agua caliente con el mismo fin de la maceración; al proceso anterior se le conoce como imbibición y es realizado normalmente en el último molino.

2.1.2.3.

Generación de Vapor y Electricidad

El bagazo que sale de la última unidad de molienda se conduce a las calderas para que sirva como combustible y produzca el vapor de alta presión que se emplea en las turbinas del desfibrador y de los molinos para lograr su movimiento y en los turbogeneradores para producir la energía eléctrica requerida. El vapor de escape de las turbinas se

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emplea en las operaciones de evaporación y cocimiento de los jugos azucarados.

2.1.2.4.

Calentamiento

El jugo que se extrae en la molienda es de carácter ácido, se trata con lechada de cal con el objetivo de neutralizar la acidez presente, realizadas las operaciones anteriores se procede a sulfatar para el caso del azúcar blanca, en caso que fuera rubia el jugo no será sulfatado, luego es calentado con vapor en intercambiadores de tubo y coraza hasta una temperatura de 102-105ºC., antes de su ingreso a los clarificadores el jugo calentado pasa por los tanques Flash que tienen el propósito de eliminar la presión, la alta velocidad y la energía en exceso que adquiere el jugo en el proceso de calentamiento.

2.1.2.5.

Clarificación

Los tanques clarificadores tienen 65000 galones de volumen cada uno y tres horas de retención, con la ayuda de un poli electrolito mediante decantación, los sólidos no azúcares floculados por la alcalización y calentamiento se precipitan por gravedad en forma de un lodo llamado cachaza. El jugo clarificado sobre nadante se pasa por tamices finos para remover partículas y se envía hacia los evaporadores. La característica principal de la etapa de clarificación, es la de separar sustancias insolubles o lodo, del jugo de caña, ya que el jugo obtenido en la etapa de molienda es sucio, lo que se logra en esta parte del proceso es de obtener un jugo claro, tenemos que tener en cuenta que hasta el momento el juego solo es tratado para eliminar sustancias sobrantes.

2.1.2.6.

Filtración

Los Iodos o cachaza contienen azúcar y para retirársela se someten a un proceso de filtración al vacío. Inicialmente a los lodos se les agrega bagacillo, cal y polímero o floculante para aumentar su

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filtrabilidad, posteriormente se bombean hacia filtros rotatorios al vacío donde se separan los sólidos del jugo resultante. En el filtro se aplica agua caliente con boquillas aspersoras para minimizar la cantidad de sacarosa residual en la cachaza. La materia sólida se conduce por bandas transportadoras a tolvas para recogerla en vagones o volquetas, pesarla y disponerla en el campo como estabilizador de suelos pobres en materia orgánica. El jugo turbio resultante se clarifica por flotación con ácido fosfórico, cal, floculante y aire de tal manera que el jugo filtrado clarificado se mezcla con el jugo claro para enviarlo a los evaporadores y los Iodos sólidos no azúcares se retornan a la operación de filtración y se desalojan con la cachaza.

2.1.2.7.

Evaporación

El jugo claro, procedente del clarificador, se evapora para eliminar gran parte del agua contenida en él, obteniendo con ello una solución azucarada más espesa denominada meladura: ésta está formada de sacarosa cristalizable (azúcar) y no cristalizable (mieles). La evaporación se lleva a cabo en aparatos denominados evaporadores que trabajan con presión y vacío de simple efecto y de múltiple efecto.

2.1.2.8.

Cristalización

La meladura que se obtiene de evaporación termina de evaporarse en los tachos, dispositivos que funcionan con vacío de simple efecto. Estos dispositivos, por medio de la técnica del ensemillamiento, permiten obtener una templa: masa cocida formada por cristales y miel, de una manera acelerada. A la operación anterior se le denomina cristalización. Existen templas de diferente calidad y pureza. Las templas de menor pureza, se envían a unos cristalizadores. Ahí se dejan enfriar y

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permanecen un tiempo, con el propósito de que se deposite en los cristales ya formados, la sacarosa que todavía contienen las mieles.

2.1.2.9.

Centrifugación

Después de reposar en el cristalizador, las templas se calientan ligeramente, y se envían a un área de centrífugas, donde se obtiene, por un lado, cristales de azúcar, y por otro, un material incristalizable denominado miel final. En las templas de mayor pureza, a la salida de los tachos, generalmente se envían directamente a las centrífugas, donde se separan los cristales de las mieles. La miel que sale de las centrífugas se bombea a tanques de almacenamiento para someterla a posteriores evaporaciones y cristalizaciones en los tachos. Al cabo de tres cristalizaciones sucesivas se obtiene una miel agotada o miel de purga que se retira del proceso.

2.1.2.10. Secado, Enfriamiento y Envasado Los cristales de azúcar, obtenidos en la centrifugación, se envían a un secador o a un almacén. El azúcar seca con temperatura cercana a 60ºC se pasa por las enfriadoras

rotatorias

inclinadas

que

llevan

aire

frío

en

contracorriente, en donde se disminuye su temperatura hasta 40 - 45 ºC para conducirla a las tolvas de envase. El azúcar seca y fría se empaca en sacos de diferentes pesos y presentaciones dependiendo del mercado y se despacha a la bodega de producto terminado para su posterior venta al comercio.

2.2. Sistemas de Control Conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados.

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2.2.1. Clasificación Los sistemas de control se clasifican en sistemas de lazo abierto y lazo cerrado. La distinción la determina la acción de control, que es la que activa al sistema para producir la salida.

Un sistema de control de lazo abierto es aquel en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada.

Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que la acción de control está en función de la señal de salida. Estos sistemas usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control.

2.2.1.1.

Sistema de Control de Lazo Abierto:

Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control, es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador.

Estos sistemas se caracterizan por: •

Ser sencillos y de fácil concepto

•

Nada asegura su estabilidad ante una perturbación

•

La salida no se compara con la entrada

•

Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o intangibles

•

La precisión depende de la previa calibración del sistema

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2.2.1.2.

Sistema de Control de Lazo Cerrado:

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:

- Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre. - Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar. - Vigilar un proceso es especialmente difícil en algunos casos y requiere una atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.

Tiene por características: •

Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros

•

La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema

•

Su propiedad de retroalimentación

•

Ser más estables a perturbaciones y variaciones internas

2.2.2. Tipos de Control 2.2.2.1.

Control On/Off

Para equipos de dos posiciones, como válvulas de abierto o cerrado. El controlador ON/OFF tiene dos salidas que son, una para máxima apertura y otra para apertura mínima, o sea cierre. En algunos sistemas se determina que cuando la medición cae debajo del valor de consigna, la válvula debe abrirse,en tal caso, la salida del controlador será del 100%. A medida que la medición cruza el valor de consigna, la salida del controlador va hacia el 0%.

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Este ciclo continuará indefinidamente, debido a que el controlador no puede balancear el suministro contra la carga. La continua oscilación puede, o no puede ser aceptable, dependiendo de la amplitud y longitud del ciclo. Un ciclo rápido causa frecuentes alteraciones en el sistema de suministro de la planta y un excesivo desgaste de la válvula. El tiempo de cada ciclo depende del tiempo muerto en el proceso, debido a que el tiempo muerto determina cuánto tiempo toma a la señal de medición para revertir su dirección una vez que la misma cruza el valor de consigna y la salida del controlador cambia. El resultado es que el ciclo ocurre dentro de una banda muy estrecha alrededor del valor de consigna y que el control puede ser muy aceptable si el ciclo no es muy rápido. Sin embargo, si la medición del proceso es más sensible a los cambios, en el suministro, la amplitud y frecuencia del ciclo comienza a incrementarse; en algún punto, el ciclo se volverá inaceptable y alguna forma de control proporcional deberá ser aplicada.

2.2.2.2.

Acción Proporcional

Es uno de los componentes del control PID. La parte proporcional consiste en el producto entre la señal de error y la constante proporcional como para que hagan que el error en estado estacionario sea casi nulo, pero en la mayoría de los casos, estos valores solo serán óptimos en una determinada porción del rango total de control, siendo distintos los valores óptimos para cada porción del rango. Sin embargo, existe también un valor límite en la constante proporcional a partir del cual, en algunos casos, el sistema alcanza valores superiores a los deseados. Este fenómeno se llama sobreoscilación y, por razones de seguridad, no debe sobrepasar el 30%, aunque es conveniente que la parte proporcional no produzca sobreoscilación.

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() =  () Ecuación Nº1: Ecuación de acción proporcional

Dónde: u(t) = Salida del controlador e(t) = Error (diferencia entre PV y SP) Kp = ganancia proporcional La ecuación anterior descrita desde su función de transferencia queda como:

 ( ) =  Ecuación Nº2: Función de transferencia de la acción proporcional

Hay una relación lineal continua entre el valor de la variable controlada y la posición del elemento final de control. La parte proporcional no considera el tiempo, por lo tanto, la mejor manera de solucionar el error permanente y hacer que el sistema contenga alguna componente que tenga en cuenta la variación respecto al tiempo, es incluyendo y configurando las acciones integral y derivativa.

2.2.2.3.

Acción Integral (Reset)

En el control de procesos la variable que se integra es el error (la diferencia entre PV y SP) respecto del tiempo. Así, el modo integral de un controlador cambia la salida ya sea hacia arriba o hacia abajo en el tiempo en respuesta a la cantidad de error existente entre PV y SP, y el signo de este error. La razón de esta acción de cambio es para incrementar o disminuir el valor de la salida tanto como sea necesario para eliminar completamente cualquier error y forzar a la variable de proceso a ser igual al setpoint.

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A diferencia de la acción proporcional, la cual simplemente mueve la salida en una cantidad proporcional entre cualquier cambio de PV o SP, la acción de control integral no para de mover la salida hasta que todo el error haya sido eliminado. La acción integral se define por el error diciéndole a la salida cuán rápido moverse. 


() =  () 

Ecuación Nº3: Ecuación de acción integral

Dónde: u(t) = Salida de Controlador e(t) = Error Ki = Constante de tiempo integral La ecuación nº 3 expresada en su función de transferencia quedaría:

( ) =

1 

Ecuación Nº4: Función de transferencia acción integral

2.2.2.4.

