Follow this and additional works at:

(1)

Ingeniería en Automatización Facultad de Ingeniería 1-1-2007

Diseño e implementación de un sistema de monitoreo de

variables para los circuitos hidráulicos y de lubricación instalados

en el tren de laminación morgan en la Empresa Acerías Paz del

Rio S.A

Jaime Andrés Zambrano Perilla

Universidad de La Salle, Bogotá Universidad de La Salle, Bogotá

Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_automatizacion Citación recomendada

Citación recomendada

Zambrano Perilla, J. A., & . (2007). Diseño e implementación de un sistema de monitoreo de variables para los circuitos hidráulicos y de lubricación instalados en el tren de laminación morgan en la Empresa Acerías Paz del Rio S.A. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_automatizacion/101

This Trabajo de grado - Pregrado is brought to you for free and open access by the Facultad de Ingeniería at Ciencia Unisalle. It has been accepted for inclusion in Ingeniería en Automatización by an authorized administrator of Ciencia Unisalle. For more information, please contact [email protected].

(2)

JAIME ANDRÉS ZAMBRANO PERILLA

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA DE DISEÑO & AUTOMATIZACIÓN ELECTRÓNICA BOGOTÁ D.C.

(3)

JAIME ANDRÉS ZAMBRANO PERILLA

Documento final para optar al título de Ingeniero de Diseño & Automatización Electrónica

Director de proyecto: Ing. ALVARO PERALTA

Coordinador:

JOSÉ ALBERTO CELY SALAMANCA Ingeniero Electricista

UNIVERSIDAD DE LA SALLE

FACULTAD DE INGENIERÍA DE DISEÑO & AUTOMATIZACIÓN ELECTRÓNICA BOGOTÁ D.C.

(4)

TABLA DE FIGURAS

Figura 1: Mapa de localización de la empresa …..………..………..……. 6

Figura 2: Diagrama de flujo general Acerias Paz del Río S. A. …..…..………... 8

Figura 3: Diagrama de flujo tren Morgan ………....……. 12

Figura 4: Sistema de lubricación ….………..………..…….…………..…. 22

Figura 5: Filtro con indicador visual ……….……..………..……..………... 25

Figura 6: Bomba de engranajes externos ..………..………...… 26

Figura 7: Acumuladores sin separación ……..………..…………..….…...… 28

Figura 8: Intercambiador de calor ……….……….…………,,...……….. 29

Figura 9: Registrador de temperatura y válvula de agua …..….………….………….. 30

Figura 10: Válvula de seguridad simple ………..……… 31

Figura 11: Válvula reductora de presión de acción directa ..…..………. 33

Figura 12 : Sensor flotador-brazo ..……….…….………..…….……... 34

Figura 13: Sensor de nivel (mercuroide de nivel) …..…….………..……..………..…... 35

Figura 14: Sensor de presión (Bourdon tube pressure switches) …….……… 36

Figura 15: Sensor de presión diferencial ….………..………... 37

Figura 16: Tablero de control ……….………. 38

Figura 17: Diagrama multifilar del tablero de control ………..……….. 39

Figura 18: Centro de control de motores “MCC” ..……….……..…………. 42

Figura 19: Sistema de calentamiento ..………....….………. 43

Figura 20: Tablero de control de las unidades hidráulicas ..………..….….……… 46

Figura 21: Diagrama multifilar tablero de control de las unidades hidráulicas ….. 47

Figura 22: Sensor tipo Pera ……….………….…..…. 51

Figura 23: LP’s (Main mill floor lube and hydraulic systems signal) ………...… 52

Figura 24: Bosquejo de sótanos tren Morgan .………..….……..…. 73

Figura 25: Sensor de nivel tipo switch LVH 200 ………...…..…... 72

Figura 26: Sensor de nivel tipo flotador LV 600 ………..….…..…... 76

(5)

Figura 28: Sensor de nivel tipo MultiPoint II™ 506-3000 Series Multiple Operating Point Level Control ………..….………...……….………...….… 79 Figura 29: Módulo 1756-IA32 ………..…….…….……… 91 Figura 30: Módulo 1756-OA16 ……….…..……… 92 Figura 31: Bloque de terminales extraíbles conexión por tornillo ………..……….… 93 Figura 32: Controlador seleccionado ..………..………..……….. 95 Figura 33: Chasis seleccionado con sus características .………..………. 96 Figura 34: Gráficas de carga de potencia y tamaño del transformador …..………. 97 Figura 35: PLC Instalado en la empresa Acerías Paz del Rio S.A. ……….. 99 Figura 36: Disposición de LP’s ………..………..…….….. 100 Figura 37: Informador electrónico Instalado en la empresa Acerías Paz del Rio S.A. ………... 103 Figura 38: Pantalla tricolor uso interior instalada en la empresa Acerías Paz del Rio S.A. ………..…….. 105 Figura 39: Arquitectura de control ……….……….………. 108 Figura 40: Tranceivers o conversores de medio instalados en la empresa Acerías Paz del Rio S.A. ……….… 110

