ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL - Repositorio...

ESCUELA POLITÉCNICA

NACIONAL

ESCUELA DE INGENIERÍA

SISTEMA DE CONTROL PARA UNA PUVNTA DE POTABILIZACIONDE AGUA SALINA

* PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DELTÍTULO DE INGENIERO ENELECTRÓNICA Y CONTROL

CHRISTIAN FERNANDO BUENO CARRASCO

DIRECTOR: ING. OSWALDO BUITRÓN

QUITO, NOVIEMBRE 2001

DECLARACIÓN

Yo, Christian Femando Bueno Carrasco, declaro bajo juramento que el trabajo aquídescrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentada para ningún grado ocalificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que seincluyen en este documento,

A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectualcorrespondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecidopor la Ley de Propiedad Intelectual, por su reglamento y por la normatividad institucionalvigente.

Chrisíian^emando Bueno C

t

CERTIFICACIÓN

Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Christian Femando Bueno Carrasco,bajo mi supervisión.

Ing. Oswaldo Buitrón

DIRECTOR DE PROYECTO

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mis Padresy a todas las persona que han permitido que

este pueda ser terminado, en especial alIng. Oswaldo Buitrón y toda su familia.

f

CONTENIDO

1. CAPITULO 1.ASPECTOS GENERALES 4

1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA A RESOL VER .....51.1.1 CONSIDERACIONES PARA PLANIFICACIÓN E IMPLEMENTACION DE UN... 6

SISTEMA1.1.1.1 ABASTECIMIENTO DE AGUA ...ó1.1.1.2 ALMACENAMIENTO DE AGUA .....71.1.1.3 CALIDAD DEL AGUA. 71.1.1.4 CALIDAD DEL AGUA. 71.1.2 CONCENTRACIONES PROMEDIO DE LOS ELEMENTOS CONTENIDOS EN...... 9

EL AGUA DE MAR1.1.3 PLANTA DE POTABÍLIZACIÓN. ,10

1.2 MAGNITUDES A SER MEDIDAS 111.2.1 FLUJO (KG/H) 111.2.2 NIVEL (M)..........-..... -.121.2.3 TEMPERATURA (°C).. 121.2.4 PRESIÓN (ATM) 12

1.3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN 131.3.1 VENTAJAS EN LA UTILIZACIÓN DE LMiVIEW 14

1.4 CONCEPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL.... 151.4.1 SIMULACIÓN DE LA PLANTA 151.4.2 PROGRAMA DE CONTROL 151.4.3 PROCESAMIENTO DE SEÑALES .....161.4.3.1 PROCESAMIENTO DE SEÑALES EN ACCIONAMIENTOS 161.4.3.2 PROCESAMIENTO DE SEÑALES DE LOS SENSORES ....17

1.5 CONCLUSIONES , 17

2. CAPÍTULO 2.DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL. ...19

2.1 DISPOSITIVOS PARA SENSADO Y ACTUACIÓN 202.1.1 SENSORES.. - 202.1.1.1 SENSOR DE FLUJO. .....202.1.1.2 SENSOR DE NIVEL. .212.1.1.3 SENSOR DE TEMPERATURA 212.1.2 ACTUADORES..... 222.1.2.1 MOTORES.............. 222.1.2.2 SOLENOIDE 222.1.2.3 EXTRACTOR ..22

2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS .......232.2.1 ENTRADAS ANALÓGICAS. 232.2.2 SALIDAS ANALÓGICAS............. .242.2.3 AUTO CALIBRACIÓN.......... ....242.2.4 ENTRADAS - SALIDAS DIGITALES .242.2.5 CONTADORESATEMPORIZADORES.... .....252.2.6 CONECTOR ENTRAD AS/SALID AS ., 252.2.7 CONFIGURACIÓN 26

2.2.7.1 ENTRADAS ANALÓGICAS. 262.2.7.2 ENTRADAS - SALIDAS DIGITALES. .292.2.7.3 ADQUISICIÓN DE DATOS.. 30

2.3 PROGRAMA DE CONTROL. .322.3.1 PRESENTACIÓN............ 332.3.2 SIMULACIÓN DE LA PLANTA 342.3.3 CONTROL EN MODO APRENDIZAJE Y MODO SUPERVISIÓN.... 372.3.3.1 CONTROL MANUAL.. .382.3.3.2 CONTROL AUTOMÁTICO........... ...39

2.4 DESARROLLO DE LA APLICACIÓN. 432.4.1 SENSORES. ....432.4.2 ACTUADORES.... ...452.4.3 UNIDAD DE CONEXIONES.... 46

3. CAPITULO 3.INSTALACIÓN Y PRUEBAS... ; 48

3.1 CONSIDERACIONES PARA EL MÓNTATE............. 493.1.1 SENSORES DE TEMPERATURA. ...503.1.2 SENSOR DE FLUIO. ..513.1.3 SENSORES DE NIVEL. ....523.1.4 BOMBAS........... 523.1.5 ELECTRO - VÁLVULA ........533.1.6 EXTRACTOR.. 53

3.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO EN EL LABORATORIO. 533.2.1 ADQUISICIÓN DE DATOS .....543.2.2 SENSORES DE TEMPERATURA. 563.2.3 SENSORDE FLUJO ..573.2.4 ACTUADORES............ 58

3.3 PRUEBAS EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN... .....583.3.1 DATOS GENERALES.................. .......583.3.2 PRUEBAS REALIZADAS.. 60

3.4 RESULTADOS ALCANZADOS... ....61

4. CAPITULO 4.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .63

4.1 BREVE ESTUDIO ECONÓMICO. 64

4.2 CONCLUSIONES.... ......74

4.3 RECOMENDACIONES .76

5. ANEXO 1POBLACIÓN Y ACCESIBILIDAD A SERVICIOS DE AGUA POTABLE...... 78

6. ANEXO 2SENSORES Y TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS 86

7. ANEXO 3PROGRAMA DE CONTROL MANUAL DE USO...... 105

RESUMEN

Desde la década de los ochenta se marcó el inicio de la utilización masiva de las

computadoras personales, las cuales han ido expandiendo sus aplicaciones y

usos a varios campos, en especial a la ingeniería. Este crecimiento se debe, entre

otras razones, al constante mejoramiento de programas o paquetes de aplicación

y en especial a las cada vez más accesibles y mejoradas PC's. Es por esto que la

tendencia a utilizar una computadora personal para controlar un mayor numero de

dispositivos va en aumento.

Hoy en día el control computarizado es la opción más utilizada en grandes

empresas nacionales y especialmente internacionales, ya que con un numero

razonable de terminales con paquetes computacionales dedicados para cada uso

o proceso, han demostrado que se puede llegar a altos niveles de rendimiento y

producción, convirtiendo a la computadora personal en una de las herramientas

más utilizadas en los sistemas de control.

En el caso de este trabajo, se quiere demostrar que una de las maneras más

eficientes y versátiles de controlar un prototipo de planta de potabilización de

agua salina, es un sistema de control automático basado en una computadora

personal,

de la cual podemos beneficiarnos eficientemente si utilizamos un paquete

adecuado para adquisición de datos, control e instrumentación, en este caso

LabVIEW.

Un siguiente paso en la consecución del sistema de control para este prototipo es

la instrumentación del mismo, que consta de la instalación de sensores y

actuadores buscando la mayor eficiencia posible.

A través de LabVIEW se buscó dar una interface amigable para el futuro usuario

del programa de control de manera que trabajar en la planta de potabilización sea

fácil, permitiendo entender el funcionamiento tanto del programa como de la

planta.

PRESENTACIÓN.

En el presente trabajo se ha tomado como objetivo principal de desarrollo un

prototipo de planta de potabilización de agua salina. En el progreso de la

investigación del mismo se ha encontrado que el agua potable sigue siendo un

problema a gran escala en el Ecuador, esto fue un motivo más para continuar con

el esfuerzo para conseguir los objetivos propuestos. Lograr una planta eficiente, a

bajo costo y con tecnología disponible en el país puede ser una solución a corto

plazo para este problema, en especial para las comunidades de la costa

ecuatoriana.

De esta manera la planta de potabilización necesita ser automática para que sea

posible una mínima interacción con un futuro usuario y se mejore su eficiencia

permitiendo, de manera amigable, observar todos los procesos de los que consta.

Pensando en que un prototipo estará sujeto a cambios y mejoras, el sistema de

control planteado presenta versatilidad y facilidad para ser modificado, ya que de

ninguna manera este prototipo tendrá una eficiencia a nivel de ser comercializado

pero si será una base para futuros diseños e innovaciones. Esto de no quiere

decir que el sistema de control estará supeditado a la eficiencia de la planta, al

contrario este mejorara la eficiencia permitiendo ahorrar energía y tiempo. Con la

misma idea el programa de control desarrollado en LabVIEW tiene la misma

filosofía, poder ser cambiado para adaptarse a diferentes situaciones de

construcción y desarrollo de la planta.

De esta manera se presentan cuatro capítulos que abarcan las cuatro principales

fases de desarrollo del sistema de control.

El primer capitulo comprende el análisis del problema de agua potable en Ecuador

y los primeros conceptos y detalles del sistema de control.

El segundo capitulo presenta, principalmente, como se realiza el sensado,

adquisición y procesamiento de las señales. Para luego indicar con detalle como

son controlados los procesos por el programa desarrollado en LabVIEW.

En el tercer capitulo se presentan las particularidades de la instrumentación de la

plañía y las diferentes pruebas realizadas en la misma.

Para terminar tenemos el siempre necesario estudio económico junto con las

conclusiones y recomendaciones.

En los anexos se trató de profundizar en datos de la problemática del agua en el

país, en particular de los sensores y actuadores utilizados en la planta. Por último

se preparó un manual simple de utilización del programa de control y de la unidad

de acondicionamiento de señales.

CAPITULO 1.

ASPECTOS GENERALES

1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA ARESOLVER.

1.2 MAGNITUDES A SER MEDIDAS.

1.3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN.

1.4 CONCEPCIÓN DEL SISTEMA DECONTROL.

1.5 CONCLUSIONES.

CAPITULO 1.

ASPECTOS GENERALES

1.1 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA A RESOLVER.

Existen diferencias muy marcadas en la disponibilidad del agua potable entre

las poblaciones de los distintos países, e incluso entre las regiones de un mismo

país. Es una constante, que dentro de las prioridades de cualquier población, se

encuentra el acceso al abastecimiento de agua; y a su vez como requerimiento de

líquido vital, intervienen varios parámetros que deben ser considerados, tales

como: la calidad de las fuentes, los recursos y tecnología disponibles, la variedad

de los problemas locales de salud y una serie de factores poblacionales

específicos, tales como el nivel educacional, el estado socioeconómico y las

creencias culturales. Por consiguiente, las políticas para satisfacer esta necesidad

serán tan diversas como las regiones para las cuales se establezca un programa

de abastecimiento.

Actualmente en el Ecuador existe una notable falta de agua potable que es

más severa en la región de la costa, la cual se agudiza aún más en determinadas

épocas del año. Para resolver este problema, el Departamento de Ingeniería de

Procesos y Apoyo a la Producción de la Escuela Politécnica Nacional, desarrollóf

como una posible alternativa, plantas modulares que realicen la potabilización de

agua salina, para su aplicación en los sectores rurales de la costa ecuatoriana;

para el desarrollo de dichas plantas, se decidió trabajar con un sistema de control

automático, el cuál brinda la posibilidad de realizar pruebas con flexibilidad y

poder adaptar las plantas como la solución adecuada a las diversas situaciones

que pueden presentarse en su aplicación práctica y es el propósito y principal

objetivo de este trabajo.

En el Anexo N°1 se presentan datos del Centro Panamericano de Ingeniería

Sanitaria y Ciencias del Ambiente (CEPIS); las distintas tablas que ahí se

presentan con un breve comentario sustentan la prioritaria necesidad de contar

con soluciones que permitan abastecer de agua potable al sector rural de la costa

Ecuatoriana.

1.1.1 CONSIDERACIONES PARA PLANIFICACIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE

UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA.1

En principio todo desarrollo que tienda a solucionar un problema social,

debe considerar los intereses de los involucrados que son quienes necesitan los

servicios; en este caso en particular, las poblaciones que tengan acceso al agua

de mar. También es importante tomar en cuenta aspectos como la cantidad y

calidad del agua, pero sólo representan algunos de los factores que establecerán

el impacto final de un determinado desarrollo. Otros factores no menos

importantes, incluyen consideraciones económicas, la tecnología disponible y la

operación del sistema.

1.1.1.1 Abastecimiento de agua.

Las poblaciones que sufren de escasez de agua, en especial la potable,

deben priorizar su uso, para lo cual se debe educar a la población y dar la

importancia del caso a la higiene; ya que de no hacerlo, conlleva un aumento del

riesgo tanto de enfermedades adquiridas en el lavado como de las transmitidas

por el agua y las diarréicas.

Las medidas para garantizar la calidad y seguridad de! abastecimiento

de agua, incluyen la selección de fuentes no contaminadas, el reemplazo de

fuentes contaminadas de agua por suministros más seguros, convenientes y

confiables; sin perder de vista que las redes de abastecimiento de agua, requieren

de tratamiento si no se puede garantizar la integridad de las tuberías.

1 Por considerarlo relevante/ este subcapítulo a tomado como referencia la información dewww.cepis.org.pe/esvvww/fulltext/aguabas/agua/agua.html (agua.pdf)

1.1.1.2 Almacenamiento de Agua.

Mediante estudios, se ha demostrado que en el almacenamiento del

agua, si se elimina o por lo menos se reduce la posibilidad de que se pueda

introducir las manos, mediante una cobertura adecuada o mediante accesos

reducidos a los recipientes, se disminuye la cantidad de coliformes fecales en el

agua almacenada (Roberts, 1994) y reduce la propagación del cólera (Deb, 1986).

1.1.1.3 La calidad del agua.

Varios estudios han demostrado que el tratamiento de agua en el hogar

puede prevenir las enfermedades. También se ha demostrado que otra manera

de prevenir las enfermedades, es hervir el agua, así sea la potable, antes de

consumirla (Blake, 1993); sin embargo, esta práctica puede resultar relativamente

costosa y potencialmente perjudicial para el ambiente; por lo que como una

alternativa, cabe destacar que un estudio realizado en el Brasil, encontró

cantidades significativamente inferiores de coliformes fecales en el agua

almacenada por las familias que usaban como desinfectante hipoclorito de sodio

en comparación con las familias que usaban placebo (Kirchhoff, 1985).

1.1.1.4 Consideraciones económicas versus tecnología disponible.

Las soluciones de gran alcance, cuya implantación implica grandes

inversiones de dinero y tiempo, como las redes de distribución entubadas, con

plantas completas de tratamiento para potabilizar el agua, generalmente requieren

una planificación de largo plazo con varias fases para su construcción y puesta

en marcha, lo que se justifica para las grandes poblaciones. Las tecnologías

apropiadas de menor costo y cuya implantación es más sencilla, pueden

proporcionar opciones de mediano y corto plazo para las poblaciones pequeñas,

las mismas que necesitan de este recurso y que se ven limitadas por los.escasos

recursos económicos para iniciar un proyecto mayor alcance.

Con el propósito de establecer si las tecnologías alternativas son

adecuadas para una determinada situación, se deben considerar varios factores

antes de realizar una inversión; dentro de los cuales se pueden citar los

siguientes:

Primero: ¿Cuánto cuesta la tecnología? ;

Segundo: ¿Cuánto cuesta capacitar al personal para operar, mantener y

reparar la tecnología? ;

Tercero: ¿Se dispone de la tecnología localmente?.

Cuarto: si no se dispone de la tecnología localmente, ¿cuáles son los

costos para el embarque y desaduanización?, ¿las partes se pueden reemplazar

fácilmente?, ¿se dispone de asistencia técnica para poder mantener o reparar el

equipo? ;

Quinto: ¿cuál es la complejidad técnica de la tecnología? ¿mediante la

práctica se puede capacitar a! personal para que pueda instalar, operar, mantener

y reparar? ;

Sexto, ¿es sostenible la tecnología?. Es decir, ¿la tecnología genera

ingresos o requiere un subsidio para operar? ; ¿son los costos iniciales, de

operación, mantenimiento y reparación/reemplazo accesibles para la población

servida y está la población dispuesta a pagar por ello?. De no ser así, la

intervención no será sostenible si no se cuenta con un subsidio permanente.

Es muy importante considerar estos factores antes de emprender

cualquier proyecto. En forma general, se puede afirmar que la disponibilidad local

aumenta el acceso, reduce los costos de distribución y aumenta la posibilidad de

mantenerla, repararla o reemplazar partes o piezas; es decir, se puede desarrollar

una variedad de tecnologías que se las puede citar como prometedoras, sus

detalles e implantación deben ser analizados con cuidado. Con esta información,

es muy importante contactar potenciales organizaciones donantes, las

comunidades beneficiarías, y todas aquellas que tienen relación con el proyecto,

para conocer sus intereses y necesidades y tomarlos en cuenta en el desarrollo

del proyecto, con la finalidad de permitir una aplicación directa y sin oposición de

los resultados que se puedan alcanzar.

1.1.2 CONCENTRACIONES PROMEDIO DE LOS ELEMENTOS CONTENIDOS EN

EL AGUA DE MAR.2

En la Tabla 1.1, se presenta el resultado de los análisis del contenido del

agua de mar, como una referencia que será de mucha utilidad para el presente

trabajo.

ELEMENTO

1, Calcio

2. Magnesio

3. Potasio

4. Sodio

5. Cloruro

6. Bromuro

7. Fluoruro

8. Dureza

9. Alcalinidad

10. Salinidad

Ca

Mg

K

Na

Cl

Br

F

mg/1/

mg/1/

11. Oxígeno Disuelto

12. pH

13. Temperatura

UNIDADES

mg/1

mg/1

mg/1

mg/1

mg/1

mg/1

mg/1

CaCO3

CaCO3

mg/1

mg/1

-

°C

AGUA DE MAR

272.23

1,044.86

352.97

8,347.31

11,712.13

26.73

0.85

4,982.53

65.33

25,150.67

5.53

6.60

24.43

Tabla 1.1

2 CEP1S-OPS-HDT 30 Potabilizador! del agua de mar por destilación solar.htm

10

1.1.3 PLANTA DE POTABILIZACIÓN.

Para definir cada uno de los procesos que necesitan instrumentarse y en

base de los cuales se realizará el diseño del control automático, en la Figura No

1.1 se presenta el diagrama de flujo que muestra las diferentes etapas de la

planta de potabilización, para luego explicar su funcionamiento.

El abastecimiento del agua de mar, agua cruda, al tanque T-1 permitirá

iniciar el proceso de potabilización, el cual tiene como primera etapa el

precalentador a gas E-1 que eleva la temperatura del agua a 60 °C, temperatura

con la que el agua es llevada por la bomba B-1 al evaporador EV-1 que es un

tanque en el que gracias a los 60 °C, un aspersor que pulveriza el agua, un

extractor de vapor y una presión menor a la atmosférica, logra separar el agua de

mar en vapor de agua pura y salmuera, este proceso se logra de manera muy

eficiente ya que la baja presión en el evaporador permite potabilizar el agua con

menos energía que los métodos convencionales. Por tanto esta parte de la planta

se puede definir como la más sensible e importante ya que es aquí donde se

realiza la potabilización propiamente dicha.

El vapor de agua pura luego pasa al condensador E-2 que consta del tubo

de salida del EV-1, el extractor de vapor y un serpentín de cobre dentro del

mismo, por el cual circula agua a temperatura ambiente, de esta manera al tener

contacto el vapor con el tubo de cobre se condensa y pasa a la pierna

barométrica. El flujo de agua a través del serpentín se controla por medio de la

bomba B-3.

La presión necesaria en el evaporador EV-1 se logra por medio de la

bomba de vacío B-2 (Figura 1.1) que conectada con la pierna barométrica

consigue el vacío necesario para que el agua se evapore, quedando claro que el

sistema que consta del evaporador, condensador y pierna barométrica se

encuentra a menor presión absoluta de 0.128 atm (1.88 psi).

En este punto es importante explicar el funcionamiento de la pierna

barométrica. Esta tiene forma de botella terminada en un embudo de material

acrílico transparente que soporta la baja presión interior; Además se encuentra a

11

más de 7.50 metros de altura con respecto a! tanque de agua pura, esto es

necesario para contrarrestar los efectos del vacío sobre el vapor y permitir a! agua

pura pasar hacia el tanque final. En otras palabras, la pierna barométrica permite

mantener el vacío en el sistema antes mencionado y a la vez que el agua ya

condensada pase ai tanque final de agua pura, completando así el proceso de

potabilización.

Por ultimo se tiene una cuarta bomba B-4 que permitirá sacar la salmuera,

que constituye el residuo del proceso de potabilización del tanque EV-1, es

necesaria esta bomba para contrarrestar el efecto de vacío y poder desalojar la

salmuera. Antes de la bomba B-4, como medida de segundad extra, se coloca

una electro - válvula V-1 que mantendrá el vacío hasta que la bomba sea

encendida.

Sobre la base del diseño de la planta que se explica en este subcapítulo se

espera tener adecuadamente definido el tipo de magnitudes con las que se va a

trabajar, la instrumentación necesaria y que estén más claros todos los procesos

que se espera funcionen automáticamente con la menor intervención del futuro

usuario.

Hay que aclarar también que, tratándose de una planta prototipo y por tanto

en desarrollo todos los materiales utilizados son provisionales.

1.2 MAGNITUDES A SER MEDIDAS.

De acuerdo al proceso antes descrito las magnitudes que se necesitan

medir, tanto para propósitos de monitorear y optimizar la planta dentro del

proceso de la investigación previa a la implantación, así como para definir la

instrumentación final de la misma son los que se indican a continuación:

1.2.1 FLUJO (Kg/h).

Principalmente la medición de la cantidad de Kg/h de agua cruda, en

proceso o como producto final determinará; primero las dosificaciones necesarias

12

tanto del ácido sulfúrico como de la sosa cáustica elementos indispensables para

un correcto funcionamiento a largo plazo de la planta. Segundo el buen

funcionamiento de la planta en cualquier momento de su vida útil. Además, estas

mediciones en las pruebas preliminares van a servir para establecer el

rendimiento de la planta, con el propósito de poder optimizarla, a través del

mejoramiento de cada uno de los procesos.

1.2.2 NIVEL (m).

Al medir el nivel del liquido en cualquiera de los tanques de la planta, en

primer término se define una altura y luego servirá para representar un volumen;

con esto se pretende establecer los niveles que marcarán el inicio de las etapas

del proceso de manera que éstas funcionen adecuadamente y que permitan, en lo

posible, ahorro de energía. Además, el disponer de estos datos y las acciones de

control asociadas evitarán que se produzcan derrames.

1.2.3 TEMPERATURA (°C).

La temperatura es otra de las magnitudes que permitirán disponer de un

control del proceso en las distintas etapas, para el correcto funcionamiento de la

planta; en especial considerando que esta magnitud es de gran importancia en la

etapa de precalentamiento del agua, que es el inicio del proceso de evaporación

realizado por la planta.

1.2.4 PRESIÓN (Atm).

Como la temperatura, la presión es una variable muy importante, que debe

ser medida en la etapa de evaporación de la planta ya que de esta dependerá la

correcta desalineación del agua, mediciones que sólo serán realizadas en las

pruebas de la planta ya que la presión será mantenida en EV-1 por medio de un

ciclo de trabajo desarrollado por medio de estas pruebas para la bomba B-2.

