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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA
“MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL PARA EL TRATAMIENTO DE AGUA DE LA PLANTA
LA PURÍSIMA No. 5 DEL SACM”
TESIS
PARA OBTENER EL TÍTULO DE:
INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN
P R E S E N T A N:
CERVANTES GONZÁLEZ MANUEL ALEJANDRO
RECENDEZ MUÑOZ FRANCISCO JAVIER
VARGAS AHUMADA ANGEL IVAN
Asesores:
M.C. HUERTA GONZÁLEZ PEDRO FRANCISCO
M.C. TORRES RODRÍGUEZ IVONNE CECILIA
México, D. F. Junio de 2011
2
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA
UNIDAD PROFESIONAL "ADOLFO LOPEZ MATEOS"
TEMA DE TESIS
QUE PARA OBTENER EL TITULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACION
POR LA OPCION DE TITULACION TESIS COLECTIVA y EXAMEN ORAL INDIVIDUAL
DEBERA(N) DESARROLLAR C. MANUEL ALEJANDRO CERVANTES GONZÁLEZ C. FRANCISCO JAVIER RECENDEZ MUÑOZ C. ANGEL IVAN VARGAS AHUMADA
"MODERNIZACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL PARA EL TRATAMIENTO DE AGUA DE LA PLANTA LA PURISIMA No. 5 DEL SACM"
SE REALIZARÁ EL CONTROL DE .UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS, EN EL CUAL SE UTILIZARAN INSTRUMENTO,S y DISPOSITIVOS DE ENTRADAS Y SÁLIDAS QUE SERAN ENLAZADOS
:J ", . " . •
POR MEDIO DE UNA
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. I;} DE COMUNICACION.
.:. SELECCIONA~EL GONTROLADQR LÓGICO PROGRAMABLE (PLC) EN BASE A ENTRADAS Y SALIDAS DE.L PROCESO.
•:. REALIZAR LA SELEGC ÓN DEL SISTEMA DE CONTROL AUTOMÁTICO DE LAS UNIDADES DE PROCESO. •:. DISEÑAR IJNA RED DE GESTIÓN DE LAPLANTA DE TRATAMIENTO DE AGUAS.
MÉXICO D. F., A 15 DE lVIARZO DE 2011~
ASESORES
M. EN C. PEDR FRANCISCO HUERTA GONZÁLEZ
3
ÍNDICE
CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN Y OBJETIVO DEL TRABAJO DE TESIS
1.1 Objetivo General 1.2 Objetivos Específicos 1.3 Justificación 1.4 Estado del Arte
1.4.1 Brawley (California) 1.4.2 Ozone Ecological Equipments (O.E.E) 1.4.3 Planta Potabilizadora rio Cuale
CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN ACTUAL DEL PROCESO
2.1 Generador de Ozono 2.2 Tanque de Contacto de Ozono 2.3 Filtro de Carbón 2.4 Instrumentación y Control con el Microprocesador 2.5 Electrodiálisis remoción de sales disueltas 2.5.1 Membranas catiónicas 2.5.2 Membranas catiónicas gruesas 2.5.3 Membranas anionicas
2.5.4 Espaciadores 2.6 Objetivo de la Planta 2.7 Principales sistemas y componentes del proceso 2.8 Las instalaciones 2.9 Localización y sitio de la planta 2.10 Capacidad de la planta 2.11 Criterios de diseño CAPÍTULO 3 DISEÑO Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
3.1 Introducción. 3.2 Filosofía de Proceso. 3.3 Selección del proceso. 3.3.1 Biofiltración 3.3.2 Oxidación con Ozono 3.3.3 Filtración a Presión 3.3.4 Adsorción en Carbón Activado Granular. 3.3.5 Osmosis Inversa
3.3.6 Desinfección. 3.4 Diagrama de Bloques. 3.5 Diagrama de Flujo de Proceso 3.6 Etapas de Control 3.6.1 Biofiltración 3.6.1.1 Filosofía de Control 3.6.1.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.1.3 Entradas y Salidas
4
3.6.2 Oxidación por Ozono 3.6.2.1 Filosofía de Control
3.6.2.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.2.3 Entradas y Salidas 3.6.3 Filtros a Presión
3.6.3.1 Filosofía de Control 3.6.3.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.3.3 Entradas y Salidas 3.6.4 Torres de Adsorción
3.6.4.1 Filosofía de Control 3.6.4.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.4.3 Entradas y Salidas
3.6.5 Dosificación de Antincrustante 3.6.5.1 Filosofía de Control
3.6.5.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.5.3 Entradas y Salidas
3.6.6 Dosificación de Ácido Sulfúrico 3.6.6.1 Filosofía de Control
3.6.6.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.6.3 Entradas y Salidas 3.6.7 Osmosis Inversa
3.6.7.1 Filosofía de Control 3.6.7.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.7.3 Entradas y Salidas 3.6.8 Dosificación de Hipoclorito de Sodio
3.6.8.1 Filosofía de Control 3.6.8.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.8.3 Entradas y Salidas
3.6.9 Cárcamo Existente 3.6.9.1 Filosofía de Control
3.6.9.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques 3.6.9.3 Entradas y Salidas
3.7 Selección del Controlador (PLC) 3.8 Selección de la Pantalla de Operación (HMI) 3.9 Red de Comunicaciones
CAPÍTULO 4 INTEGRACIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL
4.1 Estaciones de Control 4.1.1 Estación principal de Operación (SCADA) 4.1.2 Estación Centro de Control de Motores 4.1.3 Estación de Operación Local 1 4.1.4 Estación de Operación Local 2
CAPÍTULO 5 COSTOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A TRABAJOS FUTUROS 5.1 Costos 5.2 Relación Costo Beneficio 5.3 Conclusiones
5
ÍNDICE DE TABLAS
N° de Tabla Descripción Página
2.1 Ubicación de la Planta 14
2.2 Criterios de Diseño 15
3.1 Entradas y Salidas Biofiltración 29
3.2 Niveles en Tanque de Contacto de Ozono 30
3.3 Entradas y Salidas Oxidación por Ozono 32
3.4 Entradas y Salidas Filtros a Presión 36
3.5 Entradas y Salidas Torres de Adsorción 39
3.6 Entradas y Salidas de Dosificación de Antincrustante 42
3.7 Entradas y Salidas de Dosificación de Ácido 44
3.8 Entradas y Salidas de Osmosis Inversa 48
3.9 Entradas y Salidas de Dosificación de Hipoclorito 51
3.10 Entradas y Salidas Cárcamo 54
3.11 Tabla de Comparación de PLC’s 55
6
ÍNDICE DE FIGURAS
N° de Figura Descripción Pagina
2.1 Diagrama de bloques del proceso de potabilización. 16
3.1 Diagrama de Bloques de las Etapas de Potabilización 21
3.2 Diagrama de flujo de proceso general (1). 22
3.3 Diagrama de flujo de proceso general (2). 23
3.4 Diagrama de flujo de proceso general (3). 24
3.5 Diagrama de flujo de proceso general (4). 25
3.6 Diagrama de flujo de proceso general (5). 26
3.7 Diagrama de flujo de proceso Biofiltración 27
3.8 Diagrama Tubería e Instrumentación de la Biofiltración 28
3.9 Diagrama de Bloques de Biofiltración 28
3.10 Diagrama de Flujo de Proceso Oxidación por Ozono 29
3.11 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Oxidación por
Ozono 31
3.12 Diagrama de Bloques de Oxidación por Ozono 31
3.13 Diagrama de Flujo de Proceso de Filtros a Presión 32
3.14 Diagrama de Flujo de Rutina de Retrolavado 34
3.15 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Filtros a Presión 35
3.16 Diagrama de Bloques de Rutina de Filtración 36
3.17 Diagrama de Bloques de Rutina de Retrolavado 36
3.18 Diagrama de Flujo de Proceso de Torres de Adsorción 37
3.19 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Torres de
Adsorción. 38
3.20 Diagrama de Bloques de Rutina Adsorción 39
3.21 Diagrama de Bloques de Rutina Retrolavado 39
3.22 Diagrama de Flujo de Proceso de Dosificación de
Antincrustante 40
3.23 Diagrama de Tubería e Instrumentación Dosificación de
Antincrustante 41
3.24 Diagrama de Bloques 42
7
3.25 Diagrama de Flujo de Proceso de Dosificación de Ácido 42
3.26 Diagrama de Tubería e Instrumentación Dosificación de
Ácido 43
3.27 Diagrama de Bloques 44
3.28 Diagrama de Flujo de Proceso de Alimentación de Osmosis
Inversa 45
3.29 Diagrama de Tubería e Instrumentación Alimentación de
Osmosis Inversa (a) 46
3.30 Diagrama de Tubería e Instrumentación Alimentación de
Osmosis Inversa (a) 47
3.31 Diagrama de Bloques Osmosis Inversa 48
3.32 Diagrama de Flujo de Proceso de Dosificación 49
3.33 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Dosificación. 50
3.34 Diagrama de Bloques. 51
3.35 Diagrama de Flujo de Proceso de Cárcamo existente. 52
3.36 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Cárcamo 53
3.37 Diagrama de Bloques de Cárcamo 53
3.38 Arreglo de PLC´s 57
4.1 Estación Principal de Operación (a) 59
4.2 Estación Principal de Operación (b) 60
4.3 Estación Principal de Operación (c) 61
4.4 Esquemático de Conexiones del Centro de Control
de Motores (CCM) 62
4.5 Diagrama Eléctrico del CCM 63
4.6 Esquemático de Conexiones de la Estación de Control Local 1 64
4.7 Diagrama Eléctrico de la Estación de Control Local 1 65
4.8 Esquemático de Conexiones de la Estación de Control Local 2 67
4.9 Diagrama Eléctrico de la Estación de Control Local 2 (parte 1) 68
8
CAPÍTULO 1 DESCRIPCIÓN Y OBJETIVOS DEL TRABAJO DE TESIS.
En este capítulo se describen los objetivos generales y específicos de este trabajo así como su justificación, la cual se sustenta en alcanzar los estándares de calidad requeridos en la norma de agua potable NOM-127-SSA1-1994. También se hace mención tanto de antecedentes como de comparativas con otras plantas potabilizadoras de características similares en la actualidad.
1.1 OBJETIVO GENERAL.
Controlar una planta de tratamiento de aguas, en el cual se utilizarán instrumentos y dispositivos de entrada y salidas que serán enlazados por medio de una red de comunicación.
1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
1. Seleccionar los equipos y unidades de proceso necesarias para cumplir con la
calidad del agua del efluente de acuerdo a la NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-179-SSA1-1998.
2. Llevar a cabo la propuesta para la implementación y rehabilitación de cada uno de los sistemas para que cumplan con los requerimientos de la calidad establecidos.
3. Seleccionar el controlador lógico programable (PLC´s) en base a las entradas y salidas del proceso.
4. Realizar la selección del sistema de control automático de las unidades de proceso.
5. Diseñar la red de gestión de la planta de tratamiento de aguas
1.3 JUSTIFICACIÓN.
El crecimiento de la población de la Ciudad de México en los últimos años ha
provocado que las fuentes de abastecimiento de agua potable sean insuficientes para proporcionar la cantidad y calidad que demanda la gente.
Las fuentes de abastecimiento se resumen solo en extracción del acuífero, pero el problema no es solucionado ya que esta agua contiene compuestos que no cumplen con lo establecido por la normatividad correspondiente, por lo que se han implementado diversos tratamientos en diferentes plantas para potabilización de dicha extracción.
9
Las plantas potabilizadoras desafortunadamente tienen una capacidad de diseño
determinada, y esta se ve rebasada en algunas ocasiones, como es el caso de nuestra planta potabilizadora de referencia en la cual se ha observado en sus históricos de calidad como se ha ido modificando su calidad desde cuando empezó a operar la planta hasta el año del 2008 como un ejemplo tenemos la cantidad de sodio reportado en el año 2000 era de 246 mg/L y en el 2008 fue de 493 mg/L aunado a los problemas de calidad es necesario mencionar que las causas de las fallas en la planta se deben a la falta de mantenimiento, fallas estructurales, problemas operativos y desatención en un sentido global.
En las restricciones de la calidad de agua potable en el sistema hidráulico de la Ciudad de México, plantean la necesidad de preservar, conservar y mejorar la calidad del agua potable de acuerdo a la normatividad correspondiente.
A fin de esto se determinó que el proceso más eficiente y factibilidad económica es el
de biofiltración, ozonación, filtración a presión, torres de adsorción, osmosis inversa y desinfección.