Figura 41: Conexión típica para cada nodo (medio de físico de transmisión: fibra óptica multimodo 4 hilos) ……….……….…... 111 Figura 42: Red de comunicación sobre protocolo Ethernet ……….……... 113 Figura 43: Hardware y software de un sistema de monitoreo ………..……... 115 Figura 44: Tablero principal instalados en la empresa Acerías Paz del Rio S.A. . 120

Figura 45: Comunicación PLC vía Ethernet RsLinks y Visual Basic ……....………. 124 Figura 46: Pantalla de sesiones ……….………..……... 126 Figura 47: Pantalla de bienvenida ……….………..…………. 128 Figura 48: Pantalla de fallas sistemas y hidráulicos y de lubricación …..……….. 129 Figura 49: Resumen de alarmas ………...…..……. 130

(6)

Figura 50: Pantalla de diagnostico ……….…….……….. 131 Figura 51: Configuración informadores ……….……….. 132 Figura 52: Diseño interdisciplinario ……….…………. 133

(7)

LISTA DE TABLAS

Tabla 1: Regulación de temperatura para cada sistema ……….………… 43

Tabla 2: Sensores Sistema A ………..……….……..……..……… 57

Tabla 3: Sensores Sistema B ……….……….….. 59

Tabla 4: Sensores Sistema C ………..….……….… 60

Tabla 5: Sensores Sistema D …..……….………. 61

Tabla 6: Sensores Sistema E ……….………. 63

Tabla 7: Sensores Sistema F ……….……….…… 64

Tabla 8: Sensores Sistema G ……….……… 65

Tabla 9: Sensores Sistema H ……….……… 66

Tabla 10: Sensores Sistema J ……….……….. 67

Tabla 11: Sensores Sistema K ………..….……….. 68

Tabla 12: Sensores Sistema L ……….……….…. 69

Tabla 13: Sensores Sistema M ……….………. 70

Tabla 14: Sensores Sistema Ashlow ……….……….… 71

Tabla 15: Sensores Sistema Babitt ……….………... 72

Tabla 16: Entradas y salidas todos los sistemas …………..……….………. 85

Tabla 17: Memoria en uso del controlador ……….……….….. 94

Tabla 18: Cálculo del consumo máximo de los módulos ……….……… 96

Tabla 19: Características Técnicas Pantalla tricolor (modelo PTM 160x48-0.5 mm) ….………...……… 104

Tabla 20: Características técnicas Informador tricolor modelo IM 240 ……...… 105

Tabla 21: Modelo OSI ………..……….……… 112

Tabla 22: Visualización de fallas según prioridad ……….……… 116

(8)

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN ... 3

1.1 LAEMPRESAACERÍASPAZDELRÍOS.A. ... 5

1.2 RESEÑAHISTÓRICA ... 5

1.3 UBICACIÓNDELAEMPRESA. ... 6

1.4 DESCRIPCIÓNDELPROCESOSIDERÚRGICO ... 6

1.4.1 Laminación... 9

1.4.2 Fases del proceso de laminación. ... 9

1.5 TRENDELAMINACIÓNMORGAN ... 10

1.5.1 Antecedentes... 10

1.5.2 Generalidades ... 11

1.5.3 El laminador de barras ... 13

1.5.4 Enfriamiento controlado (Stelmor). ... 15

1.5.5 Transportador de rollos (Jervis Webb)... 16

2. SISTEMAS DE LUBRICACIÓN E HIDRÁULICOS...17

2.1 SISTEMASDELUBRICACIÓN ... 20

2.1.1 Partes principales de un sistema de lubricación. ... 21

2.1.2 Unidades de lubricación. ... 44

2.1.3 Partes principales de una unidad de lubricación. ... 45

2.2 SISTEMASHIDRÁULICOS ... 49

2.3 MAINMILLFLOORLUBEANDHYDRAULICSYSTEMSSIGNALPANEL.... 51

3. EVALUACIÓN...56

3.1 SENSORESDECAMPO... 56

3.2 EVALUACIÓNDESENSORESDENIVEL ... 73

3.2.1 Tipos de sensores. ... 74

3.2.2 Selección de sensores... 80

3.3 EVALUACIÓNDESENSORESDEPRESIÓN. ... 81

(9)