13

1.3 ALTERNATIVAS DE SOLUCIÓN.

Para obtener un control automático que responda a los requerimientos y

necesidades de la planta de potabilización por desalinización, y además que

tenga flexibilidad en su diseño, se plantea un sistema de control basado en una

micro-computadora con un programa adecuado desarrollado en base al paquete

computacional denominado LabVIEW del fabricante National Instruments

(lenguaje G para instrumentación virtual).

Un sistema de control computarizado, basado en el programa indicado, tiene

diferentes etapas que se desarrollan alrededor de la computadora, mismas que se

complementan perfectamente para cumplir con los objetivos de este trabajo.

Las etapas de un sistema computarizado que van a ser considerados en el

proceso de diseño son las siguientes:

Programa de Control (Computadora).

Adquisición de datos.

Procesamiento de señales.

Accionamientos y sensores.

En la Figura 1.2,, se presenta un esquema que explica, en forma resumida,

como van a interactuar las diferentes etapas indicadas.

Computadora

Figura 1.2

14

Un sistema de control computarizado permite variaciones en el

funcionamiento que se pueden lograr con pocos cambios en el mismo, situación

que posibilita que en poco tiempo se pueda conseguir la optimización de los

procesos que necesitan automatización como es el caso de la planta experimental

de procesamiento de agua de mar.

Además, en un sistema de control computarizado una vez definido el tipo de

sensores y actuadores a ser utilizados, el procesamiento de señales se

mantendrá constante lo que permite que los cambios de funcionamiento

dependan únicamente del programa de control o de simples cambios en la

adquisición de los datos.

1.3.1 VENTAJAS EN LA UTILIZACIÓN DE LabVIEW.

En la implantación de este tipo de control una computadora brinda la

posibilidad de utilizar diferentes lenguajes de programación, pero se escogió el

lenguaje G (LabVIEW) por diferente$ aspectos, que entre otros son los siguientes;

Por su excelente interfaz gráfica que permite la programación intuitiva y

que se obtenga en pantalla un panel de control que refleja el proceso que se está

monitoreando, por medio de sus instrumentos virtuales.

La instrumentación Virtual que permite con un mismo grupo de sensores y

actuadores, sin necesidad de cambiar el procesamiento de señales, obtener

diferentes formas de realizar el control con simples cambios en la programación.

Su simplicidad de funcionamiento de entorno, ya que una vez terminada la

programación permite manejar el flujo de la misma de manera de encontrar

errores y realizar mejoras con rapidez.

La amplia información disponible para la utilización y explotación de

LabVIEW, tanto en literatura especializada escrita, como disponible en la WEB, lo

cual facilita el incursionar en su uso y en sus opciones más avanzadas.

Y la efectividad para el desarrollo de este sistema de control y para su

implantación por medio de la adquisición de datos hizo de LabVIEW la mejor

opción, a ser aplicada en este proyecto.

15

1.4 CONCEPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL.

1.4.1 SIMULACIÓN DE LA PLANTA.

Gracias a las prestaciones y facilidades matemáticas que ofrece el lenguaje

G, es posible desarrollar una simulación de la planta de potabilización en tiempo

real, que difiere principalmente de un programa de control en no tener la

programación necesaria para utilizar la interface de adquisición de datos y control.%

La simulación tiene como objetivo definir los ciclos y secuencia de

funcionamiento más adecuados de cada etapa de la planta con lo que se

pretende que el procesamiento de señales, accionamientos y sensores funcionen

de manera que se minimice su necesidad de mantenimiento y se logre un ahorro

de energía. Además, se puede desarrollar considerando todos los aspectos del

diseño original de la planta, es decir, flujos, temperaturas, presiones y niveles

como datos matemáticos.

Al mostrar la simulación al usuario, este podrá entender el funcionamiento

de la planta, la secuencia o secuencias que cumplen todas las etapas en conjunto

* y de acuerdo a ciertas condiciones de trabajo, como pueden ser la demanda de

agua producida o falla de alguna de las etapas. Pero hay que considerar que el fin

más importante de la simulación es servir como base del sistema de control de la

planta dentro del desarrollo y como una herramienta para la optimización del

proceso.

1.4.2 PROGRAMA DE CONTROL.

£ El programa de control tendrá su origen o se fundamentará en la necesidad

de realizar la simulación de la planta y en los resultados experimentales, que se

alcancen una vez que se prueben y utilicen los sensores en las distintas etapas

del proceso. Se basará en la correcta adquisición de datos y en operaciones

matemáticas que convertirán las señales adquiridas, analógicas o digitales, en

variables que determinarán las señales necesarias de salida o control y además

que puedan ser manejadas por los indicadores virtuales de LabVIEW, Las

.% señales de control generadas por el programa, a través de la tarjeta de

16

adquisición de datos, serán interpretadas por la etapa de procesamiento de

señales que permitirá a los actuadores realizar las acciones pertinentes.

Este programa también estará dirigido, en primer lugar, a mostrar en la

pantalla de la computadora una representación de los procesos que son

controlados por el mismo, de forma que estos puedan ser visualizados de manera

de contar con una ¡nterface gráfica amigable al usuario, pero que tendrá la mínima

cantidad de controles accesibles al mismo. Además, el usuario podrá contar con

otra ¡nterface gráfica donde lo más importante será el despliegue claro de todas

las variables medidas, pudiendo controlar su desarrollo en el tiempo, ésta

¡nterface esta dirigida a realizar la supervisión de la planta.

1.4.3 PROCESAMIENTO DE SEÑALES.

El procesamiento de las señales tiene una relación directa con los sensores

y actuadores a implementarse en la planta, se definirá como la interpretación de

las señales que van a entrar o salen de la tarjeta de adquisición de datos para que

estas sean procesadas en el programa de control o realicen una acción de control

en la planta, respectivamente.

Una vez definidos los sensores y actuadores que sean necesarios para el

control computarizado, el procesamiento de señales debería mantenerse

inalterable en condiciones normales.

1.4.3.1 Procesamiento de señales en Accionamientos.

Considerando el diagrama que se presentó en la figura 1.2, se tendrá

cuatro motores de bombas como dispositivos a ser accionados.

Entre estos motores se tienen los de la bomba B-1 para control del flujo

de agua, de la bomba de vacío B-2, de la bomba B-3 que controla el agua que se

utiliza como refrigerante en E-2 junto con el extractor EX-1 y de la bomba B-4

utilizada para el desalojo de salmuera junto con la válvula V-1.

El acondicionamiento de señales para el manejo de estos motores

consistirá en convertir los niveles lógicos de las salidas digitales de la tarjeta de

adquisición de datos en comandos de encendido y apagado.

17

1.4.3.2 Procesamiento de señales de los Sensores.

Este procesamiento consistirá en acondicionar las señales entregadas

por los sensores de las magnitudes que se requiere medir en las distintas etapas

del proceso, en señales de entrada adecuadas para la tarjeta de adquisición de

datos, lo que dependerá de las señales que entregan los sensores a ser

utilizados.

1.5 CONCLUSIONES.

El Anexo N°1 presenta datos que demuestran sólidamente que el sector rural

de la costa Ecuatoriana es el primer lugar a donde deben enfocarse los

esfuerzos para desarrollar sistemas de abastecimiento de agua potable y

justifica la decisión del Departamento de Ingeniería de Procesos y Apoyo a la

Producción de orientar la planta de potabilización a este sector, así como su

sistema de control automático, para que funcione en base de agua de mar, por

ser un recurso ampliamente disponible, con lo que se pretende, en lo posible,

- mejorar las actuales condiciones de los sectores rurales de la costa lo cual es

un interés nacional.

Considerando que en las zonas donde se espera instalar las planta de

potabilización de agua salina, no se podrá contar con un operador de la

misma, el control automático permitirá a la población en general, con un

manual de operación muy fácil de entender, manejar un mínimo de

instrumentos que serán los únicos necesarios para la correcta potabilización

del agua, con lo que se logrará una mayor aceptación en e! mercado y

abaratar costos de operación, convirtiendo al usuario en fiscalizador del

proceso y en el encargado de mantener los requerimientos de combustible y

químicos de la planta.

• Como se expuso anteriormente el objetivo del diseño del sistema de control

automático de la planta de potabilización de agua de mar, es el dar a dicha

18

planta la efectividad requerida y convertirse en una herramienta para

conseguir su simplicidad; es decir, llegar a un sistema que con la mínima

intervención humana se puedan realizar adecuadamente todos los procesos

necesarios de la planta en mención.

CAPITULO 2.

DISEÑO DEL SISTEMA DECONTROL.

2.1 DISPOSITIVOS PARA SENSADO YACTUACIÓN.

2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DEDATOS.

2.3 PROGRAMA DE CONTROL.

2.4 DESARROLLO DE LAAPLICACIÓN.

CAPITULO 2.

DISEÑO DEL SISTEMA DE CONTROL.

2.1 DISPOSITIVOS PARA SENSADO Y ACTUACIÓN,

2.1.1 SENSORES.

De acuerdo con los requerimientos que presenta la instrumentación de

la planta de potabilización de agua de mar por desalineación y que se basa en

el diseño de la misma, se van a utilizar los sensores que se indican en los

siguientes subcapítulos.

2.1.1,1 Sensor de Flujo.

El sensor de flujo que se utilizará en la planta de potabilización es el

Omega de la serie FP8500 o FP5600, que se presenta en la Figura 2.1 a;

dispositivo que basa su funcionamiento en el principio paddlewheel de alta

resolución y bajo consumo, además este sensor es de fácil instalación con los

complementos adecuados para tubería; junto a este sensor, para obtener

señales normalizadas, se dispone del transmisor de flujo Omega FP85, que se

ilustra en la Figura 2.1 b, el mismo que es programable, basado en un

microprocesador, el cual que tiene salidas simultaneas de corriente de 4 mA a

cnble "ncJuded

1 I /MXM 1/2

oka coa *"

26./ÍÍ.Q:»;

\ /

n~,

1¡

•* —

(a) Figura 2.1 (b)

21

20 mA y de pulso a través de salidas colector - abierto con un rango de medida

desde 0.091 m/s hasta 6.096 m/s (0.3 a 20 fps), esta velocidad, dependiendo del

diámetro de la tubería, proporciona el valor del flujo. El transmisor funciona por

medio de una programación simple a través de tres teclas montadas en el mismo

y no depende de ajustes ni calibraciones.

2.1.1.2 Sensor de Nivel.

Para este propósito se utilizaran interruptores de nivel; es decir,

dispositivos que cierren o abran un contacto cuando el agua llegue a la altura

donde se encuentran montados. Los interruptores que se utilizarán para la planta

operan magnéticamente y su funcionamiento dependerá de la orientación del

flotador, con una u otra polaridad magnética, para que el interruptor se encuentre

normalmente abierto o normalmente cerrado. De acuerdo con los datos del

fabricante, eí interruptor soporta hasta 500 mA de corriente en sus terminales.

2.1.1.3 Sensor de Temperatura.

Como sensor de temperatura se utilizará el circuito integrado LM35 del

fabricante National Semiconductor, el cual entrega un voltaje, linealmente

proporcional a la temperatura en grados Celsius (Centígrados), de 10mV/°C. Sin

calibración el integrado tiene una precisión de ±% °C y ±3/4°C sobre todo el

rango. Este circuito integrado funciona con una alimentación de 4V a 30V y puede

manejar corrientes menores a 60[jA. El rango de operación del LM35 dependerá

de la configuración que se vaya a usar para las mediciones, en la Figura 2.2 se

muestra la configuración básica para mediciones desde 2 °C hasta 150 °C, dicho

rango cubre la temperatura de trabajo de la planta y es más que suficiente para

los objetivos de control de la misma, la Figura 2.2 también muestra la disposición

de los terminales del sensor.

22

Plástic Package

OUTPUTOmV-r-]D.OmV/' 'C

\M VIEW

Basic Centígrada Temperatura Sensor LM35C2 LM35DZ

(•t-2'C to +150'C)

Figura 2.2

2.1.2 ACTUAD ORES.

2.1.2.1 Motores.

Dentro de los motores que se tiene que controlar, la planta dispone de

los siguientes:

La bomba utilizada en la planta para impulsar el agua del tanque de

entrada al evaporador es CF de 1/3 Hp, 115 voltios, 5 amperios, 3400 rpm a 60

Hz, mientras que el motor de la bomba de vacfo, es un Westinghouse de 1 Hp,

115 voltios, 14.0 amperios, 1725 rpm a 60 Hz, la bomba de circulación de

refrigerante es Thakita de 200 vatios (0.268 Hp), 110 voltios, 3.1 amperios, 3460

rpm a 60hz y por último la bomba de evacuación de salmuera es SAER de 1 Hp,

110 voltios, 11.2 amperios, 3450 rpm a 60 Hz.

2.1.2.2 Solenoide.

Junto a la bomba que se le designará como 4 para la evacuación de la

salmuera, se tiene una válvula solenoide de 1/2 pulgada de marca ODE (Esino

Lario Italia) cod.400162 que funciona con 110 voltios en sus terminales, que

permitirá mantener el vacío en EV-1 hasta que la bomba 4 sea encendida.

2.1.2.3 Extractor.

Para mejorar el rendimiento de la planta se instaló un extractor CATAR

B-10, que funciona con 110 voltios, en la unión entre el tanque EV-1 y el

condensador E-2 lo cual permitió mejorar la circulación del vapor a través de éste.

23

En el Anexo 2, del presente trabajo, se puede encontrar las hojas de datos

con mayor información sobre la mayoría de sensores que se utilizarán en la planta

de potabilización.

2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.

La tarjeta de adquisición de datos que constituirá el nexo entre el

procesamiento de señales y la computadora es la Lab-PC-1200 de National

Instrument.

La Lab-PC-1200 tiene entradas - salidas multifunción con muestreo de 100

kS/s, entradas analógicas distribuidas en 8 canales simples o 4 canales'

diferenciales. Además, esta tarjeta tiene la capacidad de activación digital, tres

contadores/temporizadores (counter/timers) de 16 bits 8Mhz, dos salidas

analógicas, 24 líneas digitales de entrada - salida y es 100% compatible con

LabVIEW, ya que es del mismo fabricante.

2.2.1 ENTRADAS ANALÓGICAS.

Como se mencionó anteriormente las entradas analógicas pueden ser

utilizadas como 8 simples o 4 diferenciales con resolución de 12 bits en la

conversión analógica - digital. El rango de voltaje es programable a través de

software con variación de O a 10 V para las entradas unipolares y de -5 a 5 V para

las entradas bipolares. También se puede seleccionar la ganancia requerida, a

través de software, en factores de 1, 2, 5, 10, 20, 50 O 100.

Para el barrido de múltiples canales, el muestreo máximo es de 83.3 kS/s

con una ganancia de 1.

La adquisición de datos con este tipo de tarjeta puede realizarse de tres

modos diferentes, a saber:

1. Adquisición continua de un canal.

2. Adquisición de múltiples canales con barrido continuo.

3. Adquisición de múltiples canales con barrido a intervalos con resolución

de 1|js.

24

Otra característica importante de esta tarjeta, es que dispone de dos

modos de activación, los mismos que son: preactivación y postactivación.

En el modo de preactivación la tarjeta recolecta muestras hasta que una

señal es recibida en la entrada externa, reservada para este propósito, y luego

continua recolectando un numero de muestras especifico.

En el modo de postactivación, la tarjeta recolecta un número de muestras

específico luego de haber recibido una señal externa.

2.2.2 SALIDAS ANALÓGICAS.

La Lab-PC-1200 tiene dos convertidores Digital - Analógicos con doble

buffer y resolución de 12 bits, los cuales están conectados a dos canales

analógicos de salida. Estos dos canales se pueden configurar

independientemente a través de software para funcionamiento unipolar (O a 10V)

o bipolar(-5 a 5 V). La resolución de 12 bits de los convertidores es de 2.44 mV en

ambas polaridades.

2.2.3 AUTO CALIBRACIÓN.

Las entradas y salidas analógicas de la tarjeta Lab-PC-1200 tienen

circuitos de auto calibración para corregir la ganancia y el error por offset. Se

puede usar las constantes de calibración guardadas de fábrica o guardar

constantes adicionales para diferentes condiciones de operación en la sección

modificable de la EEPROM de la tarjeta.

2.2.4 ENTRADAS - SALIDAS DIGITALES.

Los 24 canales digitales de entrada - salida son de características TTL y

están configurados como tres pórticos de 8 bits que pueden funcionar en modos

de entrada, salida, bidireccional o handshaking. Las salidas digitales pueden

entregar 2.5 mA en cada canal.

25

2.2.5 CONTADORES/TEMPORIZADORES.

La Lab-PC-1200 usa dos circuitos integrados 82C53; cada uno de los

cuales contiene tres contadores/temporizadores independientes de 16 bits.

El primer 82C53 está dedicado a temporizar los convertidores A/D y D/A.

Los tres contadores del segundo 82C53 están disponibles para funciones de

propósito general, como salidas de reloj, pulsos de salida y conteo de eventos. De

estos tres contadores, uno puede ser requerido para temporización de las

entradas o salidas analógicas, y otro tiene una fuente de señales de reloj con una

frecuencia 20 MHz.

2.2.6 CONECTOR ENTRAD AS/SALID AS.

El conector de la tarjeta de adquisición de datos

tiene 50 pines, los cuales se detallan a continuación de

manera muy breve y se muestra su ubicación física en la

figura 2.3.

ACH1 - ACH7 son los ocho canales analógicos

que pueden ser configurados como canales simples o

canales diferenciales, la referencia básica de estos

canales depende del modo en el que son utilizados.

DACOOUT y DAC1OUT, son las dos salidas

analógicas referidas a la referencia analógica (AGND).

EXUPDATE, EXTCONV Y EXTTRIG son líneas

de características TTL a través de las cuales se puede

controlar externamente las entradas y salidas

analógicas.

ACílÜ

ACM2

ACH4

AT.H6

AiSENSF/AIGHD

AGND

ÜGND

nvin\fft!iRW

PBl

PHJ

Ptlf»

PB7

PCI

PC3PC&

PC?

EXTUPÜfttt'

QUTBO

OUTB1

CLKBl

CWBZ

-5V

1

3

b

/

9

11

13

15

I/

~Í9~

21

23

2b

21

•¿9

31

33

35

37

39

41

C

í5

•IV

49

2

4

5

a1U

12

H

Ib

ID

10"

27.

24

20

2.1

30

32

3^3G

3a-10

•12

4Í

4G

•IB

50

ACHÍ

rtCH3

rtCHh

ACHÍ

UACDOUr

DAClOUÍ

[W

li\

fAJ

RTíSrúaPB2

PBJ

PBS

peoK'¿

PC¿

PCfi

EX FT RIO

cxrcofr/Gf^BO

GflTBl

OUT92

CLKB2

DGND

rigura2.3

CLKB1 - CLKB2, GATBO -GATB2 y OUTBO - OUTB2 son señales de reloj,

compuertas, y salidas de los contadores disponibles para el usuario.

PAO - PA7, PBO - PB7, PCO - PC7, corresponden a los tres canales

digitales de entrada - salida de 8 bits.

Las características de cada uno de estos pines se desarrollarán en los

26

siguientes subcapitulos, para una mejor compresión, de acuerdo a la necesidad

de su utilización.

2.2.7 CONFIGURACIÓN.

En lo que se refiere a la configuración de la tarjeta de adquisición de datos

se debe aclarar que para las señales de los sensores de temperatura y flujo se

utilizará las entradas analógicas, de la tarjeta ya referida Lab-PC-1200; es decir,

para ios sensores de nivel las entradas digitales, para motores y solenoide se

utilizarán las salidas digitales, por tanto es de estas entradas y salidas de las que

se detallará la configuración.

2,2.7,1 Entradas Analógicas.

En cada encendido de la computadora o reinício del software (reset), las

entradas analógicas de la Lab-PC-1200 se configuran con un rango de ±5 V

(bipolar), esta configuración predeterminada puede no ser la necesaria en una

aplicación específica, en la tabla 2.1 se presenta todas las posibles

configuraciones para estas entradas.

Parámetro

Polaridad

Modo

Configuración

Bipolar ±5 V (condición de reset)

Unipolar O a 10 V

Referido con entradas simples (RSE)

(condición de reset)

No referido con entradas simples (NRSE)

Diferencial (DIFF)

TABLA 2.1

La configuración, tanto las entradas como las salidas analógicas, se

realiza por medio del software de instalación de la tarjeta de adquisición de datos.

El rango de las entradas analógicas en modo RSE o NRSE es de O a 10

V y en modo diferencial es -5 a +5 V, si se selecciona este último los -5 V

27

corresponden a F800 hex (-2048 decimal) y +5 V corresponden a 7FF hex (2047

decimal). Si se selecciona el modo unipolar, O V corresponden a O hex y +10 V

corresponden a FFF hex (4095 decimal).

Para entender mejor el funcionamiento de cada modo de las entradas

analógicas a continuación se describe cada una de ellas.

RSE.- Este modo provee de ocho canales de entrada simples con el

terminal negativo del amplificador de instrumentación referido a la tierra analógica,

este modo es condición de reset.

La utilización de este modo significa que todas las señales de entrada

están referidas a una tierra común, que es proporcionada por la tarjeta de

adquisición de datos, este modo es útil para medir señales flotantes sin tierra

común.

Con este modo, la tarjeta de adquisición de datos, puede monitorear

ocho diferentes canales de entrada, se debe aclarar que el pin de retorno de las

señales es AISENSE/AIGND (analóg input ground).

NRSE.- Este modo también provee ocho canales de entrada simples

pero con el terminal negativo del amplificador de instrumentación conectado al pin

AISENSE/AIGND, no provee una tierra para las señales y se considera que la

referencia de las señales de entrada es externa, en este caso todas las señales

de entrada están referidas a un mismo voltaje de modo - común, el cual es

flotante con respecto a la tierra analógica de ía tarjeta. Este voltaje de modo -

común es subsecuentemente restado por el amplificador de instrumentación de

entrada. Esta configuración es útil para medir señales ya referidas a tierra.

DIFF.- El modo diferencial provee cuatro canales de entrada

diferenciales con el terminal positivo del amplificador de instrumentación en los

canales simples pares (O, 2, 4, 6) y el terminal negativo en los canales simples

impares (1, 3, 5, 7), respectivamente, de esta manera se debe escoger (os 4

canales diferenciales en pares (0,1), (2,3), (4,5) y (6,7) y como punto común o

referencia se tiene al pin AGND.

En lo que se refiere a las conexiones tomando en cuenta, la figura 2.3, a

las entradas analógicas les corresponde los pines del 1 al 8 y al pin 9 le

corresponde AISENSE/AIGND. Se puede usar este último pin para una conexión

general de tierra en la tarjeta de adquisición de datos en modo RSE o una vía de

retorno para el modo NRSE.

El pin 11, AGND, es el camino de retorno para la corriente de señales

diferenciales.

Los pines del 1 al 8 están conectados al multiplexer de entrada a través

de resistencias de 4.7kü. Los pines 2, 4, 6, 8 también están conectados a otro

multiplexer de entrada en el caso de utilizar el modo diferencial.

Los rangos para las entradas analógicas con sus posibles selecciones

de ganancia con funcionamiento en modo de entradas simples se muestran en la

Tabla 2.2.