1.4 ESTADO DEL ARTE
Los romanos fueron los mayores arquitectos en construcciones de redes de
distribución de agua que ha existido a lo largo de la historia. Ellos utilizaban recursos de agua subterránea, ríos y agua de escorrentía para su aprovisionamiento. Los romanos construían presas para el almacenamiento y retención artificial del agua. El sistema de tratamiento por aireación se utilizaba como método de purificación. El agua de mejor calidad y por lo tanto más popular era el agua proveniente de las montañas.
Los acueductos son los sistemas utilizados para el transporte del agua. A través de los
acueductos el agua fluye por miles de millas. Los sistemas de tuberías en las ciudades utilizan cemento, roca, bronce, plata, madera y plomo. Las fuentes de agua se protegían de contaminantes externos.
Después de la caída del imperio Romano, los acueductos se dejaron de utilizar. Desde
el año 500 al 1500 d.C. hubo poco desarrollo en relación con los sistemas de tratamiento del agua. Durante la edad media se manifestaron gran cantidad de problemas de higiene en el agua y los sistemas de distribución de plomo, porque los residuos y excrementos se vertían directamente a las aguas. La gente que bebía estas aguas enfermaba y moría. Para evitarlo se utilizaba agua existente fuera de las ciudades no afectada por la contaminación. Esta agua se llevaba a la ciudad mediante los llamados portadores.
El primer sistema de suministro de agua potable a una ciudad completa fue construido
en Paisley, Escocia, alrededor del año 1804 por John Gibb. En tres años se comenzó a transportar agua filtrada a la ciudad de Glasgow.
10
En 1806 Paris empieza a funcionar la mayor planta de tratamiento de agua. El agua sedimenta durante 12 horas antes de su filtración. Los filtros consisten en arena, carbón y su capacidad es de seis horas.
En 1827 el inglés James Simplón construye un filtro de arena para la purificación del
agua potable. Hoy en día todavía se considera el primer sistema efectivo utilizado con fines de salud pública. [i1] 1.4.1 Brawley (California)
La ciudad de Brawley posee y opera la planta potabilizadora y el sistema de distribución de agua potable, construidos hace más de 70 años. Éstos administran como fondo de empresa pública en el cual el costo del servicio se cubre principalmente mediante el cobro de una tarifa fija a los usuarios. La antigua planta tenía una capacidad nominal de 701 litros por segundo (lps.), pero solamente producía 525 lps debido a limitaciones del equipo y del diseño hidráulico. Los procesos de potabilización utilizados por la planta no cumplieron con los nuevos reglamentos y normas de salud del Estado de California. Por lo tanto, el Departamento de Servicios de Salud del Estado de California ordenó a la ciudad modernizar o reemplazar su planta potabilizadora.
Por otra parte, la red de distribución tiene problemas debido a corrosión de la tubería
de hierro forjado, lo cual ha ocasionado una importante disminución en la capacidad de la tubería y excesivas pérdidas de presión, que resulta en una reducción en la capacidad para entregar agua dentro de la ciudad, así como interrupciones en el servicio.
1.4.2 Ozone Ecological Equipments (O.E.E) (México)
El deterioro continuo en la calidad de los acuíferos, que abastecen de agua potable a las grandes ciudades, ha obligado a las autoridades y gobiernos a construir plantas potabilizadoras a pie de pozo, con el fin de suministrar a la ciudadanía agua potable con características para el consumo humano.
O.E.E. con la puesta en marcha de sus plantas potabilizadoras garantiza que el agua será aceptada por los consumidores y además no causará riesgo alguno para su salud. Permitiendo conocer las características fisicoquímico-biológicas del agua de tal manera que estas cumplan con los valores establecidos por la secretaría de Salud y la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994. Algunas de sus obras más importantes son:
Plantas potabilizadoras en Santa Catarina (500 lps.)
Plantas potabilizadoras en Agrícola Oriental (198 lps.)
Plantas potabilizadoras en Santa Cruz Meyehualco (120 lps.)
Plantas potabilizadoras Purísima Iztapalapa 4 (60 lps.)
Proyecto Veneagua Enelgen (168 lps.)
Plantas potabilizadoras Comacalco Tabasco.
11
Plantas potabilizadoras Veracruz ii[2]
1.4.3 Planta Potabilizadora rio Cuale La planta potabilizadora data de 1986, año en que la ciudad de Puerto Vallarta contaba
con una población estimada del orden de 85,000 habitantes y constituía en ese entonces conjuntamente con 18 pozos la fuente de abastecimiento de agua potable de la comunidad, alimentándose a la vez de las aguas superficiales del Rio Cuale, lugar en donde todavía se encuentra ubicada y en operación.
Esta planta, actualmente contribuye con un 18% del total de la producción de agua que
se suministra para el uso y consumo de la localidad, equivalente a 150 litros por segundo. Para el tratamiento y potabilización del agua cruda proveniente del río se utilizan las siguientes etapas:
1. Tratamiento preliminar a base de rejillas y sistema desarenador operado por puertas neumáticas, localizados a la entrada cuya función primordial es la retención de sólidos gruesos y arenas que el río arrastra.
2. Cárcamo de Bombeo dotado de tres equipos de donde se impulsa el agua cruda hacia el nivel más alto de la planta para posteriormente pueda conducirse ésta por gravedad a las etapas subsecuentes.
3. Canal de cribado y dosificación de productos químicos (carbono de sodio, policloruro de aluminio y polímeros para aglutinar y separar las partículas minúsculas que la masa de agua trae en suspensión y facilitar posteriormente su precipitación.
4. Clarificador de flujo ascendente en el que al sedimentarse las partículas anteriormente aglutinadas se obtiene agua clara en su superficie sin turbiedad conduciéndose enseguida a los filtros automáticos.
5. Filtros automáticos de grava, arena silica y antracita para eliminación final de sólidos suspendidos he impurezas que no hubieran sido removidos en ninguna de las etapas anteriores.
6. Desinfección en un tanque de contacto durante 16 minutos, para garantizar la completa eliminación de bacterias presentes y asegurar que el agua así potabilizada conserve sus propiedades durante todo el trayecto en las redes de distribución hasta su entrega al usuario en su propio domicilio.iii[3]
12
CAPÍTULO 2 DESCRIPCIÓN ACTUAL DEL PROCESO.
El influente proviene del pozo el cual se encuentra dentro de la planta, caracterizándose por presencia de turbiedad, color, demanda química de oxigeno (DQO), sólidos disueltos totales, nitrógeno amoniacal, sodio y ácido sulfúrico como principales contaminantes.
A continuación se describe el actual tren de proceso en la planta de tratamientos de
aguas para consumo humano, describiendo las etapas por la cual está integrada explicando brevemente cada una de ellas.
2.1 GENERADOR DE OZONO
Un módulo generador de ozono en forma de tubo, con un sistema de enfriamiento
cerrado, probado a 10 bar; los electrodos y la cubierta están construidos en acero inoxidable; los colectores están construidos de vidrio especial, a base de boro silicato con lo cual el material dialéctico es más resistente al calor, así mismo, también está construido bajo un ambiente libre de electricidad.
El flujo y la presión del gas y la temperatura del agua de enfriamiento, están
monitoreando continuamente. Cada tubo de vidrio se encuentra fundido individualmente. Una unidad de fuerza que consiste de un transformador de alto voltaje con sello
especial, para generar corriente alterna. El voltaje primario pasa por una columna o reóstato con seis marcos conectados al transformador. La producción del ozono en modo manual, se puede efectuar únicamente variando el voltaje primario.
2.2 TANQUE DE CONTACTO DE OZONO
La mezcla de gas ozono con el agua del pozo se realiza tomando un bypass de la línea
de alimentación, previo al ozonador y por medio de un eyector se adiciona la mezcla de ozono-oxígeno a una presión de 2 bares aproximadamente.
2.3 FILTRO DE CARBÓN
El diseño del filtro de carbón activado se realizó con base en las guías de la Germán
Industrial Norm 19605 para filtros en general y la Blue Fish Chemical de Holanda. La Din 19605, en sus publicaciones recomienda un máximo y un mínimo, en la altura
del medio filtrante así como del bordo libre, altura mínima recomendada; 800 mm, altura máxima recomendada, 3000 mm. El bordo libre recomendado es de 25 % de la altura del lecho de carbón o 750 mm.
13
Las especificaciones de la Blue Fish Chemicals referentes a los filtros con carbón activado como medio recomienda ciertas velocidades de filtración y retrolavado para este caso, la velocidad de filtración no excede de 30 m/hr, dado que el flujo de diseño es de 237 m3/hr, lo cual se refleja en un diámetro de 3.2 m.
El tamaño de partícula de la antracita que se utiliza como lecho del carbón activado en
el filtro biológico deberá tener un diámetro medio de 1.4 a 2.5 mm. Es importante la inyección de aire como un proceso previo al retrolavado del filtro
biológico. La velocidad de retrolavado para este tamaño de partícula es de 50 m/hr. La velocidad recomendada en, la inyección aire para el fraccionamiento de las partículas en el retrolavado previo, es de 60 m/hr con un tiempo de duración de 5 min. El aire para el retrolavado debe preceder al retrolavado con minutos entre ambos, el control automático del filtro incorporará las señales para el retrolavado y la turbulencia del aire. El filtro cuenta con la posibilidad de operarse en forma automática, puesto que la señal para el retrolavado se genera al leerse una señal de presión diferencial.
La carga potencial para el filtro de carbón activado puede ser de más de 50 gr. de
orgánicos por metro cubico de medio filtrante, sin embargo, el óptimo es de 25 gr. de orgánicos por metro cubico de medio filtrante. El punto de saturación en el cual el filtro deberá ser retrolavado está alrededor de los 2 Kg. de orgánicos, por metro cubico de medio filtrante.
La ventaja de utilizar el carbón activado granular mineral, radica en que tiene la
facilidad de cambiar rápidamente de filtro biológico a columna de adsorción.
El tiempo invertido en la ejecución del retrolavado no excederá de 15 a 30 min. Y requiere dejar fuera de operación a todos los equipos mayores así como su restablecimiento en cuanto se termine con este proceso.
2.4 INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL CON EL MICROPROCESADOR
El sistema de tratamiento de agua está controlado por un microprocesador el cual monitorea, controla e indica los valores de pH y potencial Redox (ORP), tanto en el efluente del reactor como en el efluente del filtro de carbón activado.
2.5 ELECTRODIÁLISIS REMOCIÓN DE SALES DISUELTAS
La electrodiálisis (E.D.) es un proceso de separación electroquímico en el cual los iones
son transferidos a través de membranas de una solución menos concentrada a otra de mayor concentración, como resultado de una corriente eléctrica continua.
14
2.5.1 Membranas catiónicas La membrana catiónica es esencialmente una resina cambiadora de cationes, fabricada
en forma de lámina con un espesor de aproximado de 0.5 mm. Las tres propiedades básicas de las membranas catiónicas son:
Esencialmente impermeables al agua bajo presión.
Eléctricamente conductora.
Solo transfiere cationes y rechaza a los aniones.
2.5.2 Membranas catiónicas gruesas Una membrana catiónica gruesa, tiene todas las propiedades de la membrana catiónica
normal, pero está hecho con un espesor dos veces el de la normal con miras a resistir mayores presiones diferenciales. Esta membrana es utilizada en el compartimento de electrodo y como membrana inter etapa. 2.5.3 Membranas anionicas
La membrana amónica es, esencialmente una resina cambiadora de iones fabricada en
forma de lámina con un espesor aproximado de 0.5 mm. Las tres propiedades básicas de las membranas amónicas son:
Esencialmente impermeables al agua bajo presión.
Eléctricamente conductora.
Transfiere solo los aniones y rechaza los cationes. Las membranas amónicas tienen la misma forma, orificio de colectores y tamaño que la
membrana catiónica. Las dos membranas pueden distinguirse visualmente por el color. La membrana catiónica es de color ámbar, mientras que la membrana anionica tiene color blanquecino. 2.5.4 Espaciadores
Los espaciadores están formados de dos hojas de polietileno de baja densidad, con los
orificios que forman los colectores alineados con los colectores de las membranas. Cuando una pila de membranas es montada correctamente, los orificios de los colectores en las membranas y espaciadores, forman tubos verticales en la pila. El agua entra en un espaciador entre dos membranas por los caminos del flujo que están conectados con los orificios colectores de salida. Existen dos tipos de orificios cortes colectores en el espaciador, que canalizan selectivamente el flujo de agua entre las membranas para formar dos corrientes separadas de concentrado y desmineralizado.
15
2.6 OBJETIVO DE LA PLANTA
Esta planta potabiliza el agua proveniente del Pozo que se encuentra dentro de la
planta de acuerdo a los criterios de calidad de agua potable de la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994.
