Diseño de un sistema de supervisión y control automático del centro de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo en la planta de laminación de C.V.G ALCASA

8/16/2019 Diseño de un sistema de supervisión y control automático del centro de control de motores de la torre de enfriam…

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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA

“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “ VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA TRABAJO DE GRADO

DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO DELCENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DE ENFRIAMIENTO

LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVG ALCASA.

Autor:Juan J. Abache L.

Ciudad Guayana, Marzo del 2016.


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DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICODEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DE

ENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVGALCASA.


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“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

TRABAJO DE GRADO

DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO

DEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DEENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVGALCASA.

Juan J. Abache L.C.I. 20.503.567

Trabajo de Grado presentado al Departamento de Ingeniería Eléctrica de laUNEXPO, Vice-rectorado Puerto Ordaz como parte de los requisitos de la

carrera de Ingeniería Eléctrica.

_______________________ _______________________Ing. Gladys Gonzales Ing. Alessandro Vastarini

Tutor Académico Tutor Industrial



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“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE “

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

TRABAJO DE GRADO

ACTA DE APROBACION

Quienes suscriben, miembros del Jurado Evaluador designados para evaluarel Trabajo de Grado presentado por el Bachiller: Juan José Abache Leal,Portador de la Cedula de Identidad Numero: 20.503.567, Titulado: DISEÑODE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICO DELCENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DEENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVGALCASA. Consideramos que dicho trabajo cumple con los requisitosexigidos para tal efecto y de acuerdo con los criterios establecidos para laevaluación, lo declaramos: APROBADO

_______________________ _______________________Ing. Gladys Gonzales Ing. Alessandro Vastarini

Tutor Académico Tutor Industrial

_______________________ _______________________Jurado Coordinador Jurado Principal



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Abache Leal Juan José

DISEÑO DE UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN Y CONTROL AUTOMATICODEL CENTRO DE CONTROL DE MOTORES DE LA TORRE DEENFRIAMIENTO LAMPO EN LA PLANTA DE LAMINACION EN CVGALCASA.

ALCASA 2016

Páginas 232Universidad Antonio José de Sucre Vicerrectorado Puerto Ordaz.Departamento de Ingeniería.

Tutor académico: Ing Gladys Gonzales

Tutor Industrial: Ing Alessandro Vastarini

Bibliografía pág. 207

Capítulo I El Problema, capitulo II Marco de Referencial, capitulo III MarcoMetodológico, capitulo IV Diagnostico, capítulo V Diseño o propuesta.

Palabras claves: Sistema de control, torre de enfriamiento, sistema desupervisión, Laminación, PLC, válvulas, bombas.


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AGRADECIMIENTOS

Ante todo primero a Dios por el regalo de la vida y por las muchas bendicionesque he podido recibir gracias a sus amor, gracias por brindarme el entendimientocomprensión y paciencia para poder concluir este trabajo de grado.

A mis padres por el infinito apoyo que siempre me han brindado a lo largo de lavida como padres y amigos han sabido aconsejarme y apoyarme en todos misproyectos de vida como mis estudios, el deporte entre otros. Gracias por siempreinculcar en mí muchos valores importantes en mi vida como; respeto comprensión,de ayudar a mis compañeros cuando necesiten. Mis padres siempre han estadopara mí cuando los necesito y gracias a su gran esfuerzo y dedicación es que hepodido llegar hasta aquí. A mi hermano José Abache por ser un gran amigo ycompañero, durante mi recorrido como estudiante de bachillerato y mis estudiosuniversitarios, nunca dudo en tender me la mano cuando tenía algúninconveniente con una materia.

Al Ingeniero Alessandro Vastarini (tutor industrial), por su compresión ycolaboración dentro del área laboral y por asumir el compromiso de ser mi tutorindustrial.

A todo el personal del departamento de Planificación Mantenimiento e Ingenieríapor brindarme todo su apoyo y recepción dentro de la oficina.

Al Ingeniero de Geovanni Alfonzo por su apoyo con su el programa de Step 7 y elsoftware wonderware (intouch).

A mis compañeros de estudios que compartimos tantos momentos desde el iniciode la carrera hasta el final, por todo el apoyo mutuo consejos. Gracias por convivirtantos comentos juntos que a pesar de las diversas situaciones siempreencontramos la manera de seguir hacia adelante con este gran reto y que nuncanos dimos por vencidos gracias a todos.

Al resto de mis familiares que de alguna manera u otra me han apoyado durantetodo el transcurso de mi carrera y mi vida, gracias por confiar y creer en mí y porúltimo y por último y no menos importante a mi abuela Erasma Leal porque graciasa su gran ejemplo demostró que siempre se puede salir hacia adelante te amodescansa en paz.


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INDICE GENERAL

PAG.INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 17CAPITULO I .......................................................................................................... 19

EL PROBLEMA .................................................................................................. 19Objetivo General ................................................................................................ 23Objetivos específicos ......................................................................................... 23Justificación ....................................................................................................... 23

Alcance y Delimitaciones ................................................................................... 24CAPITULO II ......................................................................................................... 25

Reseña histórica de la empresa ......................................................................... 25Ubicación Geográfica ......................................................................................... 26Breve descripción sobre el sector productivo ..................................................... 27Planta de Laminación ......................................................................................... 28

Antecedentes ..................................................................................................... 29Fundamentos Teóricos .......................................................................................... 29

Importancia de un sistema de interfaz hombre maquina .................................... 29

Como elegir un HMI adecuado .......................................................................... 30Importancia de realizar un automatismo en un sistema industrial ...................... 31Torre de enfriamiento ......................................................................................... 33Clasificación de las torres de enfriamiento ......................................................... 35Tipos de torres de circulación natural ................................................................ 35

1) Las torres atmosféricas ............................................................................ 352) Una torre de tiro natural ........................................................................... 36

Torre de tiro mecánico ....................................................................................... 37Torre de tiro forzado ........................................................................................... 37Torres de tiro inducido ....................................................................................... 37Torres de flujo cruzado ...................................................................................... 38Sistema de control ............................................................................................. 39Características de los Sistemas de Control ....................................................... 39


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Señal de corriente de entrada ......................................................................... 39Señal de corriente de salida ........................................................................... 39Variable manipulada ....................................................................................... 39Variable controlada ......................................................................................... 40Conversión ...................................................................................................... 40Variaciones externas ...................................................................................... 40Fuente de energía .......................................................................................... 40Retroalimentación ........................................................................................... 40

Tipos de Sistemas de Control ............................................................................ 40Sistema de control en lazo cerrado ................................................................ 40Sistema de control en lazo abierto .................................................................. 40

Acciones Básicas de un Sistema de Control ...................................................... 41Elementos de un Sistema de Control ............................................................. 43El proceso ....................................................................................................... 43El medidor ....................................................................................................... 43El controlador .................................................................................................. 43Elementos finales de control (actuadores) ...................................................... 43

Controlador Lógico Programable (PLC) ............................................................. 43

Elementos de un PLC ........................................................................................ 44Sección de entradas ....................................................................................... 44Sección de salidas .......................................................................................... 44Clasificación de los PLC ................................................................................. 44Señales Digitales ............................................................................................ 45Señales Analógicas ........................................................................................ 46Hardware ........................................................................................................ 46Unidad Central de procesamiento (CPU) ........................................................ 47Memoria .......................................................................................................... 47Módulo de Entrada ......................................................................................... 47Módulo de Salidas .......................................................................................... 48