Acción Derivativa

El elemento final del control PID es el término “D” que es la acción derivativa. La función de la acción derivativa es mantener el error al mínimo corrigiéndolo proporcionalmente con la misma velocidad que se produce; de esta manera evita que el error se incremente. Cuando el tiempo de acción derivada es grande, hay inestabilidad en el proceso. Cuando el tiempo de acción derivada es pequeño la variable oscila demasiado con relación al punto de consigna. Suele ser

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poco utilizada debido a la sensibilidad al ruido que manifiesta y a las complicaciones que ello conlleva. El tiempo óptimo de acción derivativa es el que retorna la variable al punto de consigna con las mínimas oscilaciones. La salida de estos tres términos, el proporcional, el integral y el derivativo son sumados para calcular la salida del controlador PID.   ()

()

Ʃ

+ -

()

+



  ()

+



 

Ʃ

PLANTA

()

+ () 

Figura Nº2: Control PID

De lo cual la forma final del algoritmo del PID es:

  ()
() =  () + () +      Ecuación Nº5: Ecuación del control PID

Siendo su función de transferencia:

 ( ) =  1 +

1 +   

Ecuación Nº6: Función de transferencia del control PID

2.2.3. Métodos de Sintonización de un Control PID Los métodos de sintonía de estos controles consisten en la determinación del ajuste de sus parámetros (Kc, Ti, Td). Estas son: •

Método de prueba y error 16

•

Método de Ziegler-Nichols

•

Métodos analíticos basados en modelos

•

Minimización de índices de error

•

Márgenes de fase y/o ganancia

•

Estimar ciertas características dinámicas del proceso con un experimento

•

Calcular los parámetros del regulador mediante tablas o fórmulas deducidas en función de las características dinámicas estimadas.

2.2.3.1.

Método de Ziegler-Nichols

Se basa en encontrar la ganancia de un controlador de tipo proporcional con la finalidad de que el lazo oscile indefinidamente a una amplitud constante. w

y

u G(s)

Kp S.P.

Figura Nº3: Método de Ziegler-Nichols

Control

Kp

Ti

P

0.5 Kp

PI

0.45 Kp

 1.2

PID

0.6 Kp

0.5 Pc

Td

 8

Tabla Nº1: Parámetros de ajuste PID

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2.3. Controlador Lógico Programable 2.3.1. Definición y Ventajas del PLC Es un equipo electrónico e inteligente. Consta de unidades o módulos que cumplen funciones específicas, las que permiten recibir información de todos los sensores y comandar todos los controladores del sistema. Estos equipos tienen las siguientes ventajas: •

Velocidad y Confiabilidad

•

De tamaño reducido

•

Modularidad y Flexibilidad

•

Facilidad de programación

Figura Nº4: Controladores Lógico Programables Siemens

2.3.2. Componentes de un PLC 2.3.2.1.

Fuente de alimentación

Adapta la tensión de la red (220V y 60Hz) a la de funcionamiento de los circuitos internos del autómata y otras tarjetas.

2.3.2.2.

Unidad central de procesamiento CPU

Es el cerebro del controlador, hecha a base de microprocesadores y memorias como las memorias ROM y RAM.

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2.3.3. Módulos de Entrada/Salida 2.3.3.1.

Módulos de entrada y salida discreta

Los módulos de entrada discreta son los encargados de leer los datos del proceso de tipo discreto. A éstos módulos se conectan pulsadores, interruptores, selectores, finales de carrera, detectores de proximidad, interruptores de nivel, etc.

Los módulos de salida discreta convierten las señales procedentes de la CPU y las envían hacia los actuadores. Los actuadores que se conectan a estas interfaces pueden ser: relés, lámparas indicadoras, electroválvulas, displays, etc.

2.3.3.2.

Módulos de entrada y salida análoga

Los módulos de entrada análoga tienen como función, digitalizar las señales análogas para que puedan ser procesadas por la CPU. Se conectan a éstas tarjetas: sensores de temperatura, presión, corriente, velocidad, etc. El tipo de señal puede ser de tensión o de corriente normalizado: Señal de corriente:

0-20 mA, 4-20mA, ± 10mA

Señal de tensión:

0-10V, 0-5V, 0-2V, ± 10V

Los módulos de salida análoga transmiten hacia los actuadores análogos, señales de tensión o de corriente que varían continuamente. El tipo de señal puede ser de tensión o de corriente normalizado: Señal de corriente:

0-20mA, 4-20mA, ± 20mA

Señal de tensión:

0-10V, ± 10V

2.3.3.3.

Memorias ROM y RAM

Las memorias ROM (ReadOnlyMemory) son memorias de solo lectura, que contiene el sistema operativo con que opera el

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controlador. Tiene la característica de que no se borra la información contenida.

Las memorias RAM (Random Access Memory) son memorias volátiles, su información se borra al faltarle corriente. Por lo general en esta memoria se guarda el programa del usuario, que puede ser modificado cuando se requiera.

2.3.3.4.

Módulos de memoria adicionales EPROM y EEPROM

Las memorias EPROM (EnableProgrammableReadOnlyMemory) es un módulo de memoria no volátil y de solo lectura. Estos módulos son programados electrónicamente, mientras que borrarlos será a través del uso de luz ultravioleta.

Las memorias EEPROM tienen las mismas características que el módulo EPROM, con la diferencia que tanto la escritura como el borrado de la información se hace de manera electrónica.

2.3.4. Batería de respaldo Sabiendo que el contenido de la memoria RAM es volátil, generalmente se salvaguarda mediante una batería de larga duración enchufable en la CPU, por lo tanto, es importante que se mantenga en buenas condiciones.

2.3.5. Diálogo Hombre – Máquina Es la etapa que permite la comunicación entre el operador y el PLC. El dispositivo usado en esta comunicación se denomina terminal de programación.

2.3.6. Unidad de Programación Las unidades o terminales de programación, son el medio por el cual el hombre podrá acceder a la escritura, lectura, modificación, monitoreo, forzado, diagnóstico y la puesta a punto de los programas.

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Estos aparatos están constituidos por un teclado y un visualizador o pantalla.

2.3.7. Procesadores de Comunicación - DP/PA Couplers Estos módulos son usados para la comunicación global de datos, las redes de CPU pueden intercambiar datos cíclicamente con cada una de las otras unidades centrales de procesamiento. Existen diferentes tipos de procesadores de acuerdo a los diferentes protocolos de comunicación: •

Profibus DP

•

Profibus PA

•

Ethernet

•

Modbus, etc

Los módulos DP/PA Couplers son módulos que van interconectados con una IM 153-2, que convierte de Comunicación Profibus PA (Instrumentos de Campo) a Profibus DP para el procesamiento de información del CPU.

2.4. Sistema de Control SIMATIC PCS7 SIMATIC PCS 7 es un sistema de control de procesos completamente homogéneo, dotado de una arquitectura escalable y unas extraordinarias propiedades de sistema que lo convierten en la base idónea para la implantación rentable y la explotación económicamente racional de instalaciones de control e instrumentación.

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Figura Nº5: Arquitectura del Sistema SIMATIC PCS 7

2.4.1. Ventajas de Simatic PCS7 •

Reducción del coste total de propiedad gracias a la integración

•

Alto rendimiento y calidad, de la mano de una ingeniería eficiente y un alto grado de fiabilidad y disponibilidad.

•

Flexibilidad y escalabilidad: desde un pequeño sistema de laboratorio hasta un gran complejo de instalaciones.

•

Protección de las inversiones gracias a una modernización paulatina de los sistemas propios y de terceros.

•

Safety & Security, funciones de seguridad integradas y amplia seguridad industrial para la protección fiable de las personas, del medio ambiente, del proceso y de la planta.

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•

Permanente innovación tecnológica, de la mano del líder mundial del sector de la automatización.

•

Asistencia local y servicio técnico a cargo de una red mundial de expertos y socios autorizados.

2.4.2. Componentes del Sistema 2.4.2.1.

Sistema de Ingeniería

Figura Nº6: Engineering Toolset del Sistema de Ingeniería

La completa funcionalidad para realizar la ingeniería de un proyecto específico y que, al mismo tiempo, constituye la base para la gestión de activos de instrumentación y control se ofrece en forma de un EngineeringToolset

perfectamente

coordinado.

Configuración

centralizada y homogénea para todo el sistema del hardware y software con un único sistema de ingeniería: •

Interfaz de usuario fácil de manejar

•

Informes de modificaciones configurables

•

Sencilla parametrización de la comunicación, sin tediosas labores de configuración

•

Misma configuración para sistemas redundantes y no redundantes

•

Configuración integrada para dispositivos de campo y aplicaciones de seguridad

Las herramientas de ingeniería para el software de aplicación, los componentes de hardware y la comunicación se abren desde un punto central: el Administrador SIMATIC, que constituye al mismo 23

tiempo la aplicación base para crear, administrar, archivar y documentar un proyecto. El hardware necesario para un proyecto SIMATIC, como son controladores, componentes de comunicación y periferia del proceso, está guardado en un catálogo electrónico y se configura y parametriza con la herramienta HW Config.

Figura Nº7: Configuración de hardware con HWConfig

Usando la herramienta gráfica Continuous Function Chart (CFC), se puede implementar la lógica de automatización, interconectando los bloques de función preprogramados unos con otros.

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Figura Nº8: Continuous Function Chart

El editor Sequential Function Chart SFC, sirve para la configuración gráfica y la puesta en marcha de controles secuenciales para procesos discontinuos de producción. Dispone de confortables funciones de edición y potentes funciones de test y puesta en marcha.

Figura Nº9: Sequential Function Chart

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2.4.2.2.

Sistema de Operador

Figura Nº10: Estación de Operador SIMATIC PCS 7

El sistema de operador del sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 permite al personal operador controlar el proceso de forma cómoda y segura. El operador puede observar el proceso a través de distintas vistas e intervenir ejecutando funciones de control si es necesario. La arquitectura del sistema de operador es muy variable y puede adaptarse con flexibilidad a plantas de distintos tamaños y a los diferentes requisitos de los clientes. Tiene las siguientes características: •

Cuenta con una arquitectura flexible y modular con componentes

de

hardware

y

software

para

sistemas

monopuesto y multipuesto. •

Potentes estaciones de operador basadas en tecnología PC estándar, aptas para entornos industriales y de oficinas.

•

Sistema de archivo de alto rendimiento basado en archivos circulantes y backup integrado, opcionalmente con archivado histórico vía StoragePlus/CAS.

•

Modificación y reproducción sin afectar al funcionamiento y test online mediante carga selectiva de servidores redundantes

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•

Comunicación AS/OS optimizada: Transmisión de datos sólo tras la modificación de los mismos, independientemente del ciclo de respuesta del controlador.

•

Gestión de alarmas sumamente efectiva para facilitar el trabajo de los operadores.

•

Gestión centralizada de usuarios, controles deacceso, firma electrónica.

En combinación con un reloj maestro SICLOCK, el sistema de operador puede aplicar a todo el sistema la sincronización horaria UTC (Universal Time Coordinated) dentro del sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7. Esto resulta particularmente ventajoso para plantas muy extensas que están distribuidas en lugares situados en diferentes usos horarios.