4. DISEÑO ...83

4.1 SELECCIÓNDELPLC ... 83

4.1.1 Descripción de entradas y salidas. ... 83

4.1.2 Selección de módulos. ... 90

4.1.3 Bloques de terminales extraíbles. ... 92

4.1.4 Selección módulo de comunicaciones... 93

4.1.5 Selección del controlador. ... 94

4.1.6 Selección del chasis. ... 95

4.1.7 Selección de fuente de alimentación eléctrica. ... 96

4.2 SELECCIÓNDELAVISUALIZACIÓN... 99

4.2.1 Informadores Electrónicos dinámicos. ... 101

4.2.2 Pantalla tricolor uso interior. ... 104

4.2.3 Informador tricolor uso interior ... 106

4.3SELECCIÓNDELAREDDECOMUNICACIONES... 107

4.3.1 Arquitectura de control. ... 107

4.3.2 Topología de red. ... 108

4.3.3 Medio físico... 109

4.3.4 Protocolo de comunicación. ... 112

4.3 DISEÑODELSISTEMADEMONITOREO... 114

4.4.1 Sistemas de monitoreo. ... 114

4.4.2 Aplicación del sistema de monitoreo en el tren de laminación Morgan... 115

4.4.3 Desarrollo del sistema de monitoreo. ... 118

4.4.4 Programa PLC. ... 122

4.4.5 Interfaz humano-máquina. ... 124

5. RECOMENDACIONES...134

6. CONCLUSIONES ...136

(10)

1. INTRODUCCIÓN

En la empresa Acerías paz del Río S.A. se produce acero laminado en caliente por medio de un equipo llamado tren de laminación Morgan este posee diferentes sistemas de lubricación e hidráulicos que alimentan los equipos para el proceso de laminación.

Actualmente las 14 maquinas del tren de laminación Morgan, presentan fallas en los sistemas hidráulicos y en los sistemas de lubricación, lo cual pone en evidencia las fallas en el sistema de presentación de fallos existente, este permite visualizar el estado de las variables y cual ha presentado falla.

El objetivo principal de este trabajo de grado consiste en reemplazar el sistema de presentación de fallos por una tecnología mas eficiente y confiable. Agregando un sistema de monitoreo de variables que permita realizar reportes de falla, sugerir procedimientos a seguir por los operarios en caso de fallo, alarmas visuales y sonoras de cada sistema de lubricación o hidráulico, monitoreo constante de los sensores de campo y mejoramiento de la presentación de las fallas, por medio de informadores electrónicos (Publik) a los operarios del tren de laminación Morgan. Realizando un estudio de los sensores de campo, el estado en el que se encuentran y posibles reemplazos para un mejor funcionamiento. Implementando una red de comunicaciones para los dispositivos de visualización distribuidos a lo largo del tren de laminación. A demás de realizar un interfaz – humano máquina que permita una mejor interacción con el operario a cargo de la producción, para dar soluciones a los fallos de los circuitos hidráulicos y de lubricación y así no realizar una para no deseada en el tren de laminación.

(11)

Actualmente el sistema de presentación de fallos, consiste en paneles indicadores con bombillos, que presentan las alarmas de los diferentes sensores de campo, requiriendo para esto un gran cableado, presentando fallas en el sistema de lógica cableada que los controla, uno de los objetivos es reducir el número de cables por medio de una red de comunicación entre los informadores electrónicos, para hacer mas eficiente y confiable el sistema de monitoreo implementado.

(12)

1.1 LA EMPRESA ACERÍAS PAZ DEL RÍO S. A.

La Siderúrgica Nacional, debió afrontar las consecuencias de la falta de suministro de acero durante la segunda guerra mundial. Fue entonces que se hizo necesario establecer la primera siderúrgica integrada del país, cuyo resultado se tradujo en la creación de la Siderúrgica Nacional de Paz de Río.

1.2 RESEÑA HISTÓRICA

Por el año de 1910 la demanda de hierro, acero y otros metales en el país se satisfacía, casi en su totalidad, desde el extranjero. Este tipo de importaciones no tuvo restricción hasta 1931 cuando sé estableció el arancel aduanero como medio de protección y estímulo del Estado a la industria nacional que empezaba a desarrollarse. El cumplimiento de esta política el Gobierno Nacional, fomentó el desarrollo de industrias destinadas a la elaboración de hierro y acero.