PLC Siemens S7-300 ......................................................................................... 48Lenguaje de programación ................................................................................ 50


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Software de programación Step 7 ...................................................................... 50SISTEMAS SCADA ............................................................................................ 51Módulos de un SCADA ...................................................................................... 53Gráfico secuencial de funciones (grafcet) .......................................................... 54Lista de instrucciones ......................................................................................... 54Texto estructurado ............................................................................................. 54Diagrama de contactos ...................................................................................... 55Diagrama de funciones ...................................................................................... 55Organización de tareas ...................................................................................... 55Bloques de funciones ......................................................................................... 55Variador de frecuencia ....................................................................................... 55

Red de suministro .............................................................................................. 56Entradas y salidas (E/S ó I/O diferentes conexiones de entradas y salidas decontrol): .............................................................................................................. 56Comunicaciones................................................................................................. 56Salida ................................................................................................................. 56Conceptos básicos sobre variadores para motor trifásico .................................. 58

Velocidad (n) ................................................................................................... 58Par transmitido por el eje (par motriz) ............................................................. 58Tensión de arranque inicial ............................................................................. 59Par de carga cuadrático. ................................................................................. 62Potencia constante. ........................................................................................ 62Variación de la frecuencia tipo S y doble S ..................................................... 62Golpe de ariete. .............................................................................................. 63

Protección de motor y variador .......................................................................... 63Rampa lineal de parada. ................................................................................. 65

Frenado regenerativo...................................................................................... 65Sistemas de gran potencia. ............................................................................ 65Inyección de c.c. ............................................................................................. 65El bloqueo inesperado del motor. ................................................................... 66Frenado o bloqueo del motor una vez parado. ............................................... 66


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Manejo y configuración ...................................................................................... 66Manual en el propio variador. ......................................................................... 66Consola de configuración ............................................................................... 66Operación fija externa (EXT). ......................................................................... 66Panel del operador ......................................................................................... 67Funciones o parámetros más importantes ...................................................... 67Red de suministro de alimentación. Potencia del variador. ............................ 67Señales de salida: tensión e intensidad adecuada al motor. .......................... 67Frecuencias de salida mínima y máxima. ....................................................... 67Tiempo de aceleración y de parada. ............................................................... 67Control del par inicial. ..................................................................................... 67

Protección térmica. Intensidad nominal, sobrecarga y rearme. ...................... 68Visualización: indicaciones de la pantalla (frecuencia, intensidad, etc.) ......... 68Señales de alarma y monitoreo ...................................................................... 68Entradas/Salidas de control (todo o nada y analógicas) ................................. 68Elementos de control (pulsadores, terminales, potenciómetro…) ................... 68Funciones avanzadas ..................................................................................... 68

Ajuste de características del motor (auto tune ) ............................................... 68

Control de par ................................................................................................. 68Calibración ...................................................................................................... 68Borrado y reinicio de funciones y parámetros ................................................. 68Comunicaciones ............................................................................................. 68Control mediante bucle PI, PID. ...................................................................... 68Operación sobre varios motores ..................................................................... 68Señales de salida (formas de onda) ............................................................... 68

Regulación en lazo abierto o cerrado................................................................. 69Ventajas de uso del variador (frente al resto de arranques) .............................. 70

Desventajas .................................................................................................... 70Sensor ultrasónico .......................................................................................... 71

Válvula .................................................................................................................. 72Válvula de control............................................................................................... 72


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Partes de la válvula de control ........................................................................ 72Sensor de temperatura PT100 ........................................................................... 73PT100 Construcción y funcionamiento ............................................................... 74PT100 Normas ................................................................................................... 74Sondas PT100 Tipos y montajes ....................................................................... 75PT100 Ventajas ................................................................................................. 75PT100 Precauciones .......................................................................................... 76PT100 Conexión ................................................................................................ 76

1) PT100 2 hilos ........................................................................................... 762) PT100 3 hilos ........................................................................................... 763) PT100 4 hilos ........................................................................................... 77

Transformador de control ................................................................................ 77Protección del transformador de control ......................................................... 78

Selectividad de las protecciones ........................................................................ 79Coordinación de las protecciones de un arrancador .......................................... 79Motor eléctrico asíncrono ................................................................................... 80

Aspectos constructivos ...................................................................................... 80Principio de funcionamiento ............................................................................... 84

Ensayos del motor asíncrono ............................................................................. 84Ensayo en vacío ............................................................................................. 85Ensayo en cortocircuito o de rotor bloqueado. ................................................ 87

Arranque a tensión reducida ........................................................................... 88 Arranque de una maquina asíncrona ................................................................. 88 Arranque de los motores en jaula de ardilla ....................................................... 89

Arranque en directo ........................................................................................ 89 Arranque por autotransformador ..................................................................... 90Conmutación estrella triangulo ....................................................................... 92

Arranque de los motores de rotor bobinado .................................................... 93Bombas centrifugas ........................................................................................... 94Nuestro Modelo de Control ................................................................................ 96Características del sistema ................................................................................ 96


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Principio de operación ........................................................................................ 98Contacto ............................................................................................................. 99Contacto auxiliar .............................................................................................. 101Relé térmico ..................................................................................................... 101Temporizadores ............................................................................................... 101Tipos de Breakers ............................................................................................ 102Glosario ............................................................................................................ 103

CAPITULO III ...................................................................................................... 105MARCO REFERENCIAL ..................................................................................... 105

Tipo de investigación ....................................................................................... 105Diseño de la investigación ............................................................................... 106

Unidades de Análisis ........................................................................................ 107Población ...................................................................................................... 107Muestra ......................................................................................................... 107Técnicas e Instrumentos de Recolección de Datos ...................................... 107Instrumentos para la recolección de datos ................................................... 107

Procedimiento de recolección de datos ........................................................... 108La Observación Directa .................................................................................... 109

Investigación Bibliográfica ................................................................................ 109Entrevistas No Estructuradas ........................................................................... 110Herramientas de Soporte - Ayuda .................................................................... 111Revisión documental ........................................................................................ 111Procesamiento de la información ..................................................................... 111

CAPITULO IV ...................................................................................................... 112DIAGNÓSTICO ................................................................................................... 112

Descripción de la situación actual .................................................................... 112Funcionamiento de los sistemas de la torre de enfriamiento Lampo ............... 113Causas por las cuales se dañan eléctricamente los motores .......................... 121

CAPITULO V ....................................................................................................... 123DISEÑO O PROPUESTA .................................................................................... 123

Criterios y variables a ser implicadas en el sistema de supervisión y control .. 123


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Lógica de control automático para el PLC de la central de control de motores 136Selección de los equipos necesarios para el desarrollo del sistema de supervisióny control ............................................................................................................... 191

Selección del autómata programable Siemens S7 300.................................... 191

Fuente 6ES7307-1KA00-0AA0 ..................................................................... 191CPU 315- 2 DP o 6ES7 315- 2AG10- 0AB0 ................................................. 195Módulo 6ES7 321-1BL80-0AA0 .................................................................... 202Módulo 6ES7 322-1BH81-0AA0 ................................................................... 202Módulo 6ES7 321-7BH80-0AA0 ................................................................... 203

Sensor ultrasónico ........................................................................................... 204Sensor de temperatura PT100 ......................................................................... 208

Diseño de la interfaz gráfica (SCADA) para las acciones de supervisión y controlde la central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo. ......... 212Ingeniería básica de conexión para el sistema de supervisión y controlautomático ....................................................................................................... 218

CONCLUSIONES ................................................................................................ 223RECOMENDACIONES ....................................................................................... 224BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 225

ANEXOS………………………………………………………………………………...210

Anexo 1 sistema de potencia d e la torre de enfriamiento Lampo…………...…..211 Anexo 2 alimentación hacia la torre de enfriamiento Lampo….…………………211

Anexo 3 torre Lampo barra 2.……………………..…………………...……………212

Anexo 4: torre Lampo barra 1……………………..……………………...…………212


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INDICE DE FIGURAS

Figura1: torre de enfriamiento. .............................................................................. 33 Figura 2: Componentes de una torre de enfriamiento 1……………………………18 Figura 3: Componentes de una torre de enfriamiento 2 ........................................ 35Figura 4: Torre de tiro inducido ............................................................................. 38Figura 5: Diagrama de Bloques de un Sistema de Control Industrial .................... 42Figura 6: Estructura del PLC ................................................................................. 44 Figura 7: Funcionamiento de las señales digitales…………………………………..30

Figura 8: Funcionamiento de las señales analógicas ............................................ 46Figura 9: Estructura del PLC ................................................................................. 47Figura 10: PLC Siemens S7-300 ........................................................................... 50Figura 12: Curva de velocidad del motor ............................................................... 58Figura 13: Tensión para el arranque inicial. .......................................................... 60Figura 14: Curva de par-velocidad ........................................................................ 60Figura 15: Curva de par-velocidad ........................................................................ 61Figura 16: curva par cuadrático ............................................................................. 62Figura 17: curva de Variación de la frecuencia tipo S y doble S ........................... 63Figura 18: curva de temperatura del motor ........................................................... 64Figura 19: panel del operador ............................................................................... 67Figura 20: señales de salida tipo onda .................................................................. 68Figura 21: Regulación de lazo abierto o cerrado ................................................... 69 Figura 22: Sensor ultrasónico…………………………………………………………..55 Figura 23: Actuador de la válvula de control ......................................................... 73

Figura 24: Sensor de temperatura PT100 ............................................................. 74Figura 25: Estator de un motor asíncrono. ............................................................ 81Figura 26: Rotor en jaula ardilla ............................................................................ 82Figura 27: Placa de bornes. Conexiones estrella triangulo ................................... 83Figura 28: Conexiones de la placa de bornes y sentidos de rotación ................... 83


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Figura 29: Esquemas de la conexiones estrella y triangulo…………………………67Figura 30: Reparto de las pérdidas en vacío en función de la tensión .................. 86Figura 31: Circuito equivalente en vacío ............................................................... 87Figura 32: Esquema eléctrico del arranque directo………………………………….73 Figura 33: Esquema eléctrico del arranque con autotransformador ...................... 91Figura 34: Circuito equivalente en el arranque ...................................................... 91Figura 35: Esquema eléctrico del arranque estrella-triangulo con conmutadormanual .................................................................................................................. 93Figura 36: Motor asíncrono de rotor devanado y reóstato de arranquecorrespondiente ..................................................................................................... 94Figura 37: Funcionamiento del sistema de Control Automático de BombasCentrifugas con Velocidad………………………………………………………………81 Figura 38: Gráfica del principio de operación ........................................................ 98Figura 39: Gráfica de la respuesta a la demanda .................................................. 99Figura 40: placa característica de los motores acoplados a las bombas de aguafría…………………………………………………………………………………………96Figura 41: Placa característica de los motores acoplados a las bombas de aguacaliente…………………………………………………………………………………... 113

Figura 42: Placa característica de los motores acoplados a los ventiladoresextractores de calor ............................................................................................. 113Figura 43: Sistema de agua caliente …………………………………………………..98

Figura 44: Motores acoplados a las bombas de agua caliente ……………………..98

Figura 45: Sistema de agua fría ………………………………………………………..99

Figura 46: Motor acoplado al aspa extractor de calor ……………………………….99

Figura 47: Armario eléctrico de las bombas de agua caliente…………….. ……..116Figura 48: conexión eléctrica de las bombas de agua caliente …………………...100

Figura 49: Armario eléctrico de las bombas de agua fría………………….. ……..117

Figura 50: conexión eléctrica de las bombas de agua fría ………………………...101


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Figura 51: Armario eléctrico de los ventiladores extractores de calor ................. 118Figura 53: Medidores de tensión y corriente ....................................................... 119Figura 54: conexión eléctrica de las alarmas del sistema …………………………103

Figura 55: Señalización de las alarmas ............................................................... 120Figura 56: PLC telemecanique………………………………………………………..104

Figura 57: torre de enfriamiento .......................................................................... 121Figura 58: Transformadores de 13,8 Kv/480V/2000KVA .................................... 122Figura 59: Rango de operación de los motores de agua fría .............................. 124Figura 60: Circuito equivalente y curva de los motores de agua fría ................... 124Figura 61: Rampa de aceleración de los motores de agua fría ........................... 125Figura 62: Iner cia de los motores de agua fría……………………………………...109

Figura 63: Grafica de la carga de los motores de agua fría ................................ 126Figura 64: curva de daño delos motores de agua fría ......................................... 126Figura 65: Rango de operación de los motores de agua caliente ....................... 127Figura 66: Circuito equivalente y curva de los motores de agua caliente ............ 127Figura 67: Rampa de aceleración de los motores de agua fría ........................... 128Figura 68: Inercia de los motores de agua caliente ............................................. 128Figura 69: Grafica de la carga de los motores de agua caliente ......................... 129Figura 70: curva de daño de los motores de agua caliente ................................. 129Figura 71: Rango de operación de los motores extractores de calor .................. 130Figura 72: Circuito equivalente y curva de los motores extractores de calor ...... 130Figura 73: Rampa de aceleración de los motores extractores de calor ............... 131Figura 74: Inercia de los motores extractores de calor ........................................ 131Figura 75: Grafica de la carga de los motores extractores de calor .................... 132Figura 76: curva de daño de los motores extractores de calor ............................ 132

Figura 77: bloques ............................................................................................... 139Figura 78: segmento 1 ........................................................................................ 139Figura 79: segmento 2……………………………………………………………....…123

Figura 80: segmento 3 ........................................................................................ 140Figura 81: segmento 4 ........................................................................................ 140


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Figura 82: segmento 5…………………………………………………………………124

Figura 83: segmento 6 y 7 generador de pulsos ................................................. 141Figura 84: segmento 8 ........................................................................................ 141Figura 85: segmento 9 ........................................................................................ 142Figura 86: segmento 10 ...................................................................................... 142Figura 87: segmento 11 ...................................................................................... 143Figura 88: segmento 12………………………………………………………………..127

Figura 89: segmento 12 en funcionamiento ........................................................ 144Figura 90: segmento 13 ...................................................................................... 144Figura 91: segmento 13 en funcionamiento ........................................................ 145Figura 92: segmento 14 ...................................................................................... 145

Figura 93: segmento 15 ...................................................................................... 146Figura 94: segmento 16………………………………………………………………..130

Figura 95: segmento 16 en funcionamiento ........................................................ 147Figura 96: segmento 17………………………………………………………………..131

Figura 97: segmento 17 en funcionamiento…………………………………………132

Figura 98: segmento 18………………………………………………………………..132

Figura 99: segmento 19………………………………………………………………..133

Figura 100: segmento 20………………………………………………………………133

Figura 101: segmento 21 .................................................................................... 150Figura 102: segmento 22………………………………………………………………134

Figura 103: segmento 23………………………………………………………………135 Figura 104: segmento 24………………………………………………………………135 Figura 105: segmento 25………………………………………………………………136

Figura 106: segmento 26………………………………………………………………136 Figura 107: segmento 28………………………………………………………………137 Figura 108: segmento 28 en funcionamiento………………………………………..137

Figura 109: segmento 29 .................................................................................... 154Figura 110: segmento 29 en funcionamiento………………………………………..138 Figura 111: segmento 30 ……………………………………………………………...139


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Figura 112: segmento 31……………………………………………………………...139

Figura 113: segmento 32 .................................................................................... 156Figura 114: segmento 32 en funcionamiento………………………………………..140 Figura 115: segmento 33 ………………………………………………………………141 Figura 116: segmento 34 ………………………………………………………………141 Figura 117: segmento 35 ………………………………………………………………142 Figura 118: segmento 36 ………………………………………………………………142


Figura 121: segmento 39 .................................................................................... 160Figura 122: segmento 40 .................................................................................... 160Figura 123: segmento 40 en funcionamiento ...................................................... 161Figura 124: segmento 41………………………………………………………………145

Figura 125: segmento 41 en funcionamiento ...................................................... 162Figura 126: segmento 42 .................................................................................... 162Figura 127: segmento 43 .................................................................................... 163Figura 128: segmento 44 .................................................................................... 163Figura 129: segmento 44 en funcionamiento ...................................................... 164

Figura 130: segmento 45 .................................................................................... 164Figura 131: segmento 45 .................................................................................... 165Figura 132: segmento 46 .................................................................................... 165Figura 133: segmento 47 .................................................................................... 166Figura 134: segmento 48………………………………………………………………150

Figura 135: segmento 49 .................................................................................... 167Figura 136: segmento 50 .................................................................................... 167


Figura 139: segmento 52 activo nivel bajo .......................................................... 169Figura 140: segmento 53 .................................................................................... 169Figura 141: segmento 53 activo nivel alto ........................................................... 170


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Figura 142: segmento 54 .................................................................................... 170Figura 143: segmento 54 activo nivel muy alto ................................................... 171Figura 144: segmento 55………………………………………………………………155 Figura 145: segmento 55 activo nivel muy bajo .................................................. 172Figura 146: segmento 56………………………………………………………………156

Figura 147: segmento 56 activa compensación de agua por nivel muy bajo ……156 Figura 148: segmento 57 .................................................................................... 173Figura 149: segmento 58 .................................................................................... 174Figura 150: segmento 59 .................................................................................... 174Figura 151: segmento 60………………………………………………………………158

Figura 152: segmento 61 .................................................................................... 175

Figura 153: segmento 61 activo nivel alto de temperatura………………………...159

Figura 154: segmento 62 activo nivel medio de temperatura .............................. 176Figura 155: segmento 63………………………………………………………………160

Figura 156: segmento 63 activo nivel bajo de temperatura ................................. 177Figura 157: segmento 64 .................................................................................... 177Figura 158: segmento 65 .................................................................................... 178Figura 159: segmento 65 activo nivel bajo .......................................................... 178

Figura 160: segmento 66 .................................................................................... 179Figura 161: segmento 66 activo nivel alto…………………………………………...163

Figura 162: segmento 67 .................................................................................... 180Figura 163: segmento 67 activo nivel muy bajo…………………………………….164

Figura 164: segmento 68 .................................................................................... 181Figura 165: segmento 68 activo nivel muy alto ................................................... 181Figura 166: segmento 69 .................................................................................... 182

Figura 167: segmento 70………………………………………………………………166 Figura 168: segmento 71 caudal nominal activo ................................................. 183Figura 169: segmento 72………………………………………………………………167

Figura 170: segmento 73 .................................................................................... 184Figura 171: segmento 74 .................................................................................... 185


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INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Tipos de Control…………………………………………………………….....27 Tabla 2: Clasificación de los PLC……………………………..………………………29 Tabla 3: símbolos de símbolos ………………………………………………………..118 Tabla 4: continuación de la tabla de símbolos………………………………………119 Tabla 5: continuación de la tabla de símbolos………………………………………120 Tabla 6: configuración de hardware………………………………………………….122

Tabla 7: variables………………………………………………………………………173 Tabla 8: variables de comunicación PLC-SCADA………………………………….174


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INTRODUCCIÓN

Aluminios del Caroní S.A (ALCASA) es una empresa perteneciente al sectoraluminio, ya que procesa el Aluminio primario una vez obtenido la materia primainicial (Bauxita). Con el transcurso de los años han implementado diferentesinnovaciones tecnológicas en la diferentes plantas de la empresa, con la finalidadde poder obtener un sistema de producción más óptimo y confiable para eltratamiento del aluminio.

En este complejo industrial específicamente en la planta de Laminación, cada vezes más común la implementación de nuevos autómatas programables (PLC), paraautomatizar y supervisar los diferentes sistemas de la planta. En la actualidadC.V:G Alcasa busca adaptarse a los mercados de mayor competitividad, para deesta manera alcanzar grandes índices de producción.

En la industria se implementan sistemas de interfaz hombre maquina (HMI) ycontrol automático, con la finalidad de automatizar el proceso industrial y de esamanera poder realizar los procesamientos de supervisión de manera segura,evitando enfermedades ocupaciones. Por esta razón, este trabajo de investigaciónestá orientado al diseño de un sistema de supervisión y control automático delcentro de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo en la planta deLaminación en C.VG Alcasa.

La torre de enfriamiento LAMPO, se utiliza para enfriar agua caliente, que proviene

de los sistemas de enfriamiento de los equipos instalados en la planta deLaminación de CVG-Alcasa. Entre estos equipos que necesitan agua enfriada porla torre, tenemos: El laminador Caliente Clecim Cosim, El laminador Frío Davy McKee, Los hornos de Precalentamiento Guineas, Hornos de Recocido Guineas,Fresadora Knoenenagel, entre otros.


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Esta torre fue construida en concreto armado, esto incluye la piscina de agua fría,tanque de agua caliente, zona de transferencia de calor donde se ubica el materialde relleno, eliminadores de arrastre, sistema de distribución de agua, ventiladoresy difusores. También, forman parte de su estructura, los perfiles de apoyo de losde los eliminadores de arrastre, las vigas que sostienen el material de relleno y loscaballetes que soportan el conjunto mecánico de los ventiladores.

El presente trabajo de grado está conformador por cinco (5) capítulos compuestosde la siguiente forma:

Capítulo I, explica el planteamiento del problema y se describen los objetivos tantogenerales como específicos a desarrollar, así como también la justificación ylimitación de la investigación.

Capítulo II, muestra las referencias que sirvieron como guía para la realización deeste trabajo al igual muestra una breve reseña histórica de la empresa y unasbases teóricas correspondientes al tema.

Capítulo III, se presenta el diseño metodológico, en el cual se describe el tipo ydiseño de investigación, la población, técnica, instrumentos y procedimientos derecolección de datos y el desarrollo procedimental de los objetivos.

Capítulo IV, ofrece la descripción de la condición actual del sistema de control dela central de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo.

Capítulo V, se presenta el diseño del sistema de supervisión y control automáticopara la torre de enfriamiento Lampo que solucione la problemática planteada.


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CAPITULO I

EL PROBLEMA

En este capítulo se describe la situación que se está presentando en el área detrabajo y los motivos del porque se está realizando este tipo de investigación, asícomo también sus antecedentes, justificación, alcance, y objetivos.

Planteamiento del problema.

La torre de enfriamiento de Lampo está conformada por una estructura decemento la cual contiene: de dos fosas de agua caliente, cuatro bombas verticalesde agua caliente, tres extractores de aire caliente, tres piscina de agua fría, cuatrobombas de agua fría. La función de esta torre es de controlar todo el sistemahidráulico de los diferentes hornos que hacen vida en la planta de Laminacióncomo los hornos de Recosido, los hornos de Pre-calentamiento, entre otrasmaquinarias, logrando así el enfriamiento de los marcos y puertas de estos hornos

mediante la transferencia de calor entre las corrientes de agua y aire con lafinalidad de disipar el calor a la atmosfera.

La torre de enfriamiento de Lampo se encuentra constituida por la central decontrol de motores que es su totalidad suman once motores. Se dividen a su vez;cuatro motores acoplados a bombas verticales para la parte de agua caliente, sucaracterística es de 460 Voltios, 88-97 Amp, 54 Kw, 75 Hp,1760 Rpm, a unafrecuencia de 60Hz, con factor de potencia una configuración dearranque de tipo delta-estrella (∆-ʏ) y sistema de protección Breaker, Contacto,Térmico acoplados. Cuatro motores acoplados a bombas horizontalespertenecientes a la piscina de agua fría, con unas características eléctricas; 460Voltios, 290 Amp, factor de potencia , una frecuencia eléctrica de 60Hz con una configuración de arranque de tipo delta-estrella (∆-ʏ) y sistema de


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protección Breaker, Contacto, Térmico acoplados. También consta de tresmotores acoplados a ventiladores para el enfriamiento del agua que se dirigehacia los hornos, su característica es de 440 Voltios, 68 Amp, 1800 Rpm, unafrecuencia eléctrica de 60 Hz, la configuración de arranque es de tipo delta delta(∆-∆) y sistema de protección Breaker, Contacto, Térmico acoplados, y laconfiguración o funcionamiento de las bombas es de tipo maestro esclavo. Constaa su vez de sensores de nivel tipo sonda, sensores de temperatura de tipo PT100y válvulas de manuales tipo mariposa. El sistema de control que maneja elfuncionamiento de toda la central de motores se encuentra constituido; por relé,contactos, fusibles, breakers principal, temporizadores, transformador de control,entre otros.

En el transcurso del tiempo la torre de enfriamiento de lampo ha sufrido diferentesfallas en la parte del sistema de control eléctrico, debido que el sistema que seencuentra presente está obsoleto y sus componentes son muy viejos y al fallaruno de estos componentes no se localizan los repuestos indicados que seancompatibles con el sistema por ser tan antiguo. Por consecuencia los sistemas decontrol y potencia para el enfriamiento del agua se encuentran desmantelados ypor consiguiente el agua no llega al punto de enfriamiento necesario que necesitael sistema hidráulico para mantener frio los aceites, los marcos y puertas de loshornos, además los sensores de niveles actuales no se encuentran enfuncionamiento esto causa el desbordamiento de agua en los tanques o sumideroslo cual descontrola el sistema porque la cantidad de agua tiene que ser siempreuna cantidad constante y esto causa siempre una gran pérdida al sistema por locual impide también que el agua tenga la temperatura necesaria.

En los motores de agua caliente, se encuentran los contactos de potencia tienenlas siguientes; marca de Westinghouse, tamaño N°4, 460 Voltios, 100 Hp,protección sobre corriente rango 15-85 Amp, se realiza por un térmico marca BBC.En los motores de agua fría, se encuentran contactos de potencia marcaWestinghouse de la siguiente características; dos tamaño N°5, modelo J, 460Voltios, 150 Hp, y uno tamaño N° 4, modelo J, 460 Voltios, 100 Hp y la protección


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de sobre corriente se realiza por un térmico marca BBC, rango de protección 160-250 Amp. Los motores que se encuentra acoplados a los ventiladores para elenfriamiento del agua, tienen unos contactos de potencia marca Westinghouse dela siguiente características; tamaño N°4, modelo J, 460 Voltios, 100 Hp y laprotección de sobre corriente se realiza por un térmico marca BBC, rango deprotección 10-85 Amp. Algunos de estos contactos no se encuentran enfuncionamiento actualmente, lo cual trae como consecuencia que el sistema decontrol y potencia no funcione adecuadamente, debido que, estos componentesson de difícil acceso actualmente.

La central de control de motores de la torre de enfriamiento de lampo, consta deun sistema de potencia con una barra simple con un seccionador, para así tenerdos alimentadores para siempre tener la torre alimentada así de esta maneradistribuir los motores de agua caliente y fría, además los motores de losventiladores para el enfriamiento del agua en estos dos alimentadores, para almomento de realizar un mantenimiento siempre mantener la torre activa.

Actualmente dicho sistema no funciona de manera diseñada, debido que elsistema de control de la gran mayoría de estos motores se encuentrandesmantelados así que se encuentra trabajando directo y solo algunos motores y

bombas se encuentra operativos, es decir, de ocurrir una falla adicional al sistemase tendría que detener o sacar de funcionamiento la torre de enfriamiento delampo, lo que causaría el paro absoluto de todos los hornos en la Planta deLaminación en CVG Alcasa, ya que esta torre se encuentra encargada del sistemahidráulico de los hornos, es decir, extrae el agua caliente de los hornos paraintroducir agua fría a los mismos.

En el sistema actual no posee ningún tipo de variador de frecuencia en él, esto

indica que los ventiladores para el enfriamiento del agua siempre gira a unavelocidad constante, esto trae como consecuencia que el agua no siempre llega alpunto de enfriamiento necesario ya que hay que tomar en cuenta la ausencia deagua debido al desborde de la misma a consecuencia de la falla de los sensoresde nivel, esto implica que la velocidad de los ventiladores debe girar dependiendo


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de la temperatura de entrada del agua, esta situación se puede corregirimplementando un variador de frecuencia que regule la velocidad y arranque delos motores dependiendo de la temperatura del agua. El variador de frecuencia nosólo nos ayudará en la parte de los motores de los ventiladores sino también seimplementarán variadores de frecuencia que ayuden a tener un arranche mássuave en la central de motores. En la parte de nivel se puede corregir impensadoun sensor ultrasonido que pueda censar los estados de nivel con respecto altiempo, estas nuevas funciones podrán ser contraladas mediante un PLC SiemensS7 -300.

La implementación de variadores de frecuencia, para una nueva configuración dearranque de diferentes motores que se encuentran en la Torre de Enfriamiento deLampo, ofrece a los motores una vida útil de trabajo más extensa con respectos aotras configuraciones de arranque, debido que, mediante variadores de frecuenciase puede controlar de manera más precisa el incremento de la tensión de entrada,mediante la rampa de tensión para el arranque de los motores, en esta rampa detensión se van ajustando los niveles de tensión hasta llegar a el valor nominal quede manera gráfica se puede representar mediante una curva cuadrática. Estemétodo de arranque con rampa de tensión ofrece un arranque suave análogo con

limitación de corriente, pero sin la dependencia de la carga y de la misma manerase realiza para la parada.

En el centro de control de motores de la torre de enfriamiento de lampo, carece deuna sistema el cual puede indicar detalladamente todo el proceso de la torre deenfriamiento. Por esta razón, es necesario implementar un sistema el cual leindique al operador o técnico de turno, todo el proceso de manera clara en la salade control. Para siempre mantener una supervisión constante de la torre de

enfriamiento de lampo , debido que el proceso de enfriamiento que realiza estatorre es de vital importancia para llevar a cabo todo el proceso en la planta delaminación, ya que enfría todos los hornos fresadoras que hacen vida en la plantaantes mencionada.