Figura Nº11: Sistema Multipuesto en arquitectura Cliente-Servidor

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2.4.2.3.

Controladores

Figura Nº12: Controladores estándar de la serie S7-400

El sistema de control de procesos SIMATIC PCS 7 ofrece una gama de controladores muy diversos, cuyo rendimiento abarca un amplio rango de escalonamiento. Disponibilidad escalable de forma flexible: •

Sistemas estándar en forma de Single Station, opcionalmente con alimentación redundante.

•

Sistemas de alta disponibilidad en forma de Single Station/Redundancy Station, opcionalmente con alimentación redundante y/o comunicación Industrial Ethernet redundante para cada sistema o subsistema.

•

Sistemas de seguridad en forma de Single Station/Redundancy Station, opcionalmente con alimentación redundante y/o comunicación Industrial Ethernet redundante para cada sistema o subsistema.

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Figura Nº13: Disponibilidad escalable de forma flexible

Redundancy Station con dos subsistemas aislados galvánicamente entre sí: •

Uno o dos bastidores separados que pueden estar a una distancia de hasta 10 km entre sí.

•

Ejecución (sincrónica) simultánea de programas de aplicación idénticos en ambas CPU.

•

Conmutación suave.

Modificaciones de configuración posibles en marcha.

Figura Nº14: Controlador de seguridad

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2.4.2.4.

Comunicación

Figura Nº15: Redes de Comunicación Simatic PCS 7

Con los componentes de red SIMATIC NET, basados en estándares establecidos a escala mundial, SIMATIC PCS 7 dispone de una potente y resistente gama de productos

para instalar redes de

comunicación homogéneas con el fin de lograr un intercambio seguro de datos entre los componentes a distintos niveles de una planta.

El bus de planta y el bus de terminales para sistemas multipuesto con arquitectura

cliente-servidor

se

implementan

con

Industrial

Ethernet, que constituye una potente red de área y célula para uso industrial conforme al estándar internacional IEEE 802.3 (Ethernet).

Como medio de comunicación robusto y fiable para el nivelde campo ha logrado establecerse el PROFIBUS universal, como Profibus DP y Profibus PA. PROFIBUS DP está dimensionado para altas velocidades de transmisión de datos (hasta 12 Mbits/s) y breves tiempos de reacción (hasta 1 ms) y al mismo tiempo es:

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•

Medio de comunicación para la transmisión de datos entre controladores y estaciones descentralizadas,E/S remotas, y también dispositivos de campo y de proceso, accionamientos, analizadores, CPU/CP, terminales de mando, etc. que dispongan de una interfaz PROFIBUS DP.

•

Integrador de los buses de campo propios de la industria de procesos PROFIBUS PA y FOUNDATION Fieldbus H1.

PROFIBUS PAes un bus de campo ideal para integrar actuadores y sensores en entornos operativos agresivos, nocivos y con riesgo de explosión directamente en el sistema de control de procesos.

2.5. Filtro de Banda: En la industria Azucarera la tecnología cambia más lentamente que en otras industrias. El tipo de filtro de cachaza más utilizado en la actualidad es el rotativo al vacío Oliver-Campbell, que fue introducido en 1935, revolucionó, la operación de filtración de cachaza por el enorme ahorro en mano de obra que representó, comparado con los filtros tipo prensa. En el año 2006 se conoció una nueva tecnología para la filtración de la cachaza, el llamado Filtro de Banda, que ya se usaba en el manejo de lodos de sistemas de tratamiento de aguas residuales y en la industria de la pulpa de papel. Este filtro incluye etapa de filtración por gravedad, filtración al vacío y prensado de la torta de cachaza. Sus características garantizan el menor costo y tiempo de mantenimiento: •

Autonomía operacional

•

Menor potencia instalada

•

Confiabilidad mecánica

Actualmente con más de 600 unidades en operación, están presentes en los principales países productores de azúcar y alcohol.

31

2.5.1. Características de Operación del Filtro de Bandas El filtro de banda requiere para su operación un estricto control del pH de la cachaza y la aplicación continua de polímero. En el control de pH se realiza con cinta de pH, manteniendo este valor entre 8,0 y 8,5 aplicando sacarato de calcio haciendo una derivación del área de alcalizado. El polímero se prepara en dos tanques, se deja hidrolizar y se aplica a la cachaza antes de ingresar al filtro. Si el valor del pH baja de 8,0 o se deja de aplicar polímero la cachaza no forma la torta y el filtro no opera correctamente.

2.5.2. Proceso de Filtración En la figura 15 se presenta un esquema del filtro de banda. La cachaza, con el pH estabilizado entre 8,0 y 8,5, ya mezclada con el polímero ingresa al filtro y se descarga sobre la tela primaria. La primera etapa es una filtración por gravedad, donde se obtiene un jugo filtrado muy limpio. La banda se mueve hacia la etapa de filtración por vacío donde se extrae otra fracción de jugo filtrado, pero de menor calidad. Finalmente la tela secundaria se coloca sobre la torta de cachaza y exprime el jugo remanente en la cachaza, luego las dos telas (primaria y secundaria) se separan y la torta se desprende y cae en la tolva de cachaza. Las telas se someten a un lavado para eliminar los restos de cachaza adheridos a ellas, el agua utilizada se envía a la imbibición de molinos. El jugo filtrado obtenido en las diferentes etapas de filtración se une y se envía a la etapa de clarificado de jugo.

32

Figura Nº16: Esquema del Filtro de Bandas

Figura Nº17: Filtro de Bandas

33

CAPITULO 03 ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICA ACTUAL

34

3. CAPITULO 03. ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICA ACTUAL 3.1. Generalidades de la Empresa 3.1.1. Ubicación de la Empresa La empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. se encuentra ubicada en el Valle Chicama, distrito de Casa Grande, provincia de Ascope, departamento de La Libertad, país Perú. Está situada a 45 Kilómetros al norte de la ciudad de Trujillo, con 7º 41' de Latitud Sur y a 79° 11' de Longitud Oeste, además de una altitud de 158 m.s.n.m.

3.1.2. Limites Por el Norte:

Ascope, San José Alto y Cerros de San Antonio.

Por el Sur:

Chiquitoy, Magdalena de Cao, Cartavio y Molinos.

Por el Este:

Cerros de Chicama, Sausal, Quemada.

Por el Oeste:

Cerro Yuga, Ceno Azul, Paiján y Salamanca.

3.1.3. Clima Existe una temperatura quefluctúa entre los 18 a 25 °C (aunque en 1997 el fenómeno del niño modificó dicho promedio, ubicándose en todo el año por arriba del índice más alto). Posee una humedad relativa de 77 a 85%, lo cual permite por lo general excelentes condiciones para el elevado grado de productividad de la caña de azúcar.

3.1.4. Extensión La Empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. es el complejo azucarero más grande del Perú, está conformada por varios centros poblados teniendo concentrada la administración y el sector industrial en el distrito de Casa Grande. Las labores agrícolas se desarrollan casi en su totalidad en sus anexos. El área de Casa Grande cuenta con 29,384 hectáreas de terreno, dividido de la siguiente manera:

- Área para caña de azúcar

22,986.17

35

- Área para olivos, vid y pan llevar

1,766.92

- Área construida

1,064.00

- Área de división ganadera (pastos y forrajes)

232.83

3.1.5. Actividades de la Empresa La Empresa Agroindustrial Casa Grande S.A.A. se dedica a la actividad agrícola, fabril y pecuaria, lo cual viene haciéndolo desde su creación, con la finalidad de atender la demanda económica y alimenticia de sus trabajadores, además de abastecer al mercado nacional con azúcar. A continuación podemos observar las actividades que destacan en los diferentes aspectos antes mencionados: •

En el aspecto agrícola: cultivo de caña dulce, cultivo de olivo, cultivo de pastos.

•

En el aspecto fabril: azúcar, alcohol, bagazo, algas o pan verde.

•

En el aspecto pecuario: cría de ganado vacuno y caballar (caballos de paso).

De estas actividades podemos destacar principalmente la producción de azúcar de diferentes calidades, tanto para el consumo nacional así como para el consumo internacional. La materia prima utilizada es la caña de azúcar, la cual es proporcionada por sus propios campos y con tecnología apropiada. Como resultado del proceso de la fabricación de azúcar se obtiene la melaza y el bagazo. La melaza es utilizada para la producción de alcohol en la destilería; el bagazo, manifestado como un ente residual, sirve como combustible para los

calderos,

puede

también

ser

comercializado

con

fines

de

industrialización.

36

3.2. Etapa de Filtración de Cachaza: 3.2.1. Filtro Rotativo de Vacío En los filtros de vacío la separación sólido-líquido tiene lugar gracias a la aspiración que imprime una bomba de vacío bajo la superficie donde reposa el producto. Se le conoce como filtros Oliver – Campell, la filtración se realiza sobre la superficie de un tambor rotativo. Se trata del clásico sistema desplazado en gran parte por los filtros de banda de vacío pero con aplicaciones específicas. Con la utilización de las nuevas tecnologías basadas en PLC y ordenadores, se consigue llegar a un control absoluto del funcionamiento de estos filtros. A través del panel de control puede quedar perfectamente establecido el ritmo más adecuado del filtro definiendo parámetros como: •

Grado de vacío aplicado

•

Velocidad de funcionamiento

•

Nivel de carga

•

Calidad del lavado de la torta

•

Tiempo de secado de la torta

FiguraNº18: Filtro Rotativo de Vacío

3.2.2. Campos de Aplicación y Ensayos Tanto el filtro de Banda de Vacío como el filtro Rotativo de Vacío (Filtro de Tambor) son apropiados para utilizarse en los más diversos procesos. Sus

37

características de servicio se basan en un funcionamiento continuo, en la posibilidad de lavado de sólidos separados y en ser aplicables a sólidos con una amplia gama de tamaño de partícula. Pueden utilizar distintos tipos de tela filtrante y en el caso de los filtros de tambor, diversos procedimientos de descarga de torta, siempre para adaptarse a las condiciones del material a tratar. Son unidades de fácil acceso, desgastes mecánicos mínimos y posibilidad de construcción en materiales adecuados. En los laboratorios pueden hacerse ensayos para el correcto cálculo y dimensionado de los filtros y de equipos auxiliares requeridos. Existen así mismo filtros piloto para la demostración de la aplicabilidad, estudios de proceso y dimensionado de unidades. Los principales campos de aplicación de los filtros de vacío son amplios: •

Industria Minera Concentrados de flotación, yeso, caliza, sílice, sales minerales, alúmina, hidróxido de aluminio, cemento, carbón, precipitados de oro, recuperación de plata, etc.

•

Industria Química Silicatos y zeolitas, fosfatos, fertilizantes, fungicidas, insecticidas, pesticidas, carbón activo, sulfatos, catalizadores, ácido fosfórico, pigmentos, siliconas, etc.

•

Industria Alimentaria Ácidos orgánicos, almidón y derivados, aceites vegetales y grasas, levaduras y extractos.

•

Industria Farmacéutica Antibióticos, extractos vegetales, materiales fibrosos, derivados de penicilina, vitaminas, laxativos, etc.

38

Actualmente la Empresa Agroindustrial Casa Grande cuenta con 6 filtros rotativos de vacío los cuales trabajan en la etapa de filtración para poder extraer la sacarosa del jugo de la caña, estos filtros vienen operando de manera alternada dependiendo de las condiciones del proceso, Casa Grande propone mejorar la producción lo que conlleva a reforzar la etapa de filtración para poder obtener un menor porcentaje de Pol en la torta, por lo tanto una mayor extracción del jugo en la cachaza. En el año 2011, se hace un estudio sobre el funcionamiento de estos filtros , según las pruebas de laboratorio en la torta de cachaza residual de los Filtros Oliver, el porcentaje de Pol que se obtiene está entre 6 y 9 % Pol, estos resultados son niveles muy elevados en comparación al nivel óptimo que debe ser menor al 2.5 % Pol En el cuadro N°1 se grafican el promedio mensual de los resultados de laboratorio de la torta resultante de los Filtros Oliver para evaluar el porcentaje de Pol.

ETAPA DE FILTRACIÓN - 2011 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

POL OPTIMO

Cuadro Nº1:Promedios Mensuales de %POL en el año 2011 de la Empresa Agroindustrial Casagrande – Ascope

Con los datos presentados en el cuadro anterior, los resultados reales están por encima de los óptimos, lo que indica la necesidad de mejorar la etapa

39

de filtración a fin de minimizar las pérdidas de azúcar en el proceso de elaboración. Para el año 2012 se hicieron algunas mejoras en esta etapa consiguiendo reducir el porcentaje de pol en la torta, pero aun así, no se logró llegar a los niveles adecuados. (Cuadro Nº2) En esta etapa las variables como el volumen de la cachaza, temperatura y presión del agua condensada de ingreso, presión de vacío, cantidad de revoluciones y en especial el ph del jugo filtrado no son controladas adecuadamente, lo que dificulta la operación de los filtros desde la sala de control centralizada SRI donde se cuenta con la supervisión de varias etapas del proceso azucarero y eso origina que no se tengan resultados apropiados. Después de esta evaluación, la Empresa Agroindustrial Casagrande decide implementar un Filtro de Banda como apoyo a los filtros ya existentes, por lo que se necesitaría controlar el flujo de la cachaza de ingreso a este nuevo sistema, del material (mezcla de cachaza, cal, polímero y agua) que ingresa al filtro y controlar el flujo del jugo filtrado que reingresará al proceso de elaboración de azúcar. Controles de nivel y temperatura en los tanques donde se deposita el material a ser filtrado, controles de presión de vacío para el filtro y presión de agua de imbibición para la limpieza de la tela y por supuesto el sensado del ph del jugo filtrado entre otros.

40

CAPITULO 04 SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL DEL FILTRO DE BANDAS

41

4. CAPITULO 4. Sistema de Supervisión y Control del Filtro de Bandas 4.1. Propuesta del Sistema de Supervisión Con el objetivo de mejorar su producción, la Empresa Agroindustrial Casagrande puso en operación un Filtro de Bandas para la extracción de jugo de recuperado el cual fue comprado en BRASIL a la empresa TECHNOPULP INDUSTRIAL. Por ello, se hizo necesario implementar y elaborar la ingeniería completa para la automatización de Filtro de Bandas, que permitiese obtener mejores resultados en lo que producción y grado de Polarización (Pol de la torta de cachaza) concierne, a través de controles de proceso mucho más finos y objetivos, así como el monitoreo de las variables implícitas en el proceso. Ésta Ingeniería nueva para la Automatización en mención se hizo integrándola al Sistema DCS de la Plataforma Siemens ya existente en la Planta de Azúcar, PCS 7.0 (Process Control System) que incluye un grupo de aplicaciones y programas como el WinCC Explorer 6.2 para el diseño del Scada. Para el Centro de Comunicación de Motores – CCM, se propone utilizar el protocolo de comunicación Profibus DP y para los equipos en campo, Profibus PA.

Figura Nº19: Sistema de Control Distribuido DCS Casagrande

42

4.1.1. Condiciones de Operación del Filtro de Bandas El filtro de banda requiere para su operación un estricto control del pH de la cachaza manteniendo este valor entre 8,0 y 8,5 y la aplicación continua de polímero que es preparada en dos tanques. Si el valor del pH baja de 8,0 o se deja de aplicar polímero la cachaza no forma la torta y el filtro no opera correctamente. Para garantizar la operación del filtro se deben de cumplir las siguientes condiciones iniciales: •

De los arranques; Verificar que todos los arranques de bombas tengan el selector manijacorta en posición de automático; hay que garantizar mediante la programaciónque el filtro no inicie su funcionamiento si no tiene como requisito todas lascondiciones iniciales, así de esta manera si se diera un descuido por parte deloperador o simplemente no se respetasen las condiciones iniciales entonces lapantalla de supervisión del filtro debería de mostrar una alarma indicando que nose tienen las condiciones iniciales para iniciar el proceso de filtrado y ademásdebería mostrar que condición está faltando. Todos los arranques que formanparte de los lazos de control o del proceso de filtrado directamente deberían deestar en estado de apagado.

DESCRIPCIÓN

TAG ARRANQUE

CONTROL

ESTADO

341-AYD-001A

Automático

Apagado

341-AYD-001B

Automático

Apagado

Bomba Nemo de Lodo

341-VDF-002A

Automático

Apagado

Bomba Nemo de Lodo Standby

341-VDF-002B

Automático

Apagado

341-AD-003

Automático

Apagado

341-AD-004A

Automático

Apagado

341-AD-004B

Automático

Apagado

341-AD-005

Automático

Opcional

Bomba Centrifuga de agua Bomba Centrifuga de agua Standby

Generador de Vacío Bomba Centrifuga Tk de Jugo Bomba CentrifugaTkde Jugo Standby

Agitador de Lodo

43

Reserva Nº 1

341-AD-006

Automático

Apagado

Agitador de Cal

341-AD-007

Automático

Opcional

341-VDF-008A

Automático

Apagado

341-VDF-008B

Automático

Apagado

Agitador Tk Polímero

341-AD-009

Automático

Opcional

Bomba Nemo de Cal

341-VDF-010A

Automático

Apagado

Bomba Nemo de Cal Standby

341-VDF-010B

Automático

Apagado

341-AD-011

Automático

Opcional

341-AD-012

Automático

Apagado

Reserva Nº 2

341-AD-013

Automático

Opcional

Reserva Nº 3

341-AD-014

Automático

Opcional

Reserva Nº 4

341-AD-015

Automático

Opcional

Motor de Banda de Filtro

341-VDF-016

Automático

Apagado

Reserva Nº 5

341-AD-017

Automático

Opcional

Bomba Nemo de Polímero Bomba Nemo de Polímero Standby

Motor Cadena de Arrastre Ventil Centrifugo Bagacillo en SRI

Tabla Nº2: Condiciones Iniciales para arranques en Automático •

De los tanques y contenedores; es una condición que los tanque y contenedores tengan una temperatura y un nivel aceptable para que el sistema esté preparado para mostrar y registrar avisos y alarmas cuando los niveles de cal, lodo, polímero y agua estén críticos, por ejemplo a un nivel bajo se encenderá una alarma y el proceso después de un determinado tiempo (definido por casa grande) si no sale de la alarma entrara en un periodo de secuencia de parada automática para auto protegerse. Existirán opciones para cancelar la parada automática si el operador lo decidiera así pero el proceso seguirá siendo automático además si no hay nivel y se decide continuar con la operación cancelando la parada automática el sistema tendrá que parar la bomba que no tiene producto.

44

•

Del filtro; es una condición que la banda primaria y la banda secundaria no presenten ningún defecto para lo cual se tendrá que detectar que las bandas estén en una buena posición lo cual es determinado por los limit switch341-ZSL-015, 341-ZSR-015, 341ZSL-018 y 341-ZSR-018, así también las bandas no debe de estar deslizándose lo cual es detectado por el sensor inductivo 341-SSL017 y 341-SSL-018.

4.1.2. Diagrama P&ID Este diagrama se observa en el Anexo 01, donde se puede distinguir los la instrumentación requerida, los lazos de control y supervisión de los tanques de Lodo, Polímero, Cal, Agua Condensada y los instrumentos que censarán la correcta posición de las fajas.

4.1.3. Selección de la Instrumentación La selección de los equipos presentados en esta sección fue por decisión interna de la Empresa Agroindustrial Casagrande.

4.1.3.1.

AS Controlador con PLC S7-400 CPU S7-417-4H, Anexo 02

Fabricante: SIEMENS Modelo: Simatic S7-400 Incluye: -

01 CPU S7-400 CPU 417H Módulo Central para S7-400H 4 interfaces: 1 MPI/DP, 1 DP Y 2 para módulos SYNC 30 MB Memoria (15 MB data/15 MB prog).

-

01 Bastidor para CPU S7-300 tipo UR2-H.

-

01 Fuente de Alimentación Estabilizada para CPU S7-400 PS 407, 24 VDC, 10A para uso redundante.

-

02 Baterías tipo Tampón AA 2.3Ah.

-

01 Memory Card RAM de 128 KB.

-

01 Procesador de Comunicaciones CP 443-1 Simatic Net, CP 4431 Procesador de comunicaciones para conexión de Simatic S7-400

45

a Industrial Ethernetvia ISO, TCP/IP y UDP, S7-COM., FETCH/WRITE, SEND/RCV con y sin RFC1006, Multicast, Profinet IOController, DHCP, SNMP V2, WEB, Diagnóstico, Inicialización vía LAN, protección de acceso vía lista de acceso IP,2X RJ45 Conexión para LAN con 10/100 MBIT/S. -

04 Procesador de Comunicaciones CP443-5 para conexión de Simatic S7-400 a Profibus DP.

-

01 Licencia PCS7 AS Client, 100 PO: SIMATIC PCS 7, SOFTWARE, RUNTIME LICENSE AS (PO 100), FLOATING LICENSE.

4.1.3.2. -

Periferia Distribuida 02 SITOP SMART 120W Fuente de Alimentación estabilizada, entrada AC 120/230 V, salida DC 24V/5A.