En el año de 1940 el Instituto de Fomento Industrial, inició el estudio geológico de los yacimientos de mineral de hierro de la región de Paz de Río, Boyacá. El 17 de septiembre de 1948 se formó la Sociedad Anónima Empresa Siderúrgica Nacional de Paz de Río, a la cual el Gobierno, aportó inicialmente seis millones de pesos. En virtud de la autorización del Gobierno Nacional, los equipos se adquirieron mediante empréstito del Banco de París y de los Países Bajos y el montaje se inició en 1951. Una vez realizadas las obras civiles y la instalación de equipos y maquinaria, el 13 de octubre de 1954 se puso en marcha la Planta, fecha en que salió la primera colada del Alto Horno.

En la actualidad, Acerías Paz del Río, S.A., como Sociedad Anónima, con más de 450.000 accionistas, está dirigida por una Junta Directiva elegida por la Asamblea General de Accionistas para un período de dos años. La Junta Directiva nombra al presidente, de quién dependen varias Vicepresidencias.

(13)

1.3 UBICACIÓN DE LA EMPRESA.

La planta industrial está ubicada en Belencito, dentro de la jurisdicción de los municipios de Nobsa y Corrales, en el departamento de Boyacá, Colombia. Por vía férrea está a 37 kilómetros de Paz de Río.

Distancias, por carretera, entre Belencito y otras ciudades principales: a 7 km de Sogamoso,

a 20 km de Duitama, a 70 km Tunja, a 220 km de Bogotá.

Su altura es de 2.400 m sobre el nivel del mar y temperatura media de 18°C. Figura 1: Mapa de localización de la empresa.

Fuente: Acerias Paz del Río S.A.

1.4 DESCRIPCIÓN DEL PROCESO SIDERÚRGICO

El proceso siderúrgico integrado visto en forma global, como para mayor comprensión, se presenta en cuatro etapas bien definidas:

(14)

Explotación de materias primas. En minas de material de Hierro, carbón y caliza (Ver figura 2).

Fabricación primaria. Con las plantas de coquería, sinterización y alto Horno (Ver figura 2).

Aceración. Que comprende Calcinación, convertidores, Horno eléctrico, recuperación metálica y fertilizantes (Ver figura 2).

Laminación (Ver figura 2).

Laminación planos: Tren 1100, Tren Steckel y Línea de Corte. Laminación no planos: Tren 710 y Tren Morgan.

(15)

Figura 2: Diagrama de flujo general Acerias Paz del Río S. A.

(16)

1.4.1 Laminación. Laminación es un trabajo mecánico para deformar materiales metálicos sin arranque de viruta, que se efectúa arrastrando un material a través de dos cuerpos cilíndricos que giran en el sentido del flujo de material que se esta laminando. Bajo dos fuerzas de compresión (Superior e inferior), el material a laminar experimenta un alargamiento en sentido longitudinal, así como un ensanchamiento y con ello una disminución de sección.

Cuando la laminación se efectúa a temperaturas por encima de la temperatura de recristalización se llama laminación en caliente y en caso contrario, laminación en frío. La laminación uniforme de un lingote o una barra solo es posible si en todas las secciones, la masa del mismo tiene la misma temperatura.

1.4.2 Fases del proceso de laminación. Hornos de foso (Ver figura 2): es el primer proceso y son la llegada de los lingotes procedentes de la planta de Acería. Existe una batería conformada por seis (6) hornos de Foso, cada uno con capacidad de 84 toneladas de lingote.

El objeto de esta fase del proceso es permitir la solidificación total del lingote, al tiempo que calentar las zonas superficiales más externas que se han enfriado por debajo de la temperatura de laminación.

Tren desbastador 1.100 (Ver figura 2): el tren 1.100 es una caja laminadora, tipo dúo reversible, cuyos cilindros son accionados por motores independientes de corriente continúa. En el desbastador 1.100 se reducen las dimensiones transversales del lingote (215 x 215 x 220mm) y se aumenta su longitud al pasarlo repetidas veces por entre los cilindros.

(17)

A partir del Tren 1.100, el proceso se divide en dos etapas, dependiendo del producto final: a) Laminación Planos: Para la producción de productos planos, tales como bobinas, chapas o láminas (Tren Steckel y Línea de Corte, Ver figura 2) y b) Laminación No Planos: Para la producción de productos no planos, tales como barras corrugadas y alambrones. Se procesan en las siguientes plantas: Tren 710 y Tren Morgan (Ver figura 2).

1.5 TREN DE LAMINACIÓN MