REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA ...“N DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL SISTEMA DE CONTROL...

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD JOSÉ ANTONIO PÁEZ ÁREA DE ESTUDIOS DE POSTGRADO

ESPECIALIZACIÓN DE AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL

SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO

DEL PROCESO DE LAVADO Y SELLO CON VAPOR EN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS, CASO: PLANTA DE

NPK, EN EL COMPLEJO PETROQUÍMICO MORÓN

Trabajo de Grado para optar al Grado de Especialista en Automatización Industrial

Autor: César Augusto Aro

Tutor técnico: Elvira Teresa Villegas Montagne

San Diego, julio 2014

ii



AUTORIZACIÓN DE LA TUTORA

Quien suscribe, Elvira Teresa Villegas Montagne, titular de la Cédula de

Identidad Nº 7.544.198, en mi carácter de tutora del Trabajo Especial de Grado,

titulado: SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO DEL PROCESO DE

LAVADO Y SELLO CON VAPOR EN LAS BOMBAS CENTRÍ FUGAS,

CASO: PLANTA DE NPK, EN EL COMPLEJO PETROQUÍMIC O

MORÓN , adscrito a la Línea de Investigación: REDES INDUSTRIALES DE

INSTRUMENTACIÓN, presentado por el ciudadano César Augusto Aro, titular de

la cédula de identidad Nº 7.883.595, hago constar que he dirigido el proceso de

investigación correspondiente, leído el contenido del informe escrito y considero que

el mismo reúne los requisitos exigidos para ser evaluado por el jurado que se designe,

por lo cual autorizó la entrega de dos (02) ejemplares provisionales ante la

Coordinación del Programa de Automatización Industrial, de la Dirección de Estudios

de Postgrado de la Universidad José Antonio Páez .

En San Diego, a los treinta y un días del mes de julio del año 2014.

___________________

Firma de la tutora

Nº C. I.: 7.544.198

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CONSTANCIA DE APROBACIÓN DE LA TUTORA

ACEPTACIÓN DEL TUTORA

Quien suscribe, hace constar que ha leído el Proyecto del Trabajo de

Especialización presentado por el ciudadano César Augusto Aro, portador de la

cédula de identidad Nº 7.883.595, titulado SISTEMA DE CONTROL

AUTOMATIZADO DEL PROCESO DE LAVADO Y SELLO CON

VAPOR EN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS, CASO: PLANTA DE NPK, EN

EL COMPLEJO PETROQUÍMICO MORÓN , presentado como requisito parcial

para optar al Grado de Especialista en Automatización Industrial, y considera que el

mismo reúne los requisitos y méritos para ser evaluado por el jurado respectivo;

según las condiciones de la dirección General de Estudios de Postgrado de la

Universidad José Antonio Páez y sus correspondientes Reglamentos.

En San Diego, a los Treinta y un días del mes de julio del año dos mil catorce.

____________________

Elvira Teresa Villegas Montagne

N° C. I.: 7.544.198


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v

DEDICATORIA

Para aquel que siempre me brinda su fuerza y poder con su espíritu y palabra: “Yo soy quien te manda que tengas valor y firmeza. No tengas miedo ni te desanimes, porque Yo, tu Señor y DIOS, estaré contigo donde quiera que vayas” Josué 1:9

Cristo Jesús

A mis Padres, con todo mi cariño y mi amor, que hicieron todo en la vida para que yo pudiera lograr mis sueños, por motivarme y darme la mano cuando sentía que el camino se terminaba. A ustedes por siempre, mi corazón y mi agradecimiento:

Leoncio, Juan y Carmen

A tu paciencia y comprensión. Preferiste sacrificar tu tiempo para que yo pudiera cumplir con el mío. Por tu bondad y sacrificio me inspiraste a ser mejor para ti. Ahora puedo decir que este trabajo lleva mucho de ti. Gracias por estar siempre a mi lado:

Dalia Rosa Gracias a esas personas importantes, que siempre estuvieron listas para brindarme toda su ayuda. Ahora me toca regresar un poquito de todo lo inmenso que me han otorgado. Con todo mi cariño, este trabajo se los dedico a ustedes:

María Laura, Iván y Diana

Para aquellos que en este andar por la vida influyeron con sus lecciones y experiencias en formarme como una persona de bien y preparada para los retos que pone la vida. A todos y cada uno de ellos les dedico cada una de estas páginas de mi trabajo:

Facilitadores

A quienes con su conocimiento técnico permitieron el desarrollo de cada una de las diferentes etapas de este trabajo. Por su colaboración desinteresada y oportuna, agradezco su apoyo profesional. Les brindo mis sinceros respetos:

Compañeros de trabajo.

vi

ÍNDICE pp.

ÍNDICE .............................................................................................................................. vi

LISTA DE ANEXOS ........................................................................................................ viii

LISTA DE TABLAS .......................................................................................................... ix

LISTA DE FIGURAS ........................................................................................................ xii

RESUMEN INFORMATIVO ............................................................................................ xv

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 1

CAPÍTULO I ....................................................................................................................... 4

EL PROBLEMA .............................................................................................................. 4

Planteamiento del Problema ......................................................................................... 4

Objetivos de la Investigación ........................................................................................ 7

Objetivo General .......................................................................................................... 7

Objetivo Específicos ..................................................................................................... 7

Justificación de la Investigación ................................................................................... 8

Alcance y Delimitación de la Investigación .................................................................. 9

CAPÍTULO II .................................................................................................................... 10

EL MARCO TEÓRICO ................................................................................................. 10

Antecedentes .............................................................................................................. 10

Bases teóricas ............................................................................................................. 12

Bases legales .............................................................................................................. 32

Definición de términos ............................................................................................... 34

CAPÍTULO III .................................................................................................................. 36

MARCO METODOLÓGICO ......................................................................................... 36

Tipo de Investigación ................................................................................................. 36

Diseño de la Investigación .......................................................................................... 37

Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ....................................................... 37

Técnicas de Análisis de Datos .................................................................................... 38

Procedimientos Metodológicos de la Investigación ..................................................... 38

CAPÍTULO IV .................................................................................................................. 40

PRESENTACIÓN, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS DEL DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL .......................................................... 40

En cuanto a Seguridad: ............................................................................................... 44

En cuanto al proceso de Operación: ............................................................................ 46

En cuanto a la Calidad: ............................................................................................... 46

vii

En cuanto al Servicio .................................................................................................. 47

Conclusiones .............................................................................................................. 67

Recomendaciones ....................................................................................................... 69

CAPÍTULO V .................................................................................................................... 70

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD TÉCNICA, OPERATIVA Y ECONÓMICA .............. 70

Análisis de Factibilidad Técnica ................................................................................. 71

Análisis de Factibilidad Operativa .............................................................................. 78

Análisis de Factibilidad Económica ............................................................................ 79

CAPÍTULO VI .................................................................................................................. 84

PROPUESTA DE INGENIERÍA PARA UN SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO DEL PROCESO DE LAVADO Y SELLO CON VAPOR EN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS .................................................................................. 84

Presentación de la Propuesta ....................................................................................... 84

Justificación de la Propuesta ....................................................................................... 85

Propósito .................................................................................................................... 87

Fundamentación ......................................................................................................... 88

ANEXOS .......................................................................................................................... 126

REFERENCIAS ............................................................................................................... 134

viii

LISTA DE ANEXOS

CONTENIDO

Anexos pp.

1 Cuestionario ……………..………………………….……….….... 127

2 Plano Tridimensional 26.09.2013 Rev D 2004 ……………..…… 128

3 Plano Tridimensional 2014.01.19 Rev E …………………….…… 129

4 Cables Flexibles ST ……………………………………………….. 130

5 Alambres y Cables de Cobre THHN/THWN ………..………....… 131

6 Número Máximo de Conductores o Cables de Aparatos en Tubos Rígidos de PVC ……………………………………………………

132

7 Multipolar - PVC/PVC - 600 Volt - 75ºC - ICEA S 73-532 – Blindados y sin blindaje …………………………………………..

133

ix

LISTA DE TABLAS

CONTENIDO

Tablas pp.

2-1 Condiciones Ambientales ………………………….……….….... 33

3-1 Recursos a Utilizar …………………………………………..…... 39

4-1 Lista de Cotejo ……………………………………….……..…..… 43

4-2 Tabla de Frecuencia ………………………………………..…....… 49

5-1 Datos de Procesos y Servicios (Vapor Saturado) …..………….…. 71

5-2 Transmisor de Presión para Vapor Saturado (PIT-202) ………….. 72

5-3 Transmisor de Temperatura para Vapor Saturado (TIT-203) ……. 73

5-4 Válvulas Solenoides para Vapor Saturado (SOV-204, 205, 206, 207, 208 A/B) ……………………………………………………..

74

5-5 Válvula de Control de Presión (PCV-202) ……………………….. 75

5-6 Válvula de Control de Temperatura (TCV-203) …………………. 76

5-7 Costo de los Equipos de Campo ……………….…………………. 79

5-8 Costo Actual de Recursos Humanos ……………………………… 80

5-9 Costo de la Propuesta, Recursos Humanos ………………………

80

5-10 Costo por mantenimiento preventivo y correctivo de las Bombas .. 81

5-11 Costo de materiales, equipos y personal técnico para la propuesta 82

5-12 Análisis de costo ………………………………………………….. 82

6-1 Longitudes de la ruta desde el Campo a la Caja de Conexiones (4 a 20 mA)……………………………………………………………...

97

x

…Continuación pp.

6-2 Longitudes de la ruta desde la Caja de Conexiones (4 a 20 mA) hasta DCS ………………………………………………………….

97

6-3 Longitudes de la ruta desde el Campo a la Caja de Conexiones 110V ……………………………………………………………….

98

6-4 Longitudes de la ruta desde la Caja de Conexiones 110V hasta DCS ………………………………………………………………..

98

6-5 Entradas y salidas analógicas de 4 a 20 mA ………………………. 100

6-6 Salidas digitales de 110V …………………………………………. 100

6-7 Datos de Procesos y Servicios (Vapor Sobrecalentado) …………. 101

6-8 Datos de Procesos y Servicios (Agua) ……………………………. 102

6-9 Características del Transmisor de Presión ……………………..….. 106

6-10 Características del Transmisor de Temperatura …………………... 107

6-11 Características de la Válvula Solenoide …………………………... 108

6-12 Características de la Válvula de Control – Presión ……………….. 109

6-13 Características de la Válvula de Control – Temperatura ………….

110

6-14 Lista de Entradas y Salidas ……………………………………….. 111

6-15 Cálculo de Par Trenzado Simple (4 a 20 mA) …………………… 118

6-16 Cálculo de Cable Multiconductor (4 a 20 mA) ………………….. 118

6-17 Cálculo de Cable Flexible 110V …………………………………. 118

6-18 Cálculo de Cable Multiconductor 110V …………………………. 119

6-19 Cálculo de la Tubería para el cableado de par simple (4 a 20 mA) …..

119

6-20 Cálculo de la Tubería para el cableado multiconductor (4 a 20 mA) 120

6-21 Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta la caja de paso (4 a 20 mA) …………………………………………………………….

122

6-22 Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta el DCS (4 a 20 mA) 122

6-23 Número de Condulets (1”) según el tipo y Curvas (4 a 20 mA) ….. 123

xi


6-24 Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta la caja de paso (110V) ……………………………………………………………..

123

6-25 Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta el DCS (110V) ….. 124

6-26 Número de Condulets (3”) según el tipo y Curvas (110V) ……….. 124

xii

LISTA DE FIGURAS

CONTENIDO

Figura pp.

2-1 Sistema de Control de Lazo Abierto ..……………….………...….. 14

2-2 Sistema de Control en Lazo Cerrado …………………………...…. 14

2-3 Sistema de Control distribuido …………………………………… 18

2-4 Centro de Comando Foxboro ……………….………………...….. 19

2-5 Controladores del DCS IA Series ………………………………… 20

2-6 Arquitectura principal de un DCS ………………………….……. 22

2-7 Relación Presión temperatura del agua y vapor …………………... 24

2-8 Bomba Centrífuga ………………………………………………… 25

2-9 Elementos del sello mecánico …………………………………..… 27

2-10 Válvula de Control tipo globo …………………………………... 29

2-11 Válvula Solenoide ………………………………….………..….. 30

2-12 Transmisor de Presión y Temperatura …………………………… 31

4-1 Esquema actual del proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B ……………………………………………………………

40

4-2 Diagrama de flujo de lavado de las bombas PC-201 A/B ……….. 41

4-3 Diagrama de flujo de sello de las bombas PC-201 A/B …………. 42

4-4 Sistema del proceso de lavado y sello a la intemperie …………… 44

4-5 Sistema del proceso de lavado y sello cubierto de Lodo ……..…. 45

xiii


4-6 Instrumentos y Válvulas sin fijación adecuada en el Proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B …………………..……

47

4-7 Instrumentos brindan poca precisión en el Proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B …………………………………..

48

4-8 Resultado de la pregunta N° 1: ¿La puesta en marcha de la bomba PC-201 para el proceso de lavado y sello, se realiza desde un mando local? …………………………………………………..…..

50

4-9 Resultado de la pregunta N° 2: ¿Las válvulas y los instrumentos de medición del proceso de lavado y sello están identificadas? …...…

51

4-10 Resultado de la pregunta N° 3: ¿Es fácil para el operador, el ajuste de las válvulas del proceso de lavado y sello? ……………..……

52

4-11 Resultado de la pregunta N° 4: ¿Los instrumentos de medición utilizados en el proceso de lavado y sello son adecuados para la medición de las variables del proceso? ……………………..…….

53

4-12 Resultado de la pregunta N° 5: ¿Las condiciones de presión y temperatura del vapor son las adecuadas para el proceso de lavado y sello? …………………………………………………………….

54

4-13 Resultado de la pregunta N° 6: ¿Existe presión elevada en las tuberías del proceso de lavado y sello? ………………….………..

55

4-14 Resultado de la pregunta N° 7: ¿Existe temperatura elevada en las tuberías del proceso de lavado y sello? …………………….……..

56

4-15 Resultado de la pregunta N° 8: ¿Las sustancias utilizadas en el proceso de lavado y sello son peligrosas? ………………….……..

57

4-16 Resultado de la pregunta N° 9: ¿La fuga de lodo en la bomba PC-201, es frecuente? …………………………………………..…….

58

4-17 Resultado de la pregunta N° 10: ¿El atascamiento por lodo en la bomba, es frecuente? ………………………………………….…..

59

4-18 Resultado de la pregunta N° 11: ¿La forma de realizar el proceso de lavado y sello de la bomba PC-201 depende del operador de turno? ………………………………………………………..……..

60

4-19 Resultado de la pregunta N° 12: ¿El proceso actual de lavado y sello satisface las necesidades de la producción? ……………..…..

61

4-20 Resultado de la pregunta N° 13: ¿El proceso de lavado y sello de la bomba ha producido retraso en el proceso de producción? …….

62

4-21 Resultado de la pregunta N° 14: ¿El proceso de lavado y sello es el requerido? …………………………………………………….....

63

xiv


4-22 Resultado de la pregunta N° 15: ¿La automatización del proceso de lavado y sello traería beneficios operativos a los trabajadores? ..

64

4-23 Resultado de la pregunta N° 16: ¿La empresa debería invertir en la automatización del proceso de lavado y sello? ………………..….

65

4-24 Resultado de la pregunta N° 17: ¿En algún momento se ha recomendado la automatización del proceso de lavado y sello? ….

66

6-1 Diagrama del proceso (Etapa de regulación de vapor saturado) …. 92

6-2 Diagrama del proceso (Etapa de lavado con vapor saturado) …….. 93

6-3 Diagrama del proceso (Etapa de sello con vapor saturado) ………. 94

6-4 Diagrama del Sistema de Control Automatizado y de Proceso …… 95

6-5 Resultado del Cálculo de Cv (Válvula PCV-202) ………………… 103

6-6 Curva Coeficiente de flujo vs Apertura de la válvula PCV-202 … 103

6-7 Resultado del Cálculo de Cv (Válvula de Control TCV-203) …… 104

6-8 Curva Coeficiente de flujo vs Apertura de la válvula TCV-203 … 105

6-9 Diagrama de Estrategia de Control (CSD) Etapa de regulación 114

6-10 Diagrama de Estrategia de Control (CSD) Etapa de lavado y sello 115

6-11 Pantalla de Visualización del Proceso Automatizado de Control 117

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SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO DEL PROCESO DE LAVADO Y SELLO CON VAPOR EN LAS BOMBAS CENTRÍ FUGAS,

CASO: PLANTA DE NPK, EN EL COMPLEJO PETROQUÍMICO MORÓN.

Autor: César Augusto Aro Tutor técnico: Elvira Teresa Villegas Montagne Fecha: Abril 2014

RESUMEN INFORMATIVO

El presente trabajo de investigación tiene como interés principal proponer un sistema de control automatizado del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrífugas, caso: Planta de NPK, en el Complejo Petroquímico Morón. El problema presente en la planta, radica en el manejo manual del proceso del lavado y sello con vapor sobrecalentado de las bombas centrifugas, por parte de los operadores de turno, lo cual consume tiempo y las variables del proceso están sujetas a la apreciación de los mismos, produciéndose con frecuencia, atascamiento y deterioro en los empaques, incremento del mantenimiento correctivo, paradas no programadas y elevados costos de producción. La investigación es del tipo descriptiva y explicativa, enmarcada en un proyecto factible y basado en el diseño de investigación de campo no experimental. Las técnicas a empleadas fueron la observación directa y la encuesta; como instrumentos se usó la lista de cotejo y el cuestionario. Para llevar a cabo el procedimiento metodológico se establecieron tres fases: Diagnóstico de la situación actual, análisis de factibilidad y propuesta de control automatizado del proceso de lavado y sello con vapor de las bombas centrífugas. Entre los beneficios de importancia que se obtienen, están el control de las variables de presión y temperatura del vapor en forma precisa, supresión de los trabajos laboriosos para el operador, incremento de la seguridad; además de la reducción de los costos de producción y mantenimiento.

Descriptores: Automatización, control automatizado, bombas centrífugas,

lavado y sello, vapor, sistema de control distribuido, procesos industriales, válvulas, planta NPK.

xvi



SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO DEL PROCESO DE LAVADO Y SELLO CON VAPOR EN LAS BOMBAS CENTRÍ FUGAS,

CASO: PLANTA DE NPK, EN EL COMPLEJO PETROQUÍMICO MORÓN.

Autor: César Augusto Aro Tutor técnico: Elvira Teresa Villegas Montagne Fecha: Abril 2014

ABSTRACT

The present research has as its main interest propose an automated control system of washing process and seal with steam in centrifugal pumps, subject: NPK plant, in Moron Petrochemical Complex. This problem at the plant stems from the manual operation of the washing process and seal with superheated steam in centrifugal pumps by turn operators, which spends time and process variables are subject to the appreciation of them, occurring with frequency clogging and deterioration in packaging, increased corrective maintenance, unplanned shutdowns and high costs of production. The research is descriptive and explanatory, Framed in a feasible project and based on the design of non-experimental research field. The techniques used were direct observation and survey, as instruments the checklist and the questionnaire was used. To carry out the methodological procedure were established three phases: Diagnostic of the current situation, feasibility analysis and proposal automated control of washing process and seal with steam in centrifugal pumps. Among the benefits that are obtained importance are the control variables of the steam pressure and temperature accurately, elimination of laborious work for the operator, increased security, besides reducing the costs of production and maintenance.

Descriptors: Automation, automated control, centrifugal pumps, wash and seal,

steam, distributed control system, industrial processes, valves, NPK plant.

1

INTRODUCCIÓN

La Corporación Petroquímica de Venezuela está comprometida a mejorar los

procesos que se desempeñan en los Complejos que la componen, como el Complejo

Petroquímico Morón, donde una de las plantas existentes es la Planta de Fertilizantes

de Granulados NPK (Nitrógeno, Fósforo y Potasio). El proceso de producción de esta

planta se divide en varias etapas; la primera, es la de pre-neutralización, donde se

inicia la producción del fertilizante con una reacción de ácido fosfórico y amoníaco,

en el reactor A-201. El producto de la reacción es un lodo, el mismo debe mantener

una composición, que permita un flujo óptimo para su bombeo.

Existen dos bombas centrífugas (PC-201 A/B), las cuales trabajan de forma

alternativa, para trasladar el lodo a la segunda sección de granulación (tambor

granulador TR-201). Cuando la relación molar y la densidad están fuera de sus rangos

originan la solidificación del lodo. Ésta ocasiona daños en las bombas, por lo tanto, es

necesario ejecutar mantenimientos correctivos y estos, a la vez producen paradas de

planta no programadas, elevando el costo de producción. Actualmente para mantener

las condiciones de limpieza y funcionamiento de las bombas, se dispone de un

proceso de lavado y sello en forma manual, con vapor sobrecalentado; donde las

variables del proceso utilizadas, están sujetas a la apreciación del operador de turno,

en consecuencia se presentan errores en el lavado y sello de las bombas.

En el Capítulo I se describe el problema existente en el área, donde es necesario

determinar las acciones adecuadas a tomar, para proponer un Sistema de Control

Automatizado para el Lavado y Sello de las Bombas Centrífugas de la Planta de

NPK, que permitan automatizar y por ende, mejorar las condiciones del proceso del

lavado y sello. Se formuló un objetivo general y tres específicos, como guía del

2

desarrollo de la investigación, para lograr con estos, determinar la situación actual,

estructurar la propuesta y presentar el sistema de control automatizado.

El Marco teórico, donde se encuentran conceptos fundamentales para el autor,

es desarrollado en el Capítulo II, acá se encuentran los antecedentes, los cuales

aportaron orientación al autor, por ejemplo: Freites (2011), quien recomienda:

Automatizar el proceso de regulación de presión del vapor que se utiliza para la

inyección permanente en las bombas. El aporte que brinda este proyecto es en el área

de automatización del proceso del lavado y sello de las bombas PC-201 A/B en el

presente. También se encuentran las bases teóricas y legales, y definición de algunos

términos importantes para el desarrollo de la Propuesta del Sistema de Control

Automatizado.

Seguidamente se tiene el desarrollo del Capítulo III, en el cual se establece el

tipo de investigación como descriptiva y explicativa. Así lo señala Arias (2012) “…

se encarga de buscar el por qué de los hechos mediante el establecimiento de

relaciones causa-efecto…” y es un proyecto factible, según la UPEL (2003); porque,

indica: “… consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de

un modelo operativo viable para solucionar problemas.” Se utilizarán dos técnicas: La

observación directa y una entrevista estructurada. Por otra parte, se determina el

cronograma de la investigación, el cual es mostrado a través de una tabla con las

diferentes actividades a realizar.