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Esta interfaz hombre maquina ayudara al personal de trabajo, a supervisar demanera segura y constante todo el proceso de la torre de enfriamiento de lampo,evitando así todo tipo de enfermedades ocupacionales. Debido que esta torre deenfriamiento se encuentra distante de la sala de control

Objetivo General

Diseñar un sistema de supervisión y control automático para la central decontrol de motores de la torre de enfriamiento Lampo

Objetivos específicos

Identificar criterios y variables a ser implicadas en el sistema de supervisióny control.

Definir la lógica de control automático para el PLC de la central de controlde motores.

Seleccionar los equipos necesarios para el desarrollo del sistema desupervisión y control.

Diseñar una interfaz gráfica (SCADA) para las acciones de supervisión ycontrol de la central de control de motores de la torre de enfriamiento

Lampo. Desarrollar una ingeniería básica de conexión para el sistema de

supervisión y control automático.

Justificación

El Departamento de Planificación Ingeniería y Mantenimiento, suscrito a laGerencia de Laminación quien es el encargado del mantenimiento de esa área.

Decidió automatizar el sistema de la Central de Control de Motores, debido a lagran importancia que tiene este sistema, ya que, dicho departamento seencuentran encargado de controlar, regular e inspeccionar el funcionamiento totalde los motores, bombas y válvulas que hacen posible que este proceso pueda serllevado a cabo. Logrando el automatismo del presente sistema de la Central deControl de Motores se puede llegar a un gran avance tecnológico que es


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necesario para poder tener un proceso que garantice velocidad y una altaproductividad y así evitar las paradas forzadas que se han hecho presentes portener un sistema de control eléctrico obsoleto en el área.

Entre las alternativas de solución se encuentran la automatización del sistema dela Central de Control de Motores mediante un PLC Siemens S7-300, un sensorultrasónico, una Válvula de control, un sistema de alarma que se active al percibiruna irregularidad y una interfaz hombre máquina para que los operadores puedanseguir el proceso más detalladamente. Este proceso puede garantizar elfuncionamiento correcto del sistema de control para las diferentes máquinaspresentes en la Planta de Laminación.

La calidad del sistema eléctrico en procesos industriales es de suma importancia,porque éste garantiza el funcionamiento correcto al momento de la producción yde esta manera evitar los accidentes garantizando así un sistema estable quebrinde mejoras y no interrupciones al momento del proceso, y con un sistemamejorado se facilita el trabajo para el operador al momento de realizar unmantenimiento preventivo o correctivo.

Alcance y Delimitaciones

En la empresa básica CVG Alcasa, en la planta de Laminación, se realizara undiseño para lograr un automatismo en la central de control de motores. Con esteproyecto se desea proponer acciones y medidas para lograr estabilizar el sistemade control para poder garantizar una óptima producción. El estudio de esteproyecto se realizara mediante los softwares de programación STEP 7 profesional

y WONDERWARE (intouch) para plantear el sistema Scada, el PLC seleccionadopara diseñar el automatismo de este sistema de control es un Siemens S7-300. Eldepartamento a cargo de este proyecto es el de Planificación Ingeniería yMantenimiento. La elaboración de este proyecto cuenta con un plazo de 16semanas que se cumple desde la semana 13/07/2015 hasta 13/12/2015.


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CAPITULO II

MARCO REFERENCIAL

En el presente capítulo se describen aspectos teóricos relevantes, relacionadoscon la investigación y que sustentan este proyecto, sirviendo como base teóricapara el mismo. Se destacaran puntos como breve descripción de la planta,revisión de la literatura, antecedentes a la investigación que presentan relacióncon esta, y definición de términos básicos.

Reseña histórica de la empresa

El aluminio se produce por primera vez en la historia como metal puro en 1.827.Industrialmente, a partir del cloruro de aluminio, en 1.854, y actualmente medianteel método de separación electrolítica obtenido a partir de la alúmina. Dichoproceso fue inventado en 1.886 y patentado simultáneamente por Charles MartínHall en Estados Unidos y Paúl Taussant Heroult en Francia.

El desarrollo de este método en la Región Guayana se inició hace tres décadascon los programas destinados al aprovechamiento del potencial hidroeléctrico desus principales ríos, mediante la construcción de las represas Gurí y Macagua. Ladisponibilidad y bajo costo de la energía, la reserva de bauxita como materia primainicial, la capacidad del país para invertir, la estratégica ubicación geográfica, juntocon las facilidades de acceso al mar a través del Río Orinoco, fueron lasprincipales ventajas que facilitaron la producción de aluminio en Venezuela encondiciones competitivas al nivel de América Latina y mundial.

ALUMINIO DEL CARONÍ, S.A. (ALCASA) fue constituida en diciembre de 1960,con el objetivo de producir aluminio primario y sus derivados. El 14 de octubre de1967, inicia operaciones CVG Alcasa, convirtiéndose en la primera plantareductora de aluminio en el país, con una capacidad inicial en su primera etapa de10.000 toneladas métricas anuales de aluminio primario. Al año siguiente y


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continuando con su proceso de expansión avanzó hacia la segunda etapa de sufase II, elevando su capacidad a 22.500 tm/año, dando inicio igualmente a sucomplejo de Laminación en las plantas de Matanza y Guacara (estado Carabobo).

Para satisfacer la demanda del mercado nacional, enmarcado en la política desustitución de importaciones para ese momento, CVG Alcasa acomete laconstrucción de su fase III de ampliación, que le permite elevar su capacidadinstalada de producción a 50.000 tm/año.

Posteriormente da inicio a la fase IV de su ampliación, con la construcción de unatercera Línea de Reducción, logrando ubicar su capacidad nominal de producciónen 120.000 tm/año de aluminio primario, y la expansión de sus plantas deLaminación.

Un nuevo proyecto de ampliación de sus capacidades pone en marcha CVG Alcasa a mediados de los años 80, lo que sería su fase VI, proyecto que incluía laexpansión de su planta de Laminación Guayana, así como la construcción de unaIV y V Línea de Reducción, para elevar su capacidad instalada a 400.000 tm/año.

CVG Alcasa logra construir solamente su IV Línea de reducción instalandoademás las áreas de servicios requeridas para soportar las capacidades de cincolíneas, pero con una producción de 210.000 tm/año, lo que por supuesto produjoun desequilibrio en sus capacidades operativas y financieras.

Ubicación Geográfica

La Región Guayana es el centro de la industria del aluminio en Venezuela, éstaregión privilegiada está localizada al sur del río Orinoco, con una extensión de448.000 km2 que representa exactamente la mitad del territorio venezolano. Enella se encuentra ubicada la empresa C.V.G ALCASA específicamente en la zonaIndustrial Matanzas en el margen derecho del río Orinoco, en la parte sur-oeste deCiudad Guayana, Estado Bolívar, ocupando una superficie total aproximada de174 hectáreas.