Ganancia

1

2

5

10

20

50

100

Rango de Entrada

0 a 9.9975S V

0 a 4.99878 V

0 a 1 .99951 V

0 a 999.756 rnV

0 a 499.877 m V

Oa 199.951 m V

0 a 99.975 m V

TABLA 2.2

Figura 2.4

Amplificador de Instrumentación

29

La conexión de las entradas analógicas dependerá de la configuración

que se escoja para el funcionamiento de la tarjeta y del tipo de señales que se

utilicen. Se puede usar el amplificador de instrumentación de la Lab-PC-1200, que

se muestra en la Figura 2.4, con las diferentes configuraciones.

Este amplificador establece una ganancia, en oposición a voltajes de

modo común y alta impedancia de entrada a ías señales analógicas que entran a

la tarjeta de adquisición de datos. La conexión a los terminales positivo y negativo

del amplificador se realiza a través de ios multiplexers de entrada de la tarjeta.

Todas las señales deben ser referidas a un punto común, sea en la

fuente de las señales o en la tarjeta de adquisición de datos. Si se tiene una señal

flotante, se debe usar una conexión referida a tierra en la tarjeta. Si se tiene una

señal referida a tierra, se debe usar una conexión no referida en la tarjeta.

2.2.7.2 Entradas - Salidas Digitales.

Los pines del 13 al 37 de la Lab-PC-1200 corresponden a las entradas -

salidas digitales. En esta tarjeta las entradas - salidas digitales utilizan el circuito

integrado 82C55A, el cual es una interface de propósito general que contiene 24

pines de entrada - salida programables. Estos pines representan los tres pórticos

de 8 bits, PA, PB y PC del 82C55A, que se encuentran representados en la figura

2.3. El pin 13 es la tierra digital (DGND) para los tres pórticos y para la fuente

adicional de 5 V que es el pin 49 de la tarjeta de adquisición de datos.

Las especificaciones lógicas y rangos para entradas - salidas digitales,

detallados en la Tabla 2.3, se aplican a los tres pórticos, todos los voltajes deben

estar referidos a la tierra digital de la tarjeta (DGND).

Las señales asignadas al pórtico C (PC) dependen del modo en el cual

el 82C55C está programado. En modo O, el pórtico C es considerado como dos

pórticos de entrada - salida de 4 bits cada uno. En los modos 1 y 2, el pórtico C es

usado para señales de estado y handshaking con dos o tres bits de entrada -

salida. Para las necesidades del proyecto el modo O es el recomendado.

30

Tabla 2.3 Especificaciones Lógicas y Rangos.

Rango máximo de voltaje

Rango de voltaje de entrada

para 0 lógico

Rango de voltaje de entrada

para 1 lógico

Rango de voltaje de salida

para 0 lógico

Rango de voltaje de salida

para 1 lógico

Corriente de fuga en la entrada

-0.5 V a 5.5 V con respecto a DGND

-0.3 V min

2.2Vmin

-

3.7 V min

-1 pA min

0.8 V max

5.3 Vmax

0.4 V max

-

1 pA max

2.2.7.3 Adquisición de Datos.

En este subcapítulo se referiere como adquisición de datos a una

secuencia de conversiones analógico - digitales temporizadas. La tarjeta 1200

puede realizar esta operación en una de tres modos; modo controlado, modo

libre y barrido a intervalos. Además estos modos se pueden realizar en un único

canal o en múltiples canales.

Los tiempos que rigen la adquisición de datos pueden tener dos

orígenes, el primero es el circuito interno de la tarjeta y el segundo pueden ser

señales de reloj generadas externamente. Estos modos de temporización son

totalmente configurares por software.

La adquisición de datos puede ser iniciada externamente a través del pin

EXTTRIG o por software y la adquisición es terminada internamente por el

contador A1 del integrado 82C53, el cual cuenta el número total de muestras

tomadas en el modo controlado o a través de software en el modo libre.

El modo que se utilizará en la planta es el barrido a intervalos, éste

utiliza dos contadores, el un contador temporiza los intervalos de barrido y un

segundo contador temporiza el intervalo entre muestras. LabVIEW solo soporta,

en este modo de adquisición, funcionamiento con múltiples canales.

Debido a que este modo permite especificar que tan frecuentemente los

31

barridos se ejecutan es útil para aplicaciones, como la presente, en las cuales se

necesita muestrear señales a intervalos regulares pero relativamente

infrecuentes. De esta manera si queremos hacer un muestreo del canal 1, esperar

12 us, muestrear el canal O y luego repetir este proceso cada 65 ms, debemos

definir la operación de la siguiente manera:

Canal de inicio: chl (de esta manera se define la secuencia de

barrido como "ch1, chO")

Intervalo entre muestras: 12 us

Intervalo de escanneo: 65 ms

El primer canal no será muestreado hasta que no pase un intervalo entre

muestras. Tomando en cuenta que el tiempo de conversión analógico - digital es

de 10 us, entonces e! intervalo entre muestras debe ser por lo menos este tiempo

para asegurar un funcionamiento correcto.

La tarjeta 1200 ejecuta la adquisición de datos escaneando de manera

consecutiva una secuencia de canales analógicos de entrada en orden

descendente y aplicando la misma ganancia a todos los canales de la secuencia.

De esta manera si ei canal 3 es escogido como el de inicio la secuencia

se desarrollará de la siguiente manera:

ch3, ch2, chl, ch3, ch2, chl, ch3, ch2, chl,

El número de muestras por segundo para la adquisición de datos con

barrido a intervalos y de múltiples canales se muestra en la siguiente tabla:

Tabla 2.4 Máximo número de muestras por segundo

Ganancia

1

2,5,10

20

50

100

Muestras por segundo

90 kS/s

77 kS/s

66.6 kS/s

37 kS/s

16.6kS/s

Para los datos presentados en la tabla se asume que los niveles de

voltaje de todos los canales incluidos en la secuencia de barrido están dentro de

los rangos dados para cada ganancia (Tabla 2.2) y son manejados por fuentes

con salidas de baja impedancia.

2.3 PROGRAMA DE CONTROL.

En este subcapítulo se detallan los conceptos ya expuestos en el capítulo 1

dando una idea exacta de lo que el programa de control realiza.

El lenguaje utilizado en el desarrollo del programa de control es el G, que

esencialmente es un lenguaje gráfico, el cual LabVIEW combina con un .panel

frontal en el que se ubican los instrumentos virtuales que forman la interface

gráfica con la que eí usuario se relacionará. La Figura 2.5 presenta la

programación correspondiente a la adquisición de datos del Programa de Control

en modo Supervisión, que recibe las señales enviadas por el sensor de flujo, el

sensor de temperatura en E-1 y el sensor de temperatura en EV-1 y muestra

como son procesadas. La Figura 2.5 también muestra parte del panel frontal

donde se puede ver uno de los graficadores virtuales correspondiente a la

temperatura en EV-1.

Graficador Virtual

jwgH^

Programación en lenguaje G

Figura 2.5

33

Como se puede ver la programación con LabVIEW tiene dos partes, la

interface gráfica o panel frontal donde colocamos los controles, indicadores y

demás instrumentos virtuales que se utilizaran en un programa, para luego en el

diagrama de programación en G determinar la relación de cada elemento del

panel frontal, entre sí y con otros elementos propios de dicho diagrama.

La programación en lenguaje G, como se puede ver, resulta intuitiva pero

puede llegar a ser también muy complicada.

El programa de control desarrollado para la planta de potabiiización de agua

salina se divide en un programa de presentación y tres subprogramas, los cuales

se detallan a continuación:

2.3.1 PRESENTACIÓN.

La presentación del programa de control contendrá una breve explicación

del mismo y un menú, Figura 2,6, en el que se controla la ejecución de los tres

subprogramas, dando la opción, en el caso de los dos modos de control, de

escoger funcionamiento manual o automático.

-• "•• .-'-• .^-r'v.-.'MODO DEFUNCIONAMIENTOÍ '--'y-\.. •"'• -:': -\ SlMULAaÓN DE LA PLANTA

CONTROL MODO SUPERVISIÓN

•i AUTOMÁTICO

Menú del Programa de Presentación

Figura 2.6

Los subprogramas sólo podrán ser ejecutados uno a la vez por medio de la

presentación y al terminar regresarán a la misma pudiendo salir y cerrar LabViEW

por medio de un botón de salida.

El diagrama de flujo de la Figura 2.7 muestra la relación de los tres

subprogramas con la presentación.

34

Selección del Modode Funcionamiento

En el caso de un Modode Control

SeleccionarAutomático o Manual

Salir del Programade Presentación y de

LabVIEW

Ejecutar Modo deFuncionamiento

seleccionado

Presentación

Diagrama de Flujo

Figura 2.7

Se debe aclarar que en cualquiera de los modos de control manual se debe

tener cuidado con su operación ya que está pensado para probar la planta y

necesita de la constante atención del usuario.

2.3.2 SIMULACIÓN DE'LA PLANTA.

Este subprograma, también señalado anteriormente, tiene como principal

objetivo dar una ¡dea clara de los alcances de la planta de potabilización de agua

salina, de las magnitudes físicas sensadas y controladas por este programa. Esta

simulación, a través de un entorno gráfico ilustrativo (Figura 2,8) muestra la planta

funcionando con varias ventajas como son:

35

4 tiempos de simulación seleccionares desde un menú, que muestran el

funcionamiento de la planta en tiempo real o en tiempo acelerando 10,

100 O 1000 veces el tiempo real, a conveniencia del usuario, con lo que

se puede observar el comportamiento de la planta luego de horas en

pocos segundos (Figura 2,8 a).

Otra ventaja de la simulación es poder pausarla o reiniciarla cuando sea

necesario con lo que se asegura una entera comprensión del

funcionamiento de.la planta (Figura 2.8 b).

Además se puede simular un consumo aleatorio del agua pura producida

lo que representa un uso real de la planta. Así también se pueden

representar variaciones de todos los flujos de la planta, provocar

diferentes situaciones en la planta simulada y permitir temporizar

diferentes procesos de la planta (Figura 2.8 c).

(-—--;—i - , ímOtrSODÍ'KiWHS' " ' i--?_3f. '-!' ' '• ; K^usinw.

Interface Gráfica de la Simulación de la Planta

Figura 2.8

De esta manera se permitirá al futuro usuario de este programa de control

un primer acercamiento y una rápida familiarización con ios dos siguientes

subprogramas.

La operación de la simulación de la planta, una vez ejecutada desde el

36

programa de presentación, se inicia presionando la tecla Enter o haciendo clic en

el botón "Play" pudiendo ver como el tanque EV-1 empieza a vaciarse hasta una

presión de 0.7 atm para luego dar paso al encendido de la B-1 con lo que el

proceso simulado de potabilización comienza mostrando las diferentes etapas de

la planta en funcionamiento.

Además, la simulación puede ser pausada con el mismo botón "Píay" de la

simulación o con la tecla Enter, también puede ser detenida y cerrada con el

botón "Stop".

La base de funcionamiento de la simulación son operaciones matemáticas

como sumas o restas que se reflejan, por ejemplo, en el llenado y vaciado de uno

de los dos tanques, en la generación de los tiempos de funcionamiento y en la

simulación del consumo de agua.

La Figura 2.9 presenta el diagrama de flujo de la simulación.

Simulación deextracción de aire de

EV-1

Simulación del procesonormal de

potabilización

Simulación

Figura 2.9

Regresara laPresentación

37

2.3.3 CONTROL EN MODO APRENDIZAJE Y MODO SUPERVISIÓN.

Como su nombre ya lo explica, con estos dos modos se puede realizar el

control automático o manual de la Planta. El objetivo principal de este trabajo es el

desarrollo de un control automático pero se vio la necesidad de dar la alternativa

manual, sobre todo para casos de pruebas y calibración tanto de los sensores

como de la tarjeta de adquisición de datos.

Ambos modos pueden desempeñar las mismas acciones de control tanto

automáticas como manuales, siendo la interface gráfica la gran diferencia entre

los dos.

Todo el sistema de control fue concebido para que el posible usuario pueda

familiarizarse con el mismo de manera gradual, empezando con la simulación de

la planta para luego seguir con el control en modo aprendizaje, el cual tiene una

representación gráfica de la planta muy parecida a la de la simulación permitiendo

al usuario controlar la planta basándose en lo aprendido de la simulación. A

continuación se muestra la Figura 2.10 con la ¡nterface gráfica del control, en

modo aprendizaje.

PUríTA DC POT.MXUZACIQN1

Figura 2.10

El control en modo supervisión está dirigido a mostrar de manera más

detallada el desarrollo de las variables medidas en la planta dando mayor

importancia a éstas y haciendo notorio algún cambio en el comportamiento de la

planta.

38

De esta manera se presenta una ¡nterface que pudiera ser usada a nivel

industrial para supervisar una planta de la que se conocen bien sus procesos y

partes, en la que lo importante es ver el desarrollo de cada medición. La figura

2.11 presenta la ¡nterface gráfica del control en modo supervisión.

Figura 2.11

2.3.3.1 Control Manual.

Al utilizar cualquiera de los dos modos de control manualmente se

tendrá acceso a los cuatro actuadores de la planta pudiendo prenderlos o

apagarlos a voluntad del usuario, el cual deberá tener siempre en cuenta los

avisos y situaciones indicadas en las interfaces gráficas de los programas de

control que normalmente se manifestarán con intermitencias y textos en el cuadro

de estado (Figuras 2.10 y 2.11) que detallará, en orden jerárquico, el problema o

advertencia de la planta. En otras palabras, el control manual dará avisos y

advertencias que el usuario deberá interpretar para prender o apagar el actuador

indicado para que el control funcione, pero las advertencias no deberán ser

necesarias si se sigue con atención todos los indicadores virtuales de cada

programa, ya que éstos permiten monitorear continuamente el estado de la

planta.

La Figura 2.12 presenta el diagrama de flujo del control en manual.

39

Adquisición de lasseñales de los

sensores.

Comparación de los datosadquiridos con límitesmáximos y mínimos,

determinación de avisosen el cuadro de estado.

Apagar de todoslos actuadores de

la planta

Manipulación de[os controles de

los actuadores dela planta por parte

del usuario.

Envío de lasseñales de controla los actuadores

de la planta.

Regresar a laPresentación

Diagrama de Flujo, Control Manual.

La Figura 2.12

2.3.3.2 Control Automático.

Por otro lado el control automático de la planta se comportará de la

siguiente manera.

Al iniciar en cualquiera de los dos modos de control Automático, el

programa primeramente verifica el estado de los sensores de nivel

40

en los tanques de agua cruda, agua pura y evaporación]

Por medio de la medición de flujo entre el precalentador de agua E-1

y el evaporador EV-1, se podrá tener una lectura constante del agua

que puede ser purificada, dato que luego se contrastará con la

cantidad de agua final obtenida en el tanque de agua pura para tener

una idea clara del rendimiento de la planta. Además esta medición

ayudará a estimar la cantidad de agua que se queda como residuo

en EV-1.

El programa de control también registra las dos mediciones de

temperatura de la planta, una en el precalentador de agua E-1 y otra

en el evaporador EV-1. Estas dos mediciones permitirán observar el

desarrollo de la planta, dar avisos de sobre - temperatura al usuario

y marcarán el momento adecuado de prendido de los actuadores.

Se debe tener claro que el flujo de agua entregado por la bomba B-1

prende y apaga el precalentador E-1, por lo que la medición de la

temperatura en este último es de gran importancia para el

funcionamiento de la planta.

- Para que el control automático funcione de manera correcta se ha

definido el siguiente ciclo de trabajo dividido en dos partes.

Primero la planta deberá prenderse desde cero, en este caso a la bomba

B-2 le lleva 7 minutos y medio lograr la presión de 0.7 atm en EV-1, a los

6 minutos de funcionamiento de B-2, B-1 se enciende, permaneciendo

encendidas ambas hasta que B-2 completa 20 minutos de trabajo, al

cabo de lo cual se apaga. B-1 permanece encendida por el tiempo

restante para completar también 20 minutos de funcionamiento. Cada

bomba cumplidos los 20 minutos permanece apagadas por 10 minutos

en los cuales la planta sigue evaporando gracias al calor y presión

almacenados en EV-1.

Una vez cumplida esta primera fase de arranque, el programa de control

pasa a una segunda fase en la que el ciclo de trabajo se reduce a 10

minutos de encendido y 10 minutos de apagado. Este ciclo se

mantendrá durante el funcionamiento de la planta.

En el caso de la bomba B-3 y el extractor de vapor que trabajan en

conjunto, será la temperatura en EV-2 la que controle su funcionamiento,

encendiendo ambos dispositivos una vez alcanzada la temperatura de

I* 35 °C dentro del evaporador.

B-4 funcionará de acuerdo a la necesidad de la planta de evacuar la

salmuera residuo del proceso.

Definido el ciclo de trabajo, a continuación se detallan las diferentes

condiciones que se deben cumplir para el encendido de los actuadores.

Bomba de Entrada B-1

$

Para el correcto funcionamiento de B-1 deberá haber suficiente agua

en el tanque de agua cruda para evitar que la bomba se decebe y

sufra daños.

En E-1 la temperatura deberá ser menor a los 75 °C, de esta manera

se evita peligrosos sobre - calentamientos.

En EV-1 la temperatura deberá ser menor a los 45 °C de ambiente

interno, también para evitar sobre - calentamientos.

Si el nivel de salmuera en EV-1 llega a un máximo marcado por el

&• sensor de nivel interno, B-1 se apagará mientras B-4 está

encendida.

Deberá haber espacio para almacenar más agua en el tanque de

agua pura T-2.

Y finalmente B-1 deberá cumplir el ciclo de trabaja antes definido.

Bomba de Vacío B-2

B-2 también se apagará en presencia de una temperatura mayor a

los 45 °C en EV-1, considerando posibles sobre - calentamientos.

Principalmente B-2 deberá cumplir con el ciclo de trabajo planteado.

Además B-4 deberá estar apagada para que B-2 pueda ser

encendida

Bomba B-3 y Extractor de Vapor

Como se explicó anteriormente estos dos dispositivos trabajarán

juntos ya que el extractor permite al vapor tener contacto con el

condensador, y es B-3 la que pone en circulación el agua para

enfriar e! vapor. De esta manera queda claro porque ambos

dispositivos se prenderán con una temperatura de 35 °C en EV-1.

Bomba B-4 y Válvula V-1

Para que B-4 junto con V-1 pueda sacar la salmuera en contra del

vacío generado por B-2, ésta deberá estar apagada.

Gracias al sensor de flujo se puede estimar la cantidad de galones

de residuo que se encuentran en EV-1 y si un valor máximo es

superado, B-4 será encendida.

Si la salmuera llega a un valor máximo marcado por el sensor de

nivel interno, B-4 también se enciende.

Finalmente se debe aclarar que el orden en el que se listó los

actuadores es el mismo orden de jerarquía para su funcionamiento.

La Figura 2.13 presenta el diagrama de flujo del control en automático.

43

Adquisición de lasseñales de los

sensores.

Comparación de los datosadquiridos con limitesmáximos y mínimos,

determinación de avisosen el cuadro de estado.

Apagar todos losactuadore

s de laplanta

Ejecución de lasecuencia de

ControlAutomático.

Envío de lasseñales de controla los actuadores

de la planta.

Regresar a laPresentación

Diagrama de Flujo, Control Automático.

La Figura 2.13

2.4 DESARROLLO DE LA APLICACIÓN.

2.4.1 SENSORES.

Para la adquisición de las señales generadas por los sensores se utilizarán

las entradas analógicas de la Lab-PC-1200 en modo diferencial, de manera que el

canal analógico O consta del pin 1 como terminal positivo y del pin 2 como

44

negativo. En este canal se conectará la primera señal para la medición de

temperatura correspondiente al precalentador E-l. En el canal 1 (pines 3(+), 4(-))

la segunda señal para la medición de temperatura y en el canal 2 (pines 5(+), 6(-))

la señal para la medición de flujo.

En el caso de los sensores de temperatura se tiene la conexión mostrada

en la Figura 2.14.

15ví

LM35 -Vo C H M

^= GNDCHM

Figura 2.14

Rccorder

1-5 VDC

V"

(\ -ü

l-.ji • .,

,", '£ I ""

Ti

-1 FP85^ 1.''..'^ f__

' — • — "BD 41 " ,CD 41 **

Figura 2.15

La conexión del sensor de flujo a la tarjeta de adquisición de datos es la

recomendada por el fabricante del sensor '"Omega FP85 y corresponde a la

mostrada en la Figura 2.15.

Para los sensores de nivel, que entregan una señal digital, se utilizará los 3

primeros pines del pórtico digital B; es decir, PBO (pin22)¡ PB1 (pin23), PB2 (pin

24 y como referencia DGND (pin13), serán conectados de la forma que se indica

en la Figura 2.16.

+5V

Sv/itch*

PB

13

DGND

Figura 2.16

Los 5 V de polarización para el nivel lógico alto los suministra la propia

tarjeta de adquisición de datos con el pin 49 y la resistencia para limitar la

45

corriente es de 2 KQ, donde se sabe que la corriente máxima que genera la

tarjeta de adquisición de datos es de 2.5 mA, de esta manera tenemos:

R = 5V = 2QOOn2.5mA

2.4.2 AGUJADORES.

Para controlar el encendido y apagado de las cuatro bombas de las que

consta la planta, la electro - válvula y el extractor, se utiliza semiconductores de

potencia, estos son los E491B Mitsubishi Electric Corporation de Japón los cuales

tienen entrada aislada con opto acoplador que soporta un rango de 3-1OV, y tiene

una salida con triac mejorado que puede trabajar con motores de hasta 120

Voltios a 15 Amperios nominales, en la Figura 2.17 mostramos e! tipo de conexión

de estos dispositivos.

De esta manera conectando los cuatro primeros canales del pórtico A de la

tarjeta de adquisición a los terminales positivos del opto - acoplador de cada uno

de los E491B y la referencia digital DGND (pin13) a los terminales negativos de

los mismos, se logra completo control sobre la conexión de las fases de cada

actuador sin necesidad de circuitos extras (Figura 2.17).

£491BMitsubishi Electric

Corporation

o oO

Motor

\H ^

FASE

Figura 2.17

46

Para el correcto funcionamiento de estos contactores de estado sólido, en

vista a la magnitud de corriente y por tanto al calor que deben disipar, se los ha

colocado en un disipador de calor con pasta conductora térmica NTE303 de por

medio.

2.4.3 UNIDAD DE CONEXIONES.

Tomando en cuenta la necesidad de construir una unidad donde puedan

realizarse en forma confiable todas las conexiones necesarias, y que de esta

forma se convierta en enlace entre la computadora y la planta, se construyó una

caja con el soporte necesario tanto para los disipadores junto con los contactores

de estado sólido, para las salidas de potencia y para las entradas de los sensores.

En la Figura 2.18 se muestra un esquema de la fachada de la unidad de

conexiones.

w-isv n i» i? 11

© © @II 0)1 I? OUl© <§

Vista Frontal

Figura 2.18

Conexión para la tarjeta de adquisiciónde datos

Vista lateral

47

De esta manera cumpliendo con las conexiones antes descritas para

instalar los sensores y actuadores, esta unidad permitirá una fácil utilización dei

prototipo de la planta de potabilización de agua salina junto con su programa de

control. Como ya queda claro teniendo la parte de acoplamiento de señales

definida, tanto la planta como el programa de control brindarán la flexibilidad

necesaria para futuros cambios y mejoras.

CAPITULO 3.

INSTALACIÓN Y PRUEBAS.

3.1 CONSIDERACIONES PARA ELMONTAJE.

3.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTOEN EL LABORATORIO.

3.3 PRUEBAS EN LA PLANTA DEPOTABILIZAC1ÓN.

3.4 RESULTADOS ALCANZADOS.

49

CAPITULO 3.

INSTALACIÓN Y PRUEBAS.

3.1 CONSIDERACIONES PARA EL MONTAJE.

El trabajo con la planta de potabilización de agua salina presentó, en forma

general, algunas dificultades que deben ser tomadas en cuenta para un adecuado

funcionamiento de la planta, la más importante, en el montaje de los sensores y

actuadores, fue la presión existente en el sistema formado por el tanque

evaporador EV-1, el condensador E-2 y la pierna barométrica, la cual, como ya se

explicó en el capítulo anterior, es de 0.128 atmósferas de presión absoluta de

vacío, cuando la planta se encuentra en pleno funcionamiento. Esta presión de

vacío tiene la fuerza suficiente para elevar el nivel del agua dentro de la manguera

de salida, que conecta la pierna barométrica con el tanque de agua pura T-2, una

altura de más 7 metros, situación que fue observada en el laboratorio en las

diferentes pruebas hechas con la planta, razón por la cual la altura necesaria

entre la pierna barométrica y el tanque de agua pura está definida como siete

metros y medio. Esta presión obligó a tener mucho cuidado en el montaje de los

sensores y actuadores que realizaban alguna acción sobre el tanque de

evaporación EV-1, ya que cualquier ruptura en los sellos alrededor de éste

significó la pérdida de vacío.

Otra consideración importante del trabajo con la planta de potabilización es

la obvia presencia del agua y del vapor, por lo que se procuró realizar el cableado

eléctrico, desde los sensores a la unidad de conexiones en forma aérea, para

evitar en lo posible el contacto del agua con los cables. El abundante vapor

presente en el tanque de evaporación determinó que se deba tener especiales

cuidados con los sensores ubicados dentro del mismo y en especial en la

conexión con el condensador.

50

Tomando en- cuenta estas consideraciones generales de montaje, a

continuación se presenta un mayor detalle de la forma como se consiguió la

instalación de los distintos componentes involucrados en la planta, para obtener

su automatización.

3.1.1 SENSORES DE TEMPERATURA.

La primera consideración en la utilización del LM35 es la necesidad de

poner en contacto la carcaza del sensor con la superficie en la cual se mide la

temperatura.

El primer sensor de temperatura fue instalado en una de las paredes del

precalentador E-1, junto a uno de los tubos para circulación de agua. El sensor

se sujeta con silicona, aislando los contactos del sensor de la pared de aluminio

con un zócalo para circuitos integrados especialmente adecuado, el mismo que a

su vez se utilizó para la conexión entre el sensor y el cableado del sistema de

control.

Las pruebas realizadas en operación de la planta, mostraron una muy

buena precisión en las medidas realizadas con este sensor.

El segundo sensor de temperatura se instaló dentro del tanque de

evaporación EV-1, este sensor presentó mayor problema en su montaje, la

solución se encontró modificando un perno de 3/4 de pulgada, dimensiones de

una de las conexiones existentes en el tanque de evaporación, cortando la rosca

del mismo en la mitad y realizando un perforación a lo largo del eje de su

circunferencia, la cual se agrandó en la cabeza del perno para poder conseguir

que pasen los cables y además el sellado exterior con silicona los

correspondientes cables del sensor, la finura 3.1 ilustra de mejor manera lo antes

descrito.

Lm35 Cableado Sellado de! Cableado

Figura 3.1

51

De esta forma se mide la temperatura ambiente dentro del tanque EV-1, ya

que el sensor, a! no estar en contacto con el tanque, puede medir directamente la

temperatura del vapor circundante, cabe aclarar que el montaje del sensor se

realizó junto al tubo de salida del vapor de EV-1. Para evitar corto circuitos con los

terminales del sensor, también se colocó sillcona entre y alrededor de ellos,

observando que el vapor no tenga contacto directo con ésta se envolvió teflon

sobre la misma, dejando descubierta solo la carcaza de! sensor.

En las pruebas realizadas el montaje probó ser efectivo, sellando los cables

correctamente pero permitiendo al sensor realizar su trabajo, un ejemplo de estas

pruebas se muestra en la tabla 3.1.

3.1.2 SENSOR DE FLUJO.

E! sensor flujo se montó de acuerdo a especificaciones del fabricante junto

al transmisor FP85, con la diferencia que el complemento de tubería fue de

fabricación casera, el montaje se ilustra en la Figura 3.2.

'

Transmisor

Sensor dentrodel complemento detubería

.. .Complemento detubería

Figura 3.2

•f O 5S ÍO TJ 100 125 150 173 ?00 72¡•C -19 -4 10 24 38 » te 73 Íl 107

Figura 3.3

Además en el montaje se tomó en cuenta las gráficas de rangos presión

manométrica - temperatura, proporcionadas por el fabricante Omega, de la serie

de sensores FP-5100, FP-5300 y FP-8500, también el mismo fabricante

proporciona tablas para tubería pvc de 0.5 a 1.5 pulgadas, las cuales

presentamos a continuación en la Figura 3.3.

Como se puede observar en dichas figuras, se tiene un limite de 90 °C el

cual tratamos de no sobre pasar al poner como tope, en la temperatura del agua

que sale de E-1, 75 °C. La presión que se marca en las gráficas corresponde a la

del fluido del que mide el flujo el sensor y el rango también es respetado en la

planta.

3.1.3 SENSORES DE NIVEL.

Para el caso de los sensores de nivel, se procuró instalarlos de manera que

cumpliendo su objetivo sea posible desmontarlos con facilidad tanto de los

tanques como del cableado de la planta, dando flexibilidad para cambios o

movimientos de los mismos.

3.1.4 BOMBAS.

Con respecto a consideraciones para el montaje de las bombas utilizadas

en la planta, a excepción de la bomba de vacío, tenemos como lo más importante

procurar que la bomba esté bien cebada, ya que la instalación de las mismas no

conlleva ninguna consideración especial o problema. Bajo esta condición, la

bomba B-3 que desaloja la salmuera residuo de la planta, presentó un problema

con el alto vacío del tanque de evaporación EV-1. Al abrir la electro - válvula junto

con la bomba B-3, el vacío en EV-1 introducía toda el agua al interior del mismo

impidiendo que la bomba funcione correctamente, problema que se solucionó con

una válvula que permite el flujo en un solo sentido, en el de salida de la salmuera

y no permite que ésta regrese al tanque.

53

En lo que respecta a la bomba de vacío, como ya se mencionó antes, para

que ésta funcione de manera eficiente todo el sistema que opera a baja presión

debe estar completamente sellado, evitando cualquier entrada de aire. Esto se

logró casi completamente, pero cabe anotar que existe una pérdida mínima de

vacío que se contrarrestó con el ciclo de trabajo definido para la bomba.

3.1.5 ELECTRO - VÁLVULA.

En el caso de la electro - válvula, que controla el desalojo de salmuera, se

consideró las presiones en cada uno de los extremos de la misma, ya que como

en la mayoría de dispositivos de este tipo, el extremo de origen del fluido debe

tener una presión mayor que la del extremo puesto, caso contrario el solenoide no

es capaz de abrir la válvula por si solo. Esta importante consideración funcionó en

sentido contrario en la planta, ya que la presión del tanque EV-1 es menor que la

atmosférica pero es el origen de la salmuera, esto llevó a instalar la válvula en

sentido contrario al flujo normal de desalojo de la salmuera. Esto resultó efectivo y

permitió en las pruebas sacar el agua residuo de EV-1 sin perder el vacío.

3.1.6 EXTRACTOR.

El extractor que se instaló en la planta ayudó a mejorar el rendimiento de la

planta en gran medida pero presentó problemas con el sellado del vacío por su

situación en la misma y a pesar de su forma cilindrica entró holgadamente en el

tubo de salida de EV-1, creando una mala conexión provocando que los sellos de

silicona y pega especial tengan que ser renovados en varias ocasiones.

3.2 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO EN EL LABORATORIO.

En las pruebas realizadas en el laboratorio se encontró las siguientes

condiciones de funcionamiento, las mismas que son muy importantes de ser

tomadas en cuenta a fin de conseguir una operación segura: '

54

- Los sensores de flujo y temperatura no pueden compartir una misma

fuente, ya que en las pruebas realizadas se notó una distorsión de las

medidas de temperatura en el momento de conectarse el sensor de flujo,

por lo que se prefirió utilizar fuentes distintas.

- Se definió el voltaje de trabajo de los sensores en 15 voltios como el más

apropiado, ya que, por ejemplo, las variaciones de corriente dei sensor de

flujo producían fluctuaciones de voltaje en la fuente DC de alimentación,

mientras que en los sensores de temperatura este es el voltaje medio del

rango permitido.

3,2.1 ADQUISICIÓN DE DATOS.

En las pruebas realizadas con la adquisición de señales analógicas de

entrada se determinó que debido a que las distancias de cableado son mayores a

un metro y las señales de voltaje de los sensores de temperatura son menores a

1 voltio (0.9 Voltios a 90 °C), el mejor modo de funcionamiento de la tarjeta de

adquisición de datos es el diferencial.

Las señales analógicas entran al programa de control como número

determinado de datos muestreados por segundo, valor que se define por la

programación. En diferentes pruebas se pudo observar que el número de

muestras por segundo afectaba en gran medida la rapidez de desempeño del

programa, tomando en cuenta que la computadora personal utilizada para el

control automático es modelo 486 de 66 Mhz, por lo que después de dichas

pruebas se definió el numero de muestras como 600 por segundo pero con un

tope máximo de muestras por cada canal de 1000, entonces, el programa de

control realiza la adquisición de señales analógicas a una velocidad de 600 por

segundo pero no más de 1000 muestras por ciclo.

Debido a que la adquisición de datos funciona por muéstreos, las señales

que ingresan al programa de control en el tiempo, en el caso de los sensores de

temperatura, tienen la forma mostrada en la Figura 3.4, por lo que fue necesario

filtrar estas señales. Esto presentó una situación interesante ya que el rango de

interés varía con el nivel de voltaje entregado por el sensor.

V

Rango de Interés -T

Equivalente DC

55

AAAV\J i

t1

/lAft" uValor filtrado ypromediado

<

Figura 3.4

Para solucionar el problema del muestreo se implemento un filtro con los

V.l.'s (Instrumentos Virtuales) de LabVIEW, que primero, saca el equivalente DC

de la señal de la Figura 3.4, a este equivalente se suma un valor para conseguir el

limite inferior del rango de interés y un segundo valor mayor para el limite superior

del mismo rango. Con estos límites por programación se toma los valores de

interés con los que se calcula el promedio de los mismos y el resultado es

utilizado para los fines del programa de control. Para aclarar un poco más estas

ideas se presenta la Figura 3.5.

E! proceso de determinación de este filtro fue resultado de varias pruebas y

calibraciones del mismo comparando cada valor filtrado de entrada al programa

de control con el voltaje medido en los termínales de la tarjeta de adquisición de

datos, consiguiendo un error mínimo entre las dos lecturas. De esta manera se

asegura que el error del sensor en las mediciones es el determinado por el

fabricante (Anexo 2).

En el caso de las entradas digitales que corresponden a los sensores de

nivel, antes de la instalación de éstos, se probó su funcionamiento individual con

LabVIEW determinando que la mejor manera de trabajar en conjunto con las

mismas es adquiriendo los datos por pórtico y no por líneas, de esta manera el

programa podía funcionar mucho más rápido y eficiente. Esta diferencia aunque

sutil resultó importante en la programación dando un mejor funcionamiento final

en las pruebas.

La figura 3.5 muestra la utilización de los VI (Instrumentos Virtuales) para

lograr el filtro antes descrito en el caso de las señales enviadas por el sensor de

flujo.

56

nitlULT FT

(..lüíí C3 ii U,

B 1±> JH*— ' U- -* f - f

i

^x

HíKín í]f=4.787xv-5.03 f• 2; -

,

'j- j T.Trrr-r::- r. v- ;.- ,

Adquisición de los datos del sensor de Flujo.

Figura 3.5

3.2.2 SENSORES DE TEMPERATURA.

En lo que se refiere a los sensores de temperatura, conociendo su salida

lineal de 10 mV por °C, las pruebas se realizaron comparando valores, como se

indicó en lo referente a la adquisición de datos y con un termómetro de laboratorio

de marca COMARK modelo KM-12, que a pesar de tener una diferente área de

contacto con las superficies de prueba, se pudo comparar los valores y encontrar

errores máximos de 1.5 °C entre éste y el LM35. Este error se considera

despreciable para los objetivos de control de este proyecto y adecuado para un

seguimiento de parte un usuario sobre la planta. A continuación presentamos un

ejemplo de las pruebas realizadas en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1

Mediciones

Termómetro

Comark °C

20,5

19,3

24,6

22,4

Voltaje en

el LM35

21,2

20,5

23,7

22,8

Error%

3,4

6,2

3,7

1,8

57

3.2.3 SENSOR DE FLUJO.

La salida del sensor de flujo es un rango de corriente de 4 a 20 mA, pero

gracias a la configuración definida en el capítulo 2 con una resistencia de 250 Q,

la señal recibida por la tarjeta de adquisición de datos es de 1 a 5 voltios.

Vm = 4mA * 250O = 1V Vm = 20mA * 2500. = 5V

Las pruebas realizadas sobre esta señal llevaron a calcular una regresión

lineal con los datos obtenidos de las mismas. E! resultado de este cálculo es la

siguiente ecuación:

Flujo( V) = 4.787xV-5.092 •minuto

Ecuación 1.

Esta ecuación se aplica luego del filtro de muesíreo antes mencionado y el

resultado de la misma es el utilizado en el programa de control.

Tabla 3.1

Datos de las pruebas realizadas con el Sensor de Flujo FP85

Valor medido en

voltios

1,06

1,35

1,39

1,43

1,48

1,57

1,67

1,68

Galones por minuto

indicados por el sensor

0,00

1,38

1,55

1,75

2,00

2,43

2,89

. 2,96

Galones por minuto

calculados

-0,02

1,37

1,56

1,75

1,99

2,42

2,90

2,95

Error

0,02

0,01

-0,01

0,00

0,01

0,01

-0,01

0,01

Las pruebas realizadas con el sensor de flujo también permitieron calibrar

los límites superior e inferior del mencionado filtro de muestreo, luego de lo cual

también se realizó la comparación del voltaje de entrada a la tarjeta de

58

adquisición de datos y la lectura interna del programa de control obteniéndose

buenos resultados.

La Tabla 3.1 presenta los valores originales de las pruebas, los valores

calculados con la ecuación 1 y el cálculo del error.

3.2.4 ACTUADORES.

Con las salidas digitales, correspondientes a los actuadores de la planta,

las pruebas también mostraron que la mejor forma de generar las señales de

control es por pórtico. Se pudo comprobar que las líneas independientes al

trabajar juntas provocaban errores que causaban un funcionamiento intermitente

en las bombas. Además, la programación con respecto a las salidas digitales

requirió de un amplio estudio de ejemplos existentes en LabVIEW, ya que en caso

de no programar correctamente se forzó al programa a configurar las salidas

digitales en cada ciclo de trabajo lo que genera que el estado digital alto sea

intermitente.

3.3 PRUEBAS EN LA PLANTA DE POTABILIZACIÓN.

3.3.1 DATOS GENERALES.

Para entender el funcionamiento de la planta, en especial del tanque de

evaporación, a continuación presentamos los cálculos teóricos del funcionamiento

termodinámico del sistema.

La presión atmosférica en Quito, donde se realizaron la totalidad de las

pruebas, es de 0.72 atm, la temperatura del agua cuando entra en el tanque de

evaporación se considerara 60°C y una entalpia h = 108 (btu/lb) , en la práctica

llega a ser un valor alrededor de 65°C, la presión manométrica de vacío debe ser

de 450 mmHg ( 8.7 psi, 0.592 atm), por tanto la presión absoluta dentro del

tanque es de;

Pa = 10.58 - 8.7 = 1.88psi = 0.128atm

59

A esta presión absoluta de vacío la temperatura de saturación de vapor es

de 51 °C y considerando estos dos datos de tablas tenemos:

hg = 1115.3 Btu/lb Entalpia del vapor

hf = 92.0 Btu/lb Entalpia del agua

vg = 183.26 pie3/ib Volumen especifico del vapor

vf = 0.01622 pie3/lb Volumen especifico de! agua

Con estos datos se puede calcular "x" como el grado de pureza del vapor,

que es la cantidad de vapor que se encuentra en la zona de coexistencia líquido -

vapor.

h-hf 108-92 nnH/-c , cco/x = . = o.0156 => 1.56%

hgf 1115.3-92

Con este dato podemos calcular el valor teórico máximo de vapor

producido "X";

X = O 0156 Ib vapor 2.2 Ib agua 1Kg 4lt gal Ib vaporIb agua de entrada 1Kg It 1gal min min

donde los dos galones por minuto corresponden al flujo de entrada promedio al

tanque de evaporación.

Finalmente calculamos el volumen teórico de vapor que idealmente la

planta es capaz de producir:

lb

min Ib pies min

Este valor de 122.92 cm3/min o ml/min será el valor base para el calculo del

rendimiento de la planta; ya que si la planta produce esta cantidad tendría el

100% de eficiencia.

60

3.3.2 PRUEBAS REALIZADAS.

Un primer grupo de pruebas se realizaron con la pierna barométrica a una

altura de 6.50 metros, con presiones de vacío manométrica de alrededor de

430mmHg, con el agua a una temperatura promedio de 63 ° C y con un flujo de

entrada al tanque de evaporación de 2.2 galones por minuto promedio,

consiguiendo un rendimiento muy bajo de 12 mi de agua purificada por minuto. El

rendimiento porcentual conseguido en estas pruebas se calcula a continuación:

-.100 = 9.76%.122.92

Para solucionar el bajo rendimiento de [a planta, se instaló el extractor de

vapor, luego de lo cual la planta fue probada bajo los siguientes parámetros:

Una presión de vacío de 450 a 490 mmHg con la pierna barométrica a ¡a

misma altura de 6.50 metros, con un flujo de entrada al tanque de evaporación de

1,13 galones por minuto y con el agua a una temperatura de 65 °C,

Además la planta operó en dos fases:

Primero, manteniendo 15 minutos con entrada constante de agua al tanque

de evaporación, es decir, con B-1 prendida constantemente por 15 minutos.

Segundo, 15 minutos sin entrada de agua al tanque de evaporación

aprovechando el agua todavía presente dentro del mismo.

Luego de estos 30 minutos de funcionamiento en dos fases se consiguió

purificar 600 mi de agua con un rendimiento igual a:

600o n

%E = 30 .100= .100 = 16.265%122.96 122.96

61

Finalmente se realizó un tercer grupo de pruebas con 'los siguientes

parámetros;

Una presión manométrica de 510mmHg, con una temperatura del agua de

65°C, con un flujo de entrada de 2 galones por minuto y con la pierna barométrica

a más de 7.50 metros, lo que permitió trabajar con la planta a una presión de

vacío mayor.

En esta prueba se mantuvo trabajando la planta por 10 minutos continuos

consiguiendo 700ml de agua purificada, nuevamente calculando el rendimiento

tenemos:

700

%E= 10 .100= 7° .100 = 56.93%122.96 122.96

Como queda claro la mayor altura de la pierna barométrica conjuntamente

con el extractor de vapor, consiguieron mejorar notablemente el rendimiento de la

planta, marcando el camino de las modificaciones necesarias sobre la misma.

Las diferentes pruebas permitieron encontrar fallas en la instalación de las

tuberías, sellados de vacío y cantidad de flujo a través del precalentador E-1 que

determinaba la temperatura de salida.

Junto con el mejoramiento del rendimiento de la planta las pruebas

mostraron que en el funcionamiento de la misma dependía mucho de la oportuna

operación de cada una de sus partes, como se explica en el capítulo 2 se procuró

que cada actuador cumpla con un número de requisitos para su funcionamiento.

Solo después de estas pruebas se logró determinar los ciclos de trabajo más

adecuados para el programa de control, los que también se presenta en el

62

capítulo 2, además de encontrar las temperaturas y flujos nominales de operación

que permitieron definir los limites superiores e inferiores máximos de la planta.

De esta manera se consiguió los parámetros necesarios para completar el

funcionamiento del programa de control que junto con la planta de potabilización

con un extractor y una pierna barométrica más alta se logró los rendimientos

antes presentados.

CAPITULO 4.

CONCLUSIONES YRECOMENDACIONES.

4.1 BREVE ESTUDIO ECONÓMICO.

4.2 CONCLUSIONES.

4.3 RECOMENDACIONES.

64

CAPITULO 4.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

4.1 BREVE ESTUDIO ECONÓMICO.

Para iniciar el estudio económico, presentamos la Tabla 4.1 en la que se ha

listado todos los componentes utilizados para la construcción de [a planta de

potabilización de agua salina.

Tabla 4.1

Elementos Presentes en la Planta de Potabilización de Agua Salina

Elemento

Aspersor

Bomba CF (verde)

Bomba de vacío

Westinghouse

Bomba SAER (plateada)

Bomba Thakita (refrigerante)

Bushíngs

Cable gemelo awg 12

Cable gemelo awg 16

Cable gemelo awg 22

Caja unidad de Conexiones

Calentador de agua Spelndid

Cilindro de gas

Codos

Codos

Características

Metálico

1/3 hp1 1 5 V 5 A 3400 rpm 60 Hz

1Hp 115 V 14.0 A 1725rpm 60 Hz

iHp 1lOV11.2A3450rpm60 Hz

200 W 1 1 0 V 3.1 A 3460 rpm 60hz

lOTrtros 14 quemadores

1/2 Pulgada

4 Pulgadas

Contactores estado sólido Mitsubishi

Disipador

Estructuras de tubo

Extractor CATAR B-10 110V60HZ

Valor/Unidad

1.00

40.00

2000.00

134.00

200.00

0.26

0.55

0.42

0.35

20.00

150.00

25+2

0.44

1.73

17.00

20.00

30+25

27.80

Cantidad

1

1

1

1

1

1

1m

15m

35m

1

1

1

10

2

4

2

2

1

Valor Total

1.00

40.00

2000.00

134.00

200.00

0.26

0.55

6.30

12.25

20.00

150.00

27.00

4.40

3.46

68.00

40.00

110.00

27.80

65

Filtro (bomba de vacío)

Filtro Festo (bomba de vacío)

Impreso

Manguera

NTE303

Neplos

Pega acero

Pierna Barométrica

Plugs

Plugs macho

Sensor de Flujo Omega FP85

Sensor de nivel magnético

Sensor de temperatura LM35

Silicona

T's

Tanque de evaporación

Tanques Normales

Teflon

Tomas dobles

Tomas simples

Tubo de cobre

Tubo PVC 1/2"

Tubo pvc de 4 "

Unidad de conexiones (caja)

Válvula de Globo

230ps¡

plástica

Pasta conductora térmica

1/2 Pulgada

Acrílico + manguera

1/2 Pulgada

diámetro 1m ancho 1.5 m

5 galones

110V60HZ

10.00

50.00

2.00

0.35

2.50

0.43

2.35

25.00

0.20

0.20

196.00

20.00

2.80

1.50

0.52

800.00

5.00

0.25

1.35

1.35

0.99

2.38

60.80

0.92

1

1

1

20m

1

9

4

1

13

10

1

3

2

1

2

1

3

24

2

2

6m

3m

1

7

10.00

50.00

2.00

7.00

2.50

3.87

9.40

25.00

2.60

2.00

196.00

60.00

5.60

1.50

1.04

800.00

15.00

6.00

2.70

2.70

20,00

5.91

7.13

60,80

6.44

TOTAL 4150.21

Teniendo claro el costo de la planta presentamos el estudio económico

considerando una venta anual de 20 plantas y en la Tabla 4.2 un resumen de

costos y gastos.

66

Tabla 4.2

RESUMEN DE COSTOS Y GASTOS

Miles de Dólares

PERIODO: 2 3 4 5 6

COSTOS DIRECTOS DE PRODUCCIÓN

Mano de obra directa

Materiales directos

Sub total

6,00

84,50

90,50

6,00

84,50

90,50

6,00

84,50

90,50

6,00

84,50

90,50

6,00

84,50

90,50

COSTOS INDIRECTOS DE

PRODUCCIÓN

Costos que representan

desembolso;

Mano de obra indirecta

Suministros y servicios

Mantenimiento y seguros

Parcial

5,42

0,51

0,01

5,95

Costos que no representan desembolso:

Depreciaciones

Amortizaciones

Subtoíal

GASTOS DE VENTAS

Gastos que representan

desembolso:

Movilización y viáticos

Parcial

Subtotal

TOTAL

1,92

0,53

8,40

0,72

0,72

0,72

99,62

5,42

0,51

0,01

5,95

1,92

0,53

8,40

0,72

0,72

0,72

99,62

5,42

0,51

0,01

5,95

1,92

0,53

8,40

0,72

0,72

0,72

99,62

5,42

0,51

0,01

5,95

1,92

0,53

8,40

0,72

0,72

0,72

99,62

5,42

0,51

0,01

5,95

1,92

0,53

8,40

0,72

0,72

0,72

99,62

En esta tabla el rubro más importante son los 5420 dólares anuales gastados en

el sueldo de un jefe de proyecto, luego tenemos el costo de la mano de obra

directa que son los sueldos del personal que arman las plantas. Queda claro que

el costo de las veinte plantas es de 84500 dólares.

Tabla 4.3

Ingresos Proyectados

Miles de dólares

67

PRODUCTOS

Producto 1

Unidades en

producción

Producción por unidad

Producción bruta total

Producción neta total

Precios mercado local

Precios mercado

extemo

Ventas mercado local

Ventas mercado

extemo

Total ingresos

X

X

Dólares

2

1,00

20,00

20,00

20,00

5.915,2

9

0,00

118,31

0,00

118,31

3

1,00

20,00

20,00

20,00

5.915,29

0,00

118,31

0,00

118,31

4

1,00

20,00

20,00

20,00

5.915,29

0,00

118,31

0,00

118,31

5

1,00

20,00

20,00

20,00

5.915,29

0,00

118,31

0,00

118,31

6

1,00

20,00

20,00

20,00

5.915,29

0,00

118,31

0,00

118,31

La Tabla 4.3 ha sido elaborada considerando un mercado netamente

nacional con un precio por planta de 5.915,29 dólares.

En la Tabla 4.4 se presenta el estado de pérdidas y ganancias proyectado a

cinco años donde el año uno es el invertido en desarrollo de la planta. El costo

total de venta que se calcula de la tabla anterior es de 99620 dólares menos 720

que nos da 98900 dólares de costo total, para definir un precio de venta

consideramos en 40 % de ganancia. Esta tabla también muestra que el 83.6% del

costo de ventas son los materiales utilizados en la planta, finalmente el dato de

ventas netas y capital social indican que por cada dólar en ventas hay una

ganancia de 10 centavos, mientras que por cada dólar invertido se producen 49

centavos, respectivamente.

Tab

la 4

.4E

ST

AD

O D

E P

ER

DID

AS

Y G

AN

AN

CIA

S P

RO

YE

CT

AD

OM

iles

de D

óla

res

Ven

tas

Net

asC

osto

de

vent

as

UTI

LID

AD

BR

UT

A E

N'

Gas

tos

de v

enta

sG

asto

s de

adm

inis

trad

UT

ILID

AD

(P

ER

DID

A)

Gas

tos

finan

cier

osO

tros

ing

reso

sO

tros

egr

esos

UT

ILID

(PE

RD

) A

NTE

S15

% P

artic

ipac

ión

utili

c

UT

ILD

(PE

RD

) A

NT

ES

Impu

esto

a

UT

ILID

AD

(P

ER

DID

A)

Ren

tabi

lidad

sob

re:

Ven

tas

Net

asC

apita

l Soc

ial

Res

erva

leg

al

2

MO

NT

O

118,

398

,9

19,4 0,7

0,0

18,7 2,5

0,0

0,0

16,2 2,4

13,7 1,2

12,6

% 100,

083

,6

16,4 0,6

0,0

15,8 2,1

0,0

0,0

13,7 2,0

11,6 1,0

10,6

3

MO

NT

O

118,

398

,9

19,4 0,7

0,0

18,7 2,5

0,0

0,0

16,2 2,4

13,7 1,2

12,6

% 100,

083

,6

16,4 0,6

0,0

15,8 2,1

0,0

0,0

13,7 2,0

11,6 1,0

10,6

4

MO

NT

O

118,

398

,9

19,4 0,7

0,0

18,7 2,5

0,0

0,0

16,2 2,4

13,7 1,2

12,6

% 100,

083

,6

16,4 0,6

0,0

15,8 2,1

0,0

0,0

13,7 2,0

11,6 1,0

10,6

5

MO

NT

O

118,

398

,9

19,4 0,7

0,0

18,7 2,5

0,0

0,0

16,2 2,4

13,7 1,2

12,6

% 100,

083

,6

16,4 0,6

0,0

15,8

2,1

0,0

0,0

13,7 2,0

11,6 1,0

10,6

6

MO

NT

O

118,

398

,9

19,4 0,7

0,0

18,7 2,5

0,0

0,0

16,2 2,4

13,7 1,2

12,6

% 100,

083

,6

16,4 0,6

0,0

15,8 2,1

0,0

0,0

13,7 2,0

11,6 1,0

10,6

10,6

%49

,2%

1,3

10,6

%49

,2%

1,3

10,6

%49

,2%

1,3

10,6

%49

,2%

1,3

10,6

%49

,2%

1,3

69

En ta Tabla 4.5 que corresponde al flujo de caja muestra que los flujos

generacjos por el proyecto en los 5 años permitirán operar al mismo, requiriendo

1900 dólares semanales para continuar con dicha operación.

Es importante tener en cuenta que el proyecto tiene una inversión inicial de

39500 dólares, Tabla 4.5 Flujo Operacional, de los cuales el 40% es

recomendable financiarlo con un préstamo a largo plazo, con el criterio de no

arriesgar el dinero de los inversionistas por completo, pero manteniendo la

inversión o el proyecto bajo el control de estos inversionistas.

Tabla 4.5

Flujo de Caja Proyectado

Miles de Dólares

A. INGRESOS OPERACIONALES

Recuperación por ventas

Parcial

B. EGRESOS

OPERACIONALES

Pago a proveedores

Mano de obra directa e imprevistos

Mano de obra indirecta

Gastos de ventas

Pago del impuesto a la renta

(1%)

Parcial

C. FLUJO OPERACIONAL (A

-B)

D. INGRESOS NO OPERACIONALES

Créditos a contratarse a largo plazo

Aportes de capital (efectivo

subproyecto)

PREOP

• 0,000,00

0,0

0,4

0,4

(0,4)

14,0

25,5

2

118,3

118,3

85,0

6,0

5,4

0,7

1,2

98,4

20,0

0,0

0,0

3

118,3

118,3

85,0

6,0

5,4

0,7

1,2

98,4

20,0

0,0. 0,0

4

118,3

118,3

85,0

6,0

5,4

0,7

1,2

98,4

20,0

0,0

5

118,3

118,3

85,0

6,0

5,4

0,7

1,2

98,4

20,0

0,0

6

118,3

118,3

85,0

6,0

5,4

0,7

1,2

98,4

20,0

0,0

70

Parcial

E. EGRESOS NO OPERACIONALES

Pago de intereses

Pago participación de

utilidades

Pago de impuesto a la renta

Activos diferidos

Parcial

F. FLUJO NO OPERAC10NAL (D-E)

G. FLUJO NETO GENERADO (C+F)

H. SALDO INICIAL DE CAJA

1. SALDO FINAL DE CAJA (G+H)

REQUERIMIENTOS DE CAJA

39,5

0,4

2,6

37,6

1,9

1,5

0,0

1,5

NECESIDADES EFECTIVO (CRÉDITO

CORTO PUXZO)

0,0

2,5

0,0

1.2

2,5

(2,5)

17,4

1,5

18,9

1,9

0,0

0,0

2,5

2,4

1,2

4,9

(4,9)

15,0

18,9

33,9

1,9

0,0

0,0

2,5

2,4

1,2

4,9

(4,9)

15,0

33,9

48,9

1,9

0,0

0,0

2,5

2,4

1,2

4,9

(4,9)

15,0

48,9

63,9

1,9

0,0

0,0

2,5

2,4

1,2

4,9

(4,9)

15,0

63,9

78,9

1,9

0,0

A continuación se presenta en la Tabla 4.6 el balance general del proyecto

Tabla 4.6

Balance General Proyectado

Miles de Dólares

ACTIVO CORRIENTE

Caja y bancos

TOTAL ACTIVOS CORRIENTES

ACTIVOS FIJOS

Terreno y construcciones

Equipo electrónico

Maquinaria de ensamble

Desarrollo de planta

Muebles y enseres

Saldos

iniciales

0,00,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

PREOP.

1,5

1,5

22,0

1,2

1,5

9,6

0,7

2

18,9

18,9

22,0

1,2

1,5

9,6

0,7

3

33,9

33,9

22,0

1,2

1,5

9,6

0,7

4

48,9

48,9

22,0

1,2

1,5

9,6

0,7

5

63,9

63,9

22,0

1,2

1,5

9,6

0,7

6

78,9

78,9

22,0

1,2

1,5

9,6

0,7

71

Subtotal

Activos fijos reexpresados

(-) depreciaciones

TOTAL ACTIVOS FIJOS NETOS

ACTIVO DIFERIDO

Amortización acumulada

TOTAL ACTIVO DIFERIDO NETO

OTROS ACTIVOS

TOTAL DE ACTIVOS

PASIVO CORRIENTE

Gastos acumulados por

pagar

TOTAL DE PASIVOS CORRIENTES

PASIVO LARGO PLAZO (BCOS-

PROVEEDOR)

TOTAL DE PASIVOS

PATRIMONIO

Capital social pagado

Reserva legal

Utilidad (pérdida) retenida

Utilidad (pérdida) neta

TOTAL DE PATRIMONIO

TOTAL DE PASIVO Y PATRIMONIO

COMPROBACIÓN

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0

0,0(0,0)

(0,0)

(0,0)

0,00

35,0

35,0

35,0

2,6

2,6

39,1

(0,4)

(0,4)

14,0

13,6

25,5

0,0

0,0(0,0)

25,5

39,1

0,00

35,0

35,0

1,9

33,1

2,6

0,5

2,1

54,1

2,0

2,0

14,0

16,0

25,5

0,0

(0,0)

12,6

38,1

54,1

0,00

35,0

35,0

3,8

31,2

2,6

1,1

1,6

66,7

2,0

2,0

14,0

16,0

25,5

1,3

11,3

12,6

50,6

66,7

0,00

35,0

35,0

5,8

29,2

2,6

1,6

1,1

79,2

2,0

2,0

14,0

16,0

25,5

2,5

22,6

12,6

63,2

79,2

0,00

35,0

35,0

7,7

2/,3

2,tí

2,1

0,5

91,8

2,0

2,0

14,0

16,0

25,5

3,8

33,9

12,6

75,7

91,8

0,00

35,0

35,0

9,6

25,4

2,6

2,6

0,0

104,3

2,0

2,0

14,0

16,0

25,5

5,0

45,2

12,6

88,3

104,3

0,00

En el Tabla 4.7 se muestra claramente que de la inversión de 39500 dólares

en 64.6 % corresponde al Patrimonio de [os inversionistas y 35.4 % corresponde a

la deuda a largo plazo, el punto de equilibrio es el valor que indica que las ventas

generadas deberán ser por lo menos 39.1% de la inversión inicial para no generar

pérdidas.

Tabla 4.7

índices Financieros

Miles de Dólares

INVERSIÓN

TOTAL

APALANCAMIE

NTO

RENTABILIDAD

BENEFICIO

NACIONAL

ANO

5

US$ MILES

PATRIMONIO/ INVERSIÓN

DEUDA /INVERSIÓN

TIRF

ÍNDICES

39,5

64,6%

35,4%

40,2%

UTILIDAD NETA / PATRIMONIO

UTILIDAD NETA / VENTAS

VALOR ACTUAL NETO

FINANCIERO

PERIODO DE

RECUPERACIÓN (AÑOS)

PUNTO DE EQUILIBRIO

COEF. BENEFICIO/

COSTO

INVENTARIOS

CORRIENTE

32,7

2,3

1,1

/ ACTIVO

ÍNDICE DE SOLVENCIA

ÍNDICE DE LIQUIDEZ

TOTAL SUELDOS Y

SALARIOS

VALOR AGREGADO

COSTO DE

OPORTUNIDAD

11,4

30,1

12,0%

2

49,2%

10,6%

39,1%

0,0%

9,3

9,3

3

49,2%

10,6%

39,1%

0,0%

16,7

16,7

4

49,2%

10,6%

39,1%

0,0%

24,1

24,1

5

49,2%

10,6%

39,1%

0,0%

31,5

31,5

73

El análisis de la sensibilidad muestra los efectos financieros si se varia

ciertos índices en +5% y - 5%, mostrando ei peligro o no de invertir en este

proyecto.

Análisis de Sensibilidad

TASAS DE INTERÉS L/P

MONEDA LOCAL

18,9%

18,0%

17,1%

TIRI

61,58%

63,24%

64,85%

PRODUCTIVIDAD

105,0%

100,0%

95,0%

TIRF

54,32%

40,20%

26,02%

VAN

49,22

32,71

16,20

COSTO DE MANO DE

OBRA

105,0%

100,0%

95,0%

TIRF

39,52%

40,20%

40,87%

VAN

31,93

32,71

33,49

COSTO DE MATERIA

PRIMA

105,0%

100,0%

95,0%

TIRF

29,71%

40,20%

50,74%

VAN

20,58

32,71

44,84

PRECIO DE VENTA

(LOCAL)

105,0%

100,0%

95,0%

TIRF

54,32%

40,20%

26,02%

VAN

49,22

32,71

16,20

INVERSIÓN FIJA

105,0%

100,0%

95,0%

TIRF

37,94%

40,20%

42,62%

VAN

31,15

32,71

34,27

Luego de presentar este estudio se demuestra que el proyecto es rentable y

se recomienda la inversión de los capitales necesarios, para continuar

desarrollando la planta de potabilización de agua salina.

74

4.2 CONCLUSIONES.

Es necesaria una solución a corto y mediano plazo para el problema de agua

potable en las poblaciones de la costa del país, y un proyecto de esta

naturaleza, mejorando lo realizado hasta este punto, es una excelente

opción, ya que al utilizar tecnologías, materiales y mano de obra disponibles

en el país, podríamos conseguir un muy buen producto para beneficio

propio.

La utilización de LabVIEWcomo herramienta de desarrollo demostró ser una

decisión acertada, principalmente por su instrumentación virtual, excelentes

recursos matemáticos, recursos para adquisición de datos y variadas

funciones. Además su lenguaje gráfico de programación (Lenguaje G)

resulta muy intuitivo para un ingeniero electrónico especialmente de la

carrera de control.

La utilización de los relés de estado sólido Mitsubishi simplificó en gran

medida el hardware y el cableado necesario para en control de los

actuadores de la planta, demostrando ser excelentes en el control de

potencia a 120 voltios 15 amperios. Su aporte al sistema de control es muy

importante.

La unidad de conexiones permitió centralizar el cableado de toda la planta,

de manera que pueda ser supervisado el funcionamiento de todo el

hardware del sistema de control, convirtiéndose en parte fundamental de

este último.

A pesar del buen desempeño del sistema de control el rendimiento máximo

conseguido con la planta de potabilización es de 56.93%, el cual no es

suficiente para pensar en una comercialización de este prototipo, pero si es

un muy buen comienzo para desarrollar una planta más eficiente basada en

los resultados de éste.

75

El rendimiento actual de la planta no podrá ser mejorado sin modificar la

misma, en especial en el tanque de evaporación, ya que las pruebas

mostraron que se produce vapor en grandes cantidades pero la recolección

de éste es el proceso que falla. Estas modificaciones necesarias no

representan un cambio significativo en el sistema de control.

Las pruebas realizadas demostraron que la instalación del extractor como

uno de los actuadores de la planta y como parte del sistema de control,

mejoró notablemente el rendimiento de la planta de 16.26% al 56,93%. El

extractor resolvió en parte el problema de recolección del vapor existente

dentro del tanque de evaporación, proceso que en futuros diseños deberá

mejorarse.

El sistema de control, principalmente, organiza el funcionamiento de la

planta tomando como referencia las señales recibidas por los sensores,

permitiendo que los ciclos de trabajo se cumplan, mejorando su eficiencia.

Además evita que el proceso de potabilización pase a límites extremos de su

funcionamiento, indicando en cada caso el problema que subsisten en la

planta en ese momento. Además al fijar un ciclo de trabajo para los

actuadores de la planta se regulariza el consumo de energía eléctrica

ahorrando energía y se impide que los motores funcionen continuamente lo

que normalmente genera el calentamiento de los mismos.

Como conclusión final se debe decir que se cumplió e! objetivo final de este

trabajo, un sistema de control que permita a una planta de potabilización,

con todos los procesos necesarios, funcionar automáticamente, pero,

además el sistema de control también da la posibilidad de aprender de la

planta y de si mismo, pudiendo realizar pruebas manuales sobre la mismaj

todo esto gracias al programa desarrollado en LabVIEW.

Dadas las condiciones y características de los lugares donde se instalarán

las plantas de agua por desalineación del agua de mar, los controles y

76

operación general deberán ser muy simples; es decir, las plantas

comerciales, de ninguna manera, se basaran en el control mediante un PC.

Es importante destacar que el objetivo de este trabajo, es poner a

disposición de los diseñadores de la planta comercial, una herramienta que

les permita contar con datos y la posibilidad cierta de modificaciones,

tendientes a conseguir la optimización de la planta.

4.3 RECOMENDACIONES.

En una futura planta se recomienda la utilización de un control de razón para

dosificar ácido sulfúrico (H2S03) para ablandar el agua de mar de sus

componentes más pesados (ver Tabla 1.1), para garantizar agua con un pH

neutro o ligeramente básico también se deberá dosificar sosacaústica

(NaOH) y por último para dosificar en el tanque de agua pura, el hipoclorito

de sodio. Esto evitará futuros recubrimientos en las tuberías de la planta,

proporcionará agua con pH neutro y mantendrá el agua pura por más

tiempo, respectivamente. El control de razón es una técnica de control muy

común en los procesos industriales, el la cual se supone que se deben

mezclar dos corrientes de líquidos, A y B, en cierta proporción o razón, R,

esto es, R=B/A.

El control de razón se podría realizar con unas bombas especiales de

dosificación, en las que conociendo su flujo de salida se desarrollaría un

control para que dentro de un ciclo de trabajo éstas entreguen una

dosificación acorde con el flujo de entrada del agua de mar manteniendo una

solución en valores fijos.

En lo que respecta al tanque de evaporación se debe cambiar su forma o,

como otra alternativa, construir más salidas de vapor en la parte superior de

la misma, lo que llevará a mejorar ostensiblemente el sistema de

condensación de la planta actual, presentando en este último caso la

77

necesidad de aumentar extractores para el vapor.

El programa de control desarrollado en LabVIEW está pensado para que el

usuario pueda familiarizarse con él por etapas y es por eso que se

recomienda revisar estas tres etapas empezando con la simulación de la

planta, luego con el programa de control en modo aprendizaje y finalmente

con el control en modo supervisión.

Es importante que se siga con el proceso de mejoramiento de la planta de

potabilización de agua, para que ésta llegue con alta eficiencia y bajo costo

con el propósito de que efectivamente se 'pueda convertir en una solución

para la falta de agua potable en el Ecuador, ya que de no ser así el trabajo

realizado en este proyecto no verá uno de sus objetivos finales cumplido.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

- Lab - PC - 1200/AI User Manual; June 1996 Edition; National Instruments

Corporation.

- Ingeniería de Control Moderno; Cuarta Edición; Karsuhiko Ogata.

- Control de Razón; Control Automático de Procesos; Smith y Corripio.

- Tablas de Vapor

The Eléctrica! Research Asociatíon 1970; Primera publicación en español

México, D.F. 1970.

- www.cepis.org.pe/eswww/fulltext/aguabas/agua/agua.html (agua.pdf).

- CEPIS-OPS-HDT 30 Potabiüzación del agua de mar por destilación solar.htm.

- http://www.cepis.org.pe/eswww/doctemas/aguaabas.html.

- www.omega,com/ppt/pptsc.asp?ref=FP85A.

- http://ni.com/

- http://www.national.com/

A N E X O 1.

A 1.1 DATOS DE POBLACIÓN.

Al .2 USOS Y CONSUMO DE AGUA.

A 1.3 COBERTURA Y ACCESO A LOSSERVICIOS DE AGUA.

A 1.4 CONDICIONES ACTUALESDEL SECTOR.

79

ANEXO 1.

POBLACIÓN Y ACCESIBILIDAD

A SERVICIOS DE AGUA POTABLE.

Los datos presentados en este Anexo fueron obtenidos del Centro Panamericano

de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente.

(CEPiS, www.cepis.ops-oms.org/eswww/fulltext/anaiisis/ecuador).

Al.l DATOS DE POBLACIÓN.

La mayoría de la población ecuatoriana se concentra en ia región costera y

en ios valles interandinos, siendo (as zonas montañosas y las selvas orientales las

menos pobladas.

Los datos de población que se exponen en el presente documento están

tomados del Informe del Instituto Nacional de Estadísticas y Censos (INEC),

correspondientes a los resultados del V Censo de Población y IV de Vivienda

realizados en 1990.

En la Tabla A1.1 se presenta la distribución urbana y rural de la población

por regiones.

Distribución de la población ecuatoriana/1990

(cifras en miles de habitan tes)

Sierra

Costa

Oriente

Insular

Total

Urbana i

2.393,9 I

3.178,6 \7

7,2

5.683,6

%

42,12

55,93

1,82

0,13

100,0

Rural

2.284,3 i

1.935,8 |

358,7 1

1,8 \6 !

% i

49,87 i

42,26 |

7,83 ;

0,04 !

100,0 ;

Total

4.679,4

5.113,6 .

462,2 ;

9,0

10.264,20

% '

45,59 >

49,82 :

4,5

0,09

100,0

Población urbana: 55,4%

Población rural: 44,6%

TABLA A1.1.

80

En e! censo, se considera población urbana al conjunto de habitantes

empadronados en el núcleo urbano de las capitales de provincia y en las

cabeceras cantonales.

Como se puede ver en la tabla A1.1. la población rural de la costa es el

18,86% del total de habitantes del país pero el 42,26% de los habitantes de la

costa.

A1.2 USOS Y CONSUMO DE AGUA.

El uso consuntivo del agua para abastecimiento doméstico, industrial y de

regadío ha sido cuantificado mediante el estudio de sistemas hidrográficos

(cuencas).

El porcentaje de usos con relación a la disponibilidad total de agua

consumida ha sido definido en dos grupos: uso agrícola o regadío y uso unificado

doméstico-industrial; la unificación de este último se debe a que las industrias y el

comercio nacionales se ubican generalmente dentro de las ciudades y el servicio

de agua es tomado de las redes de distribución de las mismas.

Dado el equilibrio del recurso hídrico en las diferentes regiones, existe un

análisis genera! del país. Se toman indicadores para el año 2005 porque no

existen estudios para el presente decenio.

Agua consumida 41.539,9 HIWYaño = 100,0%

Uso doméstico, industrial 1.333,1 HM3/año =3,2%

y comercial

Uso agrícola (regadío) 40.206,8 HM3/año = 96,8%

Total recursos hídricos 432.000,0 HM3/año = 100,0%

Total agua consumida 41.539,9 HfWYaño = 9,62%

Para la obtención de demandas deseables, se han utilizado las dotaciones

estándar establecidas por el IEOS que permiten obtener los resultados en

HrrWaño y en litros/hab/día. Además, se ha evaluado el potencial futuro de

81

regadíos dei país considerando la aptitud de los suelos para su transformación en

regadío.

Al.3 COBERTURA Y ACCESO A LOS

SERVICIOS DE AGUA.

Las condiciones para la atención de [os requerimientos de servicios de

infraestructura sanitaria en las zonas urbana y rural del país al año 1990 fueron

las siguientes:

Acceso al servicio de agua

(porcentajes)

Zona

Urbana \l i

Conexión

doméstica

73,7

31,2

Fácil acceso '

4,6 i

8,2 ;

Sin acceso al

sistema formal

21,7

60,6

TABLA Al .2.

El porcentaje de población sin acceso a servicios básicos de

infraestructura, como se muestra en la tabla A1.2., es muy elevado, exigiendo la

toma de decisiones que permitan superar el déficit actual y las demandas futuras.

En la tabla A1.3 se presentan datos adicionales de los sistemas rurales de

abastecimiento de agua potable, la región de la costa es la que menos tiene

acceso a los sistemas actualmente utilizados en comparación al número de

habitantes.

Sis

tem

as r

ural

es d

e ab

aste

cim

ient

o de

agu

a po

tabl

e: c

apta

ción

y f

uent

esR

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a i i

Sie

rra

'C

osta

Ori

ente

Tot

al

Sis

tem

as

;

irru

í rr

rir»

. it

tr „

rs.

. t

N°

j %

,_!.. .

726

:12

689 94

1

77,2

j

13,4

9,5

100,

1

Hab

itan

tes

N°

540.

176

298.

602

46.3

0888

5.08

6

Tip

o si

stem

a ca

ptac

ión

1 j

Gra

ved

ad

i B

ombe

o |

S

uper

fici

al

;í!

_ . .

i

N°

:

700

'23

-

82 805

% í

N°

-. • 74,4

!

2,4

8,7

85,5

26 103 7 136

%

¡1

N°

....

$

.._-.

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Q

!2,8

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ji7,

4 j

14,5

j

242

21 64 327

Tip

o de

fue

nte

Sub

terr

ánea

:

Man

anti

al

j G

alen

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Otr

os

% |

N°

i %

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N°

25,5

j

2,2

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7 ;

34,4

:

14 |

97

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1,5

;

10,2

i

0,4

:

12,1

;

449 7 17 473

.

%

| N

°

47,2

>

0,8

j

1,8

i49

,8

;

14 ... 3 17

% 1,5 ... 0,3

1,8

N°

j %

16 1 1 18

1,7

0,1 0,1 1,9

TA

BL

AA

1.3

.

Cob

ertu

ra d

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ua p

otab

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obla

ción

urb

ana

y ru

ral)

, *

fr^—

í *_^

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i—

!

--

f

Reg

ión

1 P

obla

ción

nac

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\. .

..

-.. j

.

Sie

rra

Cos

taO

rien

teIn

sula

rT

otal

Tot

al1

Urb

ana

Rur

al '

Hab

itan

tes

4.35

7.58

74.

762.

512

430.

778

8.34

79.

559.

224

2.22

7.78

32.

957.

885

96.2

736.

806

5.28

8.74

7

2.12

9.80

41.

804.

627

334.

505

1.54

14.

270.

477

Pob

laci

ón u

rban

a se

rvid

a

Tot

al

Hab

itan

tes

J %

1.99

6.63

2 j

2.07

0.03

570

.255

f6.

674

:

4.14

3.59

6 !

89,6

70,0

73,0

98,1

78,3

Con

exió

ndo

mic

ilia

ria

Hab

itan

tes

1.93

2.68

11.

892.

421

66.6

666.

457

3.89

8.22

5

%

•86,

864

,069

,294

,973

,7

Fáci

l ac

ceso

Hab

itan

tes

63.9

5117

7.61

43.

589

217

245.

371

% 2,9

6,0

3,7

3,2

4,6

Pob

laci

ón r

ura

l se

rvid

a

Tot

al

Hab

itan

tes

i

1186

.125

;

403.

222

i88

.885

;73

6 ¡

1.67

8.96

8

% 55,7

22,3

25,6

47,8

39,3

Con

ex.

dom

ic.

Hab

itan

tes

936.

755

323.

312

68.5

39 639

1.32

9.24

5

Fác

il a

cces

o

%

] H

abit

ante

s ,

44,0

17,9

20,5

41,5

31,1

249.

370

79.9

1020

.346 97

349.

723

% 11 4 5 6 8 ;

TA

BLA

A1.

10.

CO

83

Sistemas rurales de abastecimiento de agua potable: tratamiento

Región

Sierra :

Costa

Oriente :

Total :

%

N° total

Sistemas

726

126

89

941

100

Componentes de tratamiento

N° de sistemas

Aereadores

27

3

1

31

3,3

Sedimentación

45

4

12 j

61 \5

Filtración

Lenta

71

14

13

98

10,4

Dinámica .

11 •

2

4 i

17 ;

1,8 !

Desinfección

715

118

88

921

97,9

TABLAA1.4.

Como se puede ver en la tabla A1.4. en abastecimientos por tratamiento

nuevamente la costa ecuatoriana es la que cuenta con menos sistemas, siempre

tomando en cuenta [a población.

Población servida con agua potable

(porcentajes)

Sector j

. . .Urbano

Rural

Conexión

Domiciliaría

73,7

31,1

Fácil \o :

4,6

8,2 :

Total I

;

78,3 j

39,3 !

TABLA A1.5.

Las regiones principales del país son la Sierra y la Costa, en las que se

concentra 95,4% de la población; la Costa tiene un déficit más elevado en el

suministro de los servicios.

84

Población servida con agua potable

(porcentajes)

Región !

Sierra •

Costa i

Conexión domiciliaria :.

65,8

• 46,5

Fácil acceso

7,2

5,4

Total

73,0 :

51,9

TABLA A1.6.

Si se analizan la tabla A1.6., en las zonas urbanas y rurales, se tiene

menores coberturas en la Costa; a su vez, es grande la diferencia en la cobertura

a los sectores rurales.

Población urbana servida

(porcentajes)

Región ;-_..„. ,_.. __ „„. — .4

Sierra i¡

Costai

Conexión domiciliaria

86,8

64,0

Fácil acceso

2,9

6,0

Total

89,6 :

70,0

TABLAA1.7.

Población rural servida

(porcentajes)

Región

Sierra

Costa

Conexión domiciliaria

44,0

17,9

Fácil acceso

11,7

4,4

Total

55,7 i

22,3

TABLA A1.8,

En las dos ultimas Tablas se puede ver las grandes diferencias entre los

sectores rurales y urbanos en el país, quedando clara la situación del sector rural

de la costa con tan solo 22,3% de la población servida.

85

Cobertura de agua potable

(Población total)

Región :

Sierra

Costa

Oriente \r

Total

Población total

:

Habitantes

4.357.587

4.762.512

430.778

8.347

9.559.224 |

%

45,6 :

49,8

4,5 ;

0,1 ;100,0 :

i

Población servida !

Total

Habitantes "

3.1S2.757 [

2.473.257 \0 j

7.410 1

5.822.564 \ '

73,0 i

51,9 -¡

36,9 ;

8878 ;

60,9 :

Conexión ;

domiciliaria \s

2.869.436

2.215.733

135.205 :

7.096

5.227.470 :

%

65,8

46,5 j

31,4 j

35,0 j

54,7 j

Fácil acceso \s

313.321

257.524

23.935

314

595.094

% ;

7,2 |

5,4 \6 i

3,8 j

6,2 j

TABLA A1.9.

Como resumen total se presentan tanto la tabla A1.9. y la tabla A1.10. con

datos comparados nacionalmente donde nuevamente se puede ver que el sector

rural de la costa es el más necesitado.

A1.4 CONDICIONES ACTUALES

DEL SECTOR.

De lo expuesto en los literales anteriores y a través del análisis técnico

realizado sobre recursos hídricos, se puede señalar las siguientes características

generales de gestión en el sector:

- Los niveles de servicio en las áreas urbanas no se han

incrementado en la última década; el atraso sigue siendo elevado

frente a las metas propuestas;

- Se han incrementado significativamente los servicios en la área

rural en la última década; sin embargo, el déficit actual de 61% en

agua potable y 69% en disposición en excretas es alarmante;

- Las coberturas en la Sierra son significativamente más altas que

en otras regiones del país;

- Las ciudades de la Sierra tienen mejores condiciones de

infraestructura sanitaria que las de la Costa y Oriente. Las

condiciones sanitarias de la ciudad de Guayaquil, la de mayor

población del país, son alarmantes.

Fuente de información: www.cepis.ops-oms.org/eswww/fulltext/analisis/ecuador

En conclusión se han tomado en cuenta estos datos como referencia sobre

la situación actual del sector rural de la costa ecuatoriana, considerando

que en la ultima década por situaciones como las creadas por la corriente

del niño y otros factores gubernamentales los porcentajes presentados no

han cambiado en gran medida y son base valida para cumplir los objetivos

de este trabajo de investigación.

A N E X O 2.

A2.1 SENSORES.

A2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.

87

A N E X O 2 .

A2.1 SENSORES.

SÍGNAL CONDITIONERS ANDFLOW SENSORS ce

FP85A Series

$371Basic Unit

^ Front Panel Programmingand Scaling

v* Alphanumeric ProgramDisplay

V Both Rate and TotalIndication Standard

¡s NEMA-4X/!PG5 Front Face^ Suítable for

Panel MountingThe FP85A microprocessor-basedsignal cqnditioner provides theultímate in system flexibílity andconvenience, with simultaneous4-20 mA and open collector pulseoutputs. The FP85A can be¡ntegrally mounted to FP8500 seríespaddíewheel sensors utilizíng anFP85NM or FP85DM integralmounting kit. The FP85A can alsobe remotely mounted, eitheron apanel (front mounted, utilizing theincluded captive self-tapping screwsto thread into the panel wall) or on apipe, wall, or tank with a universalmounting kit. The FP85A can beremotely used with the OMEGA**FP-5100, FP-5200, FP-5300,FP-3-1500, andFP-6000paddlewheel flow sensors.The three front keys control allprograrnrning and scalíng of theFP85A — there are no pots to tweakor interna! adjustments to make.Simply enter the K-factor, and theFP85A displays rate withfield-adjustabfe decimal point, mAoutput valué, total (field selectabiefor resettable or non-resettableoperation), and the date of the lastreprogramming. The 8-digitalphanurnericLCD shows everyprogram step in clear language,allowing display in any engineeringuniís and timebase ¡n seconds,minutes, hours, or days. A specialpushbutton sequence permits entryinto the programming, thusproviding security againstunauthorized reprogramming. TheFP85A also has a 4.00 mA or a20.00 mA output calibration signalfor scaling remote readout devices.The front panel of the FP85A israted NEMA-4X/IP65, and thecaptive silicone gasket ensuresmoisture resistance in all mountingconfigura tions.

¿

Shown SmallerThan Actual Síze

SPECIF1CATIONSEnclosure: NEMA-4X (1P65) glass-filledpolypropylene, with silicone rubber{captive} gasket and 8-32 self-tappingblack oxide (captive) screwsDisplay: 8-digil aiphanumeríc dot maírix

Display Ranges: Fíow, 0.01 to 9999.units; 8-digit totalDisplay Accuracy: ±0.1 % of reading±0.03% of lotal readingSensor Accuracy: ±0.2 fpsLoop Resolution: ±5 microampsLoop Accuracy: ±5 mA

To Oróer (Specify Model No.) " ' "" ,* ' ' ''.Modd No. Pnce Description - . - - -Sígnal Condítioning Module . 'FP35A $371Sensors for integral rrmounting hardware)FP8501FP8502FP8503FP8504

216

232

427

448

Programmable module with 4-20 mA and pulse outputs

lounting (requíres FP85NM or FPS5DM integral , . t , ;:

Accuracy =±0.1 fps • - . - . • . . . - . . • ,;., . . , . -. , . ' , ' . ' . " ; • • ; •

y? to 4" pipe, polypropylene body/titaníum shan

5" to 8" pipe, polypropylene body/titanium shaft

W to 4" pipe, PVDF body/Hastelloy C shaft

Ví1 to 4" pipe, all PVDF material

For al¡-p!astic units with PVDF shan, add suffíx ~-AP~ to sensor model numberand add $45 to pnce.Model No. Price . Description ' . ' • • •••• •-' • . • • ' - :":.-•

Integral mounting kit, for mountíng on top of FP85XX sensors .••'-.--•'" ;,'-.;i:-\"'v-¿'.'-

FP85NM

FP85DM

. $46

46

Integra! mountíng withK" NPT conduit ports ' ••

Same as FP85NM, with PG13.5threaded DIN conduit portsUniversal mounting kit, for remote mounting on pipé or wall ' V/, r'-" ' •'•?**.'.• V

FP85UNM

FP85UDM

46

46

Universal mountíng with >f NPT conduit portsSame as DP85UNM, with PG13.5 Ihreaded DIN conduit ports

Comes with complete operator's manual.Orderíng Exampfe: FP85A, signa! conditíoning module with 4-20 mA and pulse outputs,plus FP85Q1A, paddlewheel flow sensor forWor 4" pipe with a polypmpylens body, plusFPB5NM, integra! mounting kit with '/T NPT conduit porí, $371 + 216 + 46 = 5633. Fittingrequired; see pages F-63 and F-64.

F-45

With Símultaneous Frequency and 4-20 mA Outputs

INSTALLATION STYLES(PIPE INSTALLATION FITTINGS ARE FOUND ON PACES F-63 AND F-64)

Panel mount Pipe mourt

SensorWetted Parts:FP8501 A, FP8502A: body: glass-filled polypropylene;shaft: títanium (PVDF optíonal); rotor: PVDFFP8503A: body and rotor: PVDF; shaft Hastelloy C(PVDF optional}

Loop Power:2-wire mode: 17 to 30 Vdc @ 20 mA max3-wire mode: 17 to 30 Vdc @ 68 mA maxCurren! Output: 4 to 20 mA, 2-wireLoop Impedance: 50 0 max. @ 10 Vdc; 100 O max.@ 12 Vdc; 1000 Umax. @ 30 Vdc

FP8500 SenesFiow Sensor

FP85U UniversalMounting Kit conduit ports (2)

FPS5

FP85N/D ;.IntegralMounüng Kit

Integralsensor

. FPB502

Wall mount Integral

Pulse Output: Sensor frequency, optically ísolatedopen-collector transistor, max. current sink 10 mAFrequency Range: 0.5 lo 500 Hz. max.,scalable from 0.01 to 9999 engineering unltsResponse Time: Loop: 100 ms; Display; 1 secOperating Ambient: -15 to 70DC (5 to 158°F)Storage Temp.: -15 to 80°C {5° to 176°F)Shippíng Wt: 0.5 kg (1 Ib) for each itern

Dimensions in mm (in)

30 Vdc

Flow Transmítter

"Top

107(4.2)

107(4.2)

Bottom-Captiva 8-3259lf-tappíng

(4) ' '

-Captivesi! icón e rubber

•:.gasket ., . " •

rSpring-typeterminal.connectors

Side

F-46

OMEGA FP85A Flow Transmitter Instructions90

CAUTION!Rernove power lo unil before wiríng inpul and oulpui conneclions.

1. Loop/System Power Connections

1.1 2-Wire operatíon (For OMEGA FP-5200, FP-5300, FP-6000, FP-850X flow sensors).

A. Ground reíerenced PLC with intemal transminer power supply

PLC4-20 mA Input FP85A

B. Power connection far display use only

Powcisupply FP85A

C. 1 to 5 VDC recorder (Cl), 4 to 20 mA indicóte* (C2), or giound referenced PLC (C3J conneclions wilhout mtemal transmiuer power supply

Recorder1-5 VDC

IndícatorPowersupply Fuse1'

1/BA

4-2U mA

©

^CH(gncí)

CH -

Powersupply

24VDC'

Puse' '+ 1/8A

_[-""~

PLC4-20 mA Input

2500 T

_ , PowerCH • supply(gnd)

CH -

1/GA

rFPB5A

tD 'ED tL:D -CD í

-F

.

+

-

*-20mA

17-30V*

Grv]

f RelGí to máximum loop impedance specif¡canon for mínimum opeíanng voliage lequiraments (secnon 10).* * 1 /8A (use recomrnended (customer supplieü)

1.2 3-Wíre operation [íoi OMEGA FP-2541 llow sansors). ítiis winng is raquired lor powered llow sonsos thai consume morn tlian 1.5 mA DC cunen!.

A. Ground reforcnced PLC with interna] tronsmnier powei supply

PLC4-20 mA Input FPSSA

B. DilfGremial mput PtC with intemal iranamitíGr power supply

FP85A

-i- 1 /4A-O — ^^ i

* — — .......... —

O ""

r,CH

1 —-(-

ffi_'to"EM> 'CD t

_^

h

-

4.30 mA

^T-SW '

Cm

C. 1 to 5 VDC recordeí (Cl) and 4 to 20 mA indicalor (C2) Connections whhoui intemal iransmitleípower supply

Indica tor4 -20 mA^ , C H -

Powersupply

FP85A

D. Power connection íor displny use anly

Powcfsupply FP85A

"Reíer to máximum loop impedance specíficalion for mínimum operaiing voltage requirements (sectian 10)."*!/'! A fuse recommended (customer supplied).

2. Compatible Sensor Connections

2.1 2-WÍre Operation (scc. 1 .T)

FP85A

OMEGA Flow Sensors:

FP8501AFP8502AFP8503A

FP51QO.FP-5200.FP-5300,FP-5000.FPB501A

2.2 3-WIre Operation (scc. 1.2)

FP85A

^ ^]

Frequency In

Sensor Power

Gnd

Frequency In

1

^

OMEGA Flow Sensor:

RedBlack

ShldFP-2541

3. Pulse Output Wiring

FP85A

Pulse Gnd

Pulse Out

ShldRed

Receivínginstrument

FP85A

Gnd. OlherInput instrument

91

4. Installatíon Optíons

4.1 Standard Panel Mount• Panel culout template/inslruclions {included).

4.3 Optíonal FP85NM Integral Mounting Krt• NPT and DIN conduil port kils available.• Cornpalible wilh FP850X flow sensors (only).• Flovv sensor and fitting purchased separalely (see seclion 9).

r

V•

w~ — wlÜH Instrument

panel

4.2 Optional FP85UNM Universal Mounting Kit• NPT and DIN conduil port kils availoble (see section 4.3).• See secíion 9 for ordering oplions.

_iConduit porís

Panel Panel

UJ

Conduit Port Options

DIN Ports NPT Ports

A-J^o °,-A^°"jf* VNT

Blind holtís/ l-I Kr^Rfor DIN conduitconnectors (8) PG13.5 mutric

ihroadud conduiiports (2)

1/2 in. NPÍihrüJdud conduitpons (2)

5. FUNCTIONS

VIEW

CALÍBRATE

Press &hold for

access:

OPTIONS

053

6. VIEW (example)

OChoose:

.r r m- 1 1 * .1

32 . 57gpr'iflow rale

2sH3RLxÍ000 Q

L lPlM^MÍi S

Resetíoble total

2s-oo TotalL5Q990114

Permanenl total

16.4@ nflLoop output

01-12-95Last cal.

, . . .rrl.A i

Change:

OPT10NS =fiD O _ i *-i \- í f

1 . B Press andHvb, hold 2s

2. 00000000

To exit wilhoutchanges:

ras^V^quick

^ / press

Save:

OPTIONS = S

Rst:— —1. Press keys in

sequence

mssm2.Resei? >

(3 Press andH«VS hold 2s

3. 00y00M00

r

7. CALÍBRATE (example)

A.

c.

D.

G.

H.

pniL-'nu' Press keys in sequence ¡TI [TI fT] fr~| to

continué:

Totalizar-CD—-CS—K-total>¿Kt299^3 Kt.29943^,

Totalizer K factor [TirRíTl

4 nfi= xtjyBMM.n,4 mA

setpointOutpiít

20 nfl= >L¡Outpui

-IS—GE}-.LastCal>[itasi calibración

To reiurn loVI£W:

press

02-09-99 01-12-9.5

To restore original valué:

guickpress

Reiurn ioVIEW beforeremoví ngpower

yMenú Functions A - H:A. Sülticis display contrast: 4 lB. Süts ílow uniís tafitn) and limebase (gpm). Flow units label: Aa • Zz. O - 9;

Timtíbase oplions: s=suconds, m^minutes, h=hours, d=days (timebaseeffects flow display and 4 10 20 mA ouiput)

C. Sets flow Kfactor: 000.01 to 99999. (see tuchnicat notes LxilowJD. Sel totalizar units: For label purposus onlyE. Stíts toializer K-factor: 000.01 to 99999. (sea technical notes below)F. Seis 4 mA setpoint (4 mA and 20 mA setpoints are reversible]G. Seis 20 mA setpoirnH, Seis user defincd date

Technical notes:Flow and loralizer K-factors are independent of each olher. These K-faclorerepresent ihe numbíjr of pulses generaled by trie flow sensor for eachengineering unit measured (published in flov/ sensor manual).