En toda investigación el análisis e interpretación de los resultados representan

un punto relevante, para conocer si la investigación tiene el valor o importancia

necesaria para desarrollarla. Ahora bien, el Capítulo IV contiene la presentación,

análisis e interpretación de los resultados de la situación actual del proceso de lavado

y sello con vapor en las bombas centrífugas. Se utilizó una lista de cotejo para

conocer la situación en cuanto a seguridad, el proceso de operación, a la calidad y en

cuanto al servicio. Este capítulo también presenta las conclusiones y

recomendaciones.

3

Luego, en el Capítulo V, se describe el análisis de factibilidad técnica, operativa

y económica con el fin de determinar la posibilidad de implementar el proyecto, pues

se precisan los elementos físicos, lógicos y recursos humanos, que intervienen en la

propuesta. Una vez realizados los diferentes análisis y confirmada la factibilidad, se

procede a desarrollar la propuesta de implementación del Sistema de Control

Automatizado para el proceso de lavado y sello de las bombas centrífugas (PC-201

A/B); en consecuencia se describe la propuesta en el Capítulo VI. También se

justifica y define el propósito de la investigación; así como los fundamentos de la

ingeniería conceptual, básica y de detalle.

Estos cálculos determinarán los elementos necesarios para implementar el

Sistema de Control Automatizado de Lavado y Sello. También es importante destacar

que para la Empresa, el personal representa el recurso más importante en todos los

procesos y por tanto, la seguridad, el ambiente y por ende, la salud del personal es

una de las prioridades de la Petroquímica.

4

CAPÍTULO I

EL PROBLEMA

Planteamiento del Problema

En el siglo VII a.C. (antes de Cristo) el Rey de Asiria, Senaquerib hizo emplear

uno de los primeros sistemas de bombeo. Sin embargo la primera bomba fue descrita

por Arquímedes en el siglo III a.C., conocida como el tornillo de Arquímedes. Para el

siglo VII, Al-Jasari describió e ilustró diferentes tipos de bombas: reversibles, doble

acción, desplazamiento positivo, entre otras; desde entonces las bombas son

utilizadas para incrementar la presión de un líquido o una mezcla de líquidos y

sólidos, añadiendo energía al sistema hidráulico, para mover el fluido de una zona de

menos presión o altitud a otra de mayor presión o altitud (Principio de Bernoulli).

En la industria el empleo de las bombas es generalizado, como es el caso de la

extracción de agua de pozos, insumo para la industria de bebidas gaseosas; en la

industria del petróleo para el bombeo de fluidos diversos, con la finalidad de remover

los productos sólidos en las perforaciones de pozos; en la movilización de minerales

bajo la forma de pulpa; en las refinerías de petróleo en la remoción de diversos

fluidos de las columnas de fraccionamiento, craqueo, entre otros. Dentro de la amplia

gama de bombas se hayan las bombas centrífugas, ya que se adaptan a la naturaleza

de los fluidos a manipular, tales como composición, corrosión y viscosidad.

Las bombas centrífugas, también son empleadas en los procesos de la industria

petroquímica para el envío de fluidos como: aguas industriales, residuales,

desmineralizadas y de mar, azufre, etanol, metanol, ácidos, lodos, entre otros. La

composición química y física de estos fluidos determina el nivel de desgaste por

corrosión y abrasión de las partes mecánicas internas expuestas a las mismas. Es por

5

esto que el mantenimiento preventivo de éstas determina el tiempo de vida útil, así

como el empleo continuo en los procesos de producción.

En el siglo XX lo novedoso fue el empleo de los sistemas a relés para el

control de los motores eléctricos que impulsaban las bombas; ya que permitían el

arranque y parada de los mismos. Más adelante se incorporaron elementos

temporizados, con la finalidad de programar el tiempo de funcionamientos de los

equipos. Esto permitió controlar sólo la fuerza motriz.

En cambio, la aparición de la automatización industrial, la cual es un sistema

donde se transfieren tareas de producción, realizadas habitualmente por operadores

humanos a un conjunto de elementos tecnológicos, facilitó el control de la fuerza

motriz y de los elementos del proceso. En otras palabras, está compuesta por dos

secciones: Una de operación y otra de mando, donde la operación viene dada por los

diferentes componentes de la maquinaria y la de mando, por la sección de control.

En Venezuela, el Complejo Petroquímico Morón, empresa del Estado, ubicada

al noroeste del estado Carabobo, no escapa del uso de los sistemas de bombeo; ya que

los utilizan en la producción de productos químicos y petroquímicos. El objetivo

principal de la empresa es la producción de fertilizantes, para lo cual dispone de las

líneas de nitrogenados y la de fosfatados. En esta última se haya la Planta de

Granulados de NPK (Nitrógeno, Fósforo y Potasio). Para la producción del NPK en

las diferentes formulaciones, la planta está compuesta por varias secciones.

La primera sección es la de pre-neutralización, donde se inicia el proceso con

una reacción de ácido fosfórico y amoníaco en el reactor A-201. El producto de la

reacción es un lodo, el cual debe mantener una composición que permita un flujo

óptimo para el bombeo. Ahora, para trasladar el lodo a la segunda sección de

granulación (tambor granulador TR-201), se utilizan dos bombas centrífugas (PC-201

A/B), las cuales trabajan de forma alternativa. Cuando la relación molar y la

densidad están fuera de los rangos se origina la solidificación del lodo.

6

La solidificación ocasiona atascamiento en las bombas centrífugas, por tanto es

necesario realizar mantenimientos preventivos y en muchos casos correctivos. La

empresa tiene planificadas rutinas de mantenimiento para minimizar tales eventos y

evitar las paradas no programadas. Actualmente, para mantener las condiciones de

limpieza y funcionamiento de las bombas, se dispone de un proceso de lavado y sello

en forma manual, con vapor sobrecalentado (Presión=17 Kgf/cm2 y Temperatura=180

grados centígrados).

Para el proceso de lavado es necesario detener la bomba. Un operador cierra las

válvulas de succión y descarga respectivamente, para evitar el flujo de lodo; después

acciona otras válvulas, para inyectar vapor a través de otros puntos directamente en la

cámara del impulsor y limpiar las partes internas de la bomba. El vapor se utiliza para

diluir el lodo. Luego los residuos salen por tomas con válvulas diseñadas para esto.

Esta actividad tarda aproximadamente unos 10 minutos. Al finalizar, el operador

procede a la suspensión de la inyección de vapor.

Para el proceso del sello, es decir, operación del sello, el operador con la bomba

parada, manipula un conjunto de válvulas con la finalidad de fijar condiciones de

presión de vapor, a través de la lectura de manómetros. El vapor es inyectado por

puntos especiales directamente en la sección donde se haya el empaque (sello) de la

bomba, con el objetivo de lubricarlo y mantener sus condiciones óptimas en la caja de

empaques. Luego, el operador enciende la bomba y ésta se mantiene funcionando.

En ocasiones, estos procedimientos manuales de lavado y sello consumen

mucho tiempo, ya que dependen de variables humanas (operador de turno); también,

la apreciación del operador no garantiza la condición adecuada de presión y

temperatura del vapor para una limpieza y sello apropiado de la bomba,

produciéndose con frecuencia atascamientos y deterioro en los empaques,

incremento del mantenimiento correctivo, paradas no programadas y elevados costos

de producción.

7

Es aquí donde la automatización industrial debe ser tomada en cuenta para

mejorar la productividad de la empresa, mejorar las condiciones de trabajo y de

seguridad del personal, realizar las operaciones difíciles de controlar intelectual o

manualmente, simplificar el mantenimiento para el operador, entre otros. Esto difiere

de la situación actual del sistema manual de lavado y sello de las bombas centrífugas

en la Planta de Granulado de NPK. Por esta razón, se plantea la siguiente

interrogante:

¿Qué acciones deben tomarse para disponer de un sistema de control

automatizado, que garantice las condiciones específicas del proceso de lavado y sello

con vapor en las bombas centrífugas (PC-201 A/B), de envío de lodo, desde el Pre-

neutralizador (A-201) hasta el Tambor Granulador (TR-201), en la Planta de

granulación de NPK (I-356A) del Complejo Petroquímico Morón?

Objetivos de la Investigación

Objetivo General

Proponer un sistema de control automatizado, garantizando las condiciones

específicas del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrifugas (PC-

201 A/B) de envío de lodo, en la planta de granulación de NPK del Complejo

Petroquímico Morón.

Objetivo Específicos

• Diagnosticar la situación actual, bajo la cual se están realizando las actividades del

proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrífugas (PC-201 A/B).

• Analizar la factibilidad técnica, operativa y económica del Sistema de Control

Automatizado del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrifugas.

8

• Proponer un sistema de control automatizado para garantizar las condiciones

específicas del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrífugas (PC-

201 A/B).

Justificación de la Investigación

Actualmente las empresas están sujetas a cambios económicos, políticos o

sociales, que las llevan a buscar el mejor beneficio para los propietarios. En

Venezuela las grandes empresas como Petróleos de Venezuela (PDVSA), Siderúrgica

del Orinoco (SIDOR), Petroquímica de Venezuela (Pequiven), las cuales pertenecen

al estado, no están excluidas de estos objetivos. En este sentido, las empresas están

enfocadas en minimizar los costos; entre los puntos focales de éstas, están los

mantenimientos de los diversos equipos usados en plantas, como: maquinarias,

motores, bombas, generadores, tubería, ductos, entre otros; en consecuencia, los

técnicos, ingenieros o personal de mantenimiento se basan en herramientas o

procedimientos que les permitan reducir los costos.

La Corporación Petroquímica, además de reducir los costos, busca la calidad de

vida del trabajador, minimizando los riesgos a los cuales están expuestos los

operadores que realizan los mantenimientos diarios en las diferentes plantas que la

componen, como por ejemplo, la Planta de NPK, donde una de las tareas es el

mantenimiento de las bombas de lodos. Es evidente la existencia de riesgos elevados

para los trabajadores y su entorno, con consecuencias fatales en algunos casos, esto se

debe a que la elaboración de los productos es a base de amoníaco, vapor y ácido

sulfúrico, los cuales presentan ciertos niveles de agresividad hacia los que laboran y a

los equipos expuestos a estas sustancias.

En consecuencia, la existencia de un adecuado sistema automatizado, para el

lavado y sello de las bombas centrífugas de lodos PC-201 A/B, en la planta de NPK,

contribuye a mejorar la calidad del proceso, ya que se podrán controlar las variables

de presión y temperatura del vapor de forma precisa; suprime los trabajos laboriosos,

9

porque el operador queda fuera de la manipulación de los elementos finales de

control, que actúan sobre las variables del procesos; incrementa la seguridad, pues

no está expuesto a las sustancias agresivas de la planta; simplifica las actividades del

operario en el mantenimiento; en este caso, la intervención del operador es poca.

También permite el cumplimiento del tiempo de la vida útil de las bombas, a causa de

un adecuado proceso de lavado y sello. Por ende, los costos de producción y

mantenimiento se reducen.

Alcance y Delimitación de la Investigación

Esta propuesta se realizará en la Planta de granulación de NPK del Complejo

Petroquímico Morón, ubicado en la Carretera Nacional Morón – Coro, municipio

Juan José Mora, estado Carabobo, teniendo como propósito, un sistema de control

automatizado del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrífugas (PC-

201 A/B) de envío de lodo, desde el Pre-neutralizador (A-201) hasta el Tambor

Granulador (TR-201), donde se efectuará un diagnóstico de la situación actual, sobre

la cual se realizan las actividades del proceso. Se hará el análisis de la factibilidad

técnica, económica y operativa del sistema de control automatizado.

10

CAPÍTULO II

EL MARCO TEÓRICO

Antecedentes

Para iniciar el desarrollo de la investigación se realizó el estudio del estado del

arte en sus dos fases (Heurística y Hermenéutica), es decir, la búsqueda y

recopilación de información relacionada con el objeto de la investigación, así como

su posterior análisis, interpretación y clasificación en función de su relevancia para la

investigación. Dentro de los hallazgos importantes relacionados con el proyecto se

tiene:

Freites (2011) realizó una propuesta para la: “Mejora del suministro de lodo

desde el reactor al granulador de la planta de NPK, Pequiven-Morón”, en ésta

propuso optimizar el sistema de dosificación de lodo desde el pre neutralizador A-201

hasta el tambor granulador TR-201. Uno de los resultados fue el diseño del sistema

de lavado de las líneas de proceso, el cual garantiza que las bombas (PC-201 A/B)

queden aisladas y no mantengan contacto con el vapor sobrecalentado. Concluye:

Actualmente, los equipos de bombeo, trabajan aproximadamente a una eficiencia

entre 15 y 30 por ciento, para caudales de 6 m3/h y 30 m3/h respectivamente.

Recomienda: Automatizar el proceso de regulación de presión del vapor que se utiliza

para la inyección permanente en las bombas; también, la instalación en lo posible del

sistema de lavado para evitar daños en los equipos de bombeo, en condiciones de

lavado con vapor. El aporte que brinda este proyecto es en el área de automatización

del proceso del lavado y sello de las bombas (PC-201 A/B).

Obispo y Vergel (2011) realizaron un “Diseño de control automatizado en los

tanques de cocción para la línea de embutidos en la empresa PROAGRO C.A. de

11

Bejuma”. Diseñaron un sistema automatizado en los tanques de cocción para la línea

de embutidos en dicha empresa. Concluyen: Con la aplicación del cuestionario se

evidenció que la eficiencia del proceso y la adquisición de datos son debilidades del

funcionamiento actual del proceso de cocción. Recomiendan: Automatizar con un

controlador lógico programable (PLC) de factible costo económico y operativo del

proceso de cocción para la línea de embutidos. El aporte que ofrece este trabajo a la

investigación permitirá establecer los lineamientos para elaborar un instrumento de

recolección de datos, para su posterior clasificación y análisis.

Rincones (2010) propuso el “Sistema de control automático para la

optimización de la planta dosificadora y mezcladora de concreto de la empresa

SISPRECA C.A.”; tiene como objetivo: Proponer un sistema de control automático

para la optimización del proceso de dosificado y mezcla de concreto. Concluye: Con

la automatización de este proceso se puede obtener el producto final de forma más

rápida y precisa, conservando la calidad, al mismo tiempo que se reducen los costos

generados por la pérdida de materia prima y paradas inesperadas de producción.

Recomienda: Desarrollar la propuesta, tomando en cuenta los elementos existentes

que se encuentren en buenas condiciones, con lo cual se reducen los costos,

aprovechando al máximo los dispositivos. El aporte de este trabajo a la investigación,

proporcionará la conceptualización de las bases teóricas, así como las técnicas e

instrumentos de recolección de datos y presentación de los mismos.

Reyes (2008) diseñó la “Automatización del sistema de control y monitoreo de

una autoclave para el proceso de vulcanización del caucho en calzado de lona”.

Tiene como objetivo: El diseño e implementación de un equipo de control de la

presión, la temperatura y el tiempo, teniendo en cuenta un diseño simple y amigable

para que cualquier operario pueda manipularlo. Concluyó: La automatización de la

autoclave ayudó a que el trabajador sólo se encargue de la carga y descarga de

zapatillas, evitando que se emplee su tiempo en cargar o descargar el aire, en fijar el

set point de la temperatura y en definir el tiempo de trabajo del horno, ayudando a

que el trabajador emplee su tiempo en funciones más productivas para la empresa. El

12

aporte de esta tesis a la investigación permitirá planear las estrategias del sistema que

mejorarán las condiciones de trabajo de los operadores.

Ordoñez (2008) realizó “Automatización del proceso de elaboración del

refresco congelado en la Gelatería Mendoza 2000”. Plantea como objetivo:

Desarrollar un sistema de control para la automatización del proceso de elaboración

del refresco congelado en la empresa indicada, donde se destaca la estructuración del

diseño general del proyecto dividido por etapas, permitiéndole así alcanzar el objetivo

planteado. Concluye: Se cumplió con la fase del diseño general, permitiendo abarcar

la cantidad exacta de los componentes que necesita el proceso para su automatización

y así poder desarrollar las mejoras en las partes críticas del mismo. Recomendó:

Hacer una inversión en dosificadores de materia prima, con el objetivo de eliminar el

contacto humano en el proceso. El presente trabajo contribuye con la investigación,

ya que sirve de marco para estructurar el diseño del proyecto por etapas y dar

respuesta a los objetivos planteados.

Bases teóricas

La producción de bienes y servicios para la satisfacción de las necesidades del

mundo actual se ha convertido en una carrera que no tiene punto de llegada, desde el

paso del hombre artesano a la era industrial. Masificación de los productos, pasando

por los desarrollos tecnológicos mecánicos, eléctricos, electrónicos integrados,

computarizados y robotizados, hasta el presente. En cada una de estas etapas, la

batalla por elaborar productos en menor tiempo, costo y apegado a las normativas de

calidad, que satisfagan las especificaciones de los mismos constituye el principal reto

de quienes se han dedicado o han emprendido dicha justa.

Es por esto que la automatización industrial de los procesos integra los

elementos necesarios, por medio de las arquitecturas, filosofías, los dispositivos y

materiales que hacen posible la producción de bienes y servicios en el menor tiempo

y costo, con las condiciones y especificaciones de calidad requeridas, y sobre todo

13

ofreciendo al hombre nuevas condiciones de seguridad, ergonomía y calidad de vida,

que le permitan cuidar de su salud y disposición de tiempo para abocarse al desarrollo

de otras tareas.

En esta sección se presentan las bases teóricas que permitirán conocer los

principios, filosofías, características, clasificación o tipo y funcionamiento de los

diferentes elementos inmersos en el proyecto de investigación del sistema de control

automatizado, que garantice las condiciones específicas del proceso del lavado y

sello con vapor en las bombas centrífugas (PC-201 A/B). A continuación se indican

los aspectos que englobarán dichas bases.

Sistema de Control

De acuerdo a Balcells y Romeral (2003), el objetivo de un sistema de control es

el de gobernar la respuesta de una planta, sin que el operador intervenga directamente

sobre sus elementos de salida. Dicho operador manipula únicamente las magnitudes

denominadas de consigna y el sistema de control se encarga de gobernar dicha salida

a través de los accionamientos.

En este mismo contexto, un sistema de control es un ordenamiento de

componentes físicos conectados de tal manera que el mismo puede comandar, dirigir

o regularse a sí mismo o a otro sistema, donde es posible considerar cada objeto físico

como un sistema de control. Fundamentos del Control Automático Industrial. (2006).

[Documento en línea]. Disponible http://www.sapiensman.com [Consulta: 2013,

julio 16]

Entre las principales ventajas que ofrecen los sistemas de control se destaca el

cómo controlan las variables del proceso y con esto se logra:

• Reducir la variabilidad del producto final.

• Incrementar la eficiencia.

• Reducir el impacto ambiental.

14

• Mantener el proceso dentro de los límites de seguridad que corresponda.

Vignoni, J. (2002). [Documento en línea]. Disponible http://www.ing.unlp.edu.ar

[Consulta: 2013, julio 16]

Tipos de Sistemas de Control

Sistema de Control en Lazo Abierto: Son aquellos en los que la acción de

control es independiente de la salida; es decir, que la señal de salida no influye sobre

la entrada. El diagrama de bloques puede representarse gráficamente (ver figura 2-1).

Figura 2-1. Sistema de Control de Lazo Abierto. Nota. http://www.sapiensman.com/control_automatico/control_ automatico3.

htm

Sistema de Control en Lazo Cerrado: Son aquellos en los que la acción de

control depende en parte de la salida (parte de la señal de salida, convenientemente

tratada, se realimenta introduciéndose de nuevo al sistema como una entrada más).

(Ver figura 2-2).

Figura 2-2. Sistema de Control en Lazo Cerrado. Nota. http://www.sapiensman.com/control_auto matico/control_ automatico3. htm

Elementos del Sistema de Control en Lazo Cerrado: El sistema de control de

lazo cerrado está constituido básicamente por cuatro elementos: La realimentación, el

actuador final, el proceso y el controlador automático.

15

La realimentación: Es la propiedad de un sistema de lazo cerrado que permite

que la salida (o cualquier otra variable del sistema) sea comparada con la entrada del

sistema (o con una entrada a cualquier componente interno del mismo) de manera tal,

que se pueda establecer una acción de control apropiada como función de la

diferencia entre la entrada y la salida, siendo sus características principales:

• Aumento de la exactitud.

• Reducción de la sensibilidad de salida.

• Efectos reducidos de la no linealidad y de la distorsión.

• Aumento del intervalo de frecuencias (de la entrada) en el cual el sistema

responde satisfactoriamente (aumento del ancho de banda).

• Tendencia a la oscilación o a la inestabilidad.

El Actuador final: Por cada proceso debe haber un actuador final, que regule el

suministro de energía o material del proceso y cambie la señal de medición. El

comúnmente utilizado lo representan las válvulas, pero puede ser una correa o

regulador de velocidad de un motor, posicionador, entre otros.

El Proceso: Los tipos de proceso encontrados en las plantas industriales son tan

variados como los materiales que producen. Estos se extienden desde lo simple y

común, tales como los lazos que controlan caudal, hasta los grandes y complejos,

como los que controlan columnas de destilación en la industria petroquímica.

El controlador automático: Su trabajo es controlar la medición, es decir,

mantener la medición dentro de límites aceptables. Todos los controladores

automáticos usan las mismas respuestas generales, a pesar de que los mecanismos

internos y las definiciones dadas para estas respuestas pueden ser ligeramente

diferentes de un fabricante a otro. Fundamentos del Control Automático Industrial.

(2006). [Documento en línea]. Disponible http://www.sapiensman.com/ [Consulta:

2013, julio 16].

16

Automatización Industrial

Del griego antiguo auto: guiado por uno mismo; es el uso de sistemas o

elementos computarizados y electromecánicos para controlar maquinarias y/o

procesos industriales. La automatización como una disciplina de la ingeniería, que es

más amplia que un mero sistema de control, abarca la instrumentación industrial, que

incluye los sensores, los transmisores de campo, los sistemas de control y

supervisión, los sistemas de transmisión y recolección de datos y las aplicaciones de

software en tiempo real para supervisar, controlar las operaciones de planta o

procesos industriales. Fundamentos del Control Automático Industrial. (2006).

[Documento en línea]. Disponible http://es.wikipedia.org [Consulta: 2013, julio 16].

De este modo, la automatización es el uso de sistemas de control y de tecnología

informática para reducir la necesidad de la intervención humana en un proceso, donde

se reduce de gran manera la necesidad mental y sensorial del operador, presentando

grandes ventajas en cuanto a la producción más eficiente y disminución de riesgos del

operador. Las principales ventajas de aplicar la automatización a un proceso son:

• Reemplazo de operadores humanos en tareas repetitivas o de alto riesgo.

