Dada la descripción anterior, tanto de las arquitecturas de control como de la operación de la hidratadora, podemos deducir que la hidratadora cuenta con un
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control que está constituido por dos controles en lazo cerrado y un control de relación, el cual controla la alimentación de oxido de calcio y de agua que entran en la hidratadora. La figura 3.2 muestra un diagrama de bloques que describe el control de la hidratadora.
Figura 3.2 Diagrama de bloques del control actual.
Los instrumentos que intervienen directamente en el control son: Una celda de carga con su integrador de peso, que también es registrador y transmisor, un medidor de flujo volumétrico para la alimentación de agua, medidores de corriente en cada etapa (para ver la corriente de los motores).
La alimentación de agua es controlada por una bomba de velocidad variable, la alimentación de oxido es de igual manera controlada al variar la velocidad de alimentación.
El sistema anterior trabaja de la sig. manera:
El operador designa la producción deseada en toneladas por hora y arranca la hidratadora, el siguiente equipo es la banda pesadora, entonces la cantidad de oxido alimentado es regulada por el variador de la banda, el cual esta retro alimentado por el transmisor indicador registrador (integrador) de peso, que es quien envía la señal que dice a qué velocidad debe trabajar la banda.
Una vez arrancada la alimentación de oxido, y la hidratadora, arranca la bomba de suministro de agua. La cantidad de agua que se alimenta está dada por una relación de 600 Lt/Ton de oxido (ideal), la bomba esta retroalimentada por un medidor transmisor de flujo y el set-point está dado por la cantidad de oxido que se está alimentando.
Como se puede observar en este caso la variable salvaje o no controlada es el oxido de calcio y la variable controlada es el agua ya que es el flujo del agua el que se está regulando y la cantidad de oxido se mantiene constante.
La hidratadora cuenta con un RTD en cada etapa, esto es para saber si la temperatura del proceso es la correcta, de no ser así el operador de cuarto de control realiza ajustes manuales en el proceso, es decir, realiza un ajuste manual, el cual tiene tres opciones:
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Aumentar o disminuir el flujo de agua de manera gradual
Agregar el agua en escalones pequeños (agregar-quitar-agregar…)
Aumentar o disminuir el flujo de cal viva (oxido de calcio) en forma gradual O pide ayuda al operador de campo para verificar que no tenga exceso de humedad o falta de la misma, ya que esto ocasiona que se formen grumos dentro de la hidratadora, que el material se pegue en la flecha de la hidratadora, o que se hagan bolas de material que impiden el libre desalojo del material ocasionando así atascamientos dentro de la hidratadora o en alguno de los equipos que están después de la misma.
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Como se puede observar en el DTI del plano 1 no se aprecia la forma en que se controla el sistema, ya que todas la señales de control e indicación llegan al mismo lugar: el control interno en el PLC y la interface grafica, así que para poder realizar un mejor análisis se muestra otro DTI, pero que solo incluye las señales que intervienen en el control, y se observa en el plano 2. Cabe mencionar que actualmente no existe ningún DTI de la hidratadora, y que los aquí mostrados se realizaron con la finalidad de poder entender mejor el proceso.
En el DTI del plano 2 se observa la separación de las señales, y el lazo de control; se puede distinguir el lazo cerrado del control de peso, en el que interviene WC 101, WE 101, WIT101, el lazo cerrado del control de flujo de agua en el que interviene FC 102, FIT 102, y el control de relación FY102.
También se aprecia que SC 104 opera en lazo abierto, y opera en manual. Los RTD de las etapas TT103A,B, y C están fuera de cualquier lazo de control, y son solo de monitoreo.
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3.3.1 RTD´s
Los instrumentos utilizados para la medición de la temperatura son tres sondas PT100 a tres hilos, de platino, ENDRESS and HAUSER, que tienen una resistencia de 9.83ᶬΩ/cm, trabajan en un rango de -190@290°C tienen una resistencia de 100Ω a 0°C y cuenta con una precisión de 0.01, además la sonda (RTD) viene protegida por un termo pozo de 350mm de largo y 20mm de diámetro de acero inoxidable 304 que la protege de las agresiones del proceso ya que están en contacto directo con el material dentro de la hidratadora.
La principal desventaja de este instrumento es que su costo es elevado, pero su resistencia a las agresiones del proceso lo hace muy eficiente. En la figura 3.3 se muestra una figura del RTD como el que se usa en el proceso.
Figura 3.3 RTD con termo pozo.
3.3.3 El integrador de peso
El integrador electrónico Thermo Scientific Ramsey Mini 11-101 es un transmisor indicador de peso sencillo y de bajo coste basado en un microprocesador. Fácil de utilizar, se calibra mediante un procedimiento simple y directo. Además de proporcionar información básica sobre el caudal instantáneo y del acumulado, dispone de un indicador LED en el que aparecen varias indicaciones: Ready, Alarm Fail, Span Cal, Zero Cal y Run. El integrador electrónico Ramsey Mini 11-101 viene de fábrica con una salida de 4-20 mA, pero también se encuentra disponible con una salida en serie opcional que permite conectarlo a una impresora. Requiere también un encoder y una celda de carga, como elemento primario.
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Figura 3.4 Integrador Ramsey MINI 11-101.
3.3.4 El medidor de flujo
El medidor ENDRESS+HAUSER PROMAG 10W es un medidor de flujo electromagnético para líquidos con una conductividad mínima de ≥50ᶬS/cm, temperatura del fluido de +80°C, presión de proceso de 40 Bar (580psi), un flujo de 11000 m3/h, el PROMAG 10W ofrece una gran exactitud en sus mediciones en un amplio rango de condiciones de procesos, posee además un alto grado de confiabilidad gracias a la estabilidad de sus mediciones, una operación uniforme, sin pérdida de presión en la medición, soporta vibraciones, y es de muy fácil instalación y programación vía panel frontal o HART®.
El PROMAG10W cuenta con una salida analógica de 4 a 20mA, su escala es ajustable, comunicación HART® salida digital colector abierto a 30Vcd 250mA, configurable con alarmas de flujo bajo, flujo alto, medidor en falla.
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Figura 3.5 Medidor de flujo PROMAG 10W.
3.3.5 El variador de velocidad
El equipo que se utiliza para el control de velocidad es un variador de velocidad Allen Bradlley 1336 con 9 entradas y 6 salidas digitales, con funciones configurables, 2 entradas y 2 salidas analógicas también configurables, distintos modos de control, comunicación PROFIBUS, voltaje de alimentación y de salida desde 380V a 480V A.C., de fácil programación y amplias aplicaciones en control de velocidad. La figura 3.6 muestra un variador como el que se utiliza en esta parte del proceso.
Figura 3.6 Variador Allen Bradley 1336.
En el presente capitulo se puede observar la descripción tanto de la operación como de el control de la hidratadora, también se puede apreciar que los instrumentos utilizados en el proceso, dadas sus características, son los adecuados y que la temperatura no está dentro de ningún lazo de control y que se desea tener un mejor control de esta es necesario incluirla en el control y que no sea solo de monitoreo.
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3.3.6 El controlador (PLC)
En la actualidad el sistema trabaja con un PLC Siemens S7 400, que fue instalado apenas hace un año como parte de las actualizaciones y expansiones programadas en planta. Este PLC es ampliamente utilizado en la industria de proceso gracias a su gran capacidad de procesamiento de grandes cantidades de señales y gran velocidad, se puede ampliar gracias a una gama escalonada de CPU, lo cual le da una capacidad de periferia prácticamente ilimitada.
Este PLC cuenta con módulos de entradas y salidas tanto análogas como digitales, las análogas pueden ser de voltaje o de corriente, además tiene la opción de entradas análogas especiales para RTD.
Además cuenta con comunicación PROFIBUS, PROFINET, TCP/IP, servidor WEB. En la figura 3.7 se puede observar un PLC como el utilizado actualmente en el proceso.
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CAPÍTULO 4
PROPUESTA DE MEJORA DEL SISTEMA DE CONTROL
ACTUAL DE LA HIDRATADORA
Como se pudo ver en los capítulos anteriores para poder realizar esta propuesta primero fue necesario realizar un análisis, tanto del control, como del equipo e instrumentos usados en el proceso, dando como resultado una propuesta inicial que puede ser usada como base para un sistema de control más completo y eficiente. Esta propuesta consta de 2 partes, la primera consiste en incluir la temperatura dentro del lazo de control y así evitar un exceso o deficiencia de agua, mediante un cambio en la estrategia actual de control y la otra es medir la presión diferencial en el colector de polvos (zeropoll), para poder saber si la succión que tiene es la adecuada y así poder mantener la hidratadora con la menor cantidad de condensado dentro y en la línea de transporte.