2.7 PRINCIPALES SISTEMAS Y COMPONENTES DEL PROCESO
La Planta Potabilizadora a Pie de Pozo, utiliza un proceso de oxidación con ozono (el
ozonador se alimenta con oxígeno para formar ozono), cámara de contacto de ozono, filtro biológico de carbón activado, desmineralización y desinfección con hipoclorito de sodio en lecho de arena sílica.
2.8 LAS INSTALACIONES
Bombeo de agua de pozo, sistema de inyección y mezclado en línea del ozono,
generador de ozono, tanque de almacenamiento de oxígeno, filtro de carbón activado, sistema de desmineralización por electrodiálisis reversible, desinfección, el sistema de generación de ozono incluye un equipo de destrucción para evitar la fuga de este gas hacia la atmósfera, y su tanque de reacción. El filtro de carbón activado opera a presión, el sistema de desmineralización es electrodiálisis reversible y tiene la capacidad para tratar al menos la mitad del flujo total de la planta, cuenta con su bomba de alimentación, filtro tipo cartucho, tanque para lavado de membranas, tanque para lavado de electrodos y bomba para concentrado. El sistema de cloración incluye: tanque de almacenamiento y bomba dosificadora.
2.9 LOCALIZACIÓN Y SITIO DE LA PLANTA
En la tabla 2.1 se muestran los datos de ubicación de la planta.
Tabla 2.1 UBICACIÓN DE LA PLANTA
Localización de la planta México, D.F.
Sitio Sector 4, Región Sur, Delegación Iztapalapa.
Datos Climáticos fundamentales
Temperatura máxima extrema: 33 °C Temperatura mínima extrema: 5 °C Temperatura promedio anual: 30 °C
Temperatura de bulbo seco en verano: 30 °C Temperatura de bulbo seco en invierno: 4 °C
Temperatura de bulbo húmedo de diseño: 16.5 °C
Altura sobre el nivel del mar 2270 m
Presión barométrica 585 mbar
16
2.10 CAPACIDAD DE LA PLANTA
La capacidad de la planta está definida por:
Flujo instantáneo normal, 60 Lt/seg.
Flujo máximo de diseño 66 Lt/seg.
2.11 CRITERIOS DE DISEÑO
El sistema está dimensionado basándose en los siguientes criterios:
Tabla 2.2 CRITERIOS DE DISEÑOiv[4]
Factor de planta (8760 horas/año) 1.0
Presión del agua influente, (kg./cm2m) 1,2
Temperatura del agua influente (°C) 18
Presión requerida del agua efluente (kg/cm2m) >1.2
Instalación interior/exterior. Exterior
Presión de aire de instrumentos (seco), (kg/cm2m) 7.03
Punto de rocío del aire de instrumentos, (°C) -40
Temperatura del aire de instrumentos (°C) 21
Voltaje disponible para motores (1/2 - 200 HP) 440 V/3 f/60 Hz
Voltaje disponible para motores (<l/2 HP) 12 W/l f/60 Hz
Sistema de recubrimiento anticorrosivo Por especificaciones
Carcasa de motores TCCV
En la siguiente figura se muestra el diagrama de bloques del tren de proceso con el que cuenta actualmente la planta potabilizadora. El agua es potabilizada comenzando con un tanque de contacto de ozono, posteriormente el influente es bombeado a un filtro de carbón de donde se envía a un sistema de desmineralización por electrodiálisis para por ultimo ser clorada para su desinfección y por ultimo ser enviada a la red de distribución.
17
INFLUENTE
TANQUE DE CONTACTO DE
03
OZONADOR
SISTEMA DE
CLORACIONDESINFECCION
SISTEMA DE
DESMINERALIZACION DE
ELECTRODIALISIS
FILTRO DE CARBON
BOMBEO DE INFLUENTE
PROVENIENTE DE TANQUE
RED DE DISTRIBUCION
DOSIFICACION DE OZONO
03
Figura 2.1. Diagrama de bloques del proceso de potabilización.
18
CAPÍTULO 3 DISEÑO Y DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL
La Planta potabilizadora La Purísima 5 en la actualidad cuenta con un sistema de tratamiento que ha rebasado su funcionalidad, ya que la calidad del agua que se extrae del pozo existente, se ha ido deteriorando. Para lo cual se ha requerido realizar el "Trabajo de rehabilitación, y actualización tecnológica de la planta potabilizadora La Purísima 5.
3.1 INTRODUCCIÓN
El crecimiento de la población de la Ciudad de México en los últimos años ha provocado que las fuentes de abastecimiento de agua potable sean insuficientes para proporcionar la cantidad y calidad que demanda la gente. Las fuentes de abastecimiento dentro de la delegación Iztapalapa se resumen solo en extracción del acuífero, pero el problema no es solucionado ya que esta agua contiene compuestos que no cumplen con lo establecido por la normatividad correspondiente, por lo que se han implementado diversos tratamientos en diferente plantas para potabilización de dicha extracción. Las planta potabilizadoras desafortunadamente tienen una capacidad de diseño y esta se ve rebasada en algunas ocasiones, como es el caso de la planta potabilizadora Purísima 5 en la cual se ha observado en sus históricos de calidad como se ha ido modificando su calidad desde cuando empezó a operar la planta hasta el año del 2008 como un ejemplo tenemos la cantidad de sodio reportado en el año 2000 era de 246 mg/L y en el 2008 fue de 493 mg/L aunado a los problemas de calidad es necesario mencionar que las causas de las fallas en la planta se deben a la falta de mantenimiento, fallas estructurales, problemas operativos y desatención en un sentido global. En las restricciones de la calidad de agua potable en el sistema hidráulico de la Ciudad de México, plantean la necesidad de preservar, conservar y mejorar la calidad del agua potable de acuerdo a la normatividad correspondiente. A fin de esto se determinó que el proceso más eficiente y factible económicamente es el de biofiltración, ozonación, filtración a presión, torres de adsorción, osmosis inversa y desinfección.
3.2 FILOSOFÍA DE PROCESO
El influente proviene del pozo el cual se encuentra dentro de la planta, caracterizándose por presencia de turbiedad, color, DQO, sólidos disueltos totales, nitrógeno amoniacal, sodio y ácido sulfúrico como principales contaminantes. La planta potabilizadora cuenta con los procesos de biofiltración, ozonación, filtración a presión, adsorción, osmosis inversa y desinfección. El tren de potabilización inicia con una unidad de biofiltración, con un gasto de operación de 60 lps. Donde se oxida el nitrógeno amoniacal (NH3-N) por la reacción denominada nitrificación, con remociones superiores al 95 %. La oxidación biológica se lleva a cabo por
19
microorganismos nitrificantes adheridos a un empaque plástico empleado como biosoporte. Esta operación unitaria también tiene la función de remover sulfures y ácido sulfúrico disuelto. La ozonación se lleva a cabo en un tanque con un volumen de 34.58 m3 y un tiempo de contacto de 10 min. El ozono disminuye las unidades de color y oxida la DQO presentes en forma soluble que posteriormente son retenidos en el proceso de filtración. El ozono es generado por un generador con una capacidad de 5 kg/hr. El agua ozonada llega a un tanque donde se lleva a cabo el desprendimiento del ozono residual y posteriormente un sistema de bombeo (1+1) lleva el agua hacia 4 unidades de filtración a presión. Los filtros operan con cargas hidráulicas superficiales de 235 m3m-2d-1 y un gasto unitario de 16.25 lps. La turbiedad generada por la reacción de oxidación de los contaminantes, es retenida en el lecho filtrante. El agua filtrada es conducida hasta tres torres e adsorción con carbón activado para la remoción de contaminantes organolépticos, el agua saliente de las torres de adsorción es enviada a la etapa de osmosis inversa en donde el agua al pasar por membranas a las cuales se les hace pasar una presión para retirar todas las sales minerales.
3.3 SELECCIÓN DEL PROCESO
La selección de los procesos fue realizada por el Sistema de Agua de la Ciudad de México proporcionado en los términos de referencia, e Ingeniería Especializada del Medio Ambiente lo respalda con criterios de diseño y memorias de cálculo. El proceso propuesto fue:
Biofiltración
Oxidación con ozono
Filtración a presión
Adsorción en carbón activado granular
Osmosis inversa
Desinfección
3.3.1 Biofiltración. La biofiltración es la combinación de una acción mecánica de retención de las materias en suspensión mediante filtración y de una transformación biológica de los contaminantes contenidos en las aguas que se han de tratar mediante la intervención de microorganismos. El proceso de biofiltración está integrado por una torre (BF-100) construida en acero inoxidable con una altura de 6 m y un diámetro de 2.4 m la cual tiene una capacidad para tratar un caudal de 66 lps, en su interior hay un tubo distribuidor de agua, un falso fondo y bacín para recibir el agua tratada. El tubo distribuidor sirve para que el agua que ingresa al biofiltro se aspree, el falso fondo sirve para soportar el empaque. En el bacín se va captando el agua que ya ha sido tratada para que posteriormente se envíe a otra etapa del proceso. En este se lleva a cabo la remoción de gases disueltos en el agua y la remoción de nitrógeno amoniacal a través de un lecho nitrificante.
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3.3.2 Oxidación con ozono. El objetivo de este proceso es oxidar el hierro, manganeso, color y, la de disminuir la demanda química de oxígeno, la oxidación de los metales es atribuida a los radicales OH que se forman cuando el ozono se combina en el agua, estos metales se precipitan como oxido de fierro o manganeso. La demanda química de oxigeno es transformada por los mismos radicales OH hasta C02 La remoción de color es atribuida a oxidación de la materia orgánica que está contenida en el agua, esto puede ser muy complejo sin embargo los radicales OH tienen la capacidad de precipitar dicha materia. La planta contara con un tanque de contacto de ozono de 3.2 m de diámetro y una altura de 5 m con un borde libre de 30 cm y tiene la función de cumplir con un tiempo de contacto de (7.5 min), para que el ozonó oxide los contaminantes presentes en el agua, en este caso para cumplir con la norma oficial mexicana. 3.3.3 Filtración a Presión. Es un proceso fisicoquímico, para la separación de sólidos suspendidos y la materia coloidal de la fase liquida, mediante un material poroso. La filtración consiste en hacer pasar un líquido y un sólido a través de un material poroso para lo cual solo pasa el líquido. El sistema de filtración tendrá como objetivo la remoción de partículas suspendidas que fueron producidas en la oxidación con ozono. Los tanque son duales con un diámetro de 3 m, una altura de 3 m con tapas de 0.5 m cada los cuales contienen dos filtros, cada tanque de 3 m de diámetro y una altura de 1.5 m, están fabricados de acero al carbón con un falso fondo de 0.23 m, un soporte distribuidor de 0.1 m, un soporte de gravilla de 0.15 m y arena silica de 0.1 m, por último se tiene una cama de lecho filtrante de zeolita de 0.5 m de altura. 3.3.4 Adsorción en Carbón Activado Granular. Este proceso tiene como objetivo la remoción de color, olor y sabor del agua así como la remoción de materia orgánica como el nitrógeno amoniacal. Este proceso consiste en la transferencia de un compuesto ya sea líquido o gaseoso hacia la superficie de una fase sólida. Este principio de operación está fundamentado con las fuerzas de Van der Waals y las reacciones de los grupos funcionales dé cada especie a adsorber. La adsorción está compuesta por tres tanques de acero al carbón de 3 m de diámetro y 3 m de altura, tendrá una altura de 3 m de empaque para tener un tiempo de contacto de 15 min. Este da un pulimento al agua que viene de los procesos anteriores. 3.3.5 Osmosis Inversa. La filtración por membranas tiene la finalidad de remover los sólidos disueltos totales, la conductividad en general y las sales disueltas en el agua. El funcionamiento de este sistema consiste en forzar por medio de una presión mayor a la osmótica hacer pasar un solvente a
21
través de una membrana semipermeable donde los contaminantes no lograran a travesar la membrana. La finalidad de este proceso en la planta es la remoción de conductividad y sólidos disueltos totales del agua. 3.3.6 Desinfección. Este proceso tiene el objetivo de proporcionar al agua un cloro residual de 0.5 a 2 mg/L el cual asegura la calidad de agua para consumo humano. El proceso de desinfección está conformado por un mezclador estático que está fabricado enacero inoxidable, tiene una longitud de 1.2 m y conexiones laterales bridadas, tiene elementos internos que son los encargados de generar turbulencias en el agua para así incrementar la velocidad de reacción entre el agua y el cloro, para garantizar una concentración de cloro residual constante a lo largo de la red.