• Reemplazo del operador humano en tareas que están fuera del alcance de sus

capacidades, como levantar cargas, trabajos en ambientes extremos o tareas

que necesiten manejo de una alta precisión.

• Incremento de la producción. Al mantener la línea de producción

automatizada, las demoras del proceso son mínimas, no hay agotamiento o

desconcentración en las tareas repetitivas, el tiempo de ejecución se

disminuye considerablemente según el proceso. Torcigliani, V. (2011).

[Documento en línea]. Disponible http://es.scrib.com [Consulta: 2013, julio

16].

17

Sistema de Control Distribuidos (DCS, siglas en inglés)

La enciclopedia en línea, Wikipedia, señala lo siguiente: Es un sistema de

control aplicado a procesos industriales complejos en las grandes industrias como

petroquímicas, papeleras, metalúrgicas, centrales de generación, plantas de

tratamiento de aguas, incineradoras o la industria farmacéutica. Los primeros DCS

datan de 1975 y controlaban procesos de hasta 5000 señales. Las capacidades actuales

de un DCS pueden llegar hasta las 250.000 señales.

Ventajas:

• Un DCS trabaja con una sola Base de Datos integrada para todas las señales,

variables, objetos gráficos, alarmas y eventos del sistema.

• En un DCS la herramienta de ingeniería para programar el sistema es sólo

una y opera de forma centralizada para desarrollar la lógica de sus

controladores o los objetos gráficos de la monitorización. Desde este puesto

de ingeniería se cargan los programas de forma transparente a los equipos del

sistema.

• En un DCS, la plataforma de programación es multiusuario de forma que

varios programadores pueden trabajar simultáneamente sobre el sistema de

forma segura sin conflictos de versiones.

• Todos los equipos del sistema (ordenadores, servidores, controladores) están

sincronizados contra un mismo reloj patrón, de forma que todas las medidas,

alarmas y eventos tienen una misma marca de tiempo.

• Un DCS dispone de herramientas para la gestión de la información de planta,

integrándola verticalmente hacia la cadena de toma de decisiones y otros

sistemas ubicados más arriba en la jerarquía de la producción

También indica que todo DCS lleva implícitas las características de robustez y

fiabilidad, por lo que dispone de redundancia: equipos informáticos redundantes,

18

controladores redundantes, redes de comunicación y buses redundantes, módulos de

entrada/salida redundantes y así sucesivamente. Esta redundancia permite alcanzar un

factor de disponibilidad cercano al 99,9999%, muy superior a los sistemas de control

convencionales. Sistema de Control Distribuido (2011) [Documento en línea].

Disponible: http://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_de_Control_Distribuido

Se muestra una figura de un sistema de control distribuido (Ver figura 2-3)

Figura 2-3. Sistema de Control distribuido. Nota. http://www.usprocesscontrol.com/exper.htm

En la página web de Instrumentación y Contro.net, se puede leer la siguiente

información: Los DCS son plataformas computarizadas distribuidas con suficiente

rendimiento para soportar aplicaciones en tiempo real de gran escala y escalables para

direccionar aplicaciones de unidades pequeñas. Los estándares de sistemas abiertos

permiten a los DCS recibir información de diversos conjuntos de plataformas

computarizadas compatibles, incluyendo negocios, información de laboratorio,

mantenimiento y otros sistemas de planta, así como dar información a estos sistemas

para apoyo de múltiples aplicaciones.

Además mencionan que el criterio de las estaciones de trabajo es la utilización

de mímicos de paneles, fácilmente entendibles por los operadores. Emulando

19

instrumentos convencionales para una interacción similar a la que se haría con los

instrumentos reales, proporcionando ventajas, tanto operacionales como económicas.

También se dispone de gráficas de los procesos, de modo que representan una unidad

de proceso o una sección de un área de proceso con información actualizada de éste.

Asimismo, el manejo de alarmas es algo que concierne al personal de operaciones,

independientemente de la pantalla que se esté observando. Los sistemas actuales

permiten alertar al operador sobre condiciones límites de muchas variables de los

procesos controlados en variadas formas, tanto visuales como audibles. El proveer

información acerca de las tendencias de las condiciones de los procesos es un área

donde los DCS han sido desarrollados en forma excelente, tanto por la presentación

misma de éstas, como por la capacidad de guardar información de miles de variables,

permitiendo analizarlas en cualquier momento, para mejorar la estabilidad de los

procesos, las operaciones de planta, manejo de inventarios, entre otros. Introducción a

los Sistemas de Control Distribuido DCS (2012) [Documento en línea]. Disponible:

http://www.instrumentacionycontrol.net

A continuación, se muestra una consola de operaciones que provee toda la

información requerida por los operadores, tanto para la regulación de los procesos,

como para acceder a información seleccionada en otras operaciones, de modo, que

permite al operador tomar mejores decisiones tácticas, como cuándo arrancar una

unidad o ajustar un proceso para compensar algún problema en el mismo. (Ver

figura 2-4)

Figura 2-4. Centro de Comando Foxboro, Nota: Instrumentación y control.net, (2012)

Si se diseñan apropiadamente, varias estaciones en diferentes lugares pueden al

mismo tiempo ver la misma información. En efecto, todas ellas pueden ser

20

configuradas para tener acceso independiente y total a todas las informaciones y

aplicaciones de la red.

Subsistemas de Control: En la misma página web, también se puede leer: El

uso de los controladores "compartidos" es la principal razón del empleo del DCS

sobre la instrumentación convencional. Los controladores recogen las señales de

dispositivos análogos, digitales o mediante buses de campo. Generalmente, todas las

señales I/O (provenientes de buses de campo o punto a punto) convergen en una red

Ethernet (por fibra óptica o cobre) o en un bus de alta velocidad (como el HDLC –

High Level Data Link Control protocol) para hacer llegar/enviar las señales de campo

hasta/desde el controlador.

Es allí donde se ejecuta la lógica de control recibiendo y trasmitiendo señales de

y hacia campo, ejecutando control tipo continuo, batch, secuencial, ladder, entre

otros. Sistemas de Control Distribuido DCS (2012) [Documento en línea].

Disponible: http://www.instrumentacionycontrol.net

En la figura 2-5 se muestran dos tipos de controladores del DCS IA Series de

Invensys Foxboro:

Figura 2-5. Controladores del DCS IA Series Nota: Instrumentación y control.net, (2012)

21

Subsistemas de Recolección de Datos

En el curso web “Introducción a los DCS” de Instrumentación y control.net, se

menciona que la instrumentación y/o dispositivos inteligentes se encargan de

recolectar el valor de la variable de planta o enviar las señales de control y tomar

acción en el proceso físico. Estos dispositivos pueden recolectar las amplitudes de

variables adicionales como Tag, descripción, fallas, diagnósticos, estado del equipo,

variables secundarias, entre otros. Además pueden configurarlos remotamente desde

una estación de mantenimiento. Esto es posible si tienen la capacidad de comunicarse

mediante algún protocolo de campo como HART (mínimo), Profibus, Foundation

FieldBus o DeviceNet.

Dispositivo de acondicionamiento de señales

Para cada tipo de comunicación proveniente de los dispositivos de campo existe

una tarjeta I/O específica. El cableado de las señales (bus o punto a punto) en primera

instancia se conectoriza a una tarjeta acondicionadora de señales (Terminal

Assemblys) para que luego estas señales ya acondicionadas ingresen a los

procesadores de digitalización de las señales, comúnmente llamados FBMs (Field

Bus Module). Sistemas de Control Distribuido DCS (2012) [Documento en línea].

Disponible: http://www.instrumentacionycontrol.net

Los sistemas de DCS soportan múltiples lenguajes para realizar estrategias de

control. Los lenguajes incluyen diagramas de bloques funcionales, SFC (sequence

funtion charts), Texto estructurado y pueden incluir Diagramas Ladder y listas de

instrucciones (como RPN). Algunos sistemas son compatibles con el estándar IEC

61131-3. En la mayoría de sistemas de control también se incluyen interlocks y

permisivos. Algunos sistemas soportan funciones de control avanzado y de seguridad.

Las estrategias de control pueden frecuentemente ser mezcladas y pueden referenciar

señales I/O tanto locales como remotas (de otros controladores).

22

En la figura 2-6 se muestra la arquitectura con los componentes principales de

un DCS.

Figura 2-6. Arquitectura principal de un DCS Nota: Instrumentación y control.net, (2012)

Los DCSs han dominado por años el control de procesos industriales y han

mejorado su desempeño y confiabilidad a través del tiempo. Durante los años, el

diseño de sistemas DCS se ha tornado cada vez más modular, debido a que cada vez

se han ido reduciendo los costos en hardware, y esto ha permitido en la actualidad,

encontrar DCS hasta en plantas pequeñas.

23

El Vapor

Vapor: Es el estado en el que se encuentra un gas cuando se halla a un nivel

inferior al de su punto crítico. Éste hace referencia a aquellas condiciones de presión

y temperatura por encima de las cuales es imposible obtener un líquido por

compresión. Si un gas se encuentra por debajo de ese punto, esto significa que es

susceptible de condensación a través de una reducción de su temperatura

(manteniendo la presión constante) o por vía de la presurización (con temperatura

constante). Definiciones (2008). [Documento en línea]. Disponible

http://definicion.de [Consulta: 2013, julio 16].

El vapor de agua: Es el gas obtenido a partir de la ebullición (el proceso físico

por el cual la totalidad de la masa de un líquido se convierte al estado gaseoso) o de la

evaporación (el mismo proceso, pero que puede concretarse a una temperatura

indistinta y sin que toda la masa del líquido llegue a su punto de ebullición) del agua

líquida o de la sublimación (el cambio del estado sólido al gaseoso) del hielo. Este

vapor no tiene olor ni color. Definiciones. (2008). [Documento en línea]. Disponible

http://definicion.de [Consulta: 2013, julio 16].

Vapor Saturado: Es vapor a la temperatura de ebullición del líquido. Es el

vapor que se desprende cuando el líquido hierve. Se obtiene en calderas de vapor

Vapor sobrecalentado: Es vapor de agua a una temperatura mayor que la del

punto de ebullición. Parte del vapor saturado y se le somete a un recalentamiento con

el que alcanza mayor temperatura. También se obtiene en las calderas de vapor, que

tienen secciones de recalentamiento para el vapor, haciendo pasar el vapor que se

obtiene en la ebullición por tubos expuestos a los gases calientes del proceso de

combustión. TodoExperto. (2007). [Documento en línea]. Disponible

http://www.todoexpertos.com [Consulta: 2013, julio 16].

24

Se muestra la relación Presión-Temperatura del Agua y Vapor, (ver figura 2-7).

Figura 2-7. Relación Presión temperatura del agua y vapor Nota. http://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.Html #super

heat

Bombas

Las bombas son dispositivos que se encargan de transferir energía a la corriente

del fluido impulsándolo, desde un estado de baja presión estática a otro de mayor

presión. Están compuestas por un elemento rotatorio denominado impulsor, el cual se

encuentra dentro de una carcasa llamada voluta. Inicialmente la energía es transmitida

como energía mecánica a través de un eje, para posteriormente convertirse en energía

hidráulica.

El fluido entra axialmente a través del ojo impulsor, pasando por los canales de

éste y suministrándole energía cinética mediante los álabes que se encuentran en el

impulsor, para posteriormente descargar el fluido en la voluta, la cual se expande

gradualmente, disminuyendo la energía cinética adquirida para convertirse en presión

estática. Universidad Nacional Experimental del Táchira (2007) [Documento en

línea]. Disponible http://www.unet.edu.ve [Consulta: 2013, julio 16].

En el mismo texto también puede encontrase otros conceptos de otros tipos de

bombas y las partes que las componen, información de bombas centrífugas y partes

como carcasa, impulsores, anillos, estoperas, flechas. A continuación se describen

estos y otros conceptos.

25

Bombas Centrífugas

Una bomba centrífuga es una máquina que consiste de un conjunto de paletas

rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter, o una cubierta o carcaza. Se

denomina así, porque la cota de presión que crean es ampliamente atribuible a la

acción centrífuga. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza de esta misma

acción (ver figura 2-8). Así, despojada de todos los refinamientos, una bomba

centrífuga tiene dos partes principales:

• Un elemento giratorio, incluyendo el impulsor y una flecha.

• Un elemento estacionario compuesto por una cubierta, estoperas y chumaceras.

Figura 2-8. Bomba Centrífuga.

Nota. http://www.unet.edu.ve/~maqflu/doc/LAB-1-95.htm

Partes de la bomba centrífuga

Carcasa: Es la parte exterior protectora de la bomba y cumple la función de

convertir la energía de velocidad impartida al líquido por el impulsor en energía de

presión. Esto se lleva a cabo mediante reducción de la velocidad por aumento gradual

del área.

Impulsores: Es el corazón de la bomba centrífuga. Recibe el líquido y le

imparte una velocidad de la cual depende la carga producida por la bomba.

Anillos de desgaste: Cumplen la función de ser un elemento fácil y económico

de remover, en aquellas partes en donde, debido a las cerradas holguras entre el

26

impulsor y la carcasa, el desgaste es casi seguro, evitando así la necesidad de cambiar

estos elementos y quitar sólo los anillos.

Estoperas, empaques y sellos: La función de estos elementos es evitar el flujo

hacia fuera del líquido bombeado a través del orificio por donde pasa la flecha de la

bomba y el flujo de aire hacia el inferior de la bomba.

Flecha: Es el eje de todos los elementos que giran en la bomba centrífuga,

transmitiendo además el movimiento que imparte la flecha del motor.

Cojinetes: Sirven de soporte a la flecha de todo el rotor en un alineamiento

correcto en relación con las partes estacionarias. Soportan las cargas radiales y axiales

existentes en la bomba.

Bases: Sirven de soporte a la bomba, sosteniendo el peso de toda ésta.

Válvula de Compuerta, Creus (2005) dice que: efectúa su cierre con un disco

vertical plano o de forma especial, y que se mueve verticalmente al flujo del fluido.

Por su disposición es adecuada generalmente para el control todo-nada, ya que en

posiciones intermedias tiende a bloquearse. También, menciona que ésta tiene la

ventaja de presentar muy poca resistencia al flujo del fluido, cuando está en posición

de apertura total, y por lo tanto se caracteriza por una baja caída de presión.

Sello Mecánico, según Córdoba, (2009) es un dispositivo de sellado que

previene el escape del fluido de un equipo, el cual atraviesa un eje rotativo realizando

el sellado por contacto axial de sus caras que se encuentran perpendiculares al eje y

en movimiento relativo una respecto a la otra.

27

Elementos que constituyen el sello mecánico

Córdoba también señala que el sello mecánico es un dispositivo que

proporciona rendimiento en el sellado durante largos periodos de tiempo, gracias a la

concepción de los componentes, que determinan una amplia variedad de diseño (ver

figura 2-9).

Figura 2-9. Elementos del sello mecánico. Nota. Córdova, M. (2009)

El Lodo

Lodo: Barro blando, muy fino y fluido, que se forma en los lugares donde hay

agua o cuando llueve, También pudiera describirse como una mezcla de tierra y agua.

The free Dicionary. (2007). [Documento en línea]. Disponible

http://es.thefreedictionary.com [Consulta: 2013, julio 16].

Lodo de Fertilizante (NPK): Según Freites (2011) es el producto de la reacción

de ácido fosfórico y amoníaco. Dependiendo de la combinación de estos elementos,

se produce fosfato monoamónico “MAP” o fosfato diamónico “DAP”, según se

requiera en la producción de NPK. Éste debe mantener una relación molar (NH3 /

H3PO4) entre 1,35 y 1,55 y una temperatura entre 110-115 grados centígrados para

garantizar una solubilidad máxima de sales y un comportamiento óptimo.

28

Válvulas de Control tipo globo

Honeywell en su página web “Instrumentación de Control” muestra la siguiente

información: Una válvula de globo, llamada así por disponer de un obturador en

forma de globo, se caracteriza porque el flujo de entrada o salida es perpendicular al

eje del obturador.

La utilización de estas válvulas en el control del vapor saturado permitirá:

• Estrangulación o regulación de circulación.

• Para accionamiento frecuente.

• Para corte positivo de gases, aire o vapor.

• Cuando es aceptable cierta resistencia a la circulación.

Estas válvulas ofrecen las siguientes ventajas:

• Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o

asiento.

• Carrera corta del disco, lo cual reduce el tiempo y desgaste en el vástago y el

bonete.

• Control preciso de la circulación.

• Disponible con orificios múltiples.

Existen en diferentes tipos: Normal (estándar), en "Y", en ángulo y de tres vías.

El cuerpo se haya en diferentes materiales: bronce, hierro, hierro fundido, acero

forjado, monel, acero inoxidable o plásticos. Debe ser instalada de modo que la

presión esté debajo del disco, excepto en servicio con vapor a alta temperatura.

Especificaciones para el pedido

• Tipo de conexiones de extremo.

• Tipo de disco.

29

• Tipo de asiento.

• Tipo de vástago.

• Tipo de empaquetadura o sello del vástago.

• Tipo de bonete.

• Capacidad nominal para presión.

• Capacidad nominal para temperatura.

A continuación se muestra la figura 2-10, donde se puede observar una válvula

de control tipo globo.

Figura 2-10. Válvula de Control tipo globo Nota: TLV Compañía Especialista en Vapor, (2013)

Válvulas Solenoide ON/OFF

Una válvula solenoide es un dispositivo electro-mecánico que se energiza o des-

energiza para abrir o cerrar el orificio de la válvula. Está diseñada para controlar el

flujo de aire, agua, aceite, gas, vapor, y prácticamente cualquier substancia líquida o

gaseosa. Las de acción directa abren o cierran por acción directa sobre el núcleo

móvil. Aquellas de acción pilotada, para líneas más largas y presiones mayores,

sustituyen la acción directa utilizando la presión de la línea para abrir orificios más

grandes manteniendo el tamaño del solenoide pequeño. Las válvulas normalmente

30

cerradas abren cuando son energizadas y cierran cuando no; las normalmente abiertas

actúan exactamente al contrario.

La válvula solenoide es el dispositivo automático más eficiente en las

aplicaciones de control de flujo para líquidos y gases. Su montaje requiere de tubería

y conexión eléctrica. En contraste, las válvulas de proceso (bola, mariposa, entre

otras.) necesitan no solamente su propio montaje, sino también, un actuador o

cilindro y una válvula solenoide. Se deben considerar los factores básicos del tipo de

válvula, su operación eléctrica, fluido a controlar, tamaño de la misma, presión de la

línea, atmósfera de montaje, temperatura de trabajo, voltaje de alimentación y algunas

opciones como encerramientos para áreas clasificadas. La selección errónea, puede

representar pérdida de dinero y un funcionamiento inadecuado. (Ver figura 2-11),

donde se muestra una válvula solenoide. Válvula Instrumentación y Control

[Documento en línea]. Disponible http://www.monografias.com Consulta: (16 julio

2013)

Figura 2-11. Válvula Solenoide Nota: La Llave Boletín Técnico Vol 5, Año 3, (2013)

Convertidor de Corriente a Presión (I/P)

Son dispositivos que reciben una señal de entrada neumática (3-15 psi) o

electrónica (4-20 mA c.c.) procedente de un instrumento y después de modificarla

31

envían la resultante en forma de señal de salida estándar. En un convertidor I/P la

señal de entrada es eléctrica y la señal de salida es neumática. Válvula

Instrumentación y Control [Documento en línea]. Disponible

http://www.monografias.com Consulta: (16 julio 2013)

Transmisor

Honeywell describe un transmisor como un instrumento que capta la variable

en proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador o controlador y la

función primordial de este dispositivo es tomar cualquier señal para convertirla en

una señal estándar adecuada para el instrumento receptor; es así, como un transmisor

capta señales tanto de un sensor como de un transductor, aclarando siempre que todo

transmisor es transductor, más un transductor puede no ser un transmisor. Las señales

estándar pueden ser neumáticas, cuyos valores están entre 3 y 15 PSI, electrónicas,

que son de 4 a 20 mA o de 0 a 5 voltios DC, digitales que entregan 0 ó 5 voltios para

0 ó 1, respectivamente. (Ver figura 2-12) Trasmisores, [Documento en línea].

Disponible http://www.honeywellsp.com Consulta: (16 julio 2013)

Figura 2-12. Transmisor de Presión y Temperatura Nota: TLV Compañía Especialista en Vapor, (2013)

32

Bases legales

Para el desarrollo de la propuesta del Sistema de Control Automatizado se

requiere tener presentes las bases legales que apoyen la investigación, como lo señala

La Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente de Trabajo

(Lopcymat), (2005) responsable de velar por los derechos de los trabajadores en

cuanto a la salud y la seguridad laboral en Venezuela. En el artículo 59, Condiciones

y ambiente en que debe desarrollarse el trabajo, literal 3, indica: “Preste protección a

la salud y a la vida de los trabajadores y trabajadoras contra las condiciones

peligrosas en el trabajo”.

También, indica en el artículo 60, Relación persona, sistema de trabajo y

máquina, describe lo siguiente:

“El empleador o empleadora deberá adecuar los métodos de trabajo así como las máquinas, herramientas y útiles utilizados en el proceso de trabajo a las características psicológicas, cognitivas, culturales y antropométricas de los trabajadores y trabajadoras. En tal sentido, deberá realizar los estudios pertinentes e implementar los cambios requeridos tanto en los puestos de trabajo existentes como al momento de introducir nuevas maquinarias, tecnologías o métodos de organización del trabajo a fin de lograr que la concepción del puesto de trabajo permita el desarrollo de una relación armoniosa entre el trabajador o la trabajadora y su entorno laboral.”

La Norma de Comisión Internacional de Electrotecnia (IEC) 61131-1

Autómatas Programables. Parte 1. Información General. 2003, indica en la sección

4.3:

4.3 Características de la función de interfaz para sensores y actuadores a) Tipos de señales de entrada y salida (E/S). La información de estado y

los datos de la máquina / proceso se transmiten al sistema del controlador programable de E/S binaria, señales digitales, incremental o analógica. Por el contrario, las decisiones y los resultados determinados por la función de procesamiento se transmiten a la máquina/proceso mediante el uso de binarios apropiados, las señales digitales, incremental o analógica. La gran variedad de sensores y

33

actuadores utilizados requiere acomodar una amplia gama de señales de entrada y salida.

b) Características del sistema de E/S. Diversos métodos de procesamiento de la señal, la conversión y el aislamiento se utilizan en los sistemas de E/S. El comportamiento y el rendimiento del sistema PLC, dependen de la evaluación estática/dinámica de la señal (detección de eventos), los procedimientos de almacenamiento, no-almacenamiento, opto-aislamiento, entre otros.

Se puede encontrar en la misma norma las condiciones ambientales que deben

evaluarse durante la instalación de autómatas. IEC 61131-4 Autómatas Programables.

Parte 4. Guía de usuario. 2004, la cual indica en la sección 3.1.

3.1 Condiciones Ambientales. El usuario debe asegurarse de que se tenga cuidado acerca de la temperatura, contaminantes, golpes, vibraciones e influencia electromagnética. La Tabla 2-1 describe las condiciones ambientales que se evaluarán durante la instalación.

Tabla 2-1: Condiciones Ambientales Tabla 1: Condiciones Ambientales

Criterios Comentarios y consideraciones Temperatura Verifique una posible influencia de fuentes de calor

estable o temporal: - Calentador - El calor solar - Productos calientes

Contaminantes Humedad, gases corrosivos, líquidos y polvo conductor pueden afectar la función de un sistema de PLC. Por lo tanto, comprobar: - El uso de recintos adecuados de acuerdo con los códigos internacionales / nacionales - Cumplimiento de las instrucciones de instalación del fabricante - La degradación de la eficiencia térmica causada por el polvo

Choque y Vibración

Compruebe los posibles efectos en sitio: - motores, compresores - Las líneas de transferencia - Prensas, martillos - vehículos

34

Continuación…

Interferencia electromagnética

Comprobación de la interferencia electromagnética de diversas fuentes en sitio: - motores - Unidades interruptoras, tiristores - Equipos de radio control - Equipos de soldadura, Arcos eléctricos - Fuentes de alimentación conmutadas - Convertidores / inversores de potencia

Nota. IEC 61131-4 Autómatas Programables. Parte 4. Guía de usuario, sección 3.1

En la Norma del Instituto Americano del Petróleo (API) 682. Sistemas de

obturación ejes - bomba para bombas centrífugas y rotatorias (2002), en los planes

recomendados por ésta se señala:

A.4.9 Plan 32. Se utiliza en los servicios que contienen sólidos o contaminantes, donde un limpiador adecuado o un lavado externo en frío mejorará el entorno del sello. También se utiliza para reducir el parpadeo o la intrusión de aire (en los servicios de vacío) a través de las caras de sellado, proporcionando una descarga que tiene una presión de vapor más baja o que se levante la presión de la cámara de sellado a un nivel aceptable. El lavado externo será continuo y confiable, incluso en situaciones no convencionales, tales como en la puesta en marcha o en el apagado. El lavado externo también será compatible con el flujo del proceso porque fluirá desde la cámara de sellado dentro del fluido de proceso.

Definición de términos

Comparador: El comparador o detector de error es un dispositivo que compara

la señal de salida, captada por el sensor, con la señal de entrada. A partir de la

diferencia entre ambas, el comparador produce una señal de error y la envía al

controlador.

Fertilizante: es un tipo de sustancia o nutriente, en forma química saludable y

asimilable para las raíces de las plantas, con el fin mantener y/o incrementar el

contenido de estos elementos en el suelo.

35

Operador: Los operarios de plantas químicas tienen la responsabilidad de

asegurar que los sistemas de unidad/ proceso funcionen apropiadamente.

Presión: Es una fuerza aplicada a una superficie o distribuida sobre ella. Se

podrá expresar en diversas unidades, tales como: Kgf/cm2, psi, cm de columna de

agua, pulgada o cm de Hg, bar o bien en pascal (Pa).

Sensor: Es el primer elemento en un lazo de control, el cual mide la variable de

proceso.

Set point: Valor al que se desea mantener una variable de proceso.

Temperatura: Se define como temperatura de un cuerpo la cantidad de energía

que contiene su unidad de masa. No depende del tamaño del cuerpo ni de su material.

A mayor temperatura se tendrá mayor sensación de calor, a menor temperatura,

sensación de frio.

Transmisor Industrial : Los transmisores son instrumentos que captan la

variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor, indicador,

registrador, controlador o combinación de estos.

Válvula de Control: La válvula automática de control generalmente constituye

el último elemento en un lazo de control instalado en la línea de proceso y se

comporta como un orificio cuya sección de paso varía continuamente, con la finalidad

de controlar un caudal en una forma determinada.

Variable de proceso: Son aquellas que pueden cambiar las condiciones de un

proceso (presión, temperatura, flujo, entre otros).

36

CAPÍTULO III

MARCO METODOLÓGICO

Tipo de Investigación

El presente Trabajo Especial de Grado trata de la documentación y propuesta de

un sistema de control automatizado, para garantizar el proceso de lavado y sello con

vapor en las bombas centrífugas (PC-201 A/B) de envío de lodo, en la planta de

granulación de NPK del Complejo Petroquímico Morón. Con esta premisa y de

acuerdo a los objetivos, corresponde a un nivel de investigación descriptiva y

explicativa, ya que:

… consiste en la caracterización de un hecho, fenómeno, individuo o grupo, con el fin de establecer su estructura o comportamiento. Los resultados de este tipo de investigación se ubican en un nivel intermedio en cuanto a la profundidad de los conocimientos se refieren (ARIAS, 2012) (p.24)

Y

… se encarga de buscar el porqué de los hechos mediante el establecimiento de relaciones causa-efecto. En este sentido, los estudios explicativos pueden ocuparse tanto de la determinación de las causas (investigación post facto), como de los efectos de la investigación experimental, … (ARIAS, 2012) (p.26)

También, está enmarcado en un proyecto factible debido a:

… el proyecto factible es un estudio "que consiste en la investigación, elaboración y desarrollo de una propuesta de un modelo operativo viable para solucionar problemas, requerimientos o necesidades de organizaciones o grupos sociales". La propuesta que lo define puede referirse a la formulación de políticas, programas, tecnologías, métodos o

37

procesos, que sólo tienen sentido en el ámbito de sus necesidades. UPEL (2003) (p.12)

Diseño de la Investigación

El estudio estará fundamentado en la recolección de datos, adecuación de

métodos, análisis y síntesis, apoyados en la automatización industrial de procesos,

con la finalidad de alcanzar los objetivos y la solución del problema planteado. Por

esta razón, se determina que el diseño de la investigación es del tipo de campo no

experimental, debido a:

“… es aquella que consiste en la recolección de datos, directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos (datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la información, pero no altera las condiciones existentes. De allí su carácter de investigación no experimental” (ARIAS, 2012) (p. 31).

Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos

Para evidenciar la necesidad de proponer un sistema de control automatizado

del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrífugas de envío de lodo

en la Planta de NPK, se utilizarán dos técnicas: La observación directa y la encuesta.

Como instrumento se usará una lista de cotejo y un cuestionario.

Por otra parte, proponer un sistema de control automático para garantizar las

condiciones específicas del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas

centrífugas (PC-201 A/B), será necesario hacer una recopilación y revisión de

diferentes documentos, normas, manuales, catálogos, códigos, especificaciones

técnicas, reportes, entre otros (escritos o electrónicos), orientados a estructurar las

actividades que soporten el diseño de la propuesta.

38

Técnicas de Análisis de Datos

Las primeras técnicas que se emplearán serán la clasificación, delimitación y

registro de la información adecuada, para lograr el éxito de la investigación. Una vez

seleccionada la información, se extraerán los aspectos, conceptos que darán forma al

esquema del trabajo. Para el análisis e interpretación de los datos recolectados, se

empleará la estadística descriptiva, específicamente el análisis práctico y serán

presentados en cuadros, gráficos, diagramas, entre otros, con el propósito de dar un

mayor enfoque.

Procedimientos Metodológicos de la Investigación

Fase 1: Diagnosticar la situación actual, bajo la cual se están realizando las

actividades del proceso del lavado y sello con vapor en las bombas centrífugas

(PC-201 A/B).

Antes de iniciar el desarrollo de la propuesta del sistema de control

automatizado, es necesario determinar la situación actual, o el cómo se está

garantizando el funcionamiento de las bombas centrífugas de envío de lodo. A través

de la observación directa se podrá verificar si existe o no un funcionamiento

adecuado para este proceso; por otra parte, también se realizarán encuestas a los

operadores y personal técnico del área.

Fase 2: Analizar la factibilidad técnica, operativa y económica del proyecto.

Esta etapa permitirá obtener la información necesaria, para definir la posibilidad

de llevar a cabo el sistema de control automatizado, a través del análisis de recursos

técnicos, operativos y económicos.

39

Fase 3: Proponer un sistema de control automático para garantizar las

condiciones específicas del proceso del lavado y sello con vapor en las bombas

centrífugas (PC-201 A/B).

Una vez, conocida la factibilidad de la propuesta, se procederá con el desarrollo

de un sistema de control automatizado, que permita mejorar las condiciones de

trabajo de los operadores y garantizar las condiciones adecuadas de funcionamiento

de las bombas centrífugas de envío de lodo en la Planta de NPK. En consecuencia, se

determinará el tipo de variables a medir y controlar, características del proceso de

lavado y sello de las bombas, filosofía del sistema de control e instrumentación a

utilizar, esquematización del sistema de tuberías, especificaciones de los elementos

finales de control, tipo de comunicación, entre otros. Los recursos a utilizar se

presentan en la tabla 3-1. (Ver Tabla 3-1)

Tabla 3-1:

Recursos a Utilizar

Recursos humanos Operadores, Ingenieros de procesos, Ingenieros de automatización y control Técnicos, Supervisores de área

Recursos Materiales

Computador, Dispositivos de almacenamiento, Impresora, Scanner, Fotocopiadora, Cámara fotográfica, Libros, Documentos técnicos, Normas, Catálogos, Manuales, Libretas de notas

Recursos económicos

Recursos de la empresa Recursos del autor

Nota: Aro, (2013)

40

CAPÍTULO IV

PRESENTACIÓN, ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE LOS RESU LTADOS

DEL DIAGNÓSTICO DE LA SITUACIÓN ACTUAL

El presente capítulo muestra los resultados obtenidos en la Fase I de la

investigación del proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrífuga (PC-

201 A/B) de envío de lodo, en la planta de granulación de NPK del Complejo

Petroquímico Morón. Para la aplicación de las técnicas de recolección de datos, fue

necesario diseñar y elaborar los instrumentos correspondientes. Para esto, se preparó

el esquema actual del proceso de lavado y sello, con los diferentes elementos que lo

componen (Ver figura 4-1).

Figura 4-1. Esquema actual del proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B. Nota: Aro, (2013).

41

En este sentido, con la colaboración de los operadores del área y la ayuda del

esquema anteriormente indicado, se pudo obtener los diagramas de flujo del proceso

de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B (Ver figuras 4-2 y 4-3).

Figura 4-2. Diagrama de flujo de lavado de las bombas PC-201 A/B. Nota: Aro, (2013).

42

Figura 4-3. Diagrama de flujo del sello de las bombas PC-201 A/B. Nota: Aro, (2013).

Estos elementos permitieron formular, clasificar y agrupar las diferentes

preguntas de la lista de cotejo y el cuestionario. En la tabla 4-1, se presentan los

resultados obtenidos de la observación directa del proceso de lavado y sello de las

bombas PC-201 A/B.

43

Tabla 4-1. Lista de Cotejo. Empresa: Complejo Petroquímico Morón Dirección: Carretera Nacional Morón-Coro. Morón. Estado Carabobo. Gerencia: Producción. Área: Granulado NPK Día: 14 Mes: Agosto Año: 2013 Hora:1:00 pm Equipo: Bombas PC-201 A/B. Producto: Lodo. Seguridad Si No

1 ¿El sistema actual del proceso de lavado y sello de las bombas, PC-201A/B se encuentra a la intemperie?

√

2 ¿Los operadores y el sistema actual del proceso de lavado y sello de las bombas, están expuestos a sustancias peligrosas?

√

3 ¿Existe derrame de sustancias en el área de lavado y sello de las bombas PC-201A/B?

√

4 ¿El sistema actual del proceso de lavado y sello de las bombas PC-201A/B, tiene elementos de seguridad, como paradas de Emergencia?

√

Operación Si No

5 ¿El sistema actual del proceso de lavado y sello de las bombas, se encuentra en funcionamiento?

√

6 ¿El proceso de lavado y sello de las bombas, es realizado por los operadores a través de un procedimiento?

√

7 ¿El sistema del proceso de lavado y sello de las bombas, es operado desde el panel de control?

√

8 ¿El proceso de lavado y sello de las bombas, tiene un tiempo de operación establecido?

√

Calidad Si No

9 ¿El envío de lodo desde el pre-neutralizador (A-201) hacia el tambor rotativo (TR-201) se realiza adecuadamente?

√

10 ¿Durante el proceso de lavado y sello de las bombas, se ven afectadas las características del Lodo?

√

11 ¿El sistema actual del proceso de lavado y sello, satisface los requerimientos para un adecuado lavado y sello de las bombas?

√

Servicios Si No

12 ¿Existe Servicio de Vapor Saturado o Condensado entre 1,5 y 2 Kg/cm2 en el área del proceso de lavado y sello de las bombas?

√

13 ¿La disposición física de los elementos del proceso de lavado y sello permite su mantenimiento?

√

14 ¿Existen condiciones para la canalización del cableado de control? √

15 ¿Se dispone de equipos de control o PLC cercanos al proceso de lavado y sello de las bombas?

√

16 ¿Los instrumentos y válvulas existentes permiten el control eficiente del proceso de lavado y sello de las bombas?

√

Nota. Aro, (2013).

44

En cuanto a Seguridad:

Se pudo evidenciar que el proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B ,

al igual que los trabajadores, se encuentran a la intemperie, es decir, están expuestos a

condiciones ambientales como la lluvia, el sol, el viento, entre otros, ya que las

mismas están fuera de la protección techada del edificio de la planta. Por otro lado,

también se exponen a la presencia en el área de sustancias peligrosas, tales como el

fosfato monoamónico “MAP” o fosfato diamónico “DAP”. (Ver figura 4-4).

De acuerdo a lo expuesto, el ambiente y las condiciones de trabajo difieren con

lo establecido en la Ley Orgánica de Prevención, Condiciones y Medio Ambiente de

Trabajo (2005) (LOPCYMAT) en su artículo N° 59; literal 3; el cual señala: “… el

trabajo deberá desarrollarse en un ambiente y condiciones adecuadas de manera que:

Preste protección a la salud y a la vida de los trabajadores y trabajadoras contra todas

las condiciones peligrosas en el trabajo”.

Figura 4-4. Sistema del proceso de lavado y sello a la intemperie Nota: Planta Granulado NPK, Pequiven, (2013).

45

También, se verificó la existencia de derrame de lodo en la zona, como

consecuencia de los desbordes de nivel del producto en el pre-neutralizador A-201,

situación que mantiene cubierto de lodo al piso y dispositivos del proceso. Así como

la ausencia de elementos de parada de emergencia que lo detengan, en caso de que

ocurran eventos como el antes citado.

Las condiciones encontradas evidencian que el área donde los trabajadores

efectúan las operaciones representa riesgos físicos para el personal, mientras que los

equipos y dispositivos se ven afectados por las sustancias presentes, que causan

corrosión y deterioro de estos. (Ver figura 4-5). En relación a lo anterior, la

LOPCYMAT, en su artículo N° 59; literal 7; señala: “… el trabajo deberá

desarrollarse en un ambiente y condiciones adecuadas de manera que: Garantice

todos los elementos del saneamiento básico en los puestos de trabajo, en las

empresas, establecimientos, explotaciones y faenas, y las áreas adyacentes a los

mismos.”

Figura 4-5. Sistema del proceso de lavado y sello cubierto de Lodo Nota: Planta Granulado NPK, Pequiven, (2013).

46

En cuanto al proceso de Operación:

El sistema del proceso del lavado y sello de las bombas, se encuentra

actualmente en funcionamiento, permitiendo la limpieza y mantenimiento del sello

de las bombas. Sin embargo, éste es llevado a cabo por los operadores sin seguir un

procedimiento coherente, sistematizado y objetivo. El mismo es ejecutado de acuerdo

a la experiencia de cada uno de ellos. Aunado a esto, las operaciones del sistema son

realizadas en el sitio donde se halla el proceso.

Por otro lado, el tiempo para ejecutar el proceso, varía según el criterio utilizado

por el operador. De acuerdo a lo planteado, la norma internacional ISO 9001:2008 en

el requisito 4.2.1.d señala: “…los documentos, incluidos los registros que la

organización determina que son necesarios para asegurarse de la eficaz planificación,

operación y control de sus procesos”. Demostrando la importancia en tener los

procedimientos documentados.

En cuanto a la Calidad:

El envío de lodo desde el pre-neutralizador hacia el tambor rotativo mantiene

las líneas de lodo libres de obstrucciones, mientras que las características del lodo

permanecen intactas, ya que el sistema se encuentra aislado de la circulación de lodo

y el vapor sobrecalentado de 17 Kgf/cm2. Sin embargo, el empleo de vapor

sobrecalentado de 17 Kgf/cm2; durante el lavado pudiese afectar a las bombas. De

acuerdo a lo indicado en el documento PQVM-356A-ING-ER-RI-10-006,

Recomendaciones generales para la PC-201 de la planta de NPK, en la

recomendación 6.2: “…Instalar el “saturador de vapor para sellos PC-201 A/B”, para

inyectar vapor saturado y no sobrecalentado como ocurre actualmente en la bomba.

De esta forma, se garantiza el mismo lavado efectivo de las cavidades internas y

además disminuye el daño que pudiese estar haciendo la corriente actual (por efectos

de la temperatura) a los componentes del equipo.”

47

En cuanto al Servicio

Se evidencia la ausencia del servicio de vapor saturado entre 1,5 y 2 Kgf/cm2,

sólo existe vapor sobrecalentado de 17 Kgf/cm2 para el lavado y para el sello de las

bombas se emplea el vapor a 0,5 Kgf/cm2. Un adecuado lavado y sello de las bombas

se garantiza, de acuerdo a lo expresado en la norma API 682; en el A.4.9 Plan 32: “Se

utiliza en los servicios que contienen sólidos o contaminantes, donde un limpiador

adecuado o un lavado externo en frío mejorará el entorno del sello…”.

Mientras que la disposición física de los elementos carece de estructura fija que

permita la adecuada manipulación y observación por parte de los operadores (Ver

figura 4-6). La norma API 551:1993 indica en el apartado de Accesibilidad 4.2.3:

“Todos los instrumentos de presión montados localmente deben ser de fácil acceso

desde el nivel, plataformas, pasarelas fijas… En aplicaciones donde la presión se

puede controlar manualmente en una estación de válvula de control, una indicación

de la presión debe ser claramente visible y legible…”.

Figura 4-6. Instrumentos y Válvulas sin fijación adecuada en el Proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B Nota: Planta Granulado NPK, Pequiven, (2013).

48

Igualmente, se apreció la ausencia de bandejas y/o tuberías que permitan

canalizar el cableado a los elementos y equipos de control, mientras que los equipos

de control o PLC se encuentran distantes del proceso del lavado y sello. En el panel

de control se dispone del Sistema de Control Distribuido (DCS). En el mismo

contexto, los instrumentos son ineficientes bajo el esquema de control manual, debido

a que las indicaciones brindan poca precisión del estado de las variables del proceso;

entretanto, el ajuste de las válvulas ofrece poca regularidad para un control

satisfactorio (Ver figura 4-7). En función de estos hallazgos, debe considerarse lo que

indica la norma IEC 61131-4: 2004; Autómatas Programables, la cual indica en la

sección 3.1: “… El uso de recintos adecuados de acuerdo con los códigos

internacionales / nacionales… Cumplimiento de las instrucciones de instalación del

fabricante…”

Figura 4-7. Instrumentos brindan poca precisión en el Proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B Nota: Planta Granulado NPK, Pequiven, (2013)

49

Como segunda técnica de recolección de datos se empleó la encuesta y a modo

de instrumento se aplicó el cuestionario (ver anexo 1). Para ello, se contó con la

colaboración de once (11) personas relacionadas con el proceso de lavado y sello con

vapor en las bombas centrífugas (PC-201 A/B) de envío de lodo, en la planta de

granulación de NPK del Complejo Petroquímico Morón. A continuación se presentan

los resultados en la Tabla 4-2.

Tabla 4-2.

Tabla de Frecuencia

N° Sí No

F % F %

1 11 100 0 0

2 1 9 10 91

3 2 18 9 82

4 2 18 9 82

5 6 55 5 45

6 9 82 2 18

7 9 82 2 18

8 10 91 1 9

9 7 64 4 36

10 7 64 4 36

11 10 91 1 9

12 1 9 10 91

13 8 73 3 27

14 8 73 3 27

15 10 91 1 9

16 10 91 1 9

17 10 91 1 9

Nota: Aro, (2013)

Leyenda: Número de la pregunta (N°), Respuesta afirmativa (Sí), respuesta

negativa (No); Frecuencia de respuesta (F) y el porcentaje con respecto a la muestra

(%).

50

Pregunta N° 1: ¿La puesta en marcha de la bomba PC-201 para el proceso

de lavado y sello, se realiza desde un mando local?

El 100 por ciento de la muestra indicó que la puesta en marcha del arranque se

realiza desde un mando local o en sitio (ver figura 4-8). Esto significa que el personal

realiza dicha acción de forma manual. Se evidenció la ausencia de controles

automáticos que permitan el arranque y parada de la bomba PC-201 sin intervención

humana. De acuerdo a Balcells y Romeral (2003): “… el objetivo de un sistema de

control es el de gobernar la respuesta de una planta, sin que el operador intervenga

directamente sobre sus elementos de salida…” también, “…manipula únicamente la

magnitudes denominadas de consigna…”

Figura 4-8. Resultado de la pregunta N° 1: ¿La puesta en marcha de la bomba PC-201 para el proceso de lavado y sello, se realiza desde un mando local? Nota: Aro, (2013)

51

Pregunta N° 2: ¿Las válvulas y los instrumentos de medición del proceso de

lavado y sello están identificadas?

El 91 por ciento de la muestra encuestada indicó, que las válvulas y los

instrumentos de medición están sin identificación, mientras que un 9 por ciento

considero que sí están identificados (ver figura 4-9). De acuerdo a la norma

ANSI/ISA S5.1: R1992, señala en el punto 2.3.1: “…Pueden requerirse tales

referencias, para los usos siguientes: …Identificación (etiquetado) de instrumentos y

funciones de control. Instalación, operación e instrucciones de mantenimiento,

dibujos y archivos”.

Figura 4-9. Resultado de la pregunta N° 2: ¿Las válvulas y los instrumentos de medición del proceso de lavado y sello están identificadas? Nota: Aro, (2013)

52

Pregunta N° 3: ¿Es fácil para el operador, el ajuste de las válvulas del

proceso de lavado y sello?