-

02 Industrial Ethernet Switch SCALANCE X414-3E.

-

05 Fuente de Alimentación para ET200 M: SIMATIC S7-300 Fuente de Alimentación estabilizada PS307 entrada: AC 120/230 V, salida: DC 24 V/5 A.

-

03 IM 153-2 High Feature, Módulo de interfaz para PA Link e YLink; apto para redundancia.

-

06 Acopladores DP/PA FDC 157-0, acoplador de bus de campo entre Profibus DP y Profibus PA, apto para redundancia.

-

02Simatic ET200 M para Periferia Distribuida: SIMATIC DP, M. INTERF. ET 200M IM 153-2 HIGH FEATURE para max. 12 módulos S7-300 aptoparaconfiguración redundante.

-

04 Módulos de Entrada Digital SM321, P/S7-300 Y/O ET200M, 32DIx24VDC.

-

03 Módulos de Salidas Digitales SM322, con aislamiento galvánico, 32SD, 24VDC, 0,5A, 1x40 polos, Intensidad suma 4A/GRUPO (16A/Módulo).

-

01 Módulo de Entradas Analógicas con HART: SIMATIC DP, Entrada Analógica HART SM 331, 8EA, 0/4 – 20mA HART, para

46

ET200M con IM153-2, 1 X 20 polos, funciones: FW-UPDATE, Redundancia. -

10 Módulos de bus para enchufe y desenchufe en caliente, BM IM/IM ET200M de 530 mm.

-

06 Conectores de Bus BM IM DP/PA para la conexión de DCS: SIMATIC DP, BUS BM DP/PA para margen temperatura extendido. Funcionesenchufe y desenchufe en servicio constante.

-

Conectores Profibus necesarios para la conectividad de Red y DCS.

-

Conectores Frontales conexión de módulos de señales.

-

Accesorios

y

Elementos

necesarios

para

el

correcto

funcionamiento de la red y DCS configurados en este Hardware.

4.1.3.3.

OS Client PCS7 SIEMENS

Fabricante: Siemens Descripción: -

01 PC Industrial Core 2 Duo: SIMATIC PCS7 OS CLIENT 547B WXP MULTI VGA 4 SCREENS CORE 2 DUO 2,4GHZ, 1GB RAM,

SOUND,

MULTI

VGA

FOR

4

SCREENS

PREINSTALLED, DVD-ROM, FD 1,44 MB, SATA 250GB, 1 X FAST ETHERNET RJ45 (ONBOARD), WIN XP PROF. MUI; WITH MOUSE. -

01 Teclado Industrial USB: SIMATIC PC, TECLADO ALEMAN / INTERNATIONAL CONEXION USB

-

01 Licencia de PCS7 OS Cliente: SIMATIC PCS 7, SOFTWARE CLIENT V7.0 FLOATING LICENSE P.1 USUARIO SW RT, SW Y DOCUM. EN DVD LLAVE LIC. EN DISQ., CLASE A 5 IDIOMAS, EJECUTABLE BAJO XPPROF HW DE REF.: PCS 7 547C: CLIENT.

-

01 Licencia de Software SFC Visualization: SIMATIC PCS 7, SOFTWARE

SFC

VISUALIZATION

V7.0

FLOATING

LICENSE P.1 USUARIO SW RT.

47

-

01 Licencia para 100 PO: SIMATIC PCS 7, SOFTWARE, RUNTIME LICENSE AS (PO 100), FLOATING LICENSE P.1 USUARIO SW RT.

4.1.3.4.

Motores

Arrancadores marca SIEMENS. Estos equipos se escogieron teniendo en consideración los datos de placa de los motores que se destinarían al proceso.Anexo 03

ARRANCADORES

CANTIDAD

DESCRIPCION

VARIADORES

Bombas Centrifuga de

02

3UF7010-1AU00-0

Agua

02

Bombas Nemo de Lodo.

SINAMICS G120 20 HP

Bombas Centrifuga

02

3UF7010-1AU00-0

Tanque de Jugo

02

02

Bombas Nemo de

SINAMICS

Polímero.

G1202 HP

Bombas Nemo de Cal.

SINAMICS G120 2HP

Motor de accionamiento

01

del filtro.

01

DIRECTOS(SIMOCODE)

Motor cadena de Arrastre

3UF7010-1AU00-0 3UF7010-1AU00-0

Tabla Nº3: Arrancadores de los Motores del Filtro de Banda

4.1.3.5.

CANTIDAD

Instrumentos

DESCRIPCION

MODELO

06

Transmisor de Temperatura

SITRANS TH - 400

10

Transmisores de Presión Manométrica

SITRANS PDS III

48

10

Válvulas Neumáticas

Bray S93

10

PosicionadorElectroneumático

06

Sensor de Nivel por Radar

06

Transmisor de Flujo

MAG 3100P

06

Indicador de Sensor de Flujo

MAG 6000I

01

Sensor de PH con Profibus PA

si792X P-PA

SIPART PS2 Profibus PA SITRANS LR250

Tabla Nº4: Instrumentos para las variables de proceso del Filtro de Banda

Nota: Los switch indicadores de posición vienen integrados en el filtro de bandas, para la guía correcta de la tela del filtro. 4.1.4. Filosofía de Control Las secuencias de Arranque y Parada que se presentan a continuación, fueron establecidas por la Empresa Agroindustrial Casagrande y revisadas por el personal encargado del desarrollo del programa de ingeniería de acuerdo a las condiciones del proceso de planta.

4.1.4.1.

Secuencia de Arranque

Cuando se tengan todas las condiciones iniciales y se esté seguro del arranque del filtro entonces este trabajaría en la siguiente secuencia:

-

Acción 01: se comprueba la presión de aire a 5 bar.

-

Acción 02: giran las bandas del filtro y para asegurar que la banda no este trabada ni mucho menos dañada se deja pasar un periodo de tiempo equivalente al giro completo de la banda.

-

Acción 03: arranca la bomba de lavado de banda y se asegura una buenapresión de lavado a un flujo determinado el cual se sintonizara en el lazo decontrol correspondiente, el tiempo de esta etapa también es equivalente a un girode la banda. Para accionar

49

la bomba en la secuenciade arranque automático latemperatura del tanque de agua tiene que estar a 55°C con un error de ± 3°C; elarranque de la bomba se hace accionando el motor 341-AYD001A tomando enconsideración que existe un STANBY y si este arranque falla por problemas demotor o bomba entonces entra en funcionamiento 341-AYD-001B, también hayque controlar la presión generada por la bomba la cual debe de ser de 12 bar; estapresión debe de controlarse automáticamente desde su variador por lo que nodebe exceder el rango entre 10 a 13 bar.

-

Acción 04: arranca el extractor o generador de vacío luego que la banda estácompletamente húmeda; el arranque del generador de vacío se hace accionandoen arranque 341-AD-003.

-

Acción 05: arranca la bomba de cal a una velocidad de 20Hz; tener en cuentaque luego que el sistema arranque totalmente esta velocidad depende del controlentre el flujo de lodo y flujo decal así como flujo de lodo y flujo de polímero; en este control estáninvolucrados 341-FE-108 (flujo de lodo), 341-FE-106 (flujo de cal) y 341-FE-107 (flujo de polímero). El arranque de esta bomba de cal se realiza activando 341-VDF-010A tomando en cuenta que este arranque tiene STANDBY por lo que antecualquier falla de motor o variador tendrá que entrar en funcionamiento elrespaldo.

-

Acción 06: arranca la bomba de polímero a una velocidad de 30Hz; tener encuenta que luego que el sistema arranque totalmenteesta velocidad depende delcontrol que ya se mencionó en el pasoanterior. El arranque deesta bomba de polímero se realiza activando 341-VDF-008A tomando en cuentaque este arranque tiene STANDBY por lo que ante cualquier falla de motor ovariador tendrá que entrar en funcionamiento el respaldo.

50

-

Acción 07: arranca la bomba de lodo a una velocidad de 30Hz; tener en cuentaque luego que el sistema arranque totalmente esta velocidad será reguladaautomáticamente a un SP de flujo constante determinado por el operador el cualserá cercano al doble de la velocidad de 30Hz; paratener un flujo ideal. El arranque de esta bomba de lodo se realiza activando 341-VDF-002A tomando en cuenta que este arranque tiene STANDBY por lo que ante cualquierfalla de motor o variador tendrá que entrar en funcionamiento el respaldo, elcontrol del flujo está determinado por el sensado del flujometro 341-FE-108.

-

Acción 08: el último paso del arranque del filtro es activar la bomba de agua deimbibición regulándose la válvula 341-FCV-011 de forma automática para obteneruna presión en el sensor de presión 341-PIT-002 de 1 bar lo que garantizaría unabuena aspersión de agua de imbibición.

4.1.4.2.

Secuencia de Parada

Tenemos las siguientes secuencias de parada:

-

Secuencia de parada Definitiva Esta parada se usa para mantenimientos largos equivalentes a más de 1 hora. 1º Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341FCV-015 y se abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra la válvula 341-FCV-013 y se abre la válvula 341-FCV-014 luego de 7 minutos se detiene la bomba de lodo 341-M002A/B. 2º Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M010A/B y se deja pasar 5 segundos sin acción. 3º Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B, aquí también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-003.

51

4º Después de 5 minutos sin acción, se detiene la bomba de lavado 341-M-001 aquí también se detiene el motor de la banda 341M-016.

-

Secuencia de parada Temporal Esta parada se usa para acciones cortas equivalentes a menos de 2 minutos. 1º Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341FCV-015 y se abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra la válvula 341-FCV-013 y se abre la válvula 341-FCV-014 luego de 7 minutos se detiene la bomba de lodo 341-M002A/B. 2º Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M010A/B y se deja pasar 5 segundos sin acción. 3º Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B, aquí también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-003. Si la parada se extiende a más de 2 minutos se hace una parada definitiva.

-

Secuencia de parada por Deslizamiento de Banda Esta parada se usa para cuando se presentan problemas de deslizamiento de la banda. - Cuando la banda se desliza el sensor 341-SSL-019 dejara de emitir pulsos lo cual es señal que la banda no está girando, en este momento se detiene el motor del generador de vacío 341-M-003 aquí también se activa la alarma visual y sonora mediante 2 salidas discretas del PLC luego se dejan pasar 20 segundos para darle tiempo de recuperación a la banda. - Si la banda no se recupera entonces luego se abre al 20% la válvula 341-FCV-016 y se esperan 10 segundos más de recuperación.

52

- Si la banda no se recupera entonces pasa a una parada definitiva y la alarma visual y sonora quedan encendidas. - Si la banda se recupera entonces la válvula 341-FCV-016 nuevamente se cierra y el generador de vacío 341-M-003 se enciende nuevamente así también la alarma visual y sonora se apagan.

-

Secuencia de parada por Descarrilamiento de Banda Los LimitSwitch de Descarrilamiento 341-ZSR-017,341-ZSR018, 341-ZSL-017, 341-ZSL-018 sensan que la banda no exceda su carril de funcionamiento normal si esto sucediera ocurrirá una SECUENCIA DE PARADA DEFINITIVA AUTOMÁTICA.

-

Secuencia de parada por Emergencia El filtro posee 3 paradas de emergencia general, la primera es virtual ubicada en las pantallas del sistema supervisor, la segunda está ubicada físicamente en el filtro mismo y la tercera está ubicada en el cuarto de CCMs; aquí también se apaga todo.

4.1.4.3.

Lazos de Control

Lazo 101, este lazo controla el nivel de lechada de cal en el tanque 341-T-002

para

esto

la

válvula

341-LCV-101A

se

regula

proporcionalmente según la referencia del nivel dada por el sensor de nivel 341-LIT-101, el SP de nivel será determinado por Casagrande. También se podrá controlar en forma proporcional la válvula 341LCV-101B de acuerdo al valor de PH que arroje el instrumento 341AIT-020, este procedimiento se hará de forma manual por el operador y una vez sintonizado este valor de apertura no cambiara a no ser que se desee parar el sistema donde se tenga que cerrar la válvula. La temperatura del tanque 341-T-002 se visualiza con el 341-TE-101 solo será para visualización y no debe significar un problema ya que esta temperatura normalmente no sale fuera del rango de trabajo pero

53

de darse esta situación el sistema debe ser capaz de enviar una alarma para que el operador tome las medidas. Existe la condición si el nivel del tanque341-T-002 disminuye al nivel mínimo-mínimo el arranque 341-VDF-010A/B se detiene.

Lazo 102, este lazo controla el nivel y la temperatura del tanque de agua 341-T-005 el cual funciona controlando el porcentaje de apertura de la válvula 341-LCV-102A (agua industrial) y la válvula 341-LCV102B (agua condensada), se sabe que el agua industrial es un agua fría mientras que el agua condensada es un agua caliente. Para controlar la temperatura se toma como referencia el valor del sensor 341-LIT-102 entonces si la temperatura es alta solo funciona la válvula 341-LCV102A pero si la temperatura es baja solo funciona 341-LCV-102B, ahora el nivel se controla abriendo o cerrando la válvula 341-LCV102A/B según la temperatura adecuada la cual debe de ser 50°C y el nivel debe de ser 70%.

Lazo 103, este lazo controla el nivel de tanque de lodo 341-T-001 que alimenta el filtro de bandas. Este lazo funciona controlando proporcionalmente la válvula 341-LCV-103 con la referencia del sensor de nivel 341-LIT-103. Existe la condición si el nivel del tanque 341-T-001 disminuye al nivel mínimo-mínimo el sistema entra en parada definitiva.

Lazo 104, este lazo solo controla la temperatura que se verte al tanque 341-T-004; la operación indica que este tanque debe ser llenado completamente por el operador abriendo la válvula manual de agua enfriada que llega hasta allí, entonces cuando el tanque empieza a llenar la temperatura se debe de controlar para ello se usa la válvula 341-TCV-104 la cual controla el agua industrial que ingresa al enfriador y por medio de intercambio de calor se logra enfriar el agua condensada que ingresa al tanque así de esta manera se tiene una

54

temperatura ideal para hacer la preparación del polímero, esta temperatura debe ser menor a 50°C.

Lazo 105, aquí se usa el sensor de temperatura y el sensor de nivel (341-TE-105 y 341-LIT105) solo para brindar información al operador para sus maniobras de preparación de polímero de acuerdo a lo que le consuma lo cual lo vera con el nivel mientras que la temperatura lo pondrá alerta del buen estado del polímero. Existe la condición si el nivel del tanque 341-T-003 disminuye al nivel mínimo-mínimo el arranque 341-VDF-008A/B se detiene.

Lazo 106, 107 y 108, estos 3 lazos funciona como control de caudal constante por lo tanto usan unflujómetro y un variador de velocidad para lograr el objetivo. Es decir el flujo de cal es controlado con el flujo metro 341-FE-106 y el variador de velocidad 341-VDF-010A/B así también el flujo de polímero es controlado con el flujómetro 341FE-107 y el variador de velocidad 341-VDF-008A/B y por último el flujo de lodo es controlado con el flujómetro 341-FE-108 y el variador de velocidad 341-VDF-002A/B; entonces hasta aquí tenemos flujos constantes pero también existen 2 controles tipo razón ya que según una cantidad de lodo se debe verter una cantidad de polímero o floculante lo cual es determinado por el operador según las muestras de producto filtrado y las mediciones del PH dadas por 341-AIT-020 entonces el primer control razón es entre el lodo y la cal siendo la cal el 1.5% del lodo; el segundo control razón es entre el lodo y el polímero siendo el polímero el 1.5% del lodo.

Lazo 109, aquí solo se visualiza la presión de lavado de bandas generada por el arranque 341-AYD-001A/B y sensada por 341-PIT109. La presión es regulada por el operador usando válvulas manuales la cual debe de ser de 15 bar.

55

Lazo 110, aquí solo se visualiza la presión de vacío generada por el arranque 341-M-003 y sensada por 341-PIT-110. La presión no se regula pero si se vigila esta debe de estar entre -0.5 a -0.3 bares de no ser así el sistema dará un tiempo de recuperación de 1 minuto y si no se recupera se activara la parada definitiva.

Lazo 111, aquí se controla el modo de bombeo de producto del tanque de sello 341-T-009; esto se hace llenándolo con el producto (jugo filtrado) hasta un nivel máximo y luego se enciende la bomba 341-M004A/B hasta que llegue a un nivel mínimo así de esta manera se garantiza siempre tubería de despacho de jugo filtrado llena para que la medición por el flujómetro 341-FE-111 sea correcta.

El sensor 341-PIT-003 solo funciona para vigilar la presión del aire de instrumentación, entonces si la presión cae por debajo de 4 bares el sistema entra en parada definitiva hasta que se restablezca. El actuador 341-FCV-010 se regula manualmente por el operador.

4.2. Diseño del Sistema de Automatización Se propone implementar un Sistema de Control, Supervisión y registro a través de la Integración al DCS de la Plataforma SIEMENS existente en Planta Azúcar, PCS 7.0 (Process Control System). PCS7 es una filosofía de Control que incluye un grupo de aplicación y programas Siemens, entre las cuales se encuentra el WinCC Explorer 6.2, en éste se programará el SCADA. El protocolo de transmisión propuesto para la comunicación del Centro de Control de Motores (CCM) será Profibus DP, y para la Instrumentación en Campo será Profibus PA, los cuales transmitirándirectamente al CPU S7-417H. Las Redes Anillo y Lineales de Instrumentos en Campo Profibus PA, serán convertidas a DP a través de DP/PA Couplers.

56

El sistema llevará el registro de las temperaturas, presión, flujo, Nivel, fallos de las Bombas, Advertencias y Alarmas de todas las variables del proceso y reportarlo cada segundo. Mostrará diversas pantallas para la visualización y control de las variables de cada sección del proceso de filtración. Las señales provenientes de los Instrumentos de campo que se utilizarán como variables del proceso, serán utilizadas en los lazos o controles PID que se encuentran en el Programa del PLC; el cual procesa la información y da como respuesta la posición de las válvulas y velocidades de los variadores de los motores. Las señales restantes serán registradas por el PLC, y visualizadas por el software PCS7 V7.0. Una vez entregada la información al PCS7 V7.0, esta podrá ser utilizada de diversas formas, de acuerdo con la necesidad del usuario. Se podrán crear tendencias, así como históricos, en donde se irá almacenando toda la información del proceso para su posterior consulta.

4.2.1. Pantallas de Supervisión Para la integración del Sistema de Supervisión y Control del Filtro de Bandas al sistema DCS de la Empresa Agroindustrial Casagrande en la Planta de Azúcar, se generaron cuatro pantallas:

4.2.1.1.

Pantalla Principal

Es la pantalla General del Sistema de Supervisión del Filtro de Bandas, muestra una miniatura de la primera y la segunda pantalla donde se puede acceder a cada una de ellas dando solo un clic en la miniatura.

57

Figura Nº20: Pantalla Principal o General 58

4.2.1.2.

Primera Pantalla

La primera pantalla del sistema de supervisión incluye los tanques de Lodo, Cal, Polímero y Agua Condensada, con sus lazos de control y señales de instrumentación que le ayudarán al operador y supervisar y controlar el funcionamiento correcto del proceso de filtrado.

Figura Nº21: 1º pantalla del Sistema de Supervisión del Filtro de Bandas 59

4.2.1.3.

Segunda Pantalla

Muestra la Banda del filtro, Tanque de Sello y Tanque separador, incluye las señales de presión y flujo del Agua de Imbibición, la presión del tanque separador y el ph del jugo filtrado.

Figura Nº22: 2º pantalla del Sistema de Supervisión del Filtro de Bandas 60

4.2.1.4.

Tercera Pantalla

Desde esta pantalla se puede controlar y supervisar el estado de los motores de todo el sistema.

Figura Nº23: 3º pantalla del Sistema de Supervisión del Filtro de Bandas 61

Figura Nº24: Ventana de comando de motores

Desde esta carátula de operación el operador tiene acceso a todos los comandos necesarios para el manejo de los motores:

Manual: Control Manual de Arranque y Parada del Motor Auto: Modo Automático, lo controla el Sistema Stop: Parada del Motor (Accesible en Modo Manual) Start: Arranque del Motor (Accesible en Modo Manual) Reset: Reseteo de Fallas en el Motor

4.2.2. Ingeniería de Programación 4.2.2.1. -

Tanque de Lodo 341-LIC-103 Lazo sencillo de control de nivel, mide el nivel de cal en el Tanque de Lodo (341-LIT-103) y regula por medio de la válvula de ingreso de Lodo (341-FCV-103).

-

341-FCV-016 Control Manual/AUTOMÁTICO de Ingreso de Agua Condensada a la Tubería a la Salida del Tanque de Lodo.

-

341-FCV-015 Control Manual/AUTOMÁTICO de la Válvula de Salida de Lodo del Tanque de Lodo.

62

-

341-M-002A Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba Nemo de Lodo, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).

-

341-M-002B Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba Nemo de Lodo Stand by, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).

-

341-FIC-108 Lazo sencillo de control de flujo, mide el flujo de LODO a la Entrada de la Banda (341-FIT-108) y regula por medio del Motor 341-M-002A /B.

4.2.2.2. -

Tanque de Cal 341-LIC-101 Lazo sencillo de control de nivel, mide el nivel de cal en el Tanque de Cal (341-LIT-101) y regula por medio de la válvula de ingreso de Cal (341-FCV-101A).

-

341-TIT-101 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de Cal.

-

341-FCV-101B Control Manual de la Válvula de Ingreso de Agua Condensada al Tanque de Cal.

-

341-FCV-013 Control Manual/AUTOMÁTICO de Ingreso de Agua Condensada a la Tubería a la Salida del Tanque de Cal.

-

341-FCV-014 Control Manual/AUTOMÁTICO de la Válvula de Salida de Cal del Tanque de Cal.

-

341-M-010A

Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba

Nemo de Cal, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%). -

341-M-010B

Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba

Nemo de Cal Stand by, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%). -

341-FIC-106 Lazo sencillo de control de flujo, mide el flujo de cal a la Salida del Tanque de Cal (341-FIT-106) y regula por medio del Motor 341-M-010A /B.

63

4.2.2.3. -

Tanque de Polímero Mezclador 341-TIT-104 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de Polímero Mezclador.

-

341-LIT-104 Indicador de Nivel y Alarmas del Tanque de Polímero Mezclador.

4.2.2.4. -

Tanque de Polímero Maceración 341-TIT-105 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de Polímero Maceración.

-

341-LIT-105 Indicador de Nivel y Alarmas del Tanque de Polímero Maceración.

-

341-FIC-107 Lazo sencillo de control de flujo, mide el flujo de cal a la Salida del Tanque de Cal (341-FIT-107) y regula por medio del Motor 341-M-008A /B.

-

341-M-008A Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba Nemo de Polímero, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).

-

341-M-008B Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba Nemo de Polímero Stand by, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).

4.2.2.5. -

Tanque de Agua Condensada 341-LIC-102 Lazo sencillo de control de nivel, mide el nivel de Agua en el Tanque de Agua (341-LIT-102) y regula por medio de la válvula de ingreso de Agua Condensada (341-FCV-102B).

-

341-TIT-102 Indicador de Temperatura y Alarmas del Tanque de Agua.

-

341-FCV-102A Control Manual de la Válvula de Ingreso de Agua Industrial al Tanque de Agua.

-

341-M-001A Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba Centrífuga de Agua, cuenta con indicador de corriente consumida por el Motor. 64

-

341-M-001B Control Manual/AUTOMÁTICO de la Bomba Centrífuga de Agua en Stand By, cuenta con indicador de corriente consumida por el Motor.

4.2.2.6. -

Bandas del Filtro 341-PIC-002 Lazo sencillo de control de presión, mide presión en el Ingreso de Agua de Imbibición a la Banda (341-PIT-002) y regula por medio de la válvula de vapor (341-FCV-110).

-

341-FIC-012 Indicador de Flujo y Alarmas de Ingreso de Agua de Imbibición a la Banda.

-

341-PIT-109 Indicador de Presión y Alarmas de Ingreso de Agua a Lavado de Bandas.

-

341-AIT-020 Indicador de pH y Alarmas de Jugo Filtrado (Salida de la Banda).

-

341-ZSR-017 Indicador Luminoso LimitSwitch Derecho de la Banda Principal, se activa por descarrilamiento de la Banda.

-

341-ZSL-017 Indicador Luminoso LimitSwitch Izquierdo de la Banda Principal, se activa por descarrilamiento de la Banda.

-

341-ZSR-018 Indicador Luminoso LimitSwitch Derecho de la Banda Secundaria, se activa por descarrilamiento de la Banda.

-

341-ZSL-018 Indicador Luminoso LimitSwitch Izquierdo de la Banda Secundaria, se activa por descarrilamiento de la Banda.

-

341-SSL-019 Indicador Luminoso Sensor de Posición de la Banda Secundario, se activa por deslizamiento de la Banda.

-

341-SSL-020 Indicador Luminoso Sensor de Posición de la Banda Principal, se activa por deslizamiento de la Banda.

-

341-M-016 Control Manual/AUTOMÁTICO del Motor de Accionamiento de la Banda, cuentan con un Botón adjunto de Reset de Fallas, e indicador de velocidad en porcentaje (0 a 100%).

65

4.2.2.7. -

Tanque Separador 341-PIT-110 Indicador de Presión y Alarmas del Tanque Separador.

-

341-M-003 Control Manual de la Bomba Generadora de Vacío, cuenta con indicador de corriente consumida por el Motor.

4.2.2.8.

Tanque de Sello

-

341-LIT-111 Indicador de Nivel y Alarmas del Tanque de Sello.

-

341-FIT-111 Indicador de Flujo y Alarmas de Salida de Jugo Filtrado.

-

341-M-004A Control Manual de la Bomba Centrífuga de Jugo Filtrado, cuenta con indicador de corriente consumida por el Motor.

-

341-M-004B Control Manual de la Bomba Centrífuga de Jugo Filtrado Stand By, cuenta con indicador de corriente consumida por el Motor.

4.2.2.9.

Arranque en Automático

Para un Arranque en Automático del Proceso de Filtro de Bandas se requiere condiciones iniciales que se expondrán a continuación:

1º Verificar que los siguientes motores se encuentren en MODO AUTOMÁTICO y con el Selector en Sala CCM en REMOTO:

•

341-M-001 Centrífuga de Agua

•

341-M-002A/B Bomba Nemo de Lodo

•

341-M-003 Generador de Vacío.

•

341-M-008A/B Bomba Nemo Polímero.

•

341-M-010A/B Bomba Nemo Cal.

•

341-M-016 Motor Accionamiento Banda de Filtro.

66

2º Verificar que las siguientes válvulas se encuentren en Modo AUTOMÁTICO:

•

341-FCV-013 Válvula de Salida del Tanque de Cal.

•

341-FCV-014 Válvula de Ingreso de Agua Condensada a la Tubería de Cal.

•

341-FCV-015 Válvula de Salida del Tanque de Lodo.

•

341-FCV-016 Válvula de Ingreso de Agua Condensada a la Tubería de Lodo.

Figura Nº25: Ventana de Control de las Válvulas

3º Arrancar Agitadores.

Por lo anteriormente expuesto el procedimiento de arranque en Automático es como se indica a continuación:

Figura Nº26: Panel de control para el Arranque y Parada del Filtro

67

1º Presionar el Botón de Arranque.

2º A continuación se abrirá una ventana emergente de confirmación de Arranque en Automático. Pulsar ACEPTAR.

Figura Nº27: Ventana de confirmación de Arranque Automático

3º

El

sistema

comenzará

la

secuencia

de

Arranque

en

AUTOMÁTICO.

Acción 1

Giran las bandas del filtro y para asegurar que la banda no este trabada ni mucho menos dañada se deja pasar un periodo de tiempo equivalente al giro completo de la banda; el giro de la banda se realiza accionando el motor 341-M-016.

Acción 2

Arranca la bomba de lavado de banda y se asegura una buena presión de lavado a un flujo determinado el cual se sintonizara en el lazo de control correspondiente, el tiempo de esta etapa también es equivalente a un giro de la banda; el arranque de la bomba se hace accionando el motor 341-M001A tomando en consideración que existe un STANBY.

Acción 3

Arranca el extractor o generador de vacío luego que la banda está completamente húmeda; el arranque del generador de vacío se hace accionando en arranque 341-M-003.

Acción 4

Arranca la bomba de cal; tener en cuenta que luego que el sistema arranque totalmente esta velocidad depende del control de Flujo 341-FIT-106 (Flujo de cal).

Acción 5

Arranca la bomba de polímero; tener en cuenta que luego que el sistema arranque totalmente esta velocidad depende del control de Flujo 341-FIT107 (Flujo de Polímero).

68

Acción 6

Arranca la bomba de lodo; tener en cuenta que luego que el sistema arranque totalmente esta velocidad depende del control de Flujo 341-FIT108 (Flujo de Lodo). Tabla Nº5: Secuencia de Arranque Automático del Filtro de Bandas

Adicionalmente el sistema debe tener ingresados los siguientes parámetros de proceso y setpoint:

-

SP de Nivel de Tanque de Lodo: 62%

-

SP de Nivel de Tanque de Cal: 65%

-

SP de Nivel de Tanque de Agua: 30%

-

SP de Velocidad Bomba Nemo de Cal: 20%

-

SP de Velocidad Bomba Nemo de Polímero: 30%

-

SP de Velocidad Bomba Nemo de Lodo: 20%

-

SP de Velocidad Motor Accionamiento Banda de Filtro: 70%

4.2.2.10. Parada Definitiva y Parada Temporal Para una parada definitiva o temporal del Proceso de Filtro de Bandas se requiere haber arrancado la Secuencia en Automático. Por eso el procedimiento es como se indica a continuación: 1º Presionar el Botón de Parada DEF. o Parada TEMP.del panel de control de arranque y parada del filtro (Figura Nº25) 2º A continuación se abrirá una ventana emergente de confirmación de Paro Definitivo o Paro Temporal. Pulsar ACEPTAR.

Figura Nº28: Ventana de confirmación de Parada Definitiva

69

Figura Nº29: Ventana de confirmación de Parada Temporal

3º El sistema comenzará la secuencia de Parada Definitiva de la siguiente manera: Acción 1

Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341-FCV-015 y se abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra la válvula 341-FCV-013 y se abre la válvula 341-FCV-014 luego de 7 minutos se detiene la bomba de lodo 341-M-002A/B.

Acción 2

Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M-010A/B y se deja pasar 5 segundos sin acción.

Acción 3

Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B. Aquí también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-03.

Acción 4

Después de 5 minutos sin acción, se detiene la bomba de lavado 341-M001 aquí también se detiene el motor de la banda 341-M-016. Tabla Nº6: Secuencia de Parada Definitiva del Filtro de Bandas

4º El sistema comenzará la secuencia de Parada Temporal de la siguiente manera: Acción 1

Antes de detener la bomba de lodo se cierra la válvula 341-FCV-015 y se abre la válvula 341-FCV-016, también se cierra la válvula 341-FCV-013 y se abre la válvula 341-FCV-014 luego de 7 minutos se detiene la bomba de lodo 341-M-002A/B.

Acción 2

Luego de 20 segundos se detiene la bomba de cal 341-M-010A/B y se deja pasar 5 segundos sin acción.

Acción 3

Se detiene la bomba de polímero 341-VDF-008A/B. Aquí también se detiene la bomba Generador de Vacío 341-M-03.

70

Acción 4

Si después de dos minutos no se ha restablecido el Proceso, con el BOTON RESET del Cuadro de Comandos, entonces continuará con el 4º paso de la Parada Definitiva. Tabla Nº7: Secuencia de Parada Temporal del Filtro de Bandas

4.2.2.11. Parada por Deslizamiento de Banda Esta parada se usa para cuando se presentan problemas de deslizamiento de la banda. -

Cuando la banda se desliza el sensor 341-SSL-019 dejara de emitir pulsos lo cual es señal que la banda no está girando, en este momento se detiene el motor del generador de vacío 341-M-003 aquí también se activa la alarma visual y sonora, luego se dejan pasar 20 segundos para darle tiempo de recuperación a la banda.

-

Si la banda no se recupera entonces luego se abre al 20% la válvula 341-FCV-016 y se esperan 10 segundos más de recuperación.

-

Si la banda no se recupera entonces pasa a una parada definitiva y la alarma visual y sonora quedan encendidas.

-

Si la banda se recupera entonces la válvula 341-FCV-016 nuevamente se cierra y el generador de vacío 341-M-003 se enciende nuevamente así también la alarma visual y sonora se apagan.

4.2.2.12. Parada por Descarrilamiento de Banda -

Los LimitSwitch de Descarrilamiento 341-ZSR-017, 341-ZSR018, 341-ZSL-017, 341-ZSL-018 sensan que la banda no exceda su carril de funcionamiento normal si esto sucediera ocurrirá una SECUENCIA DE PARADA DEFINITIVA AUTOMÁTICA.

71

4.2.2.13. Adicionales -

341-TIT-001 Indicador de Temperatura y Alarmas de Ingreso General de Agua Condensada.

-

341-PIT-003 Indicador de Presión y Alarmas de Ingreso de Aire de Instrumentación.

-

341-PIT-107 Indicador de Presión y Alarmas de Ingreso de Polímero.

72

CAPITULO 05 PRESENTACIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

73

5. CAPITULO 5. Presentación y Análisis de Resultados 5.1. Resultados de Filtro Rotativo Filtro Rotativo Día

Cantidad de Lodo

% Pol. Cachaza

Peso de torta

m3/h

m3

%

Tn

1

-

-

-

-

2

-

-

-

-

3

-

-

-

-

4

-

-

-

-

5

-

-

-

-

6

9,9868

119,6735

6,6467

63,30

7

12,1392

204,2506

7,6200

-

8

-

-

-

-

9

-

-

-

-

10

10,1287

62,3340

8,3600

66,90

11

10,1218

212,2200

5,2880

46,79

12

11,0744

435,0691

4,7040

62,10

13

11,2392

208,1794

8,1467

64,00

14

12,5936

245,4296

6,6667

66,80

15

12,0944

524,3861

5,8050

63,23

16

12,0379

777,4644

4,7650

68,23

17

11,7563

1018,5819

3,8117

71,60

18

13,0836

1190,6818

2,5400

73,95

19

12,9013

1450,3520

2,8600

67,70

20

14,4517

1695,5667

3,7580

73,00

21

14,6188

1980,1387

2,0940

-

22

13,8002

2265,8522

2,0517

69,47

23

15,6344

2578,1833

2,9175

71,40

24

15,7715

2887,5582

2,4800

72,30

25

16,4120

3195,2040

2,4675

69,10

26

16,3083

3497,55489

2,6460

69,45

27

17,6074

3755,2189

2,6025

67,53

28

17,9540

3943,7375

3,4600

-

29

-

-

-

-

30

14,2453

50,8431

-

-

31

-

-

-

-

PROM.

13,4528

1468,1127

4,3662

58,8127

Tabla Nº8: Resultados de %Pol en la Cachaza filtrada – Julio 2012

74

En la tabla Nº8 se muestran los datos relacionados con el filtro rotativo obtenidos en el período de operación de Julio del 2012. Esta tabla presenta los datos de porcentaje de Pol de cachaza obtenidos en este período de operación con lo que se observa que el %Pol es bastante elevado para los niveles ideales; esta tabla se puede apreciar mejor con el siguiente cuadro:

Resultados Filtro Rotativo 9 8 7 6 5 %Pol

4

Promedio

3 2 1 0 1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

Cuadro Nº2: Resultados de %Pol del Filtro Rotativo en el periodo Julio 2012

75

5.2. Resultados de Filtro de Banda Filtro de Banda VACUUM PRESS Día

Cantidad de Lodo

% Pol. Cachaza

%Hum.

Presión de vacio del ventilador

Cantidad de Floculante

Flujo de agua de Imbib.

Presión de agua de Imbib.

Lechada de Cal

m3/h

m3

%

Tn

m3/h

m3

Bar

m3/h

m3/h

1

25,29

21640,09

1,6178

66,500

-0,013

0,9860

14122,67

2,2313

0,3586

2

22,71

22105,51

1,6040

65,900

-0,013

0,8378

14340,18

2,1254

0,3060

3

22,56

22471,60

1,7138

68,250

-0,013

1,1403

14652,21

2,2176

0,3060

4

22,83

22899,22

2,5200

66,933

-0,013

1,0579

14930,45

2,1387

0,3060

5

24,61

23363,81

1,8878

66,850

-0,013

1,2974

15201,03

2,2401

0,3589

6

21,68

23677,82

2,0617

66,550

-0,014

1,1430

15418,91

2,2137

0,3367

7

20,01

23998,88

2,3867

67,600

-0,013

0,9803

15684,94

2,1363

0,4375

8

16,99

24316,15

1,5330

67,600

-0,013

0,6471

15993,35

2,1564

0,3578

9

23,20

24718,40

1,8056

67,767

-0,013

0,7187

16285,50

2,2152

0,3322

10

27,01

25161,70

1,5625

69,400

-0,026

0,8800

16551,05

2,1875

0,4188

11

28,96

25698,20

1,6644

68,850

-0,012

1,1111

16854,80

2,1656

0,3657

12

26,35

25909,90

1,8375

70,600

-0,039

0,9000

16975,30

2,1375

0,4625

13

28,67

26580,50

1,6533

69,833

-0,021

0,9767

17358,50

1,8358

0,3820

14

30,93

27154,70

1,9550

67,900

-0,012

1,0100

17653,20

2,0619

0,3900

15

27,57

27744,46

1,8800

67,533

-0,013

0,8791

18000,60

2,2227

0,4276

16

29,58

28382,80

1,7380

65,450

-0,013

1,1555

18343,80

2,2082

0,3445

17

32,54

29092,30

1,9370

65,950

-0,013

1,1500

18713,70

2,1864

0,2745

18

22,48

29613,10

1,2317

65,030

-0,013

0,8443

19092,40

2,1117

0,2875

19

31,05

30241,10

2,1460

64,390

-0,013

1,2010

19407,10

2,103

0,2330

20

-

30241,10

2,5050

-

-

-

19407,10

-

-

21

29,34

30769,90

2,8640

69,233

-0,014

0,9420

19707,90

1,8550

0,3160

22

25,63

31340,00

2,3173

71,000

-0,013

0,8873

20031,42

2,0050

0,3818

23

28,85

31992,80

2,9260

69,450

-0,013

1,1367

20383,60

2,2055

0,2873

24

25,34

32548,40

2,0655

72,933

0,008

0,9900

20735,70

1,8991

0,3755

25

25,90

32885,30

2,2217

70,500

0,013

0,7914

20954,80

2,0629

0,4043

26

31,80

33628,90

2,9540

69,733

-0,014

1,1920

21309,40

2,0304

0,3650

27

33,13

33902,22

2,5575

69,700

-0,013

1,2850

21410,80

2,1350

0,3250

28

32,91

34701,80

2,8933

68,667

-0,014

1,3392

21765,40

1,5517

0,404

29

35,20

35547,40

2,4627

73,100

-0,014

1,0400

22146,30

2,3867

0,3508

30

31,75

36300,90

1,9867

69,700

-0,013

0,8650

22532,00

1,9742

0,3575

28287,6320

2,0830

68,3759

-0,0131

1,0133

18198,8037

2,1035

0,3536

PROM. 27,0645

Tabla Nº9: Resultados de %Pol en la Cachaza Filtrada – Noviembre 2012

En la tabla Nº9 se muestran los datos relacionados con el filtro rotativo obtenidos en el período de operación de Noviembre del 2012.

76

Esta tabla presenta los datos de porcentaje de Pol de cachaza obtenidos en este período de operación con lo que se observa que el %Pol está dentro de los niveles óptimos de operación; esta tabla se puede apreciar mejor con el siguiente cuadro: (Se adjunta el seguimiento de estos datos en el Anexo 04)

Resultados Filtro de Banda 3.50 3.00 2.50 2.00 %Pol 1.50 Promedio 1.00 0.50 0.00 1

3

5

7

9

11 13 15 17 19 21 23 25 27 29

Cuadro Nº3: Resultados de %Pol del Filtro de Banda en el periodo Julio 2012

Filtro Rotativo vs. Filtro de Banda 9 8 7 6 5 Filtro Rotativo

4

Filtro Banda

3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 101112131415161718192021222324252627282930

Cuadro Nº4: Comparación de Resultados entre Filtro Rotativo y Filtro de Banda

77

5.3. Evaluación Económica de los resultados Para conocer la rentabilidad de la operación del Filtro de Bandas debemos conocer los siguientes datos:

-

Datos: o % de Pol de los Filtros Rotativos, 4,36 %Pol o % de Pol de los Filtros de Bandas, 2,08 %Pol o Toneladas de Caña diarias, 5000 Tn o Porcentaje de Cachaza/Tn de caña, 1,5% o Polarización de azúcar, 98,5 %Pol o Costo de producción por bolsa de azúcar 50 kg, S/. 49,8 o Precio de venta bolsa de azúcar 50 kg, S/. 75 o Bolsas de azúcar por tonelada, 20 bolsas

Toneladas de cachaza mensual: #  $%ℎ. = #  %$ñ$ ($)($ ∗ í$ ,-)$%(ó# ∗ % $%ℎ. $ñ$ #  $%ℎ$0$ = 5000 # ∗ 26 í$ ∗ 0,015 56 78 9:;?@A 56

Encontrando las Toneladas de azúcar en la cachaza: # -BC # $%ℎ$0$ D. E. = F$ $  $%ℎ$0$ ∗ %BC D. E. # -BC # $%ℎ$0$ D. E. = 1950 # ∗ 0,0436 BC 56 JKL 86 9:;