3.4 DIAGRAMA DE BLOQUES
En la siguiente figura, se muestra el tren de proceso que se ha diseñado para la rehabilitación de la planta potabilizadora. Inicia con la biofiltración del influente para remoción de nitrógeno amoniacal y otras sustancias químicas, después pasará a un tanque de contacto de ozono donde tendrá un tiempo de reacción de 7 min aproximadamente para ser bombeada a dos baterías de filtros a presión y caerá por gravedad a la siguiente etapa que es la adsorción con carbón activado. Posteriormente, llegara a las membranas del equipo de osmosis inversa y por último se desinfectara con hipoclorito de sodio y finalmente se enviara a la red de distribución.
22
INFLUENTE
TANQUE DE CONTACTO
BIOFILTRACION
OSMOSIS INVERSA
ADSORCION
FILTARCION A PRESION
(DUALES)
BOMBEO CB-01
MEZCLADOR ESTATICO
RED DE DISTRIBUCION
DOSIFICACION DE OZONO
03
DOSIFICACION
HIPOCLORITO DE SODIO
Figura 3.1 Diagrama de Bloques de las Etapas de la Planta Potabilizadora
23
BOMBAS DE
TRANSFERENCIA
SOPLADOR
BIOFILTRO
TANQUE DE CONTACTO
DE OZONOGENERADOR DE
OZONO
Aire ATM
ATM
ATM
VM-101A
JE
-10
2A
VR
-10
1A
VC
-10
1A
Agua de
Pozo
(Influente)
JE
-30
2
VR
-30
2
VC
-30
2
JE
-30
1
VR
-30
1
VC
-30
1
HACIA DIAGRAMA DE
FLUJO DE PROCESO 2
3.5 DIAGRAMA DE FLUJO DE PROCESO El agua es extraída del pozo mediante una bomba centrífuga que a su vez envía el agua a la etapa de biofiltración en donde se le retira el ácido sulfhídrico y el nitrato amoniacal. El agua al salir de la biofiltración es depositada por gravedad a un tanque de contacto de ozono en donde se lleva a cabo la Oxidación por ozono para eliminar el oxígeno en el agua, al término del contacto el agua es bombeada hacia los filtros a presión, en esta parte se le retiran sólidos suspendidos mediante arena silica y zeolita. Al término de la filtración el líquido filtrado es enviado por gravedad hacia los tanques de adsorción en donde el líquido reacciona con el carbón activado para eliminar rastros de olor. Al término de la reacción el agua es enviada hacia la osmosis inversa, en esta etapa se le retiran todos los minerales existentes por último el agua se pasa a la etapa de desinfección para que el agua sea para consumo humano, al final el agua es retornada al sistema de distribución.
Figura 3.2 Diagrama de flujo de proceso general (1).
24
AGUA DE
RETROLAVADO
Carcamo Existente
Red de Drenaje
RED DE DISTRIBUCION
12" - 8"
12" - 8"
VIENE DE DIAGRAMA DE
FLUJO DE PROCESO 1
FILTRO A
PRESIÓN
FILTRO A
PRESIÓN
HACIA DIAGRAMA
DE FLUJO DE
PROCESO 3
VIENE DE DIAGRAMA DE
FLUJO DE PROCESO 5
Figura 3.3 Diagrama de flujo de proceso general (2).
25
A R
ED
DE
DR
EN
AJE
DO
SIF
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N D
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EN
AJE
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EN
AJE
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" -
8"
12
" -
8"
12
" -
8"
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2B
VR
-60
2C
VR
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Figura 3.4 Diagrama de flujo de proceso general (3).
26
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M
M
M
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CA
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VC-604
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M
VA
60
5C
VC
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PD
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02
C
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M
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60
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VA
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MVA
60
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M
VC
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2C
M
VA
61
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03C
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MVA
60
9C
VC
-60
3C
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-60
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5
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AM
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FL
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CE
SO
5
Figura 3.5 Diagrama de flujo de proceso general (4).
27
M M
M
FC
- 6
04
B
FC
- 6
05
B
M
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VC
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D
PI
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PD
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D
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M
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1B
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SO
4
Figura 3.6 Diagrama de flujo de proceso general (5).
28
3.6 ETAPAS DE CONTROL
3.6.1 Biofiltración El biofiltro opera a contra corriente en el cual, por la parte superior se introduce agua del pozo que se extrae con una bomba centrifuga de 150 hp, la cual opera las 24 horas del día con un flujo constante de 60 lps; mientras que el aire es inyectado por la parte inferior mediante un soplador que tiene una potencia de 25 hp (ver figura 3.3).
3.7 Diagrama de flujo de proceso Biofiltración. 3.6.1.1 Filosofía de control En la entrada del proceso se medirá el flujo mediante un sensor tipo propela que cuenta con un transmisor que envía una señal analógica al PLC que transmite los datos para monitorear el comportamiento del influente (Indicador, registrador y totalizador) en el tablero local (HMI), así como en la estación principal de operación (Scada). Así mismo contará con tres transmisores de análisis que medirán el PH, Turbidez y Nitrógeno Amoniacal (NH3), del influente para enviar la señal al PLC que transmite los datos para monitorear el comportamiento del influente (Indicador y registrador) en el tablero local (HMI), así como en la estación principal de operación (Scada). Con estos elementos se conocen las condiciones iniciales de operación del proceso. Posteriormente se controlará la velocidad del soplador del biofiltro de manera automática o manual, a través de la pantalla del operador, donde por medio de un selector virtual se podrá establecer el modo manual para modificar su velocidad y su estado (on/off), y así obtener el flujo de aire deseado (ver figura 3.4).
M
Agua de
Pozo
(Influente)
BIOFILTRO
SOPLADOR
29
M
VA-100A/B
BF-100
VM-101A
JE
-10
2A
VR
-10
1A
VC
-10
1A
Agua de
Pozo
(Influente)
FR
FQ
FI
FE
101A
AE
101B
AE
101C
FIT
101A
AIT
101B
AIT
101C
101A
101A
101A
AR
AI
101B
101B
AR
AI
101C
101C
pH TURB
SIC
100A
SC
SI
PB
100A
100A
100A
100AHOA
AE
101D
AIT
101D
AR
AI
101D
101D
NH3
PLC
(ccm)
HACIA TANQUE DE
CONTACTO DE OZONO
Soplador de
Biofiltro
Proceso de
Biofiltracion
Flujo de Aire
PLC CCM
Estación de
Control Local PLC
HMI
Rangos de Operacion Señal de Control
3.8 Diagrama Tubería e Instrumentación de la Biofiltración. 3.6.1.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques. Se propone un lazo de control abierto para la inyección constante de flujo de aire en el biofiltro, que podrá ser manipulada por el operador mediante el tablero de control local. Para ello utilizaremos un controlador de velocidad que envía una señal al motor del soplador para modificar la velocidad de operación. El controlador recibe una señal digital del PLC que se encuentra en el centro de control de motores (CCM), este PLC esta comunicado al tablero de control local en donde se podrá manipular la velocidad de operación del soplador (ver figura 3.5).
3.9 Diagrama de Bloques
30
3.6.1.3 Entradas y Salidas. En la etapa de biofiltración se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.1 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de Flujo Entrada Analógica 4-20 mA 1
Transmisor pH Entrada Analógica 4-20 mA 1
Transmisor de Turb. Entrada Analógica 4-20 mA 1
Transmisor de NH3 Entrada Analógica 4-20 mA 1
Controlador Indicador de Velocidad Salida Digital 24 VCD 1
3.6.2 Oxidación por Ozono. El agua proveniente del proceso de biofiltración se envía por gravedad al tanque de contacto de ozono, que tiene un tiempo de contacto de 7 minutos aproximadamente. El agua ozonada pasa por medio de una ventana a otra sección del tanque para ser almacenada y posteriormente bombeada a la siguiente etapa del proceso (ver figura 3.6).
Figura 3.10 Diagrama de Flujo de Proceso Oxidación por Ozono
31
3.6.2.1 Filosofía de control Una vez que el agua ha sido ozonada en el tanque de contacto (TCO-300), pasará por una ventana a la sección de almacenamiento, en donde se medirá el nivel por medio de un transmisor ultrasónico que envía una señal analógica de 4-20 mA al PLC que se encuentra en la estación local de operación. El PLC cuenta con una interfaz hombre maquina (HMI), en la cual se generan un indicador y alarmas por alto y bajo nivel. Así mismo cuenta con un indicador de velocidad para cada bomba. Además se controlara su velocidad y estado (on/off) de manera automática o manual a través de la pantalla del operador por medio de un selector virtual. Si hay suficiente nivel de agua en el tanque de bombeo de acuerdo a la lectura del elemento de nivel, se envía una alarma nivel alto para activar los motores de las bombas centrifugas, si en algún momento dejara de fluir agua hacia el tanque de contacto de ozono y el nivel de agua en el tanque disminuyera, el elemento de nivel a través del transmisor enviará una alarma de nivel bajo, el cual apagará los motores de las bombas centrifugas (ver figura 3.7). El PLC de la Estación local de operación envía los datos al PLC del CCM para que por medio de este se realice la acción de control de las bombas. Cada bomba cuenta son su controlador. La frecuencia de los motores de las bombas centrifugas es controlada por la lectura del elemento de nivel y por el punto de operación establecido en la configuración del sistema (Set Point). La bomba primaria trabajará de manera continua para mantener el nivel óptimo del tanque, la bomba secundaria entrará en función cuando el nivel sobrepase el límite establecido. La bomba secundaria también funcionara como relevo (ver tabla 3.2).
Tabla 3.2 Niveles en tanque de contacto de ozono.
Nivel Valor Altura
Nivel Máximo 100% 5.10 m
Nivel para encender la segunda bomba 90% 4.59 m
Nivel de alarma alto 83% 4.23 m
Nivel para apagar la segunda bomba 78% 4.00 m
Nivel de seguridad 40% 2.04 m
Nivel de alarma bajo 10% 0.51 m
Nivel para apagar la primera bomba 6% 0.31 m
32
Bomba
Centrifuga
Nivel de
Almacenamiento
Agua Ozonada
Rangos de
Operación. Variable Medida
Nivel
PLC CCM
Estacion de
Control Local
PLC HMI
Variable ManipuladaSet Point Señal de Control
Sensor de Nivel
BC- 301 BC- 302TCO-300
LAL
LAH
LE
LT300
300
300
300
LI
300
LC
300
SIC
301
SIC
302
SC
SI301
301
PB
HOA301
301
SC
SI302
302
PB
HOA302
302
PLC
(ccm)
Inyección de Ozono
Agua de Biofiltro
Hacia Filtros a Presión
Figura 3.11 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Oxidación por Ozono
3.6.2.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques. Se propone un lazo de control cerrado para mantener el nivel de agua ozonada en el tanque de contacto que se envía a los filtros a presión, mediante el cual se utilizaran 2 bombas centrifugas de las cuales una trabajará de manera constante dentro de los parámetros establecidos. La segunda bomba entrará en operación cuando el nivel en el tanque sobrepase el nivel de seguridad, además de operar como relevo (véase Tabla 3.2).
Figura 3.12 Diagrama de Bloques
33
12" - 8"
12" - 8"
AGUA OZONADA
FILTROS A
PRESION
HACIA TORRES DE
ADSORCION
DRENAJE
AGUA DE RETROLAVADO
3.6.2.3 Entradas y Salidas. En la etapa de oxidación por ozono se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.3 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de Nivel Entrada Analógica 4-20 mA 1
Controlador Indicador de Velocidad Salida Analógica 4-20 mA 2
3.6.3 Filtros a Presión Las bombas centrifugas proveen el flujo de agua necesario a los filtros a presión. Hay 4 filtros a presión organizados en 2 torres de filtros dobles. Cada filtro a presión operara con un flujo de 15 lps. El agua filtrada pasara a la siguiente etapa del proceso que es la adsorción (ver figura 3.9).
Figura 3.13 Diagrama de Flujo de Proceso de Filtros a Presión
34
3.6.3.1 Filosofía de control Cada filtro a presión contará con una válvula de alimentación y una de retrolavado, ambas válvulas son de tipo mariposa con actuador eléctrico. Tendrán dos modos de operación, manual y automático, a través de la pantalla de operación (HMI) o la estación principal (Scada). Se colocará un transmisor de presión diferencial por cada filtro a presión para determinar cuando sea necesario realizar un retrolavado en el equipo por medio de un indicador y un alarma por alta presión generados en el HMI. De igual manera se contaran con indicadores de presión ubicados en campo en las líneas de alimentación hacia los filtros Las válvulas de alimentación hacia los filtros deberán estar configuradas como “normalmente abiertas”. Las válvulas de retrolavado de los filtros a presión deberán estar configuradas como “normalmente cerradas”. El PLC accionará de una a una el cambio de estado de las válvulas de mariposa con actuador eléctrico. Rutina de inicio de filtración El PLC verificará que el tanque de contacto de ozono tenga suficiente nivel de agua para comenzar el filtrado. Las válvulas de retrolavado de cada torre de filtros a presión se cerraran y posteriormente las válvulas de alimentación de cada torre de filtros a presión se abrirán. Control de retrolavado De acuerdo a la diferencia de presión y el tiempo de servicio de los filtros a presión, el PLC realiza la secuencia de retrolavado (Si es que está realizando el retrolavado en algún otro filtro de la misma batería, o si está realizando retrolavado en alguna torre de adsorción, se espera a que termine este). En el control de retrolavado se cierra la válvula de alimentación del filtro seleccionado y se abre la válvula de retrolavado, se mide el nivel de agua en el cárcamo para verificar que existe suficiente cantidad de agua para realizar la operación. Cuando finaliza el retrolavado, el sistema regresa al estado inicial, la válvula de alimentación se abre, la válvula de retrolavado se cierra, y el tiempo de servicio del filtro se reinicia (ver figura 3.10).
35
Lectura de Presión Diferencial en Filtros
El diferencial de presión ha
superado el valor limite
Esperar a que termine el
retrolavado del filtro
¿Se esta retrolavando un filtro de
las misma baterías?
Iniciar Operación de Retrolavado
Cerrar Válvula de Alimentación del Filtro
Abrir Válvula de Retrolavado
Se suministra el agua de retrolavado del
cárcamo de bombeo existente
Esperar a que se retrolave el filtro 15 min
Cerrar válvula de retrolavado de filtro
Abrir totalmente la válvula del cabezal de
salida del agua filtrada de la batería de
filtración
Abrir válvula de alimentación de filtro
Fin de la rutina de retrolavado
NO
SI
SI
NO
Hay suficiente nivel en el
cárcamo de Bombeo
SI
Se esta realizando retrolavado en
tanques de adsorción.
NO
SI
Esperar a que se cuente con
suficiente nivel en carcamo
NO
Esperar a que termine el
retrolavado de Tanques de
Adsorción
Figura 3.14 Diagrama de Flujo de Rutina de Retrolavado
36
JE-302
VR-302
VC-302
JE-301
VR-301
VC-301
PS
V
30
1B
PS
V3
01
A
PS
H3
01
KV
40
1A
PD
T4
01
A
PI
40
1A
KV
40
1B
KV
40
1C
FP
- 4
01
FP
- 4
02
KV
40
2A
PI
40
2A
KV
40
2C
KV
40
1D
12"
- 8
"
KV
40
2D
PD
T4
02A
KV
40
3A
PI
40
3A
KV
40
3B
PD
T4
03
A
KV
40
3C
FP
- 4
03
FP
- 4
04
KV
40
4A
PT
40
3B
PI
40
4A
KV
40
4C
KV
40
3D
12
" -
8" KV
40
4D
KV
40
2B
KV
40
4B
PD
I4
01A
PD
AH
40
1A
PD
I4
03
A
PD
AH
40
3A
PD
I4
02
A
PD
AH
40
2A
PD
I4
04
A
PD
AH
40
4A
ZV
40
1A
ZV
40
1B
ZV
40
2A
ZV
40
2C
ZV
40
1D
ZV
40
2D
ZV
40
3A
ZV
40
4A
ZV
40
3B
ZV
40
3C
ZV
40
1C
ZV
40
2B
ZV
40
4B
ZV
40
4D
ZV
40
3D
ZV
40
4C
AG
UA
OZ
ON
AD
A
FIL
TR
OS
A
PR
ES
ION
HA
CIA
TO
RR
ES
DE
AD
SO
RC
ION
DR
EN
AJ
E
AG
UA
DE
RE
TR
OL
AV
AD
O
Figura 3.15 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Filtros a Presión
37
Bombeo de Agua
De retrolavado
Desde Cárcamo
Existente
Retrolavado
Posicionamiento de
Válvulas de
alimentación y
Retrolavado de Filtros
a Presión
Estación de
Control Local
PLC HMI
Sensor de
Presión
Diferencial
ActuadorSeñal de
Control
Diferencia de
PresiónFlujo de Agua
Retrolavado
3.6.3.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques Se propone un lazo de control para la rutina de inicio de filtración de los filtros a presión. El PLC de la estación de control local determinara el inicio de la rutina, comenzando con la lectura de nivel del transmisor en el tanque de agua ozonada, para que el PLC posicione las válvulas de corte de alimentación en “normalmente abiertas” y las de retrolavado en “normalmente cerradas” para comenzar la inyección de agua ozonada a las baterías de filtros a presión.
Figura 3.16 Diagrama de Bloques de Rutina de Filtración Para la rutina de retrolavado de los filtros a presión se propone un lazo de control. El PLC determinara de acuerdo al diferencial de presión de los filtros y en base al tiempo de servicio si es necesaria realizar la operación. Para ello requiere la cantidad de agua apropiada en el cárcamo de bombeo y posicionar las válvulas de corte de alimentación en “normalmente cerradas” y las de retrolavado en “normalmente abiertas”.
Figura 3.17 Diagrama de Bloques de Rutina de Retrolavado NOTA: El control de las rutinas de filtración y retrolavado se realizan independientemente en cada filtro. 3.6.3.3 Entradas y Salidas En la etapa de filtros a presión se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.4 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de Presión Diferencial Entrada Analógica 4-20 mA 4
Válvula de corte Salida Digital 24 VCD 16
Bombeo de Agua
Ozonada
Inicio de
Filtracion
Flujo De Agua
Ozonada
Estación de
Control Local
PLC HMI
Señal de ControlNivel Existente
en Tanque de
contacto
Transmisor de
Nivel Tanque
de Contacto
Posicionamiento de
Válvulas de
Alimentación de
Filtros.
Actuador
38
A RED
DE DRENAJE
A RED
DE DRENAJE
A RED
DE DRENAJE
12" - 8"
12" - 8"
12" - 8"
AGUA
FILTRADA
AGUA DE
RETROLAVADO
HACIA OSMOSIS
INVERSA
TORRES DE ADSORCION
3.6.4 Torres de Adsorción El agua filtrada se envía a las torres de adsorción por gravedad. Se cuenta con tres torres que suministraran un flujo de 60 lps a la siguiente etapa del proceso. Tienen un tiempo de contacto de 10 a 15 minutos (ver figura 3.14).
Figura 3.18 Diagrama de Flujo de Proceso de Torres de Adsorción 3.6.4.1 Filosofía de control Cada torre de adsorción contará con una válvula de alimentación y una de retrolavado, ambas válvulas son de tipo mariposa con actuador eléctrico. Tendrán dos modos de operación, manual y automático, a través de la pantalla de operación (HMI) o la estación principal (Scada). Se colocará un transmisor de presión diferencial por cada torre de adsorción para determinar cuando sea necesario realizar un retrolavado en el equipo por medio de un indicador y un alarma por alta presión generados en el HMI. De igual manera se contaran con indicadores de presión ubicados en campo en las líneas de alimentación hacia las torres. Las válvulas de alimentación hacia las torres deberán estar configuradas como “normalmente abiertas”. Las válvulas de retrolavado de las torres de adsorción deberán estar configuradas como “normalmente cerradas”. El PLC accionará de una a una el cambio de estado de las válvulas de mariposa con actuador eléctrico. Rutina de adsorción Las válvulas de retrolavado de cada torre de adsorción se cerraran y posteriormente las válvulas de alimentación de cada torre de adsorción se abrirán para iniciar la operación.
39
A RED
DE DRENAJE
KV501A
PDT501A
PI501A
KV502A
KV501B
PDT501B
PI501B
KV502B
A RED
DE DRENAJE
KV501C
PDT501C
PI501C
KV502C
A RED
DE DRENAJE
KV503A
KV504A
12" - 8"
KV503B
KV504B
12" - 8"
KV503C
KV504C
12" - 8"
AE
AIT
AI
AR
TURB
AD-501AAD-501B AD-501C
ZV501A
ZV502A
ZV503A
ZV504A
PDI501A
PDAH501A
ZV502B
ZV501B
ZV503B
ZV
504B
PDI501B
PDAH501B
ZV502C
ZV501C
ZV503C
ZV
504C
PDI501C
PDAH501C
501A
501A
501A
501A
AGUA
FILTRADA
AGUA DE
RETROLAVADO
HACIA OSMOSIS
INVERSA
Rutina de retrolavado de torres. De acuerdo a la diferencia de presión y el tiempo de servicio de las torres de adsorción, el PLC realiza la secuencia de retrolavado (Si es que está realizando el retrolavado en alguna otra torre, o si está realizando retrolavado en algún filtro a presión, se espera a que termine este). En el control de retrolavado se cierra la válvula de alimentación de la torre seleccionada y se abre la válvula de retrolavado, se mide el nivel de agua en el cárcamo para verificar que existe suficiente cantidad de agua para realizar la operación. Cuando finaliza el retrolavado, el sistema regresa al estado inicial, la válvula de alimentación se abre, la válvula de retrolavado se cierra, y el tiempo de servicio de la torre de adsorción se reinicia. Será posible cambiar el estado de apertura o cierre de las válvulas automáticas a través de la pantalla de operación. El agua que se obtiene como producto en las torres de adsorción es monitoreada para identificar la cantidad de partículas suspendidas que aun contiene el agua. Esto se realiza mediante un analizador de turbidez (AIT-501A) que cuenta con un transmisor indicador en campo que envía una señal analógica a la estación local de operación que a su vez la envía a la estación principal (Scada) para ser monitoreada. Se generarán un indicador y un registrador en el HMI (ver figura 3.15).
Figura 3.19 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Torres de Adsorción.
40
Bombeo de Agua
De retrolavado
Desde Cárcamo
Existente
Retrolavado
Posicionamiento de
Válvulas de
alimentación y
Retrolavado de
Filtros a Presión
Estación de
Control Local
PLC HMI
Sensor de
Presión
Diferencial
ActuadorSeñal de
Control
Diferencia
de PresiónFlujo de Agua
Retrolavado
3.6.4.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques Se propone un lazo de control abierto para la rutina de inicio de adsorción de las torres. El PLC de la estación de control local determinara el inicio de la rutina, comenzando con el posicionamiento de las válvulas de corte de alimentación en “normalmente abiertas” y las de retrolavado en “normalmente cerradas” para comenzar la inyección de agua filtrada a las torres de adsorción (ver figura 3.16).
Figura 3.20 Diagrama de Bloques de Rutina Adsorción
Figura 3.21 Diagrama de Bloques de Rutina Retrolavado
NOTA: El control de las rutinas de filtración y retrolavado se realizan independientemente en cada filtro. 3.6.4.3 Entradas y Salidas En la etapa de torres de adsorción se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.5 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de Presión Diferencial Entrada Analógica 4-20 mA 3
Válvula de corte Salida Digital 24 VCD 12
Inicio de
Adsorcion
Estación de
Control Local
PLC HMI
Señal de Control
Posicionamiento de
Válvulas de
Alimentación y
Retrolalavado de
Tanques de Adsorción
Agua proveniente
de los Filtros a
Presión
Flujo De Agua
Filtrada
41
3.6.5 Dosificación de Antincrustante El tanque de dosificación de antincrustante inyecta a través de un mezclador estático la solución que se mezclara con el agua mediante una bomba dosificadora para posteriormente ser enviada a la osmosis inversa (ver figura 3.18).
Figura 3.22 Diagrama de Flujo de Proceso de Dosificación de Antincrustante 3.6.5.1 Filosofía de Control La dosificación de antincrustante se realizará de acuerdo a la lectura del elemento de análisis de pH, que a través de un transmisor enviará una señal analógica de 4-20 mA. a la estación de control Local HMI, ahí se generaran un indicador y un registrador para monitorear el estado del agua que se enviara a la osmosis inversa. El PLC de la estación local enviará los datos al PLC del CCM que controlará las bombas dosificadoras para ajustar la inyección de antincrustante. Una de las bombas funcionara como relevo (ver figura 3.19).
Tanque de Antiincrustante
Bombas
DosificadorasOsmosis Inversa
42
DOSIFICACION DE
ANTINCRUSTANTE
LSL601
PLC
TA- 601 LG601
BD- 601A
BD- 601B
ZC601A
ZC601B
AE
AIT
AI
AR
601A
601A
601A
601A
VR-601A
VR-601B
HACIA FILTROS
CARTUCHO
Figura 3.23 Diagrama de Tubería e Instrumentación Dosificación de Antincrustante 3.6.5.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques Se propone un lazo de control cerrado para la inyección de antincrustante. El PLC determinara la dosificación adecuada de las bombas, este envía la señal de control al PLC del CCM para que realice la acción de control de acuerdo a la lectura tomada del sensor de pH para obtener las características necesarias del agua para comenzar la osmosis inversa.
43
Tanque de
Dosificación de Ácido
Sulfúrico
Bombas
DosificadorasOsmosis Inversa
Estación de
Control Local
PLC HMI
Sensor de pH
PLC CCM
Posicionador
Bomba
Dosificacion
Dosificación de
Antincrustante
Set PointRangos de
Operación
Señal de
ControlVariable
Manipulada
Variable
Medida
Figura 3.24 Diagrama de Bloques 3.6.5.3 Entradas y Salidas En la etapa de dosificación de antincrustante se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.6 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 1
Interruptor de Bajo Nivel Entrada Digital 24 VCD 1
Posicionador de Bomba Salida Analógica 4-20 mA 2
3.6.6 Dosificación de Ácido Sulfúrico El tanque de dosificación de Ácido Sulfúrico inyecta a través de un mezclador estático la solución que se mezclara con el agua mediante una bomba dosificadora para posteriormente ser enviada a la osmosis inversa (ver figura 3.21).
Figura 3.25 Diagrama de Flujo de Proceso de Dosificación de Ácido
44
3.6.6.1 Filosofía de Control La dosificación de ácido sulfúrico se realizará de acuerdo a la lectura del elemento de análisis de pH, que a través de un transmisor enviará una señal analógica de 4-20 mA a la estación de control Local HMI, ahí se generaran un indicador y un registrador para monitorear el estado del agua que se enviara a la osmosis inversa. El Plc de la estación local enviará los datos al PLC del CCM que controlará las bombas dosificadoras para ajustar la inyección de ácido sulfúrico. Una de las bombas funcionara como relevo (ver figura 3.22).
Figura 3.26 Diagrama de Tubería e Instrumentación Dosificación de Ácido
HACIA FILTROS
CARTUCHO
DOSIFICACION
DE ACIDO SULFURICO
LSL602
PLC
TA- 602 LG602
BD- 602A
BD- 602B
ZC602A
ZC602A
VR-602A
VR-602B
AE
AIT
AI
AR
pH
602A
602A
602A
602A
45
Estación de
Control Local PLC
HMI
Sensor de pH
PLC CCM
Posicionador
Bomba
Dosificacion
Dosificación de
Acido Sulfúrico
Set PointRangos de
Operación
Señal de Control Variable
ManipuladaVariable Medida
3.6.6.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques Se propone un lazo de control cerrado para la inyección de ácido sulfúrico. El PLC determinara la dosificación adecuada de las bombas, este envía la señal de control al PLC del CCM para que realice la acción de control de acuerdo a la lectura tomada del sensor de pH para obtener las características necesarias para la osmosis inversa (ver figura 3.23).
Figura 3.27 Diagrama de Bloques 3.6.6.3 Entradas y Salidas En la etapa de dosificación de ácido se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.7 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 1
Interruptor Bajo Nivel Entrada Digital 24 VCD 1
Posicionador de Bomba Salida Analógica 4-20 mA 2
3.6.7 Osmosis Inversa El agua proveniente de las torres de adsorción es enviada a los filtros cartucho para ser preparada para la siguiente etapa que es la osmosis inversa. El agua es enviada al sistema de osmosis por medio de una bomba de alta presión.
46
M
M
M
M
FIL
TR
O
CA
RT
UC
HO
BO
MB
A A
LT
A
PR
ES
IÓN
JE-604B
VR-604
VC-604
8x6
6x4
JE-604A
PD
T6
01
C
PI
60
1C
M
VA
60
5C
VC
-60
1C
PD
T6
02
C
PI
60
2C
M
VA
60
6C
4x2
VA
60
7C
MVA
60
8C
M
VC
-60
2C
M
VA
61
1C
PD
T6
03C
PI
60
3C
MVA
60
9C
VC
-60
3C
VC
-60
4C
8x6 8x6
MVA
61
0C
CO
NT
RO
L
DE
RE
CH
AZ
O
OS
MO
SIS
IN
VE
RS
A
VIE
NE
DE
DIA
GR
AM
A D
E
FL
UJ
O D
E P
RO
CE
SO
3
HA
CIA
DIA
GR
AM
A D
E
FL
UJ
O D
E P
RO
CE
SO
5
HA
CIA
DIA
GR
AM
A D
E
FL
UJ
O D
E P
RO
CE
SO
5
Figura 3.28 Diagrama de Flujo de Proceso de Alimentación de Osmosis Inversa
47
KV601A
M
KV602A
M
PI602A
PI601A
KV603A
M
PI603A
KV604A
M
PI604A
FC- 604A
FC- 605A
BA-604
JE
-60
4B
VR
-60
4
VC
-60
4
6x4JE-604A
AE601A
FE601A
CE601A
AIT601A
FIT601A
CIT601A
FQ
FI
FR
AR
AI
CR
CI
601A
601A
601A
601A601A
601A
601A
PSL601A
SIC601A
SCSIPBHOA601A 601A 601A 601A
MANUAL
FUERA
AUTO
PARO
ARRANQUE
PSH601A
PIT601A
PI601A
pH COND
ZV604A
ZV602A
ZV603A
ZV601A
VIENE DE TORRES
DE ADSORCIÓN
HACIA SISTEMA DE
MEMBRANAS
3.6.7.1 Filosofía de Control El agua entra a los Filtros Cartucho A y B. Para ello se mandarán a abrir las válvulas de los filtros mediante la estación local de operación (HMI), dichas válvula actuarán de forma automática o manual. Con el transmisor indicador de flujo, que se encuentran a la salida de los Filtros Cartucho, verificaremos dicha variable, si esta lectura corresponde al parámetro deseado, entonces se mandará arrancar la bomba de alta presión mediante su controlador de velocidad, por medio del PLC del CCM, la cual enviara el agua al sistema de membranas. Esta bomba podrá ser controlada de forma manual o automática, mediante un selector, generado en el HMI en el cual también generaremos un control de arranque y paro. Para cada transmisor indicador de flujo se generaran, en el HMI, un totalizador, un registrador e indicador. De forma conjunta al transmisor indicador de flujo tendremos un analizador de pH y un transmisor indicador de conductividad, sensores que analizaran el agua proveniente de los Filtros Cartuchos, antes de entrar al sistema de membranas, datos que compararemos al final de dicho proceso mediante los mismos sensores antes mencionados, los cuales se encontraran al final del sistema, esta comparación será realizada por el operador ya que la información de los analizadores será envida al HMI generando en la misma un indicador y registrador correspondiente a cada medición; de esta forma el operador evaluara el desempeño de la Osmosis Inversa. Ésta misma evaluación de desempeño tendrán los Filtros Cartucho mediante dos indicadores de presión colocados a la entrada y salida, de igual forma esta información será enviada al HMI; monitoreando así el desgaste de los cartuchos (ver figura 3.25).
Figura 3.29 Diagrama de Tubería e Instrumentación Alimentación de Osmosis Inversa (a)
48
PDT601C
PI601C
M
VA605C
VC-601C
PDT602C
PI602C
M VA606C
4x2
VA607C
M
VA608C
M
VC-602C
M VA611C
PDT603C
PI603C
M
VA609C
VC-603CVC-604C
AE601C
FE601C
CE601C
AIT601C
FIT601C
CIT601C
FQ
FI
FR
AR
AI
CR
CI
601C
601C
601C
601C 601C
601C
601C
pH
8x6
8x6
M
VA610C CONTROL
DE
RECHAZO
OSMOSIS INVERSA 600
COND
SOLUCIÓN DE LIMPIEZA
HACIA CÁRCAMO
EXISTENTE
SALIDA DE SISTEMA
DE MEMBRANAS
SALIDA DE SISTEMA
DE MEMBRANAS
VIENE DE FILTROS
CARTUCHO
Figura 3.30 Diagrama de Tubería e Instrumentación Alimentación de Osmosis Inversa (b) 3.6.7.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques Se propone un lazo de control abierto para el inicio de filtración por osmosis inversa. El PLC accionara el equipo de osmosis inversa, a su vez enviara una señal de control a las válvulas de corte de los filtros cartucho que se encuentran a la entrada de la osmosis, las válvulas podrán ser posicionadas de forma manual; por medio de un control de apertura o cierre que se encuentra en la estación local e operación por medio del HMI; o de manera automática. El Plc de la estación local mandara la señal de control al PLC del CCM para accionar la bomba de alta presión que alimentara los cartuchos membrana de la osmosis inversa (ver figura 3.26).
49
Encendido de
Bomba a Alta
Presion.
Estación de
Control Local
PLC HMI
Arranque
Osmosis
Inversa
Señal de
Control
Posicionamiento
de Válvulas de
Filtros Cartucho
ActuadorSeñal de
EncendicoFlujo de Agua Hacia
Osmosis
Figura 3.31 Diagrama de Bloques Alimentación Osmosis Inversa 3.6.7.3 Entradas y Salidas En la etapa de alimentación de osmosis inversa se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.8 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 4
Transmisor de Conductividad Entrada Analógica 4-20 mA 4
Transmisor de Flujo Entrada Analógica 4-20 mA 4
Transmisor Indicador de Presión Entrada Analógica 4-20 mA 2
Válvulas de Corte Salida Digital 24 VCD 8
Controlador Indicador de Velocidad Salida Analógica 4-20 mA 2
3.6.8 Dosificación de Hipoclorito de Sodio El tanque de dosificación de hipoclorito de sodio inyecta a través de un mezclador estático la solución que se mezclara con el agua mediante una bomba dosificadora para ser desinfectada y posteriormente ser enviada al cárcamo existente de la planta y finalmente enviarse a la red de distribución.
50
Figura 3.32 Diagrama de Flujo de Proceso de Dosificación 3.6.8.1 Filosofía de control La dosificación de hipoclorito de sodio se realizará de acuerdo a la lectura del elemento de análisis de cloro, que a través de un transmisor enviará una señal analógica de 4-20 ma. a la estación de control Local HMI, ahí se generaran un indicador y un registrador para monitorear el estado del agua que sale del proceso de potabilización. El PLC de la estación local enviará los datos al PLC del CCM que controlará las bombas dosificadoras para ajustar la inyección de cloro. Una de las bombas funcionara como relevo. En la línea de salida del efluente se monitorearan los parámetros de calidad del agua por medio de un indicador y registrador generados en la estación local de operación (HMI) o la estación principal (Scada). El PLC de la estación local recibe la señal de dos transmisores montados en campo que toman la lectura de las características del efluente por medio de un elemento de análisis. Las variables que se monitorearan son el pH y la turbidez (ver figura 3.28).
HIPOCLORITO
DE SODIO
BOMBAS
DOSIFICADORAS
DOSIFICACION
DE HIPOCLORITO DE SODIO
VIENE DE
OSMOSIS
INVERSA
HACIA CARCAMO
EXISTENTE
51
Figura 3.33 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Dosificación. 3.6.8.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques. Se propone un lazo de control cerrado para la inyección de hipoclorito de sodio. El PLC determinara la dosificación adecuada de las bombas, este envía la señal de control al PLC del CCM para que realice la acción de control de acuerdo a la lectura tomada del sensor de cloro libre para obtener una desinfección adecuada del efluente (ver figura 3.29).
DOSIFICACION
DE HIPOCLORITO DE SODIOLSL700
PLC
TA- 700A
LG700
BD- 701A
BD- 702A
ZC701
ZC702
AIT701A
AI
AR
701A
701A
AE701A
AC701A
CLR
AE701B
AE701C
AIT701B
AIT701C
AR
AI
AR
AI
701C
701C
701B
701B
pH TURB
VIENE DE OSMOSIS
INVERSA
HACIA CARCAMO
EXISTENTE
52
Estación de
Control Local
PLC HMI
Sensor de cloro
PLC CCM
Posicionador
Bomba
Dosificadora
Dosificación de
Hipoclorito de
Sodio
Set Point
Rangos de
Operación
Señal de
ControlVariable
Manipulada
Variable
Medida
Figura 3.34 Diagrama de Bloques. 3.6.8.3 Entradas y Salidas En la etapa de dosificación de cloro se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.9 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de Cloro Libre Entrada Analógica 4-20 mA 1
Transmisor de pH Entrada Analógica 4-20 mA 1
Transmisor de Turbidez Entrada Analógica 4-20 mA 1
Interruptor Bajo Nivel Entrada Digital 24 VCD 1
Posicionador de Bomba Salida Analógica 4-20 mA 2
3.6.9 Cárcamo existente El cárcamo existente será la última estancia del agua durante todo el proceso de la planta potabilizadora, en la cual se almacenará el fluido proveniente de la osmosis inversa previamente clorada; posteriormente será bombeada a la red de distribución como acción final de la planta. Este mismo almacenamiento podrá ser utilizado para la red de retrolavado (ver figura 3.30).
53
Figura 3.35 Diagrama de Flujo de Proceso de Cárcamo existente. 3.6.9.1 Filosofía de Control Mediante el nivel de agua en el cárcamo existente, se realizan dos acciones diferentes; la primera acción, que es la principal, es bombear el agua a la red de distribución y la segunda acción utilizar este almacenamiento para la red de retrolavado. La lectura tomada por el sensor de nivel será transmitida hacia el PLC de la estación local de operación, que a su vez mandará la información al PLC del CCM. Dichas tareas podrán llevarse a cabo una vez que el PLC del CCM envíe la información a los controladores de velocidad, para ello contaremos con el funcionamiento de tres bombas centrifugas de las cuales dos trabajarán de manera constante dentro de los parámetros establecidos, mientras que la tercer bomba se ocupará como relevo. La velocidad de las bombas para el bombeo dependerá de la lectura del nivel. Si la lectura del nivel enviada a la estación de control local se encontrara por debajo del nivel establecido, entonces mandará apagar las bombas para así protegerlas. Cabe señalar que dicha decisión interrumpiría tanto la acción de distribución como la acción de retrolavado. El bombeo a la red de distribución será constante aun cuando se esté llevando a cabo la acción de retrolavado. Mediante una válvula que se encuentra al inicio de la red de retrolavado podremos iniciar esta acción, la cual recibirá la instrucción On/Off del PLC del HMI. La acción de retrolavado puede ocuparse para los Filtros a Presión o para Las Torres de Adsorción; ambas redes cuentan con una válvula de retrolavado, las cuales serán abiertas o cerradas para dicha tarea mediante la instrucción recibida del CCM; sólo se podrá realizar una tarea a la vez, la duración para ambas tareas será de 10 min. Se contaran también con interruptores de muy alto, alto, muy bajo y bajo nivel que estarán conectados al PLC del CCM para detener o maximizar el funcionamiento de las bombas (ver figura 3.31).
BC- 305BC- 303 BC- 304
Carcamo Existente
Red de Retrolavado
RED DE DISTRIBUCION
Viene de Osmosis
Inversa
54
BC- 305BC- 303 BC- 304
Carcamo Existente
LCLILALLAH
SIC
SIC
SCSI
LSHH
LSH
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LT
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406
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SCSIPB303 303 303 303
304
SIC
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306
306
306306306306
Red de Retrolavado
FV403
FE404
FRFQ
FI404
404 404
PBHOA305 305
HOA304
HOA303
RED DE DISTRIBUCION
FT404
Viene de Osmosis
Inversa
Bomba
Centrifugas
Nivel de
Almacenamient
o Cárcamo
Rangos de
Operación.
Variable
Medida
Nivel
PLC CCMEstacion de
Control Local
PLC HMI
Variable
Manipulada
Set
Point
Señal de
Control
Sensor de
Nivel
Red de
Distribución
Red de
Retrolavado
Figura 3.36 Diagrama de Tubería e Instrumentación de Cárcamo. 3.6.9.2 Lazo de Control y Diagrama de Bloques Se propone un lazo de control cerrado para el bombeo de agua potabilizada del cárcamo existente. Mediante el monitoreo del nivel del agua almacenada podremos determinar la velocidad del bombeo. Este monitoreo será llevado a cabo mediante el PLC de la estación local de Operación, el cual enviará los rangos de operación al PLC del CCM para así poder controlar la velocidad de las bombas (ver figura 3.32).
Figura 3.37 Diagrama de Bloques.
55
3.6.9.3 Entradas y Salidas En la etapa del cárcamo se utilizaran las señales, de tipo y rango de operación que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla 3.10 Entradas y Salidas
Instrumento Señal Tipo Rango Cantidad
Transmisor de Nivel Entrada Analógica 4-20 mA 1
Transmisor de Flujo Entrada Analógica 4-20 mA 1
Válvula de Corte de Flujo Salida Digital 24 VCD 1
Interruptores de Nivel Entrada Digital 24 VCD 4
Controlador Indicador de Velocidad Salida Digital 24 VCD 3
3.7 SELECCIÓN DEL CONTROLADOR
En base a los criterios que se enlistan a continuación, se seleccionara el tipo y modelo de controlador lógico programable que utilizaremos para obtener el óptimo desempeño de nuestro proceso así como la más factible red de gestión de datos. Cantidad de entradas/salidas, y si estas son analógicas o digitales y sus rangos de
operación. Capacidad de expansión del PLC. Tipos de Comunicaciones que maneja (módulos). Cantidad de programas que puede manejar. Cantidad de programas que puede ejecutar al mismo tiempo (multitarea). Cantidad de contadores, temporizadores, banderas y registros. Lenguajes de programación. Software para programación desde la PC y necesidad de tarjeta de interface. Precio de acuerdo a su función. Respaldo de la compañía fabricante del PLC en nuestra localidad. Servicio y refacciones.
El controlador que se determinó más factible y viable de acuerdo a las características de nuestro proceso, y en base a los criterios mencionados anteriormente; fue un Controlador marca Panasonic de la serie FP∑ modelo FPG-C32T2H. Se realizó una comparativa; con un controlador Allen Bradley 1768 CompactLogix de características similares; para determinar que controlador resulta más adecuado, de acuerdo a los parámetros que se encuentran en la siguiente tabla.
56
Tabla 3.11 Tabla de Comparación
Características PLC Panasonic FP∑-
FPG-C32T2H PLC Allen Bradley 1768
CompactLogix
Cantidad de entradas y salidas
Entradas: 16 Salidas a transistor NPN: 16
Entradas: Se integra en base a los módulos de entradas y salidas con una máximo de conexiones de 250
Capacidad de expansión
Expansiones de E/S Entradas: 32 puntos Salidas a transistor: 32 Puntos Salida a transistor: 1 eje. Expansiones de posicionamiento Salida a transistor: 2 ejes Salida “Line Driver”: 1 eje. Salida “Line Driver”: 2 ejes. Expansiones de memoria de datos 256 K byte
Expansiones de E/S Digitales Entradas de VCA de 8 a 32 puntos Salidas de VCA de 8 a 16 puntos Entradas de VDC de 8 a 16 puntos incluyendo 16 puntos de TTL Salidas de VCD de 8 a 32 puntos incluyendo 16 puntos de TTL Salidas de contacto de Expansiones de E/S Analógicas Entradas de 6 a 16 puntos Entradas a RTD de 6 a 16 puntos Salidas de 4 a 8 Puntos 8 a 16 puntos
Tipos de Comunicaciones
Casettes de Comunicación:
1--puerto RS232C
2--puertos RS232C
1--puerto RS485
1--puerto RS485 1--puerto RS232C
Módulo de Comunicación
1—puerto RS232C
1—puerto DH485
1—puerto Ethernet
1—puerto DeviceNet
Cantidad de Memoria
Memoria Flash ROM (sin batería de backup) 32 ksteps 0.4 μs / step (para las instrucciones básicas)
Incorporada de 4MB de tipo estándar
Cantidad de tareas que puede realizar
Básicas 85 Alto Nivel 220
Básicas 32 Alto nivel 100 programas /tareas
Software para programación desde la PC
PWIN Pro Ver. 4.02 FPWIN GR Ver. 2.13
RS Logix 5000
Precio de acuerdo a su función.
$ 1504.00 $ 3100.00
57
3.8 SELECCIÓN DE LA PANTALLA DE OPERACIÓN (HMI)
De acuerdo al controlador que se seleccionó se propone utilizar una pantalla de operación táctil de la marca Panasonic, modelo GT-30 para controlar y monitorear las variables del proceso. Cada pantalla se cargará con su propio programa creado desde una PC con la ayuda del software del proveedor para crear interfaces gráficas GTWIN ver. 2.82. Especificaciones Generales GT-30 Rango de Voltaje 24 V DC Voltaje de Operación 21.6 a 26.4 V DC Consumo 10 W max. Temperatura de Trabajo 0 °C a 50 °C/ 32 °F a 122 °F (25 V DC max. en horizontal) Humedad Ambiental 20% RH a 85% RH (sin condensación) Temperatura de Almacenamiento -20 °C a 60 °C/-4 °F a 140 °F Humedad de Almacenamiento 10% RH a 85% RH (sin condensación) Resistencia a Vibración 10 Hz a 55 Hz (ciclo de 1-minuto) Amplitud: 0.75 mm, 10 min en 3 ejes Resistencia a Impactos 98 m/s2 min., 4 veces en 3 ejes Resistencia al Ruido Electrostático 5,000 V min. (pantalla) Peso Aprox. 260 g/9.171 oz Aprox. 440 g/15.519 oz
3.9 RED DE COMUNICACIONES
La red que se utilizara para la comunicación de los PLC y el Scada dentro de la planta potabilizadora será una Red de área local (LAN) que es una red de propiedad privada que conecta enlaces de una única estación o edificio. El objetivo es compartir recursos de hardware (PLC) y/o software para lograr un intercambio de datos con todos los dispositivos e interfaces dentro del proceso. Con esto se lograra monitorear el comportamiento de equipos y variables que permitirá tomar una mejor decisión sobre las acciones a tomar en el control de la planta. La topología a utilizar será en estrella ya que todos los datos provenientes del bus de comunicación de los PLC de las estaciones de control local y CCM, serán enviados a un switch de Ethernet para después ser enviados al sistema Scada. La topología utilizada para la comunicación entre los PLC será por medio de bus que estarán comunicados mediante RS-485 y la información se concentrara mediante un módulo web server que se encuentra en el PLC del CCM. Entre una de las ventajas de haber escogido esta topología es la de que se pueden agregar dispositivos, es de fácil diagnóstico, al fallar un dispositivo no afecta a los demás conectados en esta red, además de que es de bajo costo su implementación y mantenimiento.
58
Los protocolos a utilizar en esta red son Ethernet para comunicar el PLC del CCM con la computadora del Scada. Para conectar los PLC de las estaciones locales se utilizara el protocolo RS-485 ya que este protocolo permite la conexión entre más dispositivos.
Figura 3.38 Arreglo de PLC´s
59
CAPÍTULO IV INTEGRACIÓN DEL EQUIPO DE CONTROL
El sistema de comunicaciones de los dispositivos, actuadores y controladores está integrado por una estación principal de operación y 3 estaciones de control local que estarán comunicadas entre sí y serán representadas esquemáticamente y eléctricamente las conexiones en cada estación en este capítulo.
4.1 ESTACIONES DE CONTROL
4.1.1 Estación principal de Operación (SCADA) En la planta se contaran con una estación de control Principal en la cual está alojado el sistema Scada el cual recibe datos de los otros 3 PLC´s que se tendrán en la planta. Estos PLC están comunicados entres si para recopilar datos sobre el funcionamiento de los equipos y sobre el comportamiento de las variables en las diferentes etapas del proceso Los PLC cuentan con HMI los cuales permitirán modificar los estados de los equipos así como el monitoreo de las variables correspondientes asignadas a cada PLC.
60
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Impresora
Centro de Control de
Motores (CCM)
Cámara 1
Cámara 1
Cámara 1
Cámara 1
Cámara 1
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Cámara 1
Cámara 2
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Cámara 4
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Impresora
Centro de Control de
Motores (CCM)
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Módulos de E/
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RS- 485
Cámara 1
Cámara 2
Cámara 3
Cámara 4
Cámara 5
Scada
RS- 485
PLCPLC PLC
Figura 4.1 Esquemático de Conexiones General (a)
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Módulos de E/
AnalógicasCPUPLC
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Proveniente de la Estación de Control 2Hacia Estación de CCM
Figura 4.2 Esquemático de Conexiones General (b)
62
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Módulos de E/
AnalógicasCPU
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Figura 4.3 Esquemático de Conexiones General (c)
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Bombas
Dosificadoras
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SCADA
Bombas Alta Presión
Estación de
Control Local
1
4.1.2 Estación Centro de Control de Motores El centro de control de motores estará conformado por un PLC Panasonic FP∑-FPG-C32T2H. El PLC contara con su propia fuente de alimentación, un CPU propio con 16 entradas y 16 salidas a transistor NPN y un módulo de 16 salidas analógicas. Se utilizara una salida digital para el accionamiento del variador de frecuencia del motor del soplador que se encuentra en el biofiltro. Se conectaran 13 salidas analógicas del módulo de expansión del PLC. 5 serán para mandar la señal de control a los variadores de velocidad de las bombas centrifugas que dan servicio de transferencia de agua ozonada a filtros a presión y suministro de agua de retrolavado y a la red de distribución. 2 salidas más se utilizaran para mandar la señal de control de lo variadores de velocidad de las bombas de alta presión que alimentan el sistema de osmosis inversa. Las 6 salidas restantes están conectadas a los posicionadores de las bombas de dosificación tanto de antincrustante, ácido y dosificación de hipoclorito para desinfección. El FP∑ estará comunicado por un puerto de comunicación RS 485 a la estación de control local 1 para realizar las acciones de control de los dispositivos o actuadores. Todos los datos que se intercambian entre las estaciones de control local y del centro de control de motores serán enviados al sistema de adquisición y monitoreo de datos en la estación principal de operación mediante un protocolo de comunicación ETHERNET (ver figura 4.2).