El 82 por ciento de la muestra encuestada indicó que es difícil para el operador

el ajuste de las válvulas del proceso del lavado y sello, mientras que el 18 por ciento

manifestó que es fácil el ajuste de las válvulas (ver figura 4-10). El tipo de válvulas

de compuerta de acuerdo a Creus (2005) en su publicación Instrumentación

Industrial, en la sección 8.1.2.1.5; señala: “…Por su disposición es adecuada

generalmente para control todo o nada, ya que en posiciones intermedias tiende a

bloquearse”. Por otro lado, este tipo de válvula se desvía de lo planteado por el

Handbook Control Valve, 4th edition, en la página 1, la cual indica: “… Compensa la

perturbación de carga y mantiene el proceso tan cerca como sea posible al punto de

ajuste deseado”.

Figura 4-10. Resultado de la pregunta N° 3: ¿Es fácil para el operador, el ajuste de las válvulas del proceso de lavado y sello? Nota: Aro, (2013)

53

Pregunta N° 4: ¿Los instrumentos de medición utilizados en el proceso de

lavado y sello son adecuados para la medición de las variables del proceso?

El 82 por ciento del personal consideraron que los instrumentos de medición

utilizados en el proceso del lavado y sello son inadecuados para la medición de las

variables, mientras que el 18 por ciento indican que son adecuados (ver figura 4-11).

De acuerdo a lo indicado por Lipták en Instrument Engineers Handbook (4th Edition)

Volumen I, página 733, señala: “…La calidad de la medición C-Bourdon puede estar

influenciada por varios factores. El gran voladizo en el elemento la hace susceptible a

golpes o vibraciones. Si un elemento de Bourdon ha sido calibrado en el aire y en el

proceso que está lleno de líquido, el peso del fluido en el voladizo introducirá un

error”.

Figura 4-11.Resultado de la pregunta N° 4: ¿Los instrumentos de medición utilizados en el proceso de lavado y sello son adecuados para la medición de las variables del proceso? Nota: Aro, (2013)

54

Pregunta N° 5: ¿Las condiciones de presión y temperatura del vapor son

las adecuadas para el proceso de lavado y sello?

Las condiciones de presión y temperatura del vapor, para el 55 por ciento de la

muestra, son consideradas inadecuadas, mientras que el 45 por ciento de la muestra

manifiesta que son adecuadas (ver figura 4-12). De acuerdo a lo indicado en el

PQVM-356A-ING-ER-RI-10-006, Recomendaciones generales para la PC-201 de la

planta de NPK, en la recomendación 6.2: “…Instalar el “saturador de vapor para

sellos PC-201 A/B”, para inyectar vapor saturado y no sobrecalentado como ocurre

actualmente en la bomba. De esta forma se garantiza el mismo lavado efectivo de las

cavidades internas y además disminuye el daño que pudiese estar haciendo la

corriente actual (por efectos de la temperatura) a los componentes del equipo”.

Figura 4-12. Resultado de la pregunta N° 5: ¿Las condiciones de presión y temperatura del vapor son las adecuadas para el proceso de lavado y sello? Nota: Aro, (2013)

55

Pregunta N° 6: ¿Existe presión elevada en las tuberías del proceso de

lavado y sello?

El 82 por ciento de las personas encuestadas consideran que existe presión

elevada en las tuberías del proceso de lavado y sello; en cambio, el 18 por ciento

considera la inexistencia de presión elevada (ver figura 4-13). Conforme a lo señalado

en la LOPCYMAT, en su artículo N° 59; literal 3; indica: “… el trabajo deberá

desarrollarse en un ambiente y condiciones adecuadas de manera que: Preste

protección a la salud y a la vida de los trabajadores y trabajadoras contra todas las

condiciones peligrosas en el trabajo”.

Figura 4-13. Resultado de la pregunta N° 6: ¿Existe presión elevada en las tuberías de proceso de lavado y sello? Nota: Aro, (2013)

56

Pregunta N° 7: ¿Existe temperatura elevada en las tuberías del proceso de

lavado y sello?

El 82 por ciento de la muestra consideran que existe temperatura elevada en las

tuberías del proceso de lavado y sello; en cambio, el 18 por ciento consideran la

inexistencia de temperatura elevada (ver figura 4-14). Acorde a lo señalado en la

LOPCYMAT: En su artículo N° 60 indica: “…El empleador o empleadora deberá

adecuar los métodos de trabajo así como las máquinas, herramientas y útiles

utilizados en el proceso de trabajo a las características psicológicas, cognitivas,

culturales y antropométricas de los trabajadores y trabajadoras. En tal sentido, deberá

realizar los estudios pertinentes e implantar los cambios requeridos”.

Figura 4-14. Resultado de la pregunta N° 7: ¿Existe temperatura elevada en las tuberías del proceso de lavado y sello? Nota: Aro, (2013)

57

Pregunta N° 8: ¿Las sustancias utilizadas en el proceso de lavado y sello son

peligrosas?

El 91 por ciento de la muestra consideran que las sustancias utilizadas en el

proceso de lavado y sello son peligrosas; en cambio, el 9 por ciento consideran que

no son peligrosas las sustancias (ver figura 4-15). Conforme a lo señalado en la

LOPCYMAT: En su artículo N° 59; literal 3; indica: “… el trabajo deberá

desarrollarse en un ambiente y condiciones adecuadas de manera que: Preste

protección a la salud y a la vida de los trabajadores y trabajadoras contra todas las

condiciones peligrosas en el trabajo”.

Figura 4-15. Resultado de la pregunta N° 8: ¿Las sustancias utilizadas en el proceso de lavado y sello son peligrosas? Nota: Aro, (2013)

58

Pregunta N° 9: ¿La fuga de lodo en la bomba PC-201, es frecuente?

Un 64 por ciento de la muestra encuestada indicó que sí es frecuente la fuga de

lodo en la bomba PC- 201, mientras que el 36 por ciento considera que no es

frecuente la fuga de lodo en la bomba PC-201 (ver figura 4-16). Según Córdoba,

(2009) el Sello “…es un dispositivo de sellado que previene el escape del fluido de

un equipo, el cual atraviesa un eje rotativo realizando el sellado por contacto axial de

sus caras que se encuentran perpendiculares al eje y en movimiento relativo una

respecto a la otra.”

N Figura 4-16. Resultado de la pregunta N° 9: ¿La fuga de lodo en la bomba PC-201, es frecuente? Nota: Aro, (2013)

59

Pregunta N° 10: ¿El atascamiento por lodo en la bomba, es frecuente?

Para el 64 por ciento de la muestra es frecuente el atascamiento de las bombas;

mientras que un 36 por ciento expresa una posición contraria (ver figura 4-17).

Según Kenneth J. (1998), “… El par o torsión adicional requerido para el

movimiento de la bomba disminuye las rpm del motor y éste se ahogará antes de que

la presión llegue a un valor peligroso. Una vez despejada la obstrucción, el motor

volverá a arrancar en forma automática. Al contrario de los motores eléctricos, los

neumáticos pueden estar ahogados o al freno por tiempo indefinido sin que se

dañen.”

Figura 4-17. Resultado de la pregunta N° 10: ¿El atascamiento por lodo en la bomba, es frecuente? Nota: Aro, (2013)

60

Pregunta N° 11: ¿La forma de realizar el proceso de lavado y sello de la

bomba PC-201 depende del operador de turno?

Un 91 por ciento del personal encuestado considera que el proceso del lavado y

sello depende del operador de turno y sólo el 9 por ciento indicó que no (ver figura

4-18). De acuerdo a Reyes (2008) la automatización “… permite el diseño e

implementación de un equipo de control de la presión, la temperatura y el tiempo,

teniendo en cuenta un diseño simple y amigable para que cualquier operario pueda

manipularlo…”

Figura 4-18. Resultado de la pregunta N° 11: ¿La forma de realizar el proceso de lavado y sello de la bomba PC-201 depende del operador de turno? Nota: Aro, (2013)

61

Pregunta N° 12: ¿El proceso actual de lavado y sello satisface las

necesidades de la producción?

El 91 por ciento de la muestra expresó que el proceso actual de lavado y sello no

satisface las necesidades de producción, mientras que un 9 por ciento expresó que sí

la satisface (ver figura 4-19). Torcigliani, V. (2011) señala: “De este modo, la

automatización es el uso de sistemas de control y de tecnología informática para

reducir la necesidad de la intervención humana en un proceso, donde se reduce de

gran manera la necesidad mental y sensorial del operador, presentando grandes

ventajas en cuanto a la producción más eficiente y disminución de riesgos del

operador.”

Figura 4-19. Resultado de la pregunta N° 12: ¿El proceso actual de lavado y sello satisface las necesidades de la producción? Nota: Aro, (2013)

62

Pregunta N° 13: ¿El proceso de lavado y sello de la bomba ha producido

retraso en el proceso de producción?

El 73 por ciento de la muestra expresa que el proceso del lavado y sello de la

bomba ha producido retraso en el proceso de producción, mientras que un 27 por

ciento indicó que el proceso del lavado y sello de la bomba no retrasa el proceso de

producción (ver figura 4-20). Torcigliani, V. (2011) expresa: “… Al mantener la línea

de producción automatizada, las demoras del proceso son mínimas, no hay

agotamiento o desconcentración en las tareas repetitivas, el tiempo de ejecución se

disminuye considerablemente según el proceso.”

Figura 4-20. Resultado de la pregunta N° 13: ¿El proceso de lavado y sello de la bomba ha producido retraso en el proceso de producción? Nota: Aro, (2013)

63

Pregunta N° 14: ¿El proceso de lavado y sello es el requerido?

El 73 por ciento de la muestra encuestada considera que el proceso del lavado y

sello de la bomba es el requerido para tal fin; por otro lado, el 27 por ciento manifestó

que no es el requerido (ver figura 4-21). Esto se contradice con lo indicado en el

documento PQVM-356A-ING-ER-RI-10-006, Recomendaciones generales para la

PC-201 de la planta de NPK, en la recomendación 6.2: “…Instalar el “saturador de

vapor para sellos PC-201 A/B”, para inyectar vapor saturado y no sobrecalentado

como ocurre actualmente en la bomba. De esta forma, se garantiza el mismo lavado

efectivo de las cavidades internas y además disminuye el daño que pudiese estar

haciendo la corriente actual (por efectos de la temperatura) a los componentes del

equipo.”

Figura 4-21. Resultado de la pregunta N° 14: ¿El proceso de lavado y sello es el requerido? Nota: Aro, (2013)

64

Pregunta N° 15: ¿La automatización del proceso de lavado y sello traería

beneficios operativos a los trabajadores?

Como resultado de esta pregunta se tiene que el 91 por ciento de la muestra

encuestada afirma que la automatización del proceso de lavado y sello de las bombas

traería beneficios operativos a los trabajadores, mientras que el 9 por ciento aprecia

que no traería beneficios operativos a los trabajadores (ver figura 4-22). Torcigliani,

V. (2011) expresa, que una de las ventajas de la automatización está en: “Reemplazo

de operadores humanos en tareas repetitivas o de alto riesgo y en tareas que están

fuera del alcance de sus capacidades, como levantar cargas, trabajos en ambientes

extremos o tareas que necesiten manejo de una alta precisión.”

Figura 4-22. Resultado de la pregunta N° 15: ¿La automatización del proceso de lavado y sello traería beneficios operativos a los trabajadores? Nota: Aro, (2013)

65

Pregunta N° 16: ¿La empresa debería invertir en la automatización del

proceso de lavado y sello?

El 91 por ciento de la muestra avala que la empresa debería invertir en la

automatización del proceso de lavado y sello de las bombas; por el contrario, tan sólo

el 9 por ciento no considera la inversión en la automatización del proceso (ver figura

4-23). Vignoni, J. (2002) describe que: “Entre las principales ventajas que ofrecen los

sistemas de control se destaca el cómo controlan las variables del proceso, siendo las

principales: Reducir la variabilidad del producto final, incrementar la eficiencia,

reducir el impacto ambiental y mantener el proceso dentro de los límites de seguridad

que corresponda.”

Figura 4-23. Resultado de la pregunta N° 16: ¿La empresa debería invertir en la automatización del proceso de lavado y sello? Nota: Aro, (2013)

66

Pregunta N° 17: ¿En algún momento se ha recomendado la automatización

del proceso de lavado y sello?

El 91 por ciento de la muestra encuestada manifiesta que en algún momento se

ha recomendado la automatización del proceso del lavado y sello de las bombas,

donde apenas el 9 por ciento de dicha muestra no tiene conocimiento de tal

recomendación (ver figura 4-24). En este sentido, Freites (2011) “Recomienda la

automatización del proceso del lavado y sello de las bombas PC-201 A/B, también

recomienta la instalación en lo posible del sistema de lavado para evitar daños en los

equipos de bombeo, en condiciones de lavado con vapor”.

Figura 4-24. Resultado de la pregunta N° 17: ¿En algún momento se ha recomendado la automatización del proceso de lavado y sello? Nota: Aro, (2013)

67

Conclusiones

En los resultados de la observación directa y del cuestionario aplicado en

diagnóstico de proceso de lavado y sello con vapor en las bombas centrífugas (PC-

201 A/B), se obtuvieron las siguientes conclusiones:

Existen condiciones de riesgo para la salud de los operadores, porque están

expuestos a presiones y temperaturas elevadas, sustancias peligrosas y derrames de

lodo en el área del proceso de lavado y sello de las bombas centrífugas; situaciones

que pudieran causar quemaduras, asfixia, intoxicación y caídas con fracturas.

También se evidenció la ausencia de identificación de los instrumentos por medio de

etiquetas (Tag), que les permitieran a los operadores la selección adecuada del

instrumento (equipos de medición y válvulas) al momento de manipular o al observar

los mismos.

La manipulación de válvulas del tipo compuerta de accionamiento giratorio no

les permite a los operadores saber la posición final de las mismas y realizar un

control preciso del proceso. Por otro lado, las condiciones de reproducibilidad de las

acciones de control varían en función de las habilidades y experiencia del operador.

El empleo de instrumentos inapropiados para la medición de las variables del proceso

indica que los operadores carecen de mediciones confiables para el control del mismo

de una forma manual y la falta de normalización del procedimiento trae como

consecuencia incertidumbre sobre el valor de las variables en un momento dado,

pudiendo desviarlo de las especificaciones. Esto permite identificar al sistema, como

un control del tipo lazo abierto.

Por otro lado, existe incertidumbre en cuanto al conocimiento de los valores

adecuados de presión y temperatura por parte de los operadores, para el control del

proceso en forma manual. En este sentido, la duda evidencia condiciones de poca

confiabilidad en cuanto a la ejecución en forma manual del proceso. Poniendo de

manifiesto que los operadores sólo deberían manipular las magnitudes de consigna.

68

Los sellos de la bomba han sufrido en momentos determinados deterioros y

desgaste, lo cual se traduce en la fuga de lodo, al no poder garantizarse un sello

adecuado entre los empaques y el eje o flecha de la bomba. Asimismo, el

atascamiento en las bombas por lodo, al no realizar el lavado en el momento de la

parada de la planta, ocasiona que el producto se endurezca, afectando partes como el

impulsor y por supuesto su giro normal. Esto evidencia la necesidad de mantener

condiciones de control sobre las válvulas de lavado o barrido en el momento

adecuado y tomar las acciones de activación del proceso de lavado.

El personal responsable, al estar atento al proceso de lavado y sello de las

bombas, mientras éste se efectúa, se convierte en parte del lazo de control manual, lo

cual le impide dedicarse a actividades o tareas propias del proceso de producción. Los

procesos de producción de este tipo de planta, como los fertilizantes, requieren del

mayor cuidado y atención por parte del personal asignado a dichas responsabilidades,

pues la dedicación en tareas de condiciones de mantenimiento, retrasa las actividades

primordiales de la producción.

El proceso de lavado y sello de las bombas es considerado como el requerido

para cumplir con este proceso. Este hecho evidencia que los operadores tienen un

conocimiento claro de la necesidad del mismo para el mantenimiento y conservación

de las bombas, con lo cual se evitan las paradas no programadas y la producción se

mantiene.

Por lo antes señalado, la automatización del proceso de lavado y sello de las

bombas permitirá a los operadores liberarse de realizar tareas para el control manual

de dicho proceso y limitaría al mínimo la participación de ellos. Por otra parte, la

presencia de los operadores en el área donde se desarrolla el proceso sería poca,

evitando así la exposición a las sustancias químicas y vapor del sitio.

69

En este sentido, la mayor parte del personal relacionado con el proceso de

lavado y sello de las bombas PC-201 A/B, apoya la automatización. También la

corporación, como empresa de producción social (EPS), está presta a apoyar

propuestas y/o proyectos que garanticen la operatividad de los procesos y de los

equipos, y sobre todo de aquellos que ofrezcan condiciones que preserven la

integridad física y de salud del personal; donde la automatización no está distante

de este tipo de propuestas.

Recomendaciones

Es recomendable la identificación de los instrumentos del proceso de lavado y

sello de las bombas PC-201 A/B, esto permitirá un seguimiento adecuado en los

planos. Además, de realizar una apropiada trazabilidad de los instrumentos de

medición al momento de realizar ajustes y calibraciones de rutina, así como la

ejecución de programas de mantenimiento preventivo, correctivo y mayor.

Es recomendable realizar un sistema de control automatizado del proceso,

dentro la filosofía de control a ejecutar, de forma tal que el operador tenga el mínimo

de participación en la ejecución del control y sólo se limite a manipular las

magnitudes denominadas de consigna. Además, permitirá el accionamiento de los

elementos finales de control de una forma precisa, para una acertada intervención de

las variables; pudiéndose así mantenerlas dentro de valores tolerables para el proceso.

Igualmente se sugiere el empleo de instrumentos de medición acordes con las

condiciones del proceso que permitan a un sistema de control automatizado,

accionamientos de mayor proporcionalidad sobre los elementos finales de control;

garantizando el adecuado lavado y sello de las bombas y sistema de tuberías.

Además, se propone la automatización del sistema de control con alarmas de

advertencia que permitan la activación del proceso de lavado de forma eficaz por

parte de los operadores, al ocurrir paradas de planta.

70

CAPÍTULO V

ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD TÉCNICA, OPERATIVA Y ECONÓ MICA

Los procesos automatizados, actualmente, están diseñados para solucionar un

gran número de eventos no deseados; además, minimizan a mediano o largo plazo los

costos de mantenimiento y de operación. Estos están formados por varios niveles o

secciones. Los básicos son: Nivel de campo (donde se encuentran los sensores y

actuadores), nivel de control (donde se encuentran los PLCs o las Estaciones de

Automatización), nivel de supervisión (donde se encuentran las Estaciones de

Operación y los Servidores de Proceso). Todo esto comprende un Sistema de Control

Distribuido (DCS).

En el mismo contexto, las computadoras especializadas y tarjetas de entradas y

salidas, tanto analógicas como digitales, son utilizadas para leer entradas de campo a

través de sensores y en base a un programa, generar salidas hacia el campo, por

medio de actuadores, con la finalidad de controlar acciones precisas, que permitan un

control estrecho de cualquier proceso industrial. Apoyados en las interfaces Hombre-

Máquina (HMI) o interfaces Hombre-Computadora (CHI), formalmente conocidas

como interfaces Hombre-Máquina, se comunican con los PLCs y otras computadoras

para labores como introducir y monitorear temperaturas o presiones para controles

automáticos o dar respuesta a mensajes de alarma.

Entonces, el diseño de cualquier proyecto de automatización requiere el análisis

de la factibilidad técnica, operativa y económica de los elementos físicos, lógicos y

recursos humanos que intervienen en el proyecto. Por tanto, en este capítulo se

presentan los diferentes análisis.

71

Análisis de Factibilidad Técnica

En la presente sección se indican las especificaciones para la selección de cada

uno de los dispositivos de medición y elementos finales de control, propuestos para el

proceso de lavado y sello de las bombas PC-201 A/B de envío de lodo. Como punto

de partida, se dispuso parte de la información contenida en los formularios del

Reporte Técnico ISA –TR20.00.01. En la siguiente tabla se muestran los datos de

proceso y servicio del vapor saturado, necesarios para especificar el transmisor de

presión (PIT-202) y el transmisor de temperatura (TIT-203). (Ver tabla 5-1)

Tabla 5-1. Datos de Procesos y Servicios (Vapor Saturado)

Identificación del Servicio Equipo Relacionado: PC-201 A/ B

Servicio: Vapor Saturado

Tamaño Nom. Línea: 1” Rating: 150

Schedule Línea: 40 Espesor Pared: 3.38mm

Material Línea: ANSI B36.10 ASTM A106 Gr B (Acero al Carbono) sin costura

Variable de Proceso Mínimo: Normal: Máximo: Unidades:

Presión: 1,5 2 3 Kgf / cm2

Temperatura: 127,2 133,2 143,2 Grados Celsius

Flujo: 97,06 114,92 150,96 Kg/h

Tipo de Fase: Vapor Vapor Vapor N/A

Densidad del Vapor: 1,38301 1,63741 2,13962 Kg / cm3

Viscosidad del Vapor: 0,0132049 0.0134131 0.0137575 cP

Nota: Aro, (2013)

Para realizar las especificaciones del transmisor de presión (PIT-202);

transmisor de temperatura (TIT-203) y válvulas solenoides, se tomaron en cuenta los

datos de proceso y servicio del vapor saturado de la tabla 5-1; así mismo, se

consultaron diferentes catálogos de marcas de dispositivos, de forma de emitir cada

una de las características necesarias de la especificación.

72

A continuación se muestran las especificaciones técnicas consideradas para el

Transmisor de Presión (Ver tabla 5-2).

Tabla 5-2. Transmisor de Presión para Vapor Saturado (PIT-202).

GENERAL CANTIDAD 1 PROYECTO PLANTA DE NPK ESPECIFICACIÓN DE REFERENCIA PDVSA K-301 SERVICIO PRESIÓN DE VAPOR SATURADO DATOS DE PROCESO FLUIDO / PRESIÓN DE DISEÑO VAPOR / 787 inch H2O CONDICIONES DE SERVICIO MINIMO NORMAL MÁXIMO PRESIÓN DE OPERACIÓN ( inchH2O) 591 787 1181 TEMPERATURA (° C) 127 133 143 TRANSMISOR DE PRESIÓN

DESCRIPCIÓN TRANSMISOR E INDICADOR DE PRESIÓN MANOMÉTRICA

CONEXIÓN ELÉCTRICA Ø 1/2 pulgada NPT COMUNICACIÓN 4-20 mA, Protoc. HART (2 conductores) FUENTE DE ALIMENTACIÓN 24 VDC CERTIFICACIÓN Explosion-Proof / NEMA 4X/IP67 CUBIERTA Acero Inoxidable SST VISUALIZACIÓN LCD Display MONTAJE Montaje local en tubo Ø 2 pulgada OPCIONES Material de tornillos ASTM 193 Gr B8 SENSOR TIPO SENSOR / TIPO DE MEDICIÓN DIAFRAGMA / MANOMÉTRICA MATERIAL DEL SENSOR AISI 316 RANGO DE OPERACIÓN 0 a 1181 inch H2O LIMITE DE SOBRE PRESIÓN 2756 inch H2O PRECISIÓN ≤0,04% de la lectura PROTECCIÓN TRANSITORIOS SI RANGEDOWN 200:1 CONEXIÓN A PROCESO Ø 1/2 pulgada NPT TIPO DE CONEXIÓN COPLANAR MATERIAL DE CONEXIÓN AISI 316 Nota: Aro, (2013)

73

A continuación se muestran las especificaciones técnicas consideradas para el

Transmisor de Temperatura (Ver tabla 5-3).

Tabla 5-3. Transmisor de Temperatura para Vapor Saturado (TIT-203).

GENERAL CANTIDAD 1 PROYECTO PLANTA DE NPK ESPECIFICACIÓN DE REFERENCIA PDVSA K-301

SERVICIO TEMPERATURA DE VAPOR SATURADO

DATOS DE PROCESO FLUIDO / TEMPERATURA DISEÑO VAPOR / 133 ° C CONDICIONES DE SERVICIO MINIMO NORMAL MÁXIMO PRESIÓN DE OPERACIÓN (inch H2O) 591 787 1181 TEMPERATURA (° C) 127 133 143 TRANSMISOR DE TEMPERATURA

DESCRIPCIÓN TRANSMISOR E INDICADOR DE TEMPERATURA

CONEXIÓN ELÉCTRICA Ø 1/2 pulgada NPT COMUNICACIÓN 4-20 mA, Protoc. HART (2 conductores) FUENTE DE ALIMENTACIÓN 24 VDC. CERTIFICACIÓN Explosion-Proof / NEMA 4X/IP67 CUBIERTA Acero Inoxidable SST VISUALIZACIÓN LCD Display MONTAJE Montaje local en tubo Ø 2 pulgada OPCIONES Material de tornillos ASTM 193 Gr B8 SENSOR TIPO SENSOR / TIPO DE MEDICIÓN TERMOPAR TIPO K / ° C CONFIGURACIÓN DE MEDICIÓN Entrada de Sensor Simple RANGO DE OPERACIÓN 0 a 200 ° C LIMITE DE SOBRE TEMPERATURA 300 ° C PRECISIÓN ≤ 0,04% de la lectura PROTECCIÓN TRANSITORIOS SI RANGEDOWN 200:1 MATERIAL DE CONEXIÓN AISI 316 Nota: Aro, (2013)

74

A continuación se muestran las especificaciones técnicas consideradas para las

Válvulas Solenoide (Ver tabla 5-4).

Tabla 5-4. Válvulas Solenoides para Vapor Saturado (SOV-204, 205, 206, 207, 208 A/B).

GENERAL DESCRIPCIÓN VÁLVULA SOLENOIDE CANTIDAD 9 SERVICIO VAPOR MÁXIMA PRESIÓN 7 Kgf / cm2 TEMPERATURA DE OPERACIÓN 133 ° C CONEXIÓN A PROCESO Ø 1 pulgada NPT CONEXÍÓN ELÉCTRICA Ø 1/2 pulgada NPT CLASE AISLAM. BOBINA H TIPO ACTUADOR RESORTE

MATERIAL DEL CUERPO Acero Carbono ANSI B36.10 ASTM A106 Gr. B

PUERTOS / POSICIONES 2 / 2 ALIMENTACIÓN ELÉCTRICA 120 VAC @ 60 Hz (35 watts max.) PROTECCIÓN NEMA 4X Nota: Aro, (2013)

Para realizar las especificaciones de la válvula de control de presión (PCV-202)

y la válvula de control de temperatura (TCV-203), se tomaron en cuenta los datos de

proceso y servicio del vapor sobrecalentado y los datos de proceso y servicio del agua

(detallados en el Capítulo VI), los cuales se usaron para el cálculo del Cv de ambas

válvulas de control, ya que éste constituye un aspecto fundamental de las válvulas.

Así mismo, se consultaron diferentes catálogos de marcas de válvulas y parte de la

información suministrada por el programa Fisher Specification Manager, de forma

de emitir cada una de las características necesarias para la especificación.

75

A continuación se muestran las especificaciones técnicas consideradas para la

Válvula de Control de Presión. (Ver Tabla 5-5)

Tabla 5-5. Válvula de Control de Presión (PCV-202)

GENERAL CANTIDAD 1 PROYECTO PLANTA DE NPK ESPECIFICACIÓN DE REFERENCIA ISA S 75.01 SERVICIO VAPOR SOBRECALENTADO DATOS DE PROCESO SUMINISTRO DE AIRE DISPONIBLE 7 Kgf/cm2 (100 PSI) POSICIÓN DE FALLA DE AIRE CERRADA FLUIDO PROCESO/PRESIÓN DE DISEÑO VAPOR/ 6 Kgf/cm2 a ESTADO FLUIDO/TEMPERATURA DE DISEÑO

GASEOSO / 200 ° C

CONDICIONES DE SERVICIO MÍNIMO NORMAL MÁXIMO TASA DE FLUJO (Kg/h) 208,4 294,7 352,6 PRESIÓN DE ENTRADA (Kgf/cm2 a) 4 6 7,5 PRESIÓN DE SALIDA (Kgf/cm2 a) 1,5 2 3 TEMPERATURA (° C) 187,5 217,5 240 DENSIDAD (Kg/m3) 2,67192 VISCOSIDAD (cP) 0,0167566 Cv CALCULADO 5 a 6 Cv NOMINAL 5,1 NIVEL DE PRESIÓN SONORA ADMISIBLE dB(A)

85

FUGA REQUERIDA ANSI/FCI Clase IV MÁXIMA PRESIÓN DIFERENCIAL 8 Kgf/cm2 a TUBERÍA TAMAÑO-SCH. ENTRADA Ø 1 pulgada-SCH 40 TAMAÑO-SCH. SALIDA Ø 1 pulgada-SCH 40 CUERPO TIPO GLOBO TAMAÑO (ENTRADAxCUERPOxSALIDA) 1x1x1 MATERIAL CUERPO/BONETE A216 gr WCC Acero al Carbono CALIFICACIÓN / CONEXIÓN FINAL ANSI CL 150 / Brida RF

76

Continuación…

DIRECCIÓN DEL FLUJO Flujo para cerrar BONETE TIPO Plano MATERIAL DE LA EMPACADURA Grafito simple TIPO DE EMPACADURA Normal

TRIM MATERIAL DEL TRIM 316 SST Acero Inoxidable CARACTERÍSTICA Igual porcentaje ASIENTOS Lineales

MATERIAL:TAPÓN/BOLA/DISCO/GLOBO ASTM A276 gr 316 SST Acero Inoxidable

MATERIAL: JAULA/RETEN CB7Cu-1 SST Acero Inoxidable Cv. NOMINAL 5,1 MATERIAL ASIENTO CoCr-A MATERIAL VÁSTAGO 316 SST Acero Inoxidable ACTUADOR TIPO Diafragma y Resorte ACCIÓN AL FALLO Cerrar PRESIÓN DE TRABAJO 3 a 15 PSI ORIENTACIÓN Normal Nota: Aro, (2013)

A continuación se muestran las especificaciones técnicas consideradas para la

Válvula de Control de Temperatura. (Ver Tabla 5-6)

Tabla 5-6. Válvula de Control de Temperatura (TCV-203)

GENERAL CANTIDAD 1 PROYECTO PLANTA DE NPK ESPECIFICACIÓN DE REFERENCIA ISA S 75.01 SERVICIO AGUA POTABLE DATOS DE PROCESO SUMINISTRO DE AIRE DISPONIBLE 7 Kgf/cm2 (100 PSI) POSICIÓN DE FALLA DE AIRE CERRADA FLUIDO PROCESO/PRESIÓN DE DISEÑO AGUA / 4 Kgf / cm2

77

Continuación…

ESTADO FLUIDO/TEMPERATURA DE DISEÑO

LÍIQUIDO/32 ° C

CONDICIONES DE SERVICIO MÍNIMO NORMAL MÁXIMO TASA DE FLUJO (m3/h) 3,01 3,01 3,01 PRESIÓN DE ENTRADA (Kgf/cm2 ) 4 5 6 PRESIÓN DE SALIDA (Kgf/cm2 ) 3 4 5 TEMPERATURA (° C) 25 29 32 DENSIDAD (Kg/m3) 996,129 VISCOSIDAD (cP) 0,81491 Cv CALCULADO 3 a 4 Cv NOMINAL 3,5 NIVEL DE PRESIÓN SONORA ADMISIBLE dB(A)

85

FUGA REQUERIDA ANSI/FCI Clase IV MÁXIMA PRESIÓN DIFERENCIAL 7 Kg/cm2 TUBERÍA TAMAÑO-SCH. ENTRADA Ø 1 pulgada-SCH 40 TAMAÑO-SCH. SALIDA Ø 1 pulgada-SCH 40 CUERPO TIPO GLOBO TAMAÑO (ENTRADAxCUERPOxSALIDA) 1x1x1 MATERIAL CUERPO/BONETE A216 gr WCC Acero al Carbono CALIFICACIÓN / CONEXIÓN FINAL ANSI CL 150 / Brida RF DIRECCIÓN DEL FLUJO Flujo para cerrar

BONETE TIPO Plano MATERIAL DE LA EMPACADURA Bobina PTFE V-Aro TIPO DE EMPACADURA Normal TRIM

MATERIAL DEL TRIM ASTM A276 gr 316 SST Acero Inoxidable

CARACTERÍSTICA Lineales ASIENTOS

MATERIAL:TAPÓN/BOLA/DISCO/GLOBO ASTM A276 gr 316 SST Acero Inoxidable con inserto PTFE

MATERIAL: JAULA/RETEN N/A

78

Continuación…

Cv. NOMINAL 3,5 MATERIAL ASIENTO 316 SST Acero Inoxidable MATERIAL VÁSTAGO 316 SST Acero Inoxidable ACTUADOR TIPO Diafragma y Resorte ACCIÓN AL FALLO Cerrar PRESIÓN DE TRABAJO 3 a 15 PSI ORIENTACIÓN Normal Nota: Aro, (2013)

Análisis de Factibilidad Operativa

En el proceso de lavado es necesario detener la bomba para que un operador

ejecute las actividades de forma manual (cierre de las válvulas de succión y descarga,

y accione otras válvulas, para inyectar vapor a través de otros puntos del impulsor)

con el fin de limpiar las partes internas de la bomba. Estas actividades tardan

aproximadamente unos 10 minutos. Además, en el proceso del sello, el operador,

con la bomba parada, manipula un conjunto de válvulas con la finalidad de fijar

condiciones de presión de vapor mediante la lectura de manómetros. El vapor es

inyectado por puntos especiales directamente en la sección donde se haya el sello de

la bomba, con el objetivo de lubricarlo y mantener sus condiciones óptimas.

Luego, el operador enciende la bomba. En ocasiones, estos procedimientos

manuales de lavado y sello consumen mucho tiempo, ya que dependen de variables

humanas; además, la apreciación del operador no garantiza la condición adecuada de

presión y temperatura del vapor para una limpieza y sello apropiado de la bomba,

produciéndose con frecuencia atascamientos y deterioro en los empaques,

incremento del mantenimiento correctivo, paradas no programadas y elevados costos

de producción.

79

Finalmente, se puede puntualizar que la automatización industrial está para

mejorar la productividad de la empresa, mejorar las condiciones de trabajo y la

seguridad del personal, realizar las operaciones difíciles de controlar intelectual o

manualmente y simplificar el mantenimiento para el operador, entre otros. En

consecuencia, este proyecto es operativamente factible.

Análisis de Factibilidad Económica

Se refiere al análisis o cálculo económico para determinar sí es necesario

invertir en el desarrollo del proyecto. El mismo deberá confirmar que los beneficios a

obtener son superiores a los costos, en que se incurrirá al desarrollar e implementar el

proyecto o sistema. El costo de los equipos de la propuesta se muestra en la siguiente

tabla. (Ver tabla 5-7)

Tabla 5-7. Costo de los Equipos de Campo

Nota: Aro, (2014)

80

Sólo se estima el costo de aquellos equipos no disponibles en el almacén de

Pequiven; tales como: Los transmisores, válvulas de control, válvulas solenoides y

parte de los conductores. El resto de los materiales (condulet, tuberías, curvas,

cableado y cajas de conexión) se encuentran disponibles en el almacén con su

correspondiente número SAP (Sistema integrado con aplicaciones en tiempo real para

todas las operaciones del negocio).

Actualmente, para el manejo del sistema manual de lavado y sello de las bombas

PC-201A/B se requiere de un supervisor de turno y de dos operadores. El costo

operativo para la Empresa, de cada trabajador mensualmente, incluye sueldo más los

beneficios otorgado por ésta, como: Bono de alimentación, Seguro HCM, Caja de

ahorro, Fidecomiso, entre otros. Ahora bien, los cálculos mensuales de los trabajares

se muestran en la siguiente tabla. (Ver tabla 5-8)

Tabla 5-8. Costo Actual de Recursos Humanos

Nota: Aro, (2014)

La propuesta del Sistema de Control Automatizado permitirá reducir a sólo dos

personas la operación del sistema; es decir, un supervisor y un operador, con lo cual

se reducen los costos en recursos humanos. (Ver tabla 5-9)

Tabla 5-9. Costo de la Propuesta, Recursos Humanos

Nota: Aro, (2014)

81

En el presente, se realizan mantenimientos preventivos y correctivos a las

Bombas PC-201 A/B, los cuales comprenden, por una parte, el cambio de piezas por

desgaste, erosión y abrasión, como consecuencia del ataque del lodo, al no ser

desalojado en forma eficiente de estas piezas, ya que en la actualidad, la aplicación

del vapor se realiza de forma no controlada. Esto produce costos por este

mantenimiento.

En otras ocasiones, se ha requerido de mantenimientos correctivos (cambio

completo de la bomba). En la tabla 5-9 se muestran los mantenimientos preventivos y

correctivos realizado durante el año 2013 en ambas bombas. (Ver tabla 5-10)

Tabla 5-10. Costo por mantenimiento preventivo y correctivo de las Bombas

Nota: Aro, (2014)

Dentro de la propuesta del sistema de control automatizado, el estimado para

llevar a cabo la instalación, configuración y puesta en funcionamiento del mismo,

requiere de al menos dos personas, durante un mes, disponibles en la nómina

Pequiven. A continuación se muestra el resumen de costos de la propuesta, donde se

incluyen los materiales, equipos y personal técnico. (Ver tabla 5-11)

82

Tabla 5-11. Costo de materiales, equipos y personal técnico para la propuesta

Nota: Aro, (2014)

Así se tienen determinados los costos de recursos humanos y mantenimiento que

se generan en la actualidad, así como de los costos requeridos por la propuesta. Para

el análisis de costos; también se estimaron los costos de mantenimiento corrientes a

aplicarse a las bombas, de llevarse acabo la propuesta. A continuación se muestra una

tabla comparativa de dichos costos, para el presente y próximo año. (Ver tabla 5-12)

Tabla 5-12 Análisis de costo

En la tabla 5-12 se estima un ahorro del 30% para el primer año y de un 37%

para el segundo año de llevarse a cabo la propuesta. Si bien es claro que los costos se

reducen en un tercio, existen los siguientes aspectos a considerar:

• La recuperación de la inversión en la implementación de la propuesta,

sería inmediata, ya que la mayor parte de los materiales están disponibles

en el almacén y el costo de la propuesta sólo representa el 12% del

manteniendo del año pasado.

• Desde el punto de vista de seguridad, la reducción de la exposición del

personal a las condiciones de temperaturas y presiones elevadas, además

de sustancias corrosivas e irritantes, constituyen una premisa de suma

83

importancia, pues se evitarían costos causados por personal lesionado y la

ausencia del mismo por condiciones de reposo. En Pequiven no se

escatima en costos en cuanto a la seguridad y salud del personal se

refiere, ya que el talento humano representa un eslabón fundamental y

necesario en la cadena de producción.

Bajo este análisis, la propuesta del sistema de control automatizado del proceso

de lavado y sello con vapor de las bombas centrífugas, caso: Planta de NPK, en el

Complejo Petroquímico Morón, presenta condiciones económicas favorables, ya que

por una parte, representa un ahorro considerable en los costos de mantenimiento

preventivo, pero sobre todo en los costos de mantenimiento correctivo, ya que la

compra de bombas por deterioros totales se evitaría con el funcionamiento del

sistema propuesto.

Por otro lado, el hecho de garantizar las condiciones de salud y seguridad de los

operadores con la implementación de la propuesta, significa minimizar o bien reducir

las condiciones de riesgo a las cuales pudiesen estar expuestos los empleados y por

tanto evitar los costos por concepto de hospitalización, medicamentos, tratamientos,

honorarios médicos, cirugias, terapias físicas y psicológicas de recuperación, a las

cuales estarían sometido el personal en el caso de lesionarse.

El análisis de costos y las razones anteriormente expuestas, hacen que la

propuesta sea factible económicamente para su implementación.

84

CAPÍTULO VI

PROPUESTA DE INGENIERÍA PARA UN SISTEMA DE CONTROL

AUTOMATIZADO DEL PROCESO DE LAVADO Y SELLO CON

VAPOR EN LAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Presentación de la Propuesta

Una Planta de Granulado NPK está diseñada para producir fertilizantes

fosfatados. En la producción de estos intervienen varios equipos, como: Reactores,

granuladores, cribas, bombas, válvulas, instrumentos de medición, cintas

transportadoras, elevadores, entre otros; los cuales tratan productos y materias

primas, que presentan características químicas y físicas que pueden producir

corrosión, erosión y atascamiento de partes móviles de los equipos.

Específicamente, la planta de granulados de NPK, en el Complejo Petroquímico

Morón tiene una producción aproximada de 1200 toneladas métricas por día (TM/D),

es decir, 50 toneladas métricas por hora (TM/H); por tanto, cuando se producen

paradas o eventos no deseados, los cuales impiden la producción del fertilizante, las

pérdidas para la Empresa son significativas. Entre los equipos, que ocasionan estos

eventos se encuentran los de tipo rotativo (granuladores, cintas, elevadores, bombas,

motores, entre otros), donde la condición dinámica es afectada por las características

del producto y la materia prima utilizada en el proceso.

El proceso de la producción del fertilizante NPK está constituido por ocho

secciones; entre éstas están las dos primeras secciones: La de pre-neutralización y

granulación, donde el producto es un lodo, el cual es transferido de una sección a la

otra, por medio de una Bomba Centrífuga. El funcionamiento de la Bomba es

afectado por las características del lodo, el cual posee una densidad entre 1450 y 1600

Kg/cm3 y una temperatura entre 110 y 115 grados Celsius, tales condiciones afectan

las partes móviles la bomba, ocasionando corrosión, erosión, desgaste y atascamiento.

85

Ahora bien, para mitigar los efectos antes mencionados, la empresa dispone, en

la actualidad, de un proceso de lavado y sello para la bomba centrífuga, el cual se

realiza a través de un sistema de vapor, donde se eliminan los residuos y depósitos de

lodo. Este proceso es ejecutado de forma manual por los operadores del área y el

mismo depende de la experiencia y competencia de cada uno. Ellos están expuestos a

condiciones de riesgo para su salud (alta temperatura y presión de vapor, sustancias

tóxicas y corrosivas).

Lo antes planteado trae como consecuencia, en algunos casos, paradas de

tiempos diversos; en este sentido, la eficacia para realizar el control de las variables a

través de las válvulas (elementos finales de control) es poca, ya que disponen de

instrumentos (manómetros) que proporcionan una baja precisión en la lectura de las

mediciones efectuadas.

Actualmente, y en función de los nuevos escenarios planteados por la

globalización, la empresa está interesada en mejorar las condiciones en las cuales se

desarrolla el proceso de lavado y sello de las bombas centrífugas. Es aquí donde la

automatización de este proceso surge como alternativa para mejorar las actividades de

éste.

Justificación de la Propuesta

Para el personal del proceso de granulados de NPK, la producción de

fertilizantes fosfatados, en las diferentes presentaciones, con la calidad y cantidades

requeridas por la Corporación Petroquímica de Venezuela, representa el objetivo

primordial del trabajo que allí se efectúa. Es por esto que, para mantener la

continuidad operativa de la planta, se deben acometer un conjunto de acciones,

contenidas dentro de los procedimientos de trabajo, seguridad y mantenimiento, que

garanticen dicha condición.

La planta de granulados de NPK actualmente dispone de varios procesos en las

diferentes etapas de producción, los cuales son llevados de forma automática, a través

86

del sistema de control distribuido (DCS) esta condición permite mantener un control

continuo de cada uno de estos. Sin embargo, existen procesos dentro de las etapas de

producción, que se están realizando de forma manual; tal caso acontece en el proceso

de lavado y sello con vapor de las bombas centrífugas de envío de lodo, desde el pre-

neutralizador al tambor granulador.

En este sentido, la automatización de procesos de lavado y sello de las bombas

centrífugas, facilitaría una producción constante, reduciendo los tiempos de parada;

también, un aprovechamiento adecuado de los recursos empleados en la fabricación

de los fertilizantes, así como la medición y control de las variables del proceso, lo

cual mantendría las especificaciones del producto. En consecuencia, contribuiría con

tres de los objetivos estratégicos de la Empresa:

• Cumplir con el plan de producción y ventas de los productos petroquímicos

de la Corporación.

• Revisar, mantener y mejorar en forma continua el sistema integrado de

gestión de la Corporación.

• Satisfacer las expectativas de los clientes, cumpliendo con las

especificaciones de cantidad, calidad y entrega oportuna de los

productos/servicio.

Además, la automatización contribuye a reducir la exposición del personal a

condiciones ambientales como la lluvia, el sol, el viento y el contacto con sustancias

peligrosas del área, tales como el fosfato monoamónico “MAP” o fosfato diamónico

“DAP”. De modo que fortalece otro de los objetivos estratégicos de la Empresa,

como es:

• Garantizar el seguimiento y control preventivo de la seguridad, salud y

ambiente.

Por otra parte, Pequiven, como empresa del Estado, está comprometida a

contribuir con el Plan de la Patria, en cuanto a los siguientes objetivos:

87

• “3.1.7. Fortalecer y expandir la industria petroquímica nacional”

• “3.1.7.2. Consolidar y desarrollar los seis polos Petroquímicos planificados:

Ana María Campos, Morón, José Antonio Anzoátegui, Paraguaná, Navay,

Puerto de Nutrias y Guiria.”

• “3.1.7.3. Incrementar la producción de fertilizantes nitrogenados y

fosfatados en un 43%, lo cual cubrirá la demanda nacional y convertirá a

Venezuela en un exportador de fertilizantes para toda la región.”

• “3.1.8. Desarrollar el complejo industrial conexo a la industria petrolera,

gasífera y petroquímica para fortalecer nuestra soberanía económica.”

Por lo tanto, la propuesta de automatizar el Proceso de Lavado y Sello con

Vapor en las Bombas Centrífugas, como objetivo específico, fortalece los objetivos

estratégicos señalados, debido al aporte de la mejora en los procesos de la producción

de fertilizantes.

Propósito

La propuesta busca como objetivo principal mantener las condiciones de

funcionamiento de las bombas y reducir los riesgos físicos a los cuales están

expuestos los operadores de la planta, facilitando así, minimizar los tiempos de

parada de planta, y en consecuencia, garantizar la producción de fertilizantes NPK.

Para alcanzar esto, se requiere realizar la adecuada medición y control de las

variables del proceso, establecer tiempos y secuencias concretas en la ejecución de

lavado y sello de las bombas, reducir la intervención de los operadores en las

actividades de control, y además, garantizar las condiciones de vapor saturado que

contribuyen al mantenimiento de las partes internas de las bombas. Basado en esto,

se propone un Sistema de Control Automatizado del Proceso de Lavado y Sello

con Vapor en las Bombas Centrífugas.

88

Fundamentación

Esta propuesta estudia la posibilidad de implementar el proyecto en función de

la satisfacción de una necesidad. Para esto, el estudio se basa en tres etapas:

• Ingeniería Conceptual

• Ingeniería Básica

• Ingeniería de Detalle

Ingeniería Conceptual

− Normativa y Regulación

− Descripción del Proceso Automatizado

− Diagrama del Proceso

Normativa y Regulaciones

Las condiciones y características del sistema se ajustan a las normativas

relacionadas: Reporte Técnico ISA –TR20.00.01 (Formas de especificación para

instrumentos de medición y control de procesos, elementos primarios y válvulas de

control), Norma ANSI/ISA 5.1 (R1982) (Identificación y Símbolos de

Instrumentación), Norma ANSI/ISA S75.01 (R1995) (Ecuación de flujos para

dimensionamiento de válvulas de control), Norma ASME/ANSI B36.10 (1970)

(Tubos de aceros forjados sin costura y soldados), Código Eléctrico Nacional Fondo

Norma 200:2004 y se contemplan las normas de seguridad y de protección

medioambiental.

Descripción del Proceso Automatizado:

El sistema de control automatizado del proceso de lavado y sello de las bombas

PC-201 A/B estaría compuesto en primer lugar por un recipiente saturador, el cual ha

sido diseñado por los ingenieros de la Superintendencia de Ingeniería de

Instalaciones, perteneciente a la misma empresa. Este recipiente dispone de dos

89

entradas de fluidos: Una de vapor sobrecalentado de 2 Kgf/cm2 a 200 grados Celsius

y de agua potable de tres a cuatro (3,5 a 4) Kgf/cm2 a 32 grados Celsius, y una salida

de vapor saturado de uno y medio a dos (1,5 a 2) Kgf/cm2 entre 127 y 133 grados

Celsius respectivamente. Además, dispone de dos válvulas de globo actuadas en

forma neumática, encargadas de la regulación del vapor saturado. Como dispositivo

de medición se utilizan un transmisor indicador de presión y un transmisor indicador

de temperatura.

Por otra parte, la entrada y drenaje de vapor saturado a las bombas se realizaría

por ocho válvulas solenoide, más una válvula solenoide de purga y seguridad para el

vapor saturado. Finalmente, todo el conjunto de dispositivos estaría controlado en un

Sistema de Control Distribuido (SCD o DCS) y visualizado a través de un monitor de

la marca I/A Foxboro, el cual ya existe en la planta de NPK.

El sistema de control automatizado de este proceso de divide en tres etapas:

• Etapa de regulación de vapor saturado.

• Etapa de lavado con vapor saturado.

• Etapa de sello con vapor saturado.

La etapa de regulación de vapor saturado inicia con cuatro (4) verificaciones de

estado de los siguientes elementos finales de control:

• Las bombas PC-201 A/B deben estar apagadas.

• Las válvulas de succión (HV-209-A/B) y válvula de descarga (HV-210-A/B)

deben estar cerradas (Cerradas en forma manual por los operadores).

• Las válvulas de entrada de vapor a las bombas (SOV-205-A/B y SOV-206-

A/B) y válvulas de drenaje (SOV-207-A/B y SOV-208-A/B) deben estar

cerradas.

• La válvula de purga y seguridad (SOV-204) debe estar abierta durante 8

segundos para la purga del saturador; después de cumplido el tiempo, se

cerrara. En caso de producirse desviaciones por encima de los valores de

90

presión requerida, el control realizará la apertura de la válvula en su función

de seguridad y dejara escapar el vapor saturado al ambiente. Ya recuperadas

las condiciones de vapor saturado, la SOV-204 se cerrara. Esta función se

ejecutará en cualquiera de las etapas del proceso de lavado y sello de las

bombas.

Luego continúa con la regulación de presión y temperatura, donde el control de

presión (PIC-202) evalúa la presión por medio del transmisor de presión (PIT-202) y

realiza ajustes en la válvula de control de presión (PCV-202) en función del valor

requerido (set point =1,5 a 2 Kgf/cm2). Por otra parte, el control de temperatura

(TIC-203) evalúa la temperatura por medio del transmisor de temperatura (TIT-203)

y realiza ajustes en la válvula de control de temperatura (TCV-203) en función del

valor requerido (set point = 127 a 133 grados Celsius) para la obtención de vapor a

saturado.

Las condiciones de presión y temperatura del vapor saturado de uno y medio a

dos (1,5 a 2) Kgf/cm2 y 127 a 133 grados Celsius, son medidas respectivamente, por

el transmisor de presión (PIT-202) y el transmisor de temperatura (TIT-203); a la

salida del saturador y una vez alcanzadas estas condiciones, los transmisores emiten

una señal permisiva para el inicio de las siguientes etapas. A partir de aquí cada etapa,

lavado o sello, se puede realizar independiente, pero por proceso se recomienda

realizar primero el lavado y luego el sello.

La etapa de lavado con vapor saturado, inicia con la selección de la bomba a la

cual se le realizará el lavado (A o B). Después de seleccionar la bomba (a partir de

aquí, la secuencia es la misma), se abren las válvulas de drenaje (SOV-207 y SOV-

208); luego, las válvulas de entrada (SOV-205 y SOV-206) abren para permitir la

entrada de vapor saturado a la bomba. Después, el sistema de control, con los

transmisores de presión y temperatura, evalúa las condiciones de vapor y realiza

ajustes sobre los elementos finales de control. Cuando se alcanzan las condiciones

del vapor saturado, se efectúa el lavado de las bombas durante 10 minutos.

91

Para terminar, se realiza el cierre de las válvulas SOV-205 y SOV-206,

cancelando la entrada de vapor a la bomba. Seguidamente se cierran las válvulas

SOV-207 y SOV-208, y concluye la etapa de lavado de la bomba.

La etapa de sello con vapor saturado, inicia con la selección de la bomba a la

cual se le realizará el sello (A o B) (a partir de aquí la secuencia del sistema es la

misma para cualquiera de las bombas seleccionadas); luego, se abre la válvula de

entrada SOV-206, después el operador abre las válvulas de control de lodo HV-209 y

HV-210, seguidamente se arranca la bomba seleccionada. En cada una de estas fases,

el sistema de control, por medio de los transmisores de presión y temperatura, evalúa

las condiciones del vapor saturado requerido y realiza ajustes sobre los elementos

finales de control. Esta etapa de sello se mantendrá en activa mientras las bombas de

lodos estén enviando lodo. En las figuras 6-1, 6-2, y 6-3 se muestran los diagramas de

flujo de cada etapa.

92

Figura 6-1. Diagrama del proceso (Etapa de regulación de vapor saturado) Nota: Aro, (2013)

93

Se selecciona la bomba a la cual se le realizará el lavado (PC-201

A ó PC-201B).

(A partir de aquí, la secuencia del sistema es común para

cualquier bomba)

Abrir las Válvulas de Drenaje:SOV-207 y SOV-208

Abrir las Válvulas SOV-205 y SOV-206, para

permitir la entrada de Vapor Saturado a la bomba PC-201

Etapa del Lavado con Vapor Saturado de la

bomba

El control PIC-202 y TIC-203 deben ajustar la PCV-202 y la

TCV 203

¿El PIT-202 esta entre1,5 y 2 Kg/cm2 y

el TIT-203 esta entre127 y 133 ° C? NO

Se realiza el lavado de la bomba PC-201, durante 10 minutos

INICIO

Cerrar las Válvulas SOV-205 y SOV-206, para

cancelar la entrada de Vapor Saturado a la bomba PC-201

Cerrar las Válvulas de Drenaje:

SOV-207 y SOV-208

SI

FIN

Figura 6-2. Diagrama del proceso (Etapa de lavado con vapor saturado) Nota: Aro, (2013)

94

Se selecciona la bomba a la cual se le realizará el Sello (PC-201

A ó PC-201B)

(A partir de aquí, la secuencia del sistema es común para

cualquier bomba)

Abrir la Válvula:SOV-206

Etapa del Sello con Vapor Saturado de la bomba

Abrir las válvulas HV-209 y HV-210

INICIO

Arrancar la bomba seleccionada

FIN


TCV 203



SI


TCV 203



SI


TCV 203



SI

Figura 6-3. Diagrama del proceso (Etapa de sello con vapor saturado) Nota: Aro, (2013)

95

Ahora, el esquema de todo el proceso se muestra en la figura 6-4 (ver 6-4)

Figura 6-4. Diagrama del Sistema de Control Automatizado y de Proceso Nota: Aro, (2013)

96

Ingeniería Básica

A continuación se refuerzan los cálculos necesarios para determinar las

características de los diferentes elementos y equipos a utilizar. Como primer paso se

requirió averiguar sobre la existencia de planos del área, hallándose planos en 3D

realizados recientemente, de forma de determinar la distancias entre el campo (área

donde se encuentran las bombas PC-201 A/B y el lugar donde se estima la instalación

de los dispositivos como transmisores, válvulas de control y válvulas solenoides) y la

sala de los gabinetes de control y potencia del sistema de control distribuido DCS.

Esto permitiría estimar tanto la longitud, calibre y cantidad del cableado de control y

de alimentación de 110 voltios, así como la distancia y diámetro de la tubería que

contendría dicho cableado.

Otro de los elementos o dispositivos importantes dentro de la propuesta lo

constituyen las válvulas de control de presión y temperatura, siendo el Cv

(Coeficiente Universal de flujo) uno de los parámetros necesarios para especificar las

características técnicas de éstas. Como herramienta para hallar este parámetro se

dispuso del programa Fisher Specification Manager.

Cálculo y determinación del Cableado

Para estimar la longitud del cableado se obtuvo la información de un plano

tridimensional (26.09.2013 Rev. D 2004) realizado en AutoCAD, el cual pertenece a

la Empresa Pequiven. Se hizo un seguimiento de las rutas existentes y así se

determinó la longitud de cada recorrido. En el anexo 2 se muestra una imagen del

plano, donde se eliminó en el plano lo referente a paredes, columnas, pisos, techos y

equipos estáticos. Se acotaron las tuberías existentes para obtener las longitudes en

cada recorrido. (Ver imagen del plano 2014.01.19 Rev E, en Anexo 3).

97

Las tablas muestran los resultados obtenidos (ver tablas 6-1; 6-2; 6-3 y 6-4)

Tabla 6-1. Longitudes de la ruta desde el Campo a la Caja de Conexiones (4 a 20 mA)

Nota: Aro, (2013)

Tabla 6-2. Longitudes de la ruta desde la Caja de Conexiones (4 a 20 mA) hasta DCS

Nota: Aro, (2013)

98

Tabla 6-3. Longitudes de la ruta desde el Campo a la Caja de Conexiones 110V

Nota: Aro, (2013) Tabla 6-4. Longitudes de la ruta desde la Caja de Conexiones 110V hasta DCS

Nota: Aro, (2013)

99

En las tablas 6-1; 6-2, 6-3 y 6-4, se identifican las siguientes columnas de

izquierda a derecha:

• Item o renglón, tramo de tubería

• Tipo, modelo de tubería

• Condición, identifica el tipo de tubería existente

• Plano, vista en los diferentes ejes del espacio tridimensional (x y z)

• Posición, perspectiva referente al plano

• Longitud, distancia estimada en milímetros

• Área, ubicación donde se encuentra la tubería

En el recorrido desde el Campo (lugar donde se encontrará el sistema de control

automatizado) hasta la caja de conexión (4 a 20 mA), se obtuvo una longitud de 55,32

metros y desde ésta hasta los gabinetes del sistema de control distribuido (DCS) se

obtuvo una longitud de 48,32 metros.

Para el recorrido desde el Campo hasta la caja de conexión de 110V se obtuvo

una longitud de 54,88 metros y desde ésta hasta los gabinetes del DCS, una longitud

de 54,37 metros.

Una vez obtenidas estas longitudes, se procedió a determinar las dimensiones y

cantidades de cable a emplear, así como las longitudes y diámetro de las tuberías, en

función del número y tipo de elementos involucrados en el sistema de control (estos

aspectos serán indicados en la ingeniería de detalle). En este sentido, se requiere

determinar el tipo de entrada o salida de acuerdo a los dispositivos, así como la

cantidad de los mismos. (Ver tablas 6-5 y 6-6).

100

Tabla 6-5. Entradas y salidas analógicas de 4 a 20 mA

Nota: Aro, (2013)

Tabla 6-6. Salidas digitales de 110V

Nota: Aro, (2013)

En las tablas 6-5 y 6-6 los tipos de entradas y salidas señaladas son:

• AI, Entrada analógica

• AO, salida analógica

• DO, salida digital

La tabla 6-5 muestra un número de salidas y entradas de (4 a 20 mA) igual a 4,

mientras que la tabla 6-6 se señala un total de nueve salidas digitales (110V).

101

Cálculo del Coeficiente universal de flujo (Cv) de las válvulas de control

En el sistema de control automatizado se emplearán dos válvulas de control tipo

globo; una para el control de presión de vapor sobrecalentado (PCV-202) y la otra

para el control de la temperatura del agua (TCV-203). Entre las características de la

válvula está el Cv, el cual indica la capacidad de paso del fluido a través de ésta. Para

el cálculo del Cv, se empleó el programa Fisher Specification Manager.

Los datos de procesos y servicios usados para el cálculo se muestran en las

siguientes tablas. (Ver tabla 6-7 y 6-8).

Tabla 6-7. Datos de Procesos y Servicios (Vapor Sobrecalentado)

Identificación del Servicio Equipo Relacionado: PC-201A / B

Servicio: Vapor Sobrecalentado


Schedule Línea: 40 Espesor Pared: 3,38 mm

Material Línea: ANSI B36.10 ASTM A106 Gr B (Acero al Carbono) sin costura


Presión de entrada: 4 6 7,5 Kgf / cm2 a

Temperatura entrada: 187,5 217,5 240 Grados Celsius

Presión de salida 1,5 2 3 Kgf / cm2 a

Temperatura de salida 150 157,5 172,5 Grados Celsius

Flujo: 280 294,7 352,6 Kg/h

Tipo de Fase: Vapor Vapor Vapor N/A

Densidad del Vapor: 1,8899 2,67192 3,19728 Kg / cm3

Viscosidad del Vapor: 0.0155685 0,0167566 0,0176710 cP

Nota: Aro, (2013)

102

Tabla 6-8. Datos de Procesos y Servicios (Agua)

Identificación del Servicio Equipo Relacionado: PC-201 A / B

Servicio: Agua


Schedule Línea: 40 Espesor Pared: 3,38mm

Material Línea: ASTM A 53 Gr B (Acero Negro)


Presión de entrada: 4 5 6 Kgf / cm2

Temperatura: 25 29 32 Grados Celsius

Presión de salida 2 3 4 Kgf / cm2

Flujo: 3,01 3,01 3,01 m3/h

Tipo de Fase: Líquida Líquida Líquida N/A

Densidad del Agua: 997,239 996,172 995,291 Kg / m3

Viscosidad del Agua: 0,89039 0,81491 0,76486 cP

Nota: Aro, (2013)

De los datos del proceso de la tabla 6-7 se utilizaron los valores mínimos,

normales y máximos de la presión de entrada, temperatura de entrada, presión de

salida, temperatura de salida, caudal; también diámetro, clase y Schedule de la tubería

con el objetivo de introducirlos en el programa Fisher Specification Manager, a fin

de estimar el Cv de la válvula de control de presión PCV-202. Una vez introducidos

los diferentes valores en el programa (el cual es utilizado por la marca Fisher para

determinar las especificaciones de las válvulas de esta marca), se obtuvo el valor de

los Cv.

Es importante destacar que el empleo de este programa se debe a la presencia de

estas válvulas en Pequiven. El programa refleja en una tabla los valores agregados y

los calculados, los resultados obtenidos se muestran en color amarillo en un extracto

de los cálculos. Ver los resultados en la figura 6-5.

103

Figura 6-5. Resultado del Cálculo de Cv (Válvula PCV-202) Nota: Fisher Specification Manager, (2014)

En la figura 6-6 se muestra la relación Cv versus Apertura de la válvula

Figura 6-6. Curva Coeficiente de flujo vs Apertura de la válvula PCV-202 Nota: Fisher_ Specification Manager, (2014)

104

De los datos del proceso de la tabla 6-8 se utilizaron los valores mínimos,

normales y máximos de la presión de entrada, temperatura de entrada, presión de

salida, temperatura de salida, caudal, también diámetro, clase y Schedule de la tubería

con la finalidad de introducirlos en el programa Fisher Specification Manager y así

estimar el Cv de la válvula de control de temperatura TCV-203. Una vez introducidos

los diferentes valores en el programa, se obtuvo el valor de los Cv. Ver los resultados

en la figura 6-7

Figura 6-7. Resultado del Cálculo de Cv (Válvula de Control TCV-203) Nota: Fisher_ Specification Manager, (2014)

105

A continuación se muestra la curva obtenida para el Cv versus la apertura de la

válvula de control de temperatura (ver figura 6-8).

Figura 6-8. Curva Coeficiente de flujo vs Apertura de la válvula TCV-203 Nota: Fisher Specification Manager, (2014)

De acuerdo a los resultados obtenidos del programa Fisher Specification

Manager para la válvula de control de presión (PCV-202), el Cv calculado se

promedia en 5,1. En este mismo sentido, para la válvula de control de temperatura

(TCV-203), el Cv calculado se promedia en 3,5. Estos datos serán incluidos en la

ingeniería de detalle, como parte de las especificaciones de las válvulas de control.

106

Ingeniería de Detalle

En este proyecto se utilizará un transmisor de presión, el cual tiene la función de

convertir una presión aplicada en una señal eléctrica. Esta señal se envía a las

computadoras, medidores digitales de panel u otros dispositivos, los cuales

interpretan esta señal eléctrica y la utilizan para mostrar, registrar y/o cambiar la

presión en el sistema que se está monitoreando. La gama de marca de transmisores es

bastante amplia. A continuación se señalan tres de estos, los cuales cumplen con las

características necesarias para la instalación. (Ver Tabla 6-9)

Tabla 6-9. Características del Transmisor de presión

Nota: Aro, (2013)

También se utilizará un Transmisor de Temperatura. Al igual que el transmisor

de presión, éste tiene la función de convertir una medida de temperatura aplicada en

una señal eléctrica que se envía a las computadoras, medidores digitales de panel u

otros dispositivos, los cuales interpretan esta señal eléctrica y la utilizan para mostrar,

registrar y/o cambiar la temperatura en el sistema que se está monitoreando. El sensor

107

de este dispositivo es un termopar tipo K. Para este dispositivo se usan las mismas

marcas que en el caso anterior (ver Tabla 6-10).

Tabla 6-10. Características del Transmisor de Temperatura

Nota: Aro, (2013)

Un solenoide es cualquier dispositivo físico capaz de crear un campo magnético

sumamente uniforme e intenso en su interior, y débil en el exterior. Un ejemplo

teórico es el de una bobina de hilo conductor aislado y enrollado helicoidalmente, de

longitud infinita. En ese caso ideal el campo magnético sería uniforme en su interior

y, como consecuencia, fuera de éste sería nulo.

En la práctica, una aproximación real a un solenoide es un alambre aislado, de

longitud finita, enrollado en forma de hélice (bobina) o un número de espirales con un

paso acorde a las necesidades, por el que circula una corriente eléctrica. Cuando esto

sucede, se genera un campo magnético dentro de la bobina tanto más uniforme cuanto

más larga sea la bobina. La bobina con un núcleo apropiado, se convierte en

un electroimán. Se utiliza en gran medida para generar un campo magnético

uniforme.

108

Este tipo de bobinas es utilizado para accionar un tipo de válvula, llamada

válvula solenoide, que responde a pulsos eléctricos respecto de su apertura y cierre,

eventualmente controlable por programa. Ahora bien, de este tipo de válvula se

utilizarán nueve de dos vías y 1” Es importante destacar que, con las características

requeridas para el diseño, se encontraron en el mercado sólo dos marcas. (Ver Tabla

6-11).

Tabla 6-11. Características de la Válvula Solenoide

Nota: Aro, (2013)

En un sistema de control, los últimos dispositivos a utilizar son las Válvulas de

Control, las cuales en los procesos industriales desempeñan un papel importante en el

lazo de regulación, ya que realizan funciones de variación de caudal y presión del

fluido de control, lo que modifica a su vez el valor de la variable de medida,

comportándose como un orificio de área variable. Esta válvula, dentro del lazo de

control es tan importante como el transmisor y el controlador. En el Proyecto se

utilizarán dos válvulas de control de 1”: Una para el control de presión y la otra para

el control de temperatura. Las tres marcas de proveedores de estos dispositivos son:

Masoneilan, Fisher y Spirax Sarco, las cuales cumplen con las características

necesarias para ser utilizadas en el diseño.

109

Otra información resaltante es que la marca utilizada con mayor frecuencia en el

Complejo Morón es la Fisher. A continuación se muestran las tablas con las

características requeridas para las válvulas de control de presión. (Ver Tabla 6-12)

Tabla 6-12. Características de la Válvula de Control - Presión

Nota: Aro, (2013)

Al igual que la válvula de control de presión, la válvula de control de

temperatura también cumple con un rol muy importante en el proceso. Las

características de las válvulas de control de presión difieren muy poco de las de

temperatura; sin embargo; es necesario mostrarlas por separado, ya que las

diferencias determinan la selección del dispositivo correcto.