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Breve descripción sobre el sector productivo

C.V.G Alcasa es una empresa perteneciente al sector secundario, ya que procesael Aluminio primario una vez obtenido la materia prima inicial (Bauxita), extrayendola Alúmina a través de un tratamiento de separación electrolítica, produciendo ycomercializando Aluminio primario y sus derivados, contando con un equipohumano perseverante, incondicional, valiosísimo, aunado en una alta tecnologíaalcanzando un nivel óptimo de producción respondiendo a las exigencias delmercado, de acuerdo a la capacidad de la planta y a las normas de calidad. C.V.G

ALCASA produce y comercializa una amplia variedad de productos que incluyen

lingotes de 22.5Kg, pailas de 445Kg, cilindros aleados y planchones paralaminación, aluminio en forma de rollos, láminas y cintas. Estos productos sonconsumidos en Venezuela por la industria de la construcción, electricidad,transporte, empaque, refrigeración, bienes de consumos y otras. También exportaa Costa Rica, Estados Unidos de América, Colombia, México, Puerto Rico, Perú,

Argentina, Inglaterra y Bélgica.

La torre de enfriamiento de Lampo en la Planta de Laminación en C.V.G Alcasa,se encuentra constituida de un sistema de operacional con dos alimentadores.Iniciando desde el sistema de potencia de barra simple con seccionador para asíde esa manera siempre mantener la torre de enfriamiento alimentada.

Siguiendo con la central de control de motores cuyo arranque de estos motores esde tipo estrella-delta (ʏ-∆), y el arranque de los ventiladores para el enfriamientodel agua son de tipo (∆-∆) y un sistema de funcionamiento para las bombas de tipoesclavo maestro para cuatro bombas de agua caliente y cuatro bombas de aguafría. Esta torre tiene como finalidad controlar el sistema Hidráulico para elenfriamiento de las aguas, para que estas a su vez puedan enfriar las paredes ylos marcos de los diferentes Hornos Compresores, Fresadoras entre otrasmaquinarias que hacen vida en la Planta de Laminación, para que de esta manera


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las altas temperaturas que se encuentran dentro de los hornos no lleguen a dañarsu estructura física interna y así poder lograr realizar su ciclo de funcionamientoperfectamente.

Planta de Laminación

El aluminio llega a la Planta de Laminación en forma de planchones de 457 mm deespesor, entre 914 y 1320 mm de ancho, un largo de 4394 mm y con un peso de 8Ton. Inicialmente el planchón es enviado a la máquina Fresadora, donde seobtiene un acabado parejo y liso por ambas caras. Esta es trasladada a loshornos de precalentamiento, dándole un tratamiento durante 24 horas a unatemperatura de 550°C aproximadamente que es la adecuada para laminarlo.

De allí, el planchón es llevado al Laminador en Caliente para ser transformado enuna bobina entre 4.5 y 6 mm de espesor y con una longitud que sobrepasa entre200 y 350 m. Posteriormente es sometida a un proceso de enfriamiento por 72horas para luego ser transportada por grúa o carros especialmente diseñadoshacia el Laminador en Frío donde se puede reducir su espesor hasta un mínimode 0,23 mm.

La bobina es trasladada al Horno de Recocido, donde se sometida a ciertastemperaturas para acondicionar de nuevo el material de tal manera que recuperelas propiedades mecánicas pérdidas durante la laminación. Al salir del Horno deRecocido, ésta es dispuesta en un almacén temporal hasta que alcance latemperatura ambiente. Luego es enviada al área de Acabado.

Por último, la bobina va al área de empaque, para posteriormente ser enviada alos clientes, los cuales convertirán este insumo en productos elaborados en con elaluminio de C.V.G ALCASA.


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Antecedentes

A continuación se plantean una serie de aspectos relacionados con losantecedentes y bases teóricas, reportados en la literatura y medios digitales quepermite ampliar los conceptos con relación al tema y sirve de apoyo al presentetrabajo.

Duanner Fuentes, en el año 2007 presento una investigación desde el InstitutoTecnológico Fundación la Salle de Ciencias Naturales titulada; “ Actualización delplano de control y potencia de la torre de enfriamiento N°7 de fundición I de CVG

Alcasa”. Cuyo objetivo principal era Actualizar los planos de control y potenciapara el sistema de enfriamiento de la torre N°7. Logrando así disminuir los costos

además que los motores trabajen en el tiempo estipulado alargando su vida útil.

José Lezza, en el año 2006 presento una investigación desde el InstitutoUniversitario Politécnico “Santiago Mariño” titulada; “Actualización del sistema dearranque de los diferentes motores de la torre de enfriamiento Lampo deldepartamento de laminación CVG Alcasa”. Cuyo objetivo principal fue Actualizar elarrancador de los motores implementando un arrancador suave al sistema de

arranque motores-bombas y ventiladores de la torre de enfriamiento de lampoCVG Alcasa. Logrando así la disminución de las fallas en el sistema un 80%.

Fundamentos Teóricos

Importancia de un sistema de interfaz hombre maquina

Los sistemas Human Machine Interface, HMI, es decir, el dispositivo o sistema quepermite el interfaz entre la persona y la máquina se están masificando cada vezmás a nivel industrial. ¿A qué se debe esta tendencia? Según los expertos en eltema responde principalmente a la necesidad de tener un control más preciso yagudo de las variables de producción y de contar con información relevante de losdistintos procesos en tiempo real.


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También conocidas como displays, pantallas de operador o simplemente HMI (porsus siglas en inglés), las interfaces Hombre-Máquina han pasado de ser simpleselementos de comunicación entre el operario y su proceso para transformarse encomponentes “inteligentes” de control y monitoreo. La nueva generación de HMIintegra prestaciones que anteriormente sólo encontrábamos en plataformasdedicadas al control y automatización como PLCs.

En cualquier proceso industrial, es casi inevitable encontrar, al menos, una interfazHombre-Máquina (Human-Machine Interface, HMI) que ayude a los operarios amonitorear y controlar el funcionamiento de un equipo. Hasta la llegada de las

“pantallitas”, los operarios, personal de mantenimiento y gerentes, sólo podíaninteractuar con sus procesos industriales a través de una serie de botones y lucespiloto. Al tratarse de equipos de bajos grados de complejidad, dicha alternativa eraaceptable, pero cuando se busca supervisar y modificar los parámetros de unproceso que posee diversas velocidades, materiales, equipos, recetas yprocedimientos, entre otras variables, la versatilidad y capacidades gráficas de laspantallas HMI, las transforman en el elemento preferido para llevar a cabo estastareas.

Como elegir un HMI adecuado

Considerando la cantidad de marcas y modelos disponibles, puede resultar unatarea muy difícil escoger el HMI adecuado para un proyecto en particular. Dehecho, Palominos, de Asistek, opina que “hoy podemos encontrar un millón dealternativas tanto en precios como en características específicas para una

determinada aplicación. Es un mercado que se tr ansformó en „commodities‟ paralos sistemas de control”.

En este contexto, para dirigir el proceso de selección, Juan Carlos Ruiz, Jefe de Área Automatización e Instrumentación de CLAS Ingeniería Eléctrica, sugiere


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considerar, en primer lugar, el objetivo y requerimientos técnicos del usuario final;luego, se debe definir la calidad y cantidad de despliegue de información (para asídefinir el tamaño y tecnología de la pantalla), así como las necesidades dealmacenamiento de datos; y finalmente, si se necesita tener comunicación conalguna red, como Modbus, LAN interna o Internet.

Se recomienda para elegir un buen HMI:1) Tamaño y resolución de display.2) En caso de ser colocada en el campo, robustez del equipo.3) Que pueda comunicarse con los equipos externos y que cuente con drivers

de comunicación.

4) Software de programación de fácil aprendizaje.

De igual modo, Castro, de Siemens Chile, aconseja buscar equipamientos con lassiguientes características:

1) Funcionalidad homogénea de gama alta con archivos, scripts, visorPDF/Word/Excel, Internet Explorer, Media Player.