Figura 4.4 Esquemático de Conexiones del Centro de Control de Motores (CCM)
64
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Bomba
Dosificadora
MÓDULO DE SALIDAS ANALÓGICAS MÓDULO DE SALIDAS ANALÓGICAS
Figura 4.5 Diagrama eléctrico del CCM NOTA: Los diagramas eléctricos representan las conexiones de cada una de las bombas 4.1.3 Estación de Control Local 1 La estación de control local 1 contara con un PLC FP∑, un módulo de 16 entradas analógicas, un puerto de comunicaciones RS485 y RS232, una pantalla de operador (HMI) y una fuente de alimentación. Se utilizarán 16 salidas digitales propias del CPU para controlar el posicionamiento de las válvulas de corte de los filtros a presión por medio de los actuadores eléctricos de cada válvula. 4 transmisores de análisis montados en la entrada de agua del biofiltro se conectaran al módulo de entradas analógicas para recibir las señales del estado de las variables del proceso, así como los 4 transmisores de presión diferencial de los filtros a presión, también estarán conectados el transmisor de nivel del cárcamo de bombeo y el transmisor de flujo de la salida de agua para retrolavado. El HMI se conectará al FP∑ por medio del módulo de comunicación RS 232 para monitorear y modificar los parámetros del proceso (ver figura 4.4).
65
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Figura 4.6 Esquemático de Conexiones de la Estación de Control Local 1
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Figura 4.7 Diagrama eléctrico de la estación de Control Local 1
67
NOTA: Los diagramas eléctricos representan las conexiones de cada una de las bombas 4.1.4 Estación de Control Local 2 La estación de control local 2 contara con un PLC FP∑, dos módulo de 16 entradas analógicas, un módulo de 16, un puerto de comunicaciones RS485 y RS232, una pantalla de operador (HMI) y una fuente de alimentación. Se utilizarán 12 salidas digitales propias del CPU para controlar el posicionamiento de las válvulas de corte de torres de adsorción por medio de los actuadores eléctricos de cada válvula, y 8 salidas del módulo de salidas digitales para controlar el posicionamiento de las válvulas de corte de los filtros cartucho que se encuentran en la entrada del sistema de osmosis inversa. Se conectarán 7 interruptores de nivel en las entradas digitales propias del CPU para controlar el estado de los tanques de almacenamiento de los reactivos y el nivel de agua en el cárcamo. En uno de los módulos de entradas analógicas se instalaran los 3 transmisores de presión diferencial de cada torre de adsorción para recibir la señal del estado de cada torre; el modulo recibirá las señales de los transmisores de análisis de pH y de conductividad que monitorean el estado del agua que se inyecta y que se obtiene del sistema de osmosis inversa para verificar si sus cualidades son las requeridas. En el segundo módulo se recibirá la señal de los 4 transmisores de flujo instalados en la etapa de alimentación y salida de la osmosis inversa, así como 2 transmisores de presión diferencial, 3 transmisores de pH, uno de cloro y 2 de turbidez. El HMI se conectará al FP∑ por medio del módulo de comunicación RS 232 para monitorear y modificar los parámetros del proceso (ver figura 4.6).
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Figura 4.9 Diagrama eléctrico de la estación de Control Local 2
70
CAPÍTULO 5 COSTOS, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES A TRABAJOS FUTUROS
Dentro del desarrollo de la modernización del sistema de control de la planta potabilizadora de agua la purísima 5, una parte importante para que se llevara a cabo el proyecto son los costos de los instrumentos así mismo como para los equipos de control (PLC).También se contemplaran los costos de diseño de los sistemas de control e instrumentación.
5.1 COSTOS
Para determinar los costos que implicaran el desarrollo de la modernización del control se contaron con bases de diseño de los equipos que se van a instrumentar y a controlar, para poder realizar el diseño en base al tipo de instrumento y al controlador (PLC) a ocupar, determinando el costo del instrumento más adecuado para cada proceso y equipos necesarios para poder controlar nuestra planta. En la siguiente tabla muestra las marcas de instrumentos y equipos que se utilizarán:
Marca Tipo Instrumento o Equipo Cantidad Costo Total
+GF +
SIGNET
Transmisor Indicador de Flujo 8550 6 $414.90 $2,489.4
Transmisor Indicador de Análisis 8750 8 $520.20 $4,161.6
Transmisor Indicador de Análisis 4150 2 $1800.00 $3,600.00
Transmisor Indicador de Análisis 8850-1 +
sensor 2823 4 $849.60 $3,398.4
Transmisor Indicador de Presión 8450 3-
2450-5H 2 $813.2 $1,626.4
Delta
Variador de Velocidad Serie B 230v 25HP 1 $1,743.35 $1,743.35
Variador de Velocidad Serie B 230v 20HP 3 $1,479.78 $4,439.34
Variador de Velocidad Serie B 460v 75HP 4 $4,213.02 $16,852.08
Endress+
Hauser
Transmisor Indicador de Análisis CAS40 +
Sensor 1 $9,613.00 $9,613.00
Transmisor Indicador de Análisis Liquisys
M CCM223 1 $866.20 $866.20
Banner
Engineerin
g
Transmisor de Nivel U-GAGE QT50U 2 $561.00 $1,122.00
VAMEX Válvula de admisión expulsión 2 $403.35 $806.7
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DWYER Transmisor Indicador de Presión
Diferencial 7 $115.00 $805.00
BRAYS Válvula de Corte con Actuador S-20/S-70 37 $1,200 $44,400.00
DEWIT Manómetro Indicador de Presión 15 $35.00 $525.00
SOR Interruptor de Nivel Configurable Series
1500 4 $296.86 $1,187.44
Pulsatron Bomba Dosificadora Serie D 6 $375.00 $2,250.00
W.E.
Anderson Interruptor de Bajo Nivel Flotect L4 Series 3 $296.86 $890.58
VETROL
UX Mirilla de Nivel 3 $125.00 $375.00
ASHCRO
FT
Interruptor de baja presión 1 $583.00 $583.00
Interruptor de alta presión 1 $583.00 $583.00
Panasonic
FPΣ GT32 3 $1504.00 $3,512.00
FP WEB-SERVER UNIT 1 $1336.00 $1336.00
Módulo E16YT 1 $449.00 $449.00
Módulo E16X 3 $449.00 $1,347.00
Módulo E8YT 1 $389.00 $389.00
Cassete de Comunicación 3 $154.62 $463.86
Pantalla Táctil GT GWIN 30 2 $810.00 $1,620.00
Cable de conexión a la PC FPWINGRS-
EN2 1 $256.43 $256.43
Cable de conexión a la PC AFC1520M-
US9 1 $66.41 $66.41
Fuentes de Alimentación 24 vcd FP-PS24 5 $157.52 $787.6
Software de Programación PLC 1 N/A
Software de Programación HMI 1 N/A
Jocar Clemas 20 $4.00 $80.00
HP
Pc Escritorio Intel Pentium D a 3GHz
Ram 2 Gb y disco duro de 160GB 1 $1,100.00 $1,100.00
Impresora Láser de Tinta Blanco y Negra 1 $100 $100
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El costo total del equipo e instrumentación que se ocuparan en la modernización de la planta tendrá un costo total de $113,488.79 en dólares. El costo del diseño de la implementación de la instrumentación y el control tendrá un costo de $20,000 Dls.
5.2 RELACIÓN COSTO BENEFICIO
Dentro del proyecto se contemplaron una serie de beneficios, basados en los costos de la implementación en función del funcionamiento y tipo de equipo e instrumento que a continuación se mencionan:
Se realizara mantenimiento cada 2 años reduciendo costos por paros no programado y así garantizar la vida útil de la planta.
La planta trabajara 7 días a la semana las 24 hr del día los 365 días del año.
La aportación a la planta será de 60 lps asegurando así tanto la calidad del agua y el cumplimiento de la demanda.
Se reducirán costos de operación de la planta y se aumentara la potabilización del agua.
La inversión realizada en esta modernización es relativamente baja ya que el costo de la inversión se recuperaría en aproximadamente en un lapso de 3 años, pero también esto mejora la calidad de agua que es para consumo humano, esto permitirá un perfecto funcionamiento de la planta hasta que cumpla la vida útil para la que fue diseñada permitiendo a futuro realizar otros trabajos de modernización.
73
5.3 CONCLUSIONES
Durante la propuesta para la modernización del sistema de control de la planta de tratamiento
de aguas, se concluyó lo siguiente:
Para poder cumplir con la calidad del agua, los equipos y unidades fueron
seleccionados de acuerdo al análisis hecho a cada propuesta, según el proceso para la correcta y
adecuada rehabilitación de cada uno de los sistemas, logrando así el mejor desempeño de la
planta por medio de una implementación eficiente.
Una vez propuesto los instrumentos y sistemas de control basados en PLC´s, se
cuantificaron las entradas y salidas de la planta, llegando así a la selección del controlador
programable FP-GT32 con sus respectivos módulos de entradas y salida; administrando las
señales E/S para el mejor aprovechamiento.
Para el sistema de control se basó en el funcionamiento de los equipos de cada proceso
descartando así las variables críticas, es decir, para definir lazos de control abiertos donde no
fue necesario controlar la variable del proceso; por otro lado, se seleccionaron lazos de control
cerrado para aquellas variables del proceso que así lo requerían.
Debido a la importancia de los datos que el sistema proporciona a lo largo del proceso,
y a la supervisión que este demanda, se pretende utilizar un sistema de adquisición de datos
tipo SCADA, aprovechando al máximo la comunicación entre los PLC´s.
.
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RECOMENDACIONES A TRABAJOS FUTUROS
Las plantas de tratamiento de agua en la actualidad sufren cambios estrepitosos que van de la mano con la tecnología que se están desarrollando para mejores procesos. Debido a ello, el conocimiento de estas actualizaciones será vital para poder proponer nuevas alternativas de control y automatización.
Los procesos mencionados en este trabajo para el tratamiento de agua fueron realizados por el gobierno del Distrito Federal, sin embargo una comparación con la implementación de este proceso en otros sistemas será de gran utilidad en el caso de que se quiera realizar el diseño de la planta desde cero.
La instrumentación propuesta para este proyecto fue hecha con los equipos disponibles hasta ahora; por lo que se considera que para un cierto tiempo determinado podrán existir mejoras o actualizaciones para dichos instrumentos.
La gestión de datos utilizada tubo que adaptarse a las necesidades de planta la cual solo fue modernizada, limitando así la aportación para una mejora en este sistema, por eso es necesario señalar que en un proyecto de cero se pueden proponer estrategias mas eficientes, tomando en cuenta las necesidades propias a cada caso.
Dentro del ámbito de plantas de tratamiento de agua, existen diversas aplicaciones, para este proyecto la condición fue el uso de agua de pozo, facilitando así el proceso, en aplicaciones diversas loa estándares serán mas estrictos y en ocasiones diferentes.
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BIBLIOGRAFÍA
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Purísima Iztapalapa 5 SACM, 1998, el día 18 de diciembre de 2009. 8. Información tomada del Proyecto Ejecutivo Planta Potabilizadora a Pie de Pozo
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26. Información tomada del Manual del Transmisor Indicador de Presión de la marca George Fisher 8450, con fecha de publicación de marzo del 2009.
27. Información tomada del Manual de Válvulas S20 de la marca Bray, con fecha de publicación de marzo del 2008.
i [1] http://www.lenntech.es/procesos/desinfeccion/historia/historia-tratamiento-agua-potable.htm ii [2] http://www.ozoneecological.com/cat3/ozono.htm iii [3]http://www.seapal.gob.mx/plantariocuale.htm iv [4]Proyecto Ejecutivo Planta Potabilizadora a Pie de Pozo Purísima Iztapalapa 5 SACM, 1998