110

Entre las marcas recomendadas por la Empresa, debido a la utilización de las

mismas, Fisher es también la más utilizada en cuanto a las válvulas de control de

temperatura. En la tabla 6-13 se muestran las diferentes características referidas a las

tres marcas. (Ver tabla 6-13)

Tabla 6-13. Características de la Válvula de Control - Temperatura

Nota: Aro, (2013)

Del anterior estudio técnico de equipos de medición y elementos finales de

control en el mercado nacional e internacional, se determinó la existencia y

disponibilidad de distintas marcas con las características requeridas para el empleo en

la propuesta.

111

En función de los dispositivos de medición, elementos finales de control y

señales de estatus de encendido y apagado de las bombas, del diseño del sistema de

control automatizado para el lavado y sello de las bombas PC-201 A/B, se presenta

en la tabla el listado de entradas y salidas. (Ver tabla 6-14).

Tabla 6-14. Lista de Entradas y Salidas.

Etiqueta Tipo Descripción

PIT-202 AI Transmisor de Presión Medición Vapor

TIT-202 AI Transmisor de Temperatura Medición Vapor

PCV-202 AO Válvula de Control Presión de Vapor

TCV-203 AO Válvula de Control de Temperatura de Agua

SOV-204 DO Válv. Sol. Alivio y Seguridad

SOV-205A DO Válv. Sol. Vapor al Impulsor PC-201A

SOV-206A DO Válv. Sol. Vapor al Sello PC-201A

SOV-207A DO Válv. Sol. Drenaje de Sello PC-201A

SOV-208A DO Válv. Sol. Drenaje de Impulsor PC-201A

SOV-205B DO Válv. Sol. Vapor al Impulsor PC-201B

SOV-206B DO Válv. Sol. Vapor al Sello PC-201B

SOV-207B DO Válv. Sol. Drenaje de Sello PC-201B

SOV-208B DO Válv. Sol. Drenaje de Impulsor PC-201B

PC-201A DI Señal de Estatus de la Bomba PC-210A

PC-201B DI Señal de Estatus de la Bomba PC-210B

Nota: Aro, (2013)

En la tabla 6-14 se observa que se dispone de dos entradas analógicas, dos

salidas analógicas, nueve salidas digitales y dos entradas digitales. Esto permitió

determinar la cantidad y tipo de bloques a emplear en el esquema del programa del

sistema de control automatizado.

112

Por otro lado, siguiendo las etapas establecidas en la ingeniería básica, como es

la descripción del proceso automatizado y los diagramas de procesos para el sistema

de control automatizado del lavado y sello con vapor de las bombas PC-201 A/B, se

determinó que otros elementos se requieren para la propuesta del diseño del sistema

de control automatizado, así como las conexiones necesarias que permitan el

funcionamiento lógico y control del proceso de forma automatizada.

Para la elaboración de la propuesta del programa del sistema de control

automatizado se trabajó con el programa propietario del IACC (I/A Series

Configurator Component) Configurador de Componentes de la Serie I/A de

FOXBORO de INVENSYS, instalado y licenciado en los DCS en los paneles de

control de Pequiven. El programa se basa en el empleo de lógica basada en bloques

funcionales, donde se declara en primera instancia el tipo y número de entradas y

salidas analógicas y digitales respectivas. Luego se procedió a crear los escenarios o

Diagramas de Estrategia de Control (CSD: Control Strategy Diagram) que

contendrían los bloques.

El primer CSD elaborado fue el de regulación de presión y temperatura del

vapor saturado. La sección de presión está constituida por tres bloques, donde se

colocó un bloque de entrada analógica, AIN (Analog Input Block). En éste fue

indicado el lazo al cual pertenece (AI_LS200) y el nombre que lo identifica

(PIT_202). El bloque tendrá la función de recibir la señal analógica proveniente del

transmisor PIT-202 y convertirla en forma adecuada para uso en una estrategia de

control de la Serie I/A. El segundo bloque es un controlador proporcional-integral y

derivativo (PID), encargado de realizar las acciones de control sobre el elemento final

de control, en el mismo se indicó el lazo al cual pertenece (P_LS200), así como su

nombre (PIC_202).

113

El tercero y último bloque colocado fue el de salida analógica AOUT (Analog

Output), donde se indica el lazo al cual pertenece (AO_LS200) y el nombre

(PCV_202). La salida analógica proporciona la estrategia de control con capacidad

para un solo valor analógico sobre el elemento final de control. Para este caso es la

válvula PCV-202. (Ver figura 6-9).

La sección de temperatura está constituida de igual forma por tres bloques

funcionales, donde el primero corresponde al AIN, identificando el lazo al cual

pertenece (AI_LS200) y el nombre (TIT_203), teniendo como función recibir la señal

analógica proveniente del transmisor TIT-203 y convertirla en forma adecuada para

su uso en una estrategia de control. Un segundo bloque controlador proporcional-

integral y derivativo (PID), con identificación de lazo (T_LS200) y nombre

(TIC_203). Por último, se coloca el bloque de la salida analógica AOUT, indicando el

lazo al cual pertenece (AO_LS200) y el nombre (TCV_203). La salida analógica

proporciona la estrategia de control con capacidad para un solo valor analógico sobre

el elemento final de control, en este caso la válvula TCV-202. (Ver figura 6-9).

Dentro de estas secciones de regulación se incluyeron dos bloques: Uno llamado

CALCA (Avanced Calculator) o bloque de la calculadora avanzada, la cual

proporciona funciones lógicas y capacidad de cálculo aritmético dentro de un entorno

integrado, encargado de determinar si las condiciones de presión y temperatura del

vapor saturado se mantienen, para activar o no la válvula solenoide de alivio y purga

SOV_204, a través de un segundo bloque de salida digital COUT (Contact Output) el

cual proporciona la estrategia de control con capacidad de salida digital simple. (Ver

figura 6-9).

114

Figura 6-9. Diagrama de Estrategia de Control (CSD) Etapa de regulación. Nota: Aro, (2014).

En la elaboración del segundo CSD se diseñó un único escenario que contuviese

las dos etapas restantes, como son la de lavado y sello. En éste se destacan dos partes

similares: Una en la posición superior para el lavado y sello de la bomba PC-201A y

la otra posición inferior para la PC-201B. Ya que ambas partes son similares, basta

con describir una sola, pues aplica para cualquiera de las dos. Como elemento de

entrada se colocó un bloque de entrada digital o CIN (Contact Input), el cual ofrece la

estrategia de control con capacidad de entrada para una sola entrada digital o punto de

salida digital, con la identificación de lazo DI_LS200 y los nombres respectivos PC-

201A y PC-201B. Estos se encargaran de recibir la señal de activación del lavado o el

sello, de acuerdo a la bomba seleccionada previamente desde la pantalla de

visualización. (Ver figura 6-10).

115

Después, se desplegó el bloque CALCA (Advanced Calculator) o bloque de la

calculadora avanzada, el cual proporciona funciones lógicas y capacidad de cálculo

aritmético dentro de un entorno integrado. Éste contiene la programación necesaria

para realizar la secuencia lógica requerida, ya sea la etapa de lavado o sello. Cada

bloque está respectivamente identificado como CALCA1 y CALCA2. A la salida de

cada uno de estos bloques se conectaron cuatro bloques de salida digital; COUT

(Contact Output), los cuales proporcionan la estrategia de control con capacidad de

salida para un solo punto de salida digital, y están encargados de la señal de salida

hacia las válvulas solenoides. Cada bloque COUT presenta la identificación de lazo

DO_LS200 y los respectivos nombres SOV_205A, SOV_206A, SOV_207A,

SOV_208A, SOV_205B, SOV_206B, SOV_207B y SOV_208B. (Ver figura 6-10).

Figura 6-10. Diagrama de Estrategia de Control (CSD) Etapa de lavado y sello

Nota: Aro, (2014).

116

En cuanto a los elementos de interface hombre máquina, se diseñó una pantalla

de visualización empleando el programa In Touch de WONDERWARE/

INVENSYS, donde se aprecian en forma de escenario, los equipos del proceso de

envío de lodo desde el pre-neutralizador (A-201) hacia el tambor rotativo granulador

(TR-201), por parte de las bombas centrífugas PC-201A y PC-201B, siendo los

dispositivos de la propuesta del Sistema Automatizado de Control para el lavado y

sello con vapor saturado de las bomba PC-201A/B los elementos que permitirán

visualizar y seleccionar la operación del mismo. Se destacan dos cuadros de dos

botones cada uno, ubicados en la parte superior derecha de la pantalla de

visualización; el primero para la selección de la bomba y el segundo para la selección

de la etapa a realizar. (Ver figura 6-11).

Como dispositivos de medición se observan el transmisor de presión (PIT-202)

con una indicación en Kgf/cm2 y el transmisor de temperatura (TIT-203) con una

indicación en grados Celsius. También se aprecian los dos elementos finales de

control analógicos: La válvula de control de presión (PCV-202) y la válvula de

control de temperatura (TCV-203). Todos estos elementos están ubicados en la parte

superior derecha de la pantalla de visualización. (Ver figura 6-11).

Además, en toda la parte central de la pantalla de visualización se observan los

dispositivos finales de control digital: Las válvulas solenoides para el lavado y sello

de la bomba PC-201A (SOV-205A, SOV-206A, SOV-207A y SOV-208A) y de la

bomba PC-201B (SOV-205B, SOV-206B, SOV-207B y SOV-208B), además de la

válvula solenoide de alivio y purga (SOV-204), ubicada en la parte superior central

de la pantalla. Esta distribución fue diseñada de forma atractiva para los operadores,

de forma tal que los mismos puedan tener un manejo de los dispositivos de manera

directa y sencilla. (Ver figura 6-11). Es importante resaltar que la pantalla de

visualización se realizó en In Touch y no en FoxDraw, el cual es el programa original

de visualización de estos DCS, pues para el momento se está realizando un

mantenimiento mayor en la planta de granulado de NPK y los equipos no están

disponibles.

117

Figura 6-11. Pantalla de Visualización del Proceso Automatizado de Control.

Nota: Aro, (2014)

118

Especificación del cableado:

Con los resultados de la longitud, número de salidas y entradas estimadas (ver

las tablas 6-1 hasta la 6-6) y asumiendo senos de holgura, el autor procedió a estimar

la cantidad de rollos de cables a utilizar, donde se sumó el número de salidas y

reserva y este valor se multiplicó por el valor medido (ver tablas 6-15; 6-16; 6-17 y

6-20).

Tabla 6-15. Cálculo de Par Trenzado Simple (4 a 20 mA).

Nota: Aro, (2013)

En función del resultado obtenido, se requiere de 7 Circuitos. Para cada uno de

estos se podrá emplear un conductor con las siguientes especificaciones: 1 par x 18

AWG cable aislado, marca Belden 9318 por rollo de 300 m, el cual está identificado

en el almacén de Pequiven como SAP 442221

Tabla 6-16. Cálculo de Cable Multiconductor (4 a 20) mA.

Nota: Aro, (2013)

En este caso, se requiere: 1 conductor de 8 pares x 18 AWG / aislamiento PVC,

chaqueta PVC, marca Belden 1476A por Rollo de 300 m (disponible en catálogo

del fabricante).

Tabla 6-17. Cálculo de Cable Flexible 110V.

Nota: Aro, (2013)

119

Para este cálculo se requieren 11 circuitos. Para cada uno de estos se podrá

emplear un cable flexible de 3 conductores ST #14 AWG en rollo de 100 m, el cual

está identificado en el almacén de Pequiven como SAP 47431.

Tabla 6-18. Cálculo de Cable Multiconductor 110V.

Nota: Aro, (2013)

Para éste se requiere un cable Multiconductor de 19 conductores x 14 AWG en

rollos de 100 metros, marca Marlew y modelo MM 1914 (disponible en el catálogo

del fabricante). Como son 11 salidas y cada una contiene 3 conductores (fase, neutro

y tierra) en total se necesitan un mínimo de 33 conductores, es decir, dos

multiconductores, donde uno de estos se utilizará para cinco salidas o circuitos

(5*3=15 conductores) y el otro, para los seis restantes (6*3=18 conductores).

Especificación de la tubería:

En cuanto a las especificaciones de la tubería para el cableado de par simple (4

a 20 mA), conociendo el diámetro de la sección de los conductores de los siete

circuitos se utilizó la siguiente expresión matemática: Área = π(d*3/2)2 , donde tres

significa tres veces el diámetro de un conductor. En la tabla 6-19 se muestran los

resultados. (Ver tabla 6-19)

Tabla 6-19. Cálculo de la Tubería para el cableado de par simple (4 a 20mA).

Nota: Aro, (2013)

120

Para un Tubo conduit, tipo rígido, de PVC, diámetro de 1 pulgada, SCH 80,

extremos roscados, longitud 6 metros, el área ocupada por los siete conductores

representa el 54 por ciento, quedando una holgura de 46 por ciento por condiciones

de disipación de calor y halado. Esta tubería se encuentra disponible en el almacén de

Pequiven como SAP 48060.

Para las especificaciones de la tubería de cableado multiconductor de (4 a 20)

mA, conociendo el diámetro de la sección del conductor, se utilizó la siguiente

expresión matemática: Área = π (d/2)2. En la tabla 6-20, se muestran los resultados.

(Ver tabla 6-20)

Tabla 6-20. Cálculo de la Tubería para el cableado multiconductor (4 a 20 mA)

Nota: Aro, (2013)

Por consiguiente, para un Tubo conduit, tipo rígido, de PVC, diámetro de 1

pulgada, SCH 80, extremos roscados, longitud 6 metros, el área ocupada por el

conductor representa el 63 por ciento, quedando una holgura de 37 por ciento por

condiciones de disipación de calor y halado. Esta tubería se encuentra disponible en

el almacén de Pequiven como SAP 48060.

Con respecto a las especificaciones de la tubería para el cableado ST de 110V,

el cable seleccionado, (cable flexible de 3 conductores ST #14 AWG), presenta un

diámetro de 13,38 milímetros, (ver Anexo 4). Debido a que este tipo de cable no está

tabulado en el Código Eléctrico Nacional (CEN 200), se halló que el diámetro de

13,12 milímetros equivalente para este tipo de conductor, en cable THHN/THWN es

#2/0 AWG (ver anexo 5). En la Tabla C9, página 815 del CEN 200: 2004, el máximo

permisible de conductores THHN ó THWN 2/0 AWG en un Tubo conduit, tipo

121

rígido, PVC, diámetro de 3 pulgadas, SCH 80, es de 11 conductores, incluido el

porcentaje para la disipación de calor y el halado. (Ver Anexo 6)

Ahora, con estas condiciones, el tubo seleccionado es: Tubo conduit, tipo rígido,

PVC, diámetro de 3 pulgadas, SCH 80, extremos roscados, longitud 6 metros. El cual

se encuentra disponible en el almacén de Pequiven como SAP 48064.

Para las especificaciones de la tubería a utilizar con el cable multiconductor

seleccionado (cableado Multiconductor de 19 conductores por #14 AWG), se

encontró que éste presenta un diámetro de 25,4 milímetros, (ver Anexo 7). Debido a

que este tipo de cable no está tabulado en el Código Eléctrico Nacional, se halló que

el diámetro equivalente de 26,3 milímetros para este tipo de conductor, en cable

THHN/THWN es 600 kcmil (ver anexo 5).

Por tanto, en la Tabla C9, página 815 del CEN 200: 2004, se puede apreciar que

el máximo número de conductores permisible tipo THHN ó THWN de 600 kcmil, en

un Tubo conduit, rígido, PVC, diámetro de 3 pulgadas, SCH 80 es de tres

conductores, incluido el porcentaje para la disipación de calor y el halado.

Por tanto, como sólo se pasarán dos multiconductores con estas condiciones, el

tubo seleccionado es: Tubo conduit, tipo rígido, PVC, diámetro de 3 pulgadas, SCH

80, extremos roscados, longitud de 6 metros. El cual se encuentra disponible en el

almacén de Pequiven como SAP 48064.

Para la estimación de la cantidad de tuberías conduit, condulets y curvas se

empleó una tabla de cálculo, donde el autor determinó la cantidad de elementos en

función del recorrido sobre el plano tridimensional (Ver imagen del plano

2014.01.19 Rev E, en Anexo 3). Se tomaron dos etapas: Una del campo a la caja de

conexiones de (4 a 20 mA) (ver Tabla 6-21) y la otra etapa desde esta caja al gabinete

del DCS. (Ver Tabla 6-22).

122

Tabla 6-21. Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta la caja de paso (4 a 20 mA)

Nota: Aro, (2013)

Tabla 6-22. Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta el DCS (4 a 20 mA)

Nota: Aro, (2013)

Finalmente, el número total de tuberías estimado es de 19 tubos conduits,

rígidos, PVC, diámetro de 1 pulgada, SCH 80. Así mismo, el número de condulets

puede observarse en la tabla 6-23.

123

Tabla 6-23. Número de Condulets (1”) según el tipo y Curvas (4 a 20 mA)

Nota: Aro, (2013)

Las cajas de conduit (condulet) a utilizar son de material de PVC de un diámetro

de 1 pulgadas, montaje superficial y están disponibles en el almacén de Pequiven con

los números SAP, Tipo C (SAP 47909), LB (SAP 47915), LL (SAP 47921) y LR

(SAP 47926).

De igual forma, en los circuitos de 110 voltios se tomaron dos etapas: Una del

campo a la caja de conexiones de 110 voltios (ver Tabla 6-24) y la otra etapa desde

esta caja al gabinete del DCS. (Ver Tabla 6-25).

Tabla 6-24. Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta la caja de paso (110V)

Nota: Aro, (2013)

124

Tabla 6-25. Cálculo de Tubería, Condulets y Curvas hasta el DCS (110V)

Nota: Aro, (2013)

Posteriormente, el número total de tuberías estimado es de 20 tubos conduit,

rígido, PVC, diámetro de 3 pulgadas, SCH 80. Así mismo, el número de condulets

puede observarse en la tabla 6-26.

Tabla 6-26. Número de Condulets (3”) según el tipo y Curvas (110V)

Nota: Aro, (2013)

Las cajas de conduit (condulets) son de material de PVC de un diámetro de 3”

montaje superficial y están disponibles en el almacén de Pequiven con los números

SAP, Tipo C (SAP 47913), LB (SAP 47917), LL (SAP 47924) y LR (SAP 47930).

125

Las curvas a utilizar serán fabricadas según la ruta medidas sobre el plano

tridimensional. (Ver imagen del plano 2014.01.19 Rev E, en Anexo 3), tanto para los

circuitos de (4 a 20 mA) como para los de 110V.

Se emplearán cuatro cajas de conexiones, distribuidas de la siguiente forma: Dos

en campo, una para los circuitos de (4 a 20 mA) y la otra para el de 110V; las otras

dos en el primer piso, una para los circuitos de (4 a 20 mA) y la otra para el de 110V,

con las siguientes especificaciones: Caja marina de PVC 600x400x250mm, Modelo

35255, Marca Legrand. Estas cajas se encuentran disponibles en el almacén de

Pequiven, con el número SAP 497103.

126

ANEXOS

127

Anexo 1

Cuestionario

CUESTIONARIO SI

NO

1 ¿La puesta en marcha de la bomba PC-201 para el proceso de lavado y sello, se realiza desde un mando local?

11 0

2 ¿Las válvulas y los instrumentos de medición del proceso de lavado y sello están identificadas?

1 10

3 ¿Es fácil para el operador, el ajuste de las válvulas del proceso de lavado y sello?

2 9

4 ¿Los instrumentos de medición utilizados en el proceso de lavado y sello son adecuados para la medición de las variables del proceso?

2 9

5 ¿Las condiciones de presión y temperatura del vapor son las adecuadas para el proceso de lavado y sello?

6 5

6 ¿Existe presión elevada en las tuberías del proceso de lavado y sello?

9 2

7 ¿Existe temperatura elevada en las tuberías del proceso de lavado y sello?

9 2

8 ¿Las sustancias utilizadas en el proceso de lavado y sello son peligrosas?

10 1

9 ¿La fuga de lodo en la bomba PC-201, es frecuente? 7 4

10 ¿El atascamiento por lodo en la bomba, es frecuente? 7 4

11 ¿La forma de realizar el proceso de lavado y sello de la bomba PC-201 depende del operador de turno?

10 1

12 ¿El proceso actual de lavado y sello satisface las necesidades de la producción?

1 10

13 ¿El proceso de lavado y sello de la bomba ha producido retraso en el proceso de producción?

8 3

14 ¿El proceso de lavado y sello es el requerido? 8 3

15 ¿La automatización del proceso de lavado y sello traería beneficios operativos a los trabajadores?

10 1

16 ¿La empresa debería invertir en la automatización del proceso de lavado y sello?

10 1

17 ¿En algún momento se ha recomendado la automatización del proceso de lavado y sello?

10 1

Nota: Aro, (2013)

128

Anexo 2

Plano Tridimensional 26.09.2013 Rev D 2004

Nota: Pequiven NPK, (2013)

129

Anexo 3

Plano Tridimensional 2014.01.19 Rev E

Nota: Pequiven NPK (2013)

130

Anexo 4

Cables Flexibles ST

Nota: CABEL, Catálogo de Cable Flexibles, (2012)

131

Anexo 5

Alambres y Cables de Cobre THHN/THWN

Nota: CABEL, Catálogo de Cable para construcción, (2012)

132

Anexo 6

Número Máximo de Conductores o Cables de Aparatos en Tubos Rígidos de PVC

Nota: Código Eléctrico Nacional, Tabla C9 (2004)

133

Anexo 7

Multipolar - PVC/PVC - 600 Volt - 75ºC - ICEA S 73-532 – Blindados y sin blindaje.

Nota: Marlew, MM COPERCOM (2013)

134

REFERENCIAS

Arias, F. (2012). El Proyecto de Investigación. Introducción a la metodología

científica. (6ª ed.) Caracas. Episteme

Barcells, J. y Romeral, J. (2003). Autómatas Programables. (4ª ed.) Barcelona;

España. Marcombo Boyxareu

Córdoba, M. (2009). Análisis de fallas de los sellos mecánicos en las bombas de

proceso de una planta cervecera. Trabajo Especial de Grado. Universidad de

Oriente. Barcelona, Venezuela.

Freites, O, (2011). Mejora del suministro de lodo desde el reactor al granulador de

la planta de NPK, Pequiven-Morón. Trabajo de grado no publicada. Universidad

Simón Bolívar, Caracas.

Hernández, M. (2003) Manual de trabajo de grado de Especialización, Maestrías y

Tesis Doctorales (3ª ed.) Caracas (FEDUPEL)

Norma internacional (Comisión Electrotécnica Internacional) IEC 61131-1 (2003)

2ª Edición (Autómatas Programables Parte 1 Información General) (Ginebra,

Suiza)

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