2) Seguridad de los datos en caso de corte de corriente para el equipo.3) Puesta en marcha desde una segunda tarjeta SD (backup automático).4) Sencilla transferencia de proyectos a través de cable estándar (cable

Ethernet estándar, cable USB estándar).5) Utilizable en atmósferas potencialmente explosivas.6) Gestión eficiente de la energía.

Importancia de realizar un automatismo en un sistema industrial

A través de los siglos el hombre se ha propuesto mejorar sus condiciones de vida,facilitar sus labores cotidianas, mejorar los procesos de producción, ser máscompetitivo y generar mayor riqueza atreves de su trabajo, evitando desgastarse eincluso, tener que hacerlo por sí mismo.


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En medio de su afán por mejorar sus producciones, conseguir mayores beneficios,y ser mejor cada día, el hombre de la mano de la tecnología, grandesinvestigaciones y una infinidad de posibilidades ha logrado crear sistemasautomáticos, que de una u otra manera han hecho más fácil y a la vez másproductiva la vida del hombre.

Estos sistemas, creados a partir de conceptos básicos de las diferentes ciencias,ramas de la industria, e incluso de necesidades tan básicas como el tener quecontar, han generado en el hombre la necesidad de tener todo proceso de maneraautomática, a partir de esta idea, se concibe la automatización, como una serie de

sistemas que de manera automática o semiautomática logran realizar cualquiertrabajo en menos tiempo y con mayor calidad.

La automatización como proceso ha sido una de las mayores creaciones delhombre, pues a partir de sus resultados se han logrado disminuirsignificativamente fallas de tipo humano, así como se han mejorado los niveles deproducción, y sus mismos niveles de vida.

En el proceso de automatización, se pueden evidenciar sistemas y mecanismosde todo tipo, Como proceso la automatización se compone de tres fases, elingreso de datos, el procesamiento de dichos datos la salida y ejecución de losmismos.

Para realizar un correcto automatismo en una industria, es necesario contar unsistema que nos brinden una supervisión detallada de todo el proceso industrial

que ocurre en la planta. Para de esta manera poder facilitar, el trabajo al operadoren el momento de percibir o corregir una falla en dicho sistema.

Un sistema ideal para lograr un apto automatismo en cualquier industria, es elsistema Scada acrónimo de Supervisión, Control y adquisición de Datos (en


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inglés Supervisory Control And Data Acquisition ), es una aplicación que permite elcontrol y supervisión de procesos industriales de forma remota. La particularidadde este sistema es que facilita en tiempo real la retroalimentacióndel sistema controlando automáticamente el proceso con los datos de losdiferentes sensores que lo conforman. Además suministra datos en tiempo real delestado del proceso, pudiendo tener información sobre el control de calidad, losniveles de producción, y otras variables que ayudan a la gestión del proceso.

Torre de enfriamiento

En las torres de enfriamiento se consigue disminuir la temperatura del aguacaliente que proviene de un circuito de refrigeración mediante la trasferencia de

calor y materia al aire que circula por el interior de la torre. A fin de mejorar elcontacto aire-agua, se utiliza un entramado denominado relleno “ relleno”. El aguaentra en la torre por la parte superior y se disminuye uniformemente sobre elrelleno utilizando pulverizadores. De esta forma, se consigue un contacto óptimoentre en agua y el aire atmosférico.

Figura1: torre de enfriamiento.


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El relleno sirve para aumentar el tiempo y la superficie de intercambio entre elagua y el aire. Una vez establecido el contacto entre el agua y el aire, tiene lugaruna cesión de calor de agua hacia el aire. Esta se produce debido a dosmecanismos; la transmisión de calor por convención del agua debido a laevaporación.

En la transmisión de calor por convención, se produce un flujo de calor endirección al aire que rodea el agua a causa de la diferencia de temperatura entreambos fluidos. La tasa de enfriamiento por evaporación es de gran magnitud enlas torres enfriamiento; alrededor del 90% es debida al fenómeno difusivo. Alentrar en contacto el aire con el agua se forma una fina película de aire húmedo

saturado sobre la lámina de agua que desciende por el relleno. Esto es debido aque la presión parcial de vapor de agua en la película de aire es superior a la delaire húmedo que circula por la torre, produciéndose una cesión de vapor de agua(evaporación). Esta masa de agua evaporada extrae el calor latente devaporización del propio líquido. Este calor latente es cedido al aire, obteniéndoseun enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire, obteniéndoseun enfriamiento del agua y un aumento de la temperatura del aire. La diferencia detemperaturas del agua a la salida y a la temperatura húmeda del aire se llamaacercamiento o aproximación.

Figura 2: Componentes de una torre de enfriamiento 1


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Figura 3: Componentes de una torre de enfriamiento 2

Clasificación de las torres de enfriamiento

la forma más simple y usual de clasificar las torres de enfriamiento es según la

forma en que se mueve el aire a través de éstas. Según este criterio, existentorres de circulación natural y torres mecánico. En las torres de circulación natural,el movimiento del aire sólo depende de las condiciones climáticas y ambientales.Las torres de tiro mecánico utilizan ventiladores para mover el aire a través delrelleno.

Tipos de torres de circulación natural

Se dividen en dos grupos las torres atmosféricas y las torres de tiro natural

1) Las torres atmosféricas : utilizan las corrientes de aire de la atmosfera. Elaire se mueve de forma de forma horizontal y el agua cae verticalmente(flujo cruzado). Son torres de gran altura y pequeña sección transversal.


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Deben instalarse en lugares muy despejados, de forma que ningúnobstáculo puede impedir la libre circulación de aire a través de la torre.

Tienen un costo inicial alto debido a su gran tamaño, pero el costo demantenimiento es reducido, al no existir partes mecánicas móviles. Unatorre de este tipo puede ser una solución muy económica paradeterminadas necesidades de refrigeración si se puede garantizar quefuncionará habitualmente expuesta a vientos de velocidades iguales osuperiores a los 8Km/h. si la velocidad promedio del viento es baja, loscostos fijos y de bombeo aumentan mucho en relación a una torre de tiromecánico y no compensan el ahorro del costo de ventilación. Actualmente

las torres atmosféricas están en desuso.

2) Una torre de tiro natural: es aquella en la que el aire es inducido por unagran chimenea situada sobre el relleno. La diferencia de densidades entreel aire húmedo caliente y el aire atmosférico es el principal motivo por elcual se crea el tiro de aire a través de la torre. La diferencia de velocidadesentre el viento circulante a nivel del suelo y el viento que circula por la partesuperior de la chimenea también ayuda a establecer el flujo de aire. Porambos motivos, las torres de tiro natural han de ser altas y, además, debentener una sección transversal grande para facilitar el movimiento del aireascendente.Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadaspara enfriar grandes caudales de agua. Al igual que las torres atmosféricas,no tienen partes mecánicas. La velocidad media del aire a través de la torresuele estar comprendida entre 1 o 2 m/s. las torres de tiro natural no son

adecuadas cuando la temperatura seca del aire es elevada, ya que estadebe ser siempre inferior a la del agua caliente. No es posible conseguir unvalor de acercamiento pequeño y es muy difícil exactamente la temperaturadel agua. En las torres de tiro natural no se pueden utilizar relleno de grancapacidad, debido que la resistencia al flujo de aire debe ser lo más


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Diseño de un sistema de supervisión y control automático del centro de control de motores de la torre de enfriamiento Lampo en la planta de laminación de C.V.G ALCASA