8. OPTIONS (example)92

'- "~ 1 • Press keys in sequence fTi (T] [TI fr 1 locontinué:

OChoose:

rrirt

Totallzer

Displayaverging

Decií'ial>[¡Flow display

Outpul-s— ra—fldo20nfl>G

Ouipui

To return toVIEW

V / press

Change:

n Look : o$~\k :pf f^^ l-l1' — ""

rjfiyg: loi/fiug: hi'low= -c=700 ms fjyq ; n-f-f'hi= t-3 s ' - • .-otf=100ms fT] [Tj

-r,

pft^ftF'wh H^/tPiohDecimalposion (T] [?1

D 4,9£( rofi "3,98 nfi4 mA __ _adittíi UJ UG

3.29,00. nfl 29,02 finr 20 mA p—, p—,

adjiíst L=J LÍ-J

To restoro original valuó.

pj1/}>~ qu¡c.k\ press

Save:

-

CBpfW

Press &ho!d

Reiurn toViEW beforernmovínc]powcir

r

Menú Funclions A - E:A. Selacis toializer reset opiions: Loch on («nahltís) or lock off (disablus) thu

VIEW menú totalizar reseí securiiy codu fuaturi; (R5T: -- ).B. Selects display averaging: off = lOOms, low= T=700ms, ¡ii= T=3s (also

aíreos 4 to 20 mA output).C. Selücts display decimal. to .....D. Adjuas 4 mA output: 3.9 to 4.1 mA (overrides 4.00 mA faciory caübration}E. Adjusts 20 mA ouput: 19.3 lo 21.0 mA (ovürrides 20.00 mA factory

caübration)

9. Accessoríes Oder no.

FP85UNMFP85UDMFP85NM

FPS5DMFP850T

FP8502FP8503FP85CHAFP8502AFP8503A

Descriptíon

Universal mounting kit, NPT portsUniversal mounting kit, DIN portsIntegral sensor mounting kil, NPT porísIntegral sensor mounting kit, DIN portsIntegral sensor, 0.5 to 4 inch pipe, Polypropylene body & Titanium rotor pinIntegral sensor, 5 to 8 inch pipe, Polypropylene body & Titanium rotor pin

Integral sensor, 0.5 to 4 inch pipe • PVDF body & Hastelloy C rotor pinIntegral sensor, 0.5 to 4 inch pipe, Polypropylene body & Titanium rotor pinIntegral sensor, 5 lo 8 tnch pipe • Polypropyiene body & Titanium rotor pinIntegral sensor, 0.5 lo 4 inch pipe - PVDF body & Hastelloy C rotor pin

10. Specifícations93

General Dala. Compaiible Sensors:9

Display Accuracy:

Enclosure:• Raling:• Maierial:• Gasket:• Screws:

Display:• Type:• lipdale rale:• Contrast:• Rangas:

FP-8501, FP-5300, FP-5100. FP-6000. andFP-5200 Series (contad engineering foraddilional compatible sensors).Flow, ±0.1 % of readingTotalizers, ±0.03% of reading

NEMA 4X/1P65Glass-filled polypropyleneSilicone rubber (captive)8-32, self-tapping {caplive)

8-digii alphanumeric dol malrixFlow=1s. Totalizers=lOO mSVariableFlow, 0.01 lo 9999.Reseltable/permanent iotalteers, O to99999999Loop curren!. 3.90 lo 21.00 mA

Dimensions:

JT£ O MEGA

FP85A HowTransmitier

EES

EnvíronmentalOperaling temperatura:Storage temperalure:Relative humidity:

- !5 to70 D C(5 to158°F ]-15 lo80°C(5 to176 a F)O to 95%, non-condensing

107 mrn(4.2 ¡n.

(front vievv)

30mm(1.2 in.)

107 mm(4.2!n.)

Agency Approuals• CE• Manufacturad under ISO 9001

Electrícal Datarrequcncy range:Loop/System powar:

Sensor power:

•fLoop:• Impedance:

• Accuracy:• Resolution:• Updale rale:

Outpuls:• Current:• Pulse outpul:

0.5 Hz lo 500 Hz{2-wiro moda) 1 7 to 30 VDC @ 20 mA max.(3-wire moda) 1 7 lo 30 VDC @ 68 ni A max.(2-wire modt¡) 5 VDC @ 1.5 mA mnx{3-wirt! mode) 5 VDC @ 20 mA max

1 Hmax. @ 17 VDC.300 n max. @ 24 VDC.600 n max. @ 30 VDC±0.050 mASHAlOOms

4 lo 20 mA {adjuslable & reversible)Sensor írequency. optically isolaledopen-colleclor transistor, max. currení sink10rnA@30VDC

36mm(1.4 in.)

(side view)

11. Troubleshooting

Display Message

OUERAgpn

K=@error

2s- Chec-k -iU Setup-2s

Cause

1) Input frequency too high2) Display overrange3) Display timebase loo large

K-Faclor cannot be zero

Memory corrupted

Soiulion

1) Reduce ¡nput írequency.2) Move display decimal to right in OPTIONS menú.3} Change display timebase (H.M.S.D) to smaller valué

{e.g.LPH to LPM).

Change K-Factor to a non-zero valué.

Press 1 i lo reslore normal operaíion. Setlings will revert loTactory default. Recalibration ¡s required.

94

November 2000

National Semiconductor

LM35

Precisión Centigrade Temperature SensorsGeneral DescriptionThe LM35 series are precisión integrated-círcuit temperaturasensors, whose output vollage ¡s linearly proportional to theCelsíus (Centigrade) lemperature. The LM35 íhus has anadvantage over linear temperature sensors calibrated ¡n

Kelvín, as the user 3s not required to subtract a largeconstant voltage from its output to obtain convenient Centi-grade scaling; The LM35 does not require any exlernalcalibratíon or trimming lo provide íypical accuracies of ±VTCat room temperature and ±y4*C over a full -55 to -MSQ'Ctemperature range. Low cost is assured by trimming andcalibratíon at the wafer level. The LM35's low output imped-ance, linear outpuí, and precise ínherent calibratíon make¡nterfacing to readout or control circuitry especially easy. Ucan be used with single power suppües, or wííh plus andminus supplies. As U draws only 60 uA írom its supply, U hasvery low self-heating, less than 0.1 'C in still air. The LM35 israled to opérate overa -55' to +150'C temperature range,while the LM35C ís raled for a -40" to +110'C range (-10"with Improved accuracy). The LM35 series Ís available pack-

aged in hermetic TO-46 Iransistor packages, while IheLM35C, LM35CA, and LM35D are also available in theplástic TO-92 Iransisíor package. The LM35D is also avail-able in an 8-lead surface mounl small oulline package and aplaslic TO-220 package.

Features» Calibrated direcíly in ' Celsius (Centigrade)« Linear* 10.0 mV/'C scale factor« 0.5'C accuracy guaranteeable (at +25'C)• Rated for full -55' to +150'C range• Suítable for remote appücalions• Low cost due to wafer-level trimming• Opérales from 4 to 30 volís« Less than 60 pA currení drain• Low self-healing, 0.08'C ¡n slill air• Nonlinearity only ±1/TC typical• Low impedance oulput, 0,1 n for 1 mA load

ooen"O"TICDn

O<D

(Q—EoíQ.CD

O)

3T303— \3

CD

O)

C/3

o-(fí

Typical Applications-i-Vi

VOLII

OUTPUT

FIGURE 1. Basic Centigrade Temperatura Sensor(+2*Cto-M50'C)

Choose R] = -Vs/50 pA

V 0uT=-t-l,50Q mV at -t-150'C= +250 mV at +25'C= -550 mV at -55"C

FIGURE 2. Full-Range Centigrade Temperature Sensor

© 200Q Nallonal Semiconductor Corporation DS005516 wvAv.nailonal.com

95

Connection Diagrams

TO-46Metal Can Package*

SO-8Small Ouiline Molded Package

-N.C.

-H.C.

-N.C.BOTTDM VIEW

DS005516-1

'Case is conneded lo negativa pin (GND)

Order Number LM35H, LM35AH, LM35CH, LM35CAH orLM35DH

See NS Package Number H03H

TO-92Plástic Package

N.C.—

GHD —

N.C. = No Connection

Top ViewOrder Number LM35DM

See NS Package Number M08A

TO-220Plástic Package*

Order Number LM35CZ,LM35CAZorLM35DZ

See NS Package Number Z03A

OLM

35 DT

L V

'Tab is connected lo Iha negativo pin [GND).Note: The LW3SDT pinout is dilfefent than the disconlinued LM35DP.

Order Number LM35DTSee NS Package Number TA03F

www.national.com

96

Absoluta Máximum Ratings (Note 10)If MÍIitary/Aerospace specified devíces are required,please contactthe National Semiconductor Sales Office/Dístríbirtors for availabiüty and specificaíions.

Supply Vollage +35V to -0.2VOutpu t Voltage +6V to -1 .OVOutput Current 10 mAS tora ge Temp.;

TCM6 Package, ~60'C to +180'CTO-92 Package, -60'C to +15Q'CSO-8 Package, -65'C to +150*CTO-220 Package, -65'C to +150'C

Lead Temp.:TO-46 Package,

(Soldering, 10 seconds) 300"C

Electrical Characteristics(Noles 1, 6)

TO-92 and TO-220 Package,(Soldering, 10 seconds) 260'C

SO Package (Note 12)Vapor Phase (60 seconds) 215'CInfrared (15 seconds) 220'C

ESD Susceptibiliíy (Note 11) 2500VSpecified Operatíng Temperature Range: TMIN to T WAX

(Note 2)LM35, LM35A -55*C lo +150'CLM35C, LM35CA -40-C to +110*CLM35D O'Clo+100'C

Parameter

Accuracy

(Note 7)

Nonlínearity

(Note 8)

Sensor Gain

(A vera ge Slope)

Load Regulation(Note 3) 0<IL£1 mA

Line Regulation

(Note 3)

Quiescent Current

(Note 9)

Change of

Quiescenl Current

(Note 3)

Temperature

CoefficíenL ofQuiescent Current

Mínimum Temperature

for Rated Accuracy

Long Term Stability

Condftions

TA=+25'C

TA=-10'C

' A= ' MAX

TA=TMIN

~ MIN^ 1 A-~MAX

' MIN^I AsTMAX

TA=+25'C

T MIN- 1 A^TMAXTA=+25'C

4VáV S<30V

Vs=-f5V,+25'CVS=-Í-5V

VS=+30V,+25'C

VS=+30V

4V£VS£30V, +25'C

4VSV S£30V

In circuit of

Figure 1, IL=0

T J=TMAX. for

1000 hours

LM35A

Typical

±0.2

±0.3

±0.4

±0.4±0.18

-t-10.0

±0.4±0.5

±0.01

±0.02

56

105

56.2105.5

0.2

0.5

+0.39

+ 1.5

±0.08

Tested

Limrt

(Note 4)

±0.5

±1.0

±1.0

+9.9,

+10.1

±1.0

±0.05

67

68

1.0

DesignLímit

(Note 5)

±0.35

±3.0

±0.1

131

133

2.0

+0.5

+2.0

LM35CA

Typical

±0.2

±0.3±0.4

±0.4±0.15

+10.0

±0.4±0.5

±0.01

±0.02

56

91

56.291.5

0.2

0.5

+0.39

+1.5

±0.08

Tested

Limrt

(Note 4)

±0.5

±1.0

±1.0

±0.05

67

68

1.0

Design

Limit

(Note 5)

±1.0

±1.5±0.3

+9.9,

+10.1

±3.0

±0.1

114

116

2.0

+0.5

+2.0

Units

(Max.)

'C

"C

'C

'C

'C

mV/'C

mV/mA

mV/mA

mV/V

mV/V

MA

MA

MA

MA

MA

MA

uA/'C

'C

'C

CJCJi

www. na tí onal.com

97

Electrical Characteristics(Notes 1, 6)

Parameter

Accuracy,

LM35, LM35C

(Note 7)

Accuracy, LM35D

(Noíe 7)

Nonlinearity

(Note 8)

Sensor Gain

(Average Slope)

Load Regulation

(Note 3) 0<IL£1 mA

Lina Regulaíion

(Nole 3)

Quiescent Current

(Note 9}

Change of

Quiescenl Current

(Note 3)

Temperature

Coefficienl oí

Quiescent Current

Mínimum Temperaíure

for Ra!ed Accuracy

Long Term Slabilily

Conditions

TA=+25'C

TA«-10'C

T A="^"MAX

T A= I WIN

T A=+25'C

I A= I MAX

TA="^MIN

T MIN-TA¿TMAX

T MiN-TAáTMAX

TA=+25'C

T MIN- ' A-"^WAx

TA=+25'C

4V<V S£30V

V S=+5V, +25'C

VS=+5V

V S=+30V, +25'C

V S=+30V

4V£VSS30V, +25'C

4VáV SS30V

In circuit of

Figure 1, |L=0

Tj-TMAX,for

1000 hours

LM35

Typtcal

±0.4

±0.5

±0.8

±0.8

±0.3

+10.0

±0.4

±0.5

±0,01

±0.02

56

105

56.2

105.5

0.2

0.5

+0.39

+1.5

±0.08

Tested

Lim'rt

(Note 4)

±1.0

±1.5

+9.8,

+10.2

±2.0

±0.1

80

82

2.0

Design

Límit

(Note 5)

±1.5

±0.5

±5.0

±0.2

158

161

3.0

+0.7

+2.0

LM35C, LM35D

Typical

±0.4

±0.5

±0.8

±0.8

+0.6

±0.9

±0.9

±0.2

+10.0

+0.4

±0.5

±0.01

±0.02

56

91

56.2

91.5

0.2

0.5

+0.39

+1.5

±0.08

Tesíed

Limit

(Note 4)

±1.0

±1.5

±2.0

±0.1

80

82

2.0

Design

Limií

(Note 5}

±1.5

±1.5

±2.0

±2.0

±2.0

±0.5

+9.8,

+10.2

±5.0

±0.2

138

141

3.0

+0.7

+2.0

Units

(Max.)

"C

'C

'C

'C

•c•c•c'C

mV/'C

mV/mA

mV/mA

mV/V

mV/V

pA

MA

uA

pA

pA

pA

uA/'C

'C

'C

Note 1: Unless olherwise noled, these specificalions apply: -55'CáTjS+lSO'C íar the LM35 and LM35A: -40'£Tj£+110'C for Ihe LM3SC and LM35CA; and0"íTjá+1QQ*C for Ihe LM35D. V5=+5Vdc and li.oAD=5n PA, in the circuit oí Figure 2. These specificalions also apply from +2'C lo TMAJÍ in the circuít of Figure 1.Specifications in boldface apply over Ihe full raled temperature range,

Note 2: Thermal resislance of the TO-46 package is 400'C/W, ¡unction to ambienl, and 24'C/W junction to case, Therma! resisíance of (he TO-92 package ¡s180'CAV junclion to ambienl. Thermal resistance of Ihe srnall outline molded package is 220'CAV ¡unction to ambíenL Thermal resístante of the TO-220 packageis 90'CAV junction lo ambienl For additional thermal resistance information see table in the Applications section.

Note 3: Regulaíion is measured al constan! junction tempefBlure, using putee festíng witíi a low duty cycle. Changes in oulpul due to heating effects can becomputed by multiplying the ntemal díssipatfon by the thermal resislance.

Note 4: Tested Limits are guaranleed and 1CO% tesled ín production.

Note 5: Design Limits are guaranteed (but not 100% prcduction tested) over tba índicated temperature and supply voltage ranges. These limíts are noí used tocalcúlate outgoing quality levéis,

Note 6: Specífícations In boldface apply over the MI rated temperature range,

Note 7: Accuracy Is defirted as the error between the output voltage and 10mv/"C limes the devlce's case lemperature, al specifíed condilions of vohage, current,and lemperature (expressed In *C).

Note 6; Nonlínearity is deííned as the deviel'ion of the output-voltage-versus^mperature curve from the best-fit straight Une, over the devica's rated temperaturerange.

Note 9: Quiescent current is defined Ín the circuit of Figure 1.

Note 10: Absolute Máximum Ratings Indícate limitsbeyond whtch damage to the devíce may occur. DC and AC eléctrica! specifications do not apply whenoperatingthe device beyond ils rated operalíng conditions. See Note 1.

Note 11: Human body mode . 100 pF discharged through a 1.5 Ríl resistor.

Note 12; See AN-450 "Suríace Níounting Wethods and Theír Eflect on Product Reliablity" or the section titled 'Surface Ntount" found ¡n a current NationalSemiconductor Linear Data Book for other methods of soldering surface mounl devices.

www.natiofiat.com

98

Typicai Performance Characteristics

Thermal Resisíance Thermal Time ConstantJunction to Air

S (L1 V¡2 iec V

S 100 —

-

, T D-4fi

^•= ^«S -~~.rf

0 400 BOO 1200 1GOO 20

AIR VELOCITY (FPM)

DEOOÍJ516

Thermal Response ¡nStirred Oil Bath

:* 1DO

3 80

¿ 60•x.

ot-

o

. I7^i

X

t

X"0-J

xX

I -

^TQ-92

.•"''

-20 I ' ' ' ' ' ' '

0 2 4 6

TIME [SECÓNOS]

DSQOaMS

Quiescent Currentvs. Temperature(In Circuit of Figure 2.)

ZOO | , , 1 , 1 , , i 1

160 -

es

5 100 -CJ

•3 80 -a

60 •*y X

XX

Xf

x,

w 30t-

§ 20o

1 10

^=0 ' ' — ' — 1 — ' ' — ' — '• — ' — '

0 400 800 1200 1600 20

00 AIR VELOC1TY (FPM)

DS0065I6

•25

Mínimum SupplyVoitage vs. Temperature

4.Z

„ 4.0—

g 3.6o 3.4

0-

S 3.0

2.aZ.5

a

Accurac(Guaraní

2.Ü

_ I-5

£ 1.Ü

« 0

1-0.5

-1.5

-2.0

.

^^

p^f^TYPlCAL

Tí PICAL- — V-

Ü5^y4ñYr^TYPICAL

_ _ .

i r *' i

-

f5 -25 25 75 12S TJ

TEMPERATURE (°C)

DEOOMIfl-

/ vs. Temperatureeed)

T-£***^^í^*^Tj^tf"^ t<^-r^ —

-75 -25 25 75 1Z5 175 TEMP

TEMPERATURE («CJ

DS006616-31

1LM35

.'uiltíif*1'

^-¿^T

^"

^T^SS^

^Tr™riXr— r^fn] LM35

Thermalin Still A

120

? 100

3 BO;»

< M

S 40CD

S 20

I o

-26

Quíescetvs. Temp(In Círcu

15a

140

1 120

S IDOIC

I 80

S 60CJ

¡2 40

0 20

5 0

a

Accurac(Guarant

2 5

2.0

cr 1.5

te 1.0o

2-0.5

|-1.0

£-1.5

Responser

y/i^rs*

2 4 6 B

TIME (MINUTES)

OSOW6 16-27

it Currenteraíuret of Figure 1.)

Xx x

J?X

75 -ZS 25 75 1Z5 175

TEMPÉHATURH ['CJ

DSOOSSIfiCO

/ vs. Temperatureeed)

L

' [ '

^ [ i j 1

'1 1

,'

^>'TÍPICA

^t^1(

1

-LM35D-

ÍLM33C-

LM35CA

fv1 !

ILMaSCA"

LM35C-1 l

~LM35D~I I

5 75 125 175 -75 -25 ?5 75 125 175

ÍRATURE(°C) TEHPEMTUH£(-C)

DEOC65 18-32 DS0065)fW3

CJCJ1

www.nalional.com

99

A2.2 TARJETA DE ADQUISICIÓN DE DATOS.

Low-Cost Multifunction 1/0 -100 kS/s, 12-Bit, 8 Analoq Inputs* *j i

100

E03U.OO

1200 FamilyPCI-1200DAQCard-1200Lab-PC-1200Lab-PC-1200AI . 'DAQPad-1200

Analog Inputs8 single-ended, 4 differential channelslOOkS/ssamplíngrate • ".'12-bit resolulion

Analog Output(not FOT Ub-PC-1200AI)2 channels, 12-bít fBsolutlon

Digital iyo24 (5 V/TTL) Unes in S-bit ports

Counter/TímersThree, T6-bit resolution

TríggeringDigital

Dríver SoftwareNI-DAQ

Windows 2000/NT/9xMac OS"..: .. ..*not for ail hardware, • . •referió page 192 i .

Application SoftwareLabVIEVV . . .

• LabW¡ndows/CVICo mp one n tWorksVirtualBench 'MeasureBridgeVlEWLookout

Calibration Certifícate Included!(refer ta paga 216)

eAOCcícFttSO • HBíSsseBsíSFH

Make sure you consíder our

new low-cost 12-bit E Series

producís - referto page 239.

Bus

PCI. PCMCIA. ISA. Parallel Pon

Analog

Inputs

B SE/<1 DI

Resolutton

12 bits

SarnplírKj

Rale

IDOkS/s

Input

Ranqo

up lo rS V

Analog

OutputS

2'

Resolutíon

12 bits'

Output

Rata

ns/s1

Output

Range

»5V

Digital

1/0

2*(

Counter/

Timéis

3. 16-bii

Triqqers

Digital

O"CJ

Table 1. 1200 FamNy Channel, Speed, and Resolution Specifícatlons frofCT to page 314 íor more detailed spocíficalions)

OvervíewTho 1200 Family dcviccs are low-cost, multifunction I/O devices

with up to 100 kS/s, 12-bit performance on 8 single-ended or

4 difíorential analog inpuís. The 1200 Family features digital

íriggering capability; three 16-bit, 8 MHz counter/timers; two

12-bít analog oulputs; and 24 digital I/O unes. The 1200A! does

not include the two analog outputs.

HardwareAnalog InputThe 1200 Family has eight single-ended or 4 differential 12-bit

analog input channels. The voltage input range ís software

programmable for 0-10 V (unipolar] or ±5 V (bipolar). A

software-programmable gain amplifier has gain selections of

1,2, 5.10, 20, 50. orí 00.

The single-channel sampling rate of the ADC ís 100 kS/s. The

PCI, DAQCard, and Lab-PC versions can sustain this rate, but the

DAQPad cannot. The sustainable data transferrate toa standard

PC parallel port Ís 25 kS/s (depending on your computar). If you

need an externa! solution with faster sampling, consider

the DAQPad-6020E for USB, (100 kS/s, page 241) and the

DAQPad-6070E for IEEE 1394 (1.25 MS/s, page 226). When

scanning múltiple channels, the máximum sampling rate for all

1200 family producís is 83.3 kS/s al a gain of 1.

Data acquisiüon wiih ihe 1200 Family devicos ¡s availablo in

three modos: 1) continuous acquisiüon of a single channel.

2) multichannel acquisition with continuous scanning, or

3) multichannel acquisition with ¡nterval scanning with a

resolulion of 1 ps.

The 1200 Family devices nave two

hardware triggering modes - pretrigger

mode and posttrígger mode. In pretrigger

mode, the device collects samples until a

trigger is received at the extemal trigger input.

and then continúes to collect a specified

number of samples. In posttrigger mode, the

device coliects a specified number of samples

afterit receives a trigger.

Analog OutputThe 1200 Family has two double-buffered

12-bit DACs that are connected to

two analog output channels. You can

independently configure each channel

through software for unipolar (0-10 V) or

bipolar (±5 V) operation. The resolution of

the 1 2-bít DAC is 2.44 mV in both polarities.

ACIK!

ACHZ

ACIM

ACIIti

/ISEIíSE/AIGNU

f-C.HO

DCND

BM

RU

W5

ff.1

PB1

PB3

pesFB7

PCI

PC3

PC5

PC?

tXTWDAIt'

CUIBO

coretCLKB1

GflBZ

-5V

1

3

S

7

9

11

13

15

1719

Zl

2Z252125

3133

35

37

39

•M

-13

1S

1?

49

2

1

6

a10

12

H

IB

IB

20

222426n30

K3*3638

40

«

44

18

«

50

ACIUADU

ACH5

ACHÍ

DACOüUT

DAClOtíT

W3

»Z

FM

r^oroa

PKPB-1

PB6

peopezPC4

PC6

EXTTR1G

EXTCCMV

cmocamOUIBI

CL:<fl2

OCHO

Figure 1 . 1 2OO Famífy

I/O Connector

250 National Instruments ^^^ '»'-'»=":"^^=^»^-=-Tel: (512) 794-0100 • Fax: (512) 683-9300 • [email protected] • www.nl.com

101

Low-Cost Multifunction I/O -100 kS/s, 12-Bit, 8 Analog Inputs

Figure 2. 1200 Family Hardware Block Diagram

Self-Calíbration

The analog inputs and ouEputs of the 1200 Family have self-calibration circuito/ {o corred for gain and offset errors. You can

use the permanently-stored factory calibration constants or store

additional sets of constante for different operaling condilions ¡n

the user-modifiable section of an EEPROM on the device.

Digital I/O

íhe 1200 Family devices have 24 digital I/O lines that are 5

V/ÍTL compatible and confígurable as threñ 8-bit ports for input,

output. bidirectional, or handshaklng modes. The digital output

porls of the 1200 series can sink 2.5 mA on each une.

Counter/TImerThe 1200 Family uses two 82C53 counter/timer integrated

circuits, each coníaining threo independent 16-bit counter/timers.One 82C53 ¡s dodicated for A/D and D/A timing. The three

counters on the other 82C53 are available for general time-relatedfunctions, such as clocJí output, pulse oulpul, and evcnt

counting. Of Lhese three counters. one may be required for

timing of analog I/O, and one has a built-in 20 MHz source dock.

1/0 ComedorThe I/O connector is a 50-pin male ribbon cable connector

diagrammed ¡n Figure 1. ACH <0..7> are eight anaJog inputchannels. DACOOUT and DAC1 OUí are íhe two analog output

channels. EXUPDATE, EXTCONV and F.XTTR1G are TTL linesthrough which you can externally control analog I/O.

CLKB<1..2>, GATB<0..2>( and OUTB<0..2> are the dock, gate,and output of the user-avallable counters. PA<0..7>, PB<0..7>,

and PC<0..7> are the three 8-bit digital I/O ports.

DAQPad-1200 Parallel Port InterfaceThe DAQPad-1200 includes a 1 m parallel port cable with two

25-pin D-Sub connectors. The DAQPad-1200 rear panel includes

two parallef port connecíors, Port A for connection to the PC

parallel port, and Port B. for transparent pass-through

connection to any other standard parallel port device.

DAQPad-1200 Power

The DAQPad-1200 is powered by any 9 to 42 VDC source. With

the AC adapter unit included, you can power the DAQPad-1200

from any standard 120 VAC or 230 VAC source.

The optlonal BP-1 rechargeable battery pack ¡s the same size

as the DAQPad-1200 and powers it for n hours. The charger unitincluded with the BP-1 is not CE certifíed.

BNC and Breadboard Accessories

The BNC-2081 accessory has labeled BNC connections for theanalog signáis of the 1200 Family. The SC-2071 and SC-2072 are

breadboard accessories with labeled and numbered screwtermináis, respectively; the 1200 device must be in single-ended

mode to use the SC-2071.

""%£r Makesureyou consider ournewlow-cost E Series•S^—iii-' producís-referto page 239.

Ordering Information1200 Family

PCM200andNI-DAQfor

Windows 2000/NT/9x 777386-01

Mac OS 777097-01

DAQCard-1200 and NI-DAQ forWindows 2000/NF/9x 777087-01

Mac OS 777087-02Lab-PC-1200 777227-01Lab-PC-1200AI 777292-01

DAQPad-1200 fof Paraltel Pon with AC adapter

U.S. 120 VAC...,. 776895-01

Universal Euro 240 VAC 776895-31United Kingdom 240 VAC '....776895-06

Incfudes NI-DAQ for Wndows 2ÍXXVMT/9x on CD unfess orhembe ncted

Setípages 192 iind 210 /cr more ctetaib.

BP-1 rechargeable battery pack with charger

120 VAC 776896-01240 VAC 776896-31BNC-2081............ ;.... ; ;.776599-90

SC-2071 t , 776358-91

SC-2072 .776358-92

Example ConfígurationsFVTÍÍJ12CO

12COAI

DAQBoinlPCI-1200

DAQOd.12CGLab-PC-1200UI>PC-12COAI

DAQPad-1200

Cable {paqe 297} •NB1 (18052 -10)

PR50-50r(18a7D9-Dl)NB1 (18052400)NB1 (IBOSZMO)NB1 (150524-10)

Accessorf f paqe 292]CB-50LP (777101-01)

CB-5DLP (777101-01)C8-50LP (777101-01)CB-SOLP (777101-01)CB-SOLP (777101-01}

oo-ncu3

cu

o.Q

For more detoited cabje ancí occessory optícns, re/ef to'pages 28S-299,

:¡:i National Instruments 251Tel; (512) 794-0100 • Fax: (512J 683-9300 • ¡[email protected] • www.ni.com

Specífications

102.

Erau.oo

co

o*xra

O

iÍ¿SH£&ih

•|»grnsíK!¡:«:5Í:H

•¡••«u-;;-í¡H:HÍí;;í-

ííí«:;

1::::H

Tllese specifeations are typícal al 25 "C un'ess otherwtse stated.

Analog (nputInput Characteristics VNumber oí chonnefs ..,.'... ' 8 single-e.nded, or 4 differentíal.

. software selectab'eType of ADC , ~. SuccessJve appraxímalKWiResotutian ..i 12.bit5.1 ín 4.096Máximum sampllna, rate . •

PCI. DAQCard, Lab-PC,: , „.... .100 fcS/sDAQPad , '. 100 kS/s'to flr~O: 25 kS/s Eo PC wilti

standard Centronics pon

InputsignelraiKjes

Caín(Software SelecUble)

125102050100

Range(SoftwareSdectable)

BipolaríSV

12.5V±1V

±500 mVi250 mV±100 mV±50 mV

UnipolarO to lOVOloSVOlo2V0101 V

0 [o 500 rnV0 lo 200 mV0 lo ICO mV

Input coupüixj— DCMawmum worUng voliage

[s'cjtiíil * corraion modo) ln difeentiiJ cr NRS£ mode. (he negotiw

(bpotor) or -5 to 2 V (unipolar) oí ACNDe*cept íor iha DAQC.urd-12CO. wlHS'tí rtitívaVits tifft 16 V (bipolar) cnd -6 to 2 V(unipobr). llití pos-tivü input shoutíremnin witílin -5 V |Q ti O V of AGND. Far(luí DAQCard-1200 Vi RSE moctó. tho

input signa! «fiícncna to AGND shau'dramoVí withín ¿5 V(b'ppol«0 cvOla 10 V(unipolar).

OvavcJtnc/í protcctiocíPCI. DAQCard. üiü-PC j-,35 Vpowsiedon. ,t25 V powered ofTDAQPad i-)2Vpaworcdon, *15 Vpowerod al)

InptitsprotcCtRd ACH<0..7>

PCIDAQCordInfrPCDAQPad

Dala iransfersPCI, Lat>PC ........ -.,..DAQCard, DAQPod

DMAmodesPCI ......................Ub-PC ................

Transfef CharactensticsRdalive occurocy. ._ ..........

DNL

Mo mfesíng codes..Orftet error

4.096 samplfs

1.024samplcs512satnp!es2,048 sompies

DMA. fntearupts. pfogrammed I/OInterrupts, programmed I/O

Scatter-gatfierSiogltí transfer

AvaHabte

±0.5 LS8 tyf¿ca\.±1.5 tSB max undliheredti LSB mox

12b'ts. guaranteed

Error

Pregain

Postgain

After caltbrationBofore calibrationAfter callbration

Befcre calibration

PCI, DAQCanJ, Lab-PC

iTQpVmax±20mVmax

±1 mV max±200 mV max

DAQPad

±5 jíV maxi15 mV max±360 pV max±150 mV max

Goiti error (rdfltíve (o caSbrotton fAfter caJibrsl'on -BefbrecaÜbratton

Amp I i fT er Characted stfcs

Input biüs cunentPCI, DAQCard, Lab-PCDAQPad

Input otfset curreni

±2%ofrea<íngma)c

±1COpAi200pAilCOpA

Input impedatv:!» . .Normal poweredon ICQGOin paraKel witti SO pF

Poweredoíf..._ 4.7JornalOverfcnd... 1.7 kQm'n

CMRR v

Djnarm'c CharacteristicsBandvvidtn fanall slqnai -3

Galnlio 10

2050100

PCI. DAQCard, Lat>-PC

250 kH¡150KHZ60 kH/

30 KHi

DAQPad

400 kHz200 kHz80 kH/

40 kHztime (cr futl-scate sleo

Caín1

2101020

50ICO

Accuracy ±0.024% (±1 LCB)PCI, Lab-PC

VS tvpícal/iis mas10/1413/16

15/1927/3460/80

DAQCard[is typical/iis max

-y 10-/1012/15

25/3060/80

DAQPadgs max

2525

252560

Syitcm nofca (¡ncludino, qunntUailon oror] fn LSf ^

Caínlio 50

100

PCI, DAQCanf, Ub-PCDítiief Off

0.30.5

DítherOn0.50.7

DAQPadDithercm

0.30.6

D'rther Dn

0.60.8

StabiÜtyRecommctxied wnrm-upi¡nit¡.

jtlOOfiV/'C

HOppm/'C)50ppm/'C

Analog Output owtror Lab'PC-i200Ai)Outpot Characteristies

DNL

Monotonicity

Offset errorAfttifcaiírnfonBefcre calibratían

Goin error (rdotive to iniernal reference)

iferod. muitíplyíngtnlfirruptó. ryogfflmmid I/O

rO 25 LSB íypcu!. ±0.50 L50 max

j0.50l.Se lypteoí, ±1.0 LSB max(DAQCarci)10.25 LSB tyffal ±0.75 LSB maxiO.50 LS8 typtoJí. ¿0.9a LSB max(DAQCord)12 bits, guarantijed

i0.2 mVmax; i0.5 mVma* for DAQCard1 50 mV rrajjc ±75 mV max fot DAQCoíd

Before aiílbratiotl

Voltage OutputRanges , ,.Output coupling

. Otilpul impedance

Cucrenidrive...

Prctedíon

0.02% ofreMing mox (DAQCartí)±l%cf read'ngmax±2% of reedVig msx (DAQCnrd)

0 [o 10 V i5 V software sefedobteDC . .O.E Q typical0.5 O typtajl fDAQCard)±2 mA1 mA max per channe! (DAQCard)Short tírcuíi to ground80 mA mcmentary short-creu't prctectionto ground (DAQCard}

314 National Instruments ^™™K^-—<^—-^Tel: (512) 794-0100 - Fax: (512) 683-9300 • ¡[email protected] • www.ni.com

103

Specifications

1200 Family (cont/nued)Power-on state

PCI, DAQCord. baWC , - OVDAQPod..t; ........ „.:..._ O V blpolar'móde, 5 V unipolar mode

Dynamic CharacteristicsSettfing time to fu»-scnte range (FSRJ

PCI, Lab-PC.- 5 \is toi! LS8DAQCard ., ,.,„ 20^510*1 LSBDAGPod.. ,..:.; .6psto±l LSB

StabílrtyOifect temperatura coefficieot

PCI. DAQCafd. Ub-PC : *50 j¡V/*CDAQPad ; „ ±80 uV/"C

Gañí temperatura coeffioentPCI, DAQCard, Lab-PC ..... „... ±3Qppm/'CDAQPad.., ±10ppm/'C

Digital I/ONumber cf channeís.. 24 I/O (three 8-bít ports; uses the

82C55A PPIJ

Dígita! kxjc tevfiteLevelInpuiíowvaltageInput hÍQh voltaqcQutputlowvoIugeO^Outpul high voltagc (ID

< - 2.5 mA)u-2.5mA)

... 5V/TTL

Mínimum-0.3 V2.2 V

3.7 V

Máximum0.8 V5.3 V0.4 V

HanastiiiJting....Powcr-on sintc „

Dotntronsfnrs..

Timíng 1/0Number d chutineís..

ResatulionCompitíbHfty ...

Bnsecbck «voiVibVíBns« cbrJt occtiracyMaámum source írequencyMínimumsouitM pulse dufation..Mínimum Qaie putea dijrotíon .Digital tocj'c luvefe

2 wire, 2 por tsInput•O 5 lo 5.5 V powfired on.•iO.5 V powtíiod ofíInttüTUptü. programmed I/O

3 counlL-r/tfmcrs (u«s two 82C53 STCs)•0.5 Vio 5.5 Vpowtíreooa iO.S V;pOvv«Wl Ofí16 bus5 V/TTl, counfer guie and dock inputs arepuifed up wiih 100 MI onboard resístors2MHz

8MHz60 ns50 ns

LevelInpuilowvoliageInpLit hiahvoluiQeOulput bwvoltage(\* 2.1 mAfor PCI, Ub-PC)Oom = -1 mA for DAQCard, DAQPad)Oulput híghvoltage(1 » 0.92 mA for PCI, Lab-PC)('«A - 1 mA for OAQCard, DAQPad)

Mínimum-0.3 V2.2 V

3.7 V

Máximum0.8 V5.3 V

Q.45V

Data transfer,. ,*„ .„ , ,.,. .. ..u....u .... jntefrupB, programmed I/O

Digital TriggerCompírtibHJty ....... , .......................................... 5 V/T7LResponse.. ........ .,. ......... ................... _. RísVig edgePutee wrdtti ......... ....;....„...„„.„;„., ............. ... 50 re mn

Bus Inte rf a cePCI ...... ......... ,. — ,..¿ ..... ; — '.; ..................... Moster, síuveDAQCairi, Lsb-PC. DAQPad...;!.,' ................ Siove

Power Requírements^5 VDC (±5%)

PCI .................... i ....................................... 425 mADAQCard ........................................... ...... 150 mA. 50 mALub-PC ................................................... 185 mAUb-PC-1200AI ..... i .......... ......................... 150mA ' .

+ 12 VDCDAQPüd ............ . ............................... . ..... 250 mA •

Power avallobttí at I/O connector. .................. * 4.65 tu >5.25 V. 400 mA fused->5 VDC, 500 mA pAQCaid)

PtiysicalD-mensfens

PCI, Ub-PC .......... _ ........ ...................... 1 7.5 x 10.G on (6 9 by 4.2 In )DAQCaíd .................................................. [>pc U PC CardDAQPnd .................................................. 1^.5by21-3by3.8cm

{5.8byQ4byl5¡n)Ufeíght

DAQPod.'.... .......... . .............................. 0.77kg(1.71b]t/Oconnectors..^ .................. . ......... . . . . 50-p'nrrmtaPoralleport connector

Type ................................... 2 /emakí 25 pin D-Sub. £PP urxJ SPP

NiOO~ncu

. Throughpul ........................................... 18Qfcbyius/i(EPP), ^1 VbytcVs (CwHronca)

Environment:.pperotíng temperature ................................. Oto 50 'C, DAOCurd dxiuld not excutid

; 50 'CwrA; Vi PCMCIA MntStQ'fugeteíTiperíitLire... ............................ . -20 lo 70 'CRtíative hüin'dity .................... ..... 5% lo 9

BP-1 RechargeableBatteryPackOutput-... ............... '. ............................... 12VDC.3.2AÍ1'.Run.iflie v/ith DAQPad ........................... „. 5 ti teoded ai 350 mA from +5 V 1/0;

1 1 ti untoadod,.. ........................ „ ................. 1 4.6 by 21 .3 by 3.8 cm

(SBt¡y8..ibyl Sin.)........................................ 1 .92 Jig (4.2 Ib)

Certifícations and Complíancesr

CE Mark Complíance Cí

^The charger incfuded whh the BP-1 fs not CE compüant.

oO)

sri>oJQ

o=3

^7n«!rrw»»íf:

315

Tel: (512) 794-0100 • Fax: ¡512) 683-9300 • [email protected] • www.nt.com

A N E X O S .

MANUAL DE USO.

PROGRAMA DE CONTROL

PLANTA DE POTABILIZACION DE AGUA SALINA.

105

A N E X O S .

PROGRAMA DE CONTROL

PLANTA DE POTAB1LIZACIÓN DE AGUA SALINA.

MANUAL DE USO.

A3.1 INTRODUCCIÓN.

El manual de uso que se presenta a continuación, corresponde a un

programa de control automático desarrollado para funcionar con la planta de

potabilización de agua salina construida por el departamento de Ingeniería de

Procesos y Apoyo a la Industria de la Escuela Politécnica Nacional.

El programa de control esta diseñado para funcionar entres niveles: una

simulación, para familiarizare con los procesos y funcionamiento de la planta, un

control que puede ser automático o manual concebido para el aprendizaje con la

planta y un control automático o manual para la supervisión de la planta. Es tos

modos serán detallados posteriormente.

A3.2 CONCEPTOS GENERALES.

El programa de control de la Planta de Potabilización de Agua Salina, esta

desarrollado en LabVIEW y necesita de este programa para funcionar, consta de

dos archivos: un primero con titulo "Programa de control.vi" de tipo "LabVIEW

instrument", un segundo con titulo "PDC.IIb" de tipo "LabVIEW VI Library", Figura

A3.1, esta librería contiene tres programas más que son ejecutables a través del

primero.

Los tres archivos dentro de la librería de LabVIEW corresponden a los tres

niveles de funcionamientos del programa de control.

106

Nombtc '.TamañoI Tipo

J.Pjogiarna de Cooltd

IPOC

100KB UbVIEW Irwhumenl

L«WIEWVI Llxaiy

Jü

Figura A3.1

La librería de LabVIEW contiene los siguientes: La simulación de la planta

en e] archivo " SimulaciónDEF.vi", el control en modo aprendizaje en el archivo

"CAMPREN.vi" y el control en modo supervisión en el archivo "Csuper.vi", como

se muestra en la siguiente Figura A3.2.

^ FDCJb

ElCAMPflEMVI

tas,TJ¿.Wni.r.

QKKSO áa VI b opw:

Figura A3.2

El archivo "Programa de control" es una presentación del programa en sí yiel que permite ejecutar ordenadamente los otros tres subprogramas o modos de

funcionamiento, la Figura A3.3 presenta un diagrama de flujo con la relación entre

los programas.

Este programa de presentación permite escoger el modo de

funcionamiento y en e! caso de los dos modos de control, definir si funcionaran

automáticamente o manualmente

107

Presentación

Simulación Control modoAorendizaie

Control modoSuoervisión

Automático

Figura A3.3

A3.3 FUNCIONAMIENTO.

A3.3.1 PRESENTACIÓN.

Ejecutando el archivo "Programa de control.vi" se inicia la utilización del

mismo con su presentación, que es el vinculo del usuario con los diferentes

modos de funcionamiento del programa.

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONALPLANTA ÜK POTABILIZACTÓW DE AGUA SALINA

PROGRAMA DE CONTROL

^¿/J&$^ ' :-'*l'

-i'--. -•^•f». --•-ri-.-i1'- - , - . — .->»-. ,<™«-j«,-«.'-.«iii-.r j->- «.tifitfecwr.Can una. trrannoo pareoao aja.aa te wmJoo

Figura A3.4

108

La Figura A3.4 muestra la pantalla correspondiente a la presentación. En

esta encontramos el menú principal que lleva por título "MODO DE

FUNCIONAMIENTO", es de este menú que se puede escoger el modo deseado y

en el caso de los modos de control aparece otro menú con el cual se puede

escoger el funcionamiento automático o manual. Claramente se puede encontrar

el botón de inicio, el cuál ejecuta el modo escogido abriendo exclusivamente uno

a la vez en una nueva ventana, en el caso de escoger un modo de control en

funcionamiento manual, el botón de inicio despliega la siguiente advertencia,

Figura A3.5.

•'•ADVERTEMCIA: ELCQNTRGL'MANUAL.''.:ESTÁDISEflAOaPABAPRUEBASY-- •:

NECESITA DE LA CONSTANTES;. -í ATENCIÓN DELUSURIOll •*-.*--." -"- •'

-"inicio /•;•

Figura A3.5

La advertencia desplegada es clara e insta al futuro usuario de este

programa a cumplirla y permite a continuación iniciar el programa a través de

esta.

Finalmente el botón de salida, luego de cualquier utilización del programa

de control, cierra la presentación y LabVIEW por completo.

A3.3.2 SIMULACIÓN.

La simulación de la planta tiene como objetivo principal dar una idea clara

de los alcances de la planta de potabilización de agua salina, de las magnitudes

físicas sensadas y controladas por este programa. Esta simulación, a través de un

entorno gráfico ilustrativo, que se presenta en la Figura A3.6, muestra la planta

funcionando con varias ventajas como son:

4 tiempos de simulación seleccionares desde un menú, que muestran el

funcionamiento de la planta en tiempo real o en tiempo acelerando 10,

100 O 1000 veces el tiempo real, a conveniencia del usuario, con lo que

109

se puede observar el comportamiento de la planta luego de horas en

pocos segundos (Figura A3.6 a).

Otra ventaja de la simulación es poder, a través de los controles de

funcionamiento claramente dispuestos en la parte baja de la simulación,

pausarla o resetearla cuando sea necesario con lo que aseguramos una

entera comprensión del funcionamiento de la planta (Figura A3.6 b).

Además se puede simular un consumo aleatorio del agua pura producida

lo que representa un uso real de la planta. Así también se pueden

representar variaciones de todos los flujos de la planta, provocar

diferentes situaciones en la planta simulada y permitir temporizar

diferentes procesos de la planta todo esto con los controles digitales de

toda la planta (Figura A3.6 c).

Interface Gráfica de la Simulación de la Planta

Figura A3.6

La operación de la simulación de la planta, una vez iniciada desde el

programa de presentación, empieza presionando la tecla Enter o haciendo clic en

el botón "Play" pudiendo ver corno el tanque EV-1 empieza a vaciarse hasta una

presión de 0.7 Atm para luego dar paso al encendido de la B-1 con lo que el

proceso simulado de potabilización comienza observando las diferentes etapas de

110

la planta en funcionamiento.

Además la simulación puede ser pausada con el mismo botón "Play" de la

simulación o con la tecla Enter, también puede ser detenida y cerrada con el

botón "Stop".

A3.3.3 MODO DE CONTROL AUTOMÁTICO.

Los dos modos de control funcionan de manera igual tanto en automático

como en manual y lo que les diferencia es la interface gráfica con el usuario.

Presentamos a continuación la interface gráfica del modo de control en

Aprendizaje en automático, Figura A3.7, y la interface del modo de supervisión en

manual, Figura A3.8.

POf/TA DEPOTAIMUZAaoH

Figura A3.7

Programa de Control Modo Aprendizaje en Automático

Debe quedar claro que el cuadro de controles de los dos modos son

iguales y tienen el mismo numero de controles.

Como se puede ver en la Figura A3.7, el control automático se reduce a

tres botones:

Inicio.

Este permite iniciar el funcionamiento de la planta con todos sus procesos

sin necesidad de ninguna intervención extra por parte del usuario.

111

Stop.

Como su nombre lo indica, este botón detiene el funcionamiento de todos

los actuadores de la planta.

Salir.

Este botón también detiene los actuadores de la planta, pero a su vez

despliega un cuadro de comentario que permite decidir el salir y cerrar el

programa o no.

Para conocer los procesos de la planta se recomienda ejecutar la

simulación de la misma.

Por otro lado el programa de control muestra las lecturas de tres sensores

de nivel, dos sensores de temperatura y un sensor de flujo. Controla cuatro

bombas, una electro - válvula y un extractor. Todo esto se expresa gráficamente

en el programa de control dependiendo del modo de funcionamiento que se

escoja.

A3.3.4 MODO DE CONTROL MANUAL.

Figura A3.8

Programa de Control Modo Supervisión en Manual

V

112

En primer lugar se debe aclarar que los botones Stop y Salir realizan las

misma funciones que en automático y como se muestra en las Figuras A3.7 y

A3.8.

La principal diferencia con el control automático es que en manual el

botón de inicio se cambia por cuatro interruptores virtuales que controlan los seis

actuadores de la planta, teniendo absoluto control sobre ellos.

Además tenemos en automático y manual el cuadro de Texto de Estado

que permite dar avisos al usuario de situaciones de funcionamiento de la planta.

Finalmente se presenta un esquema de la Planta de Potabilización de Agua

Salina que controla este programa para hacer más entendible la magnitud de la

misma, Figura A3.9.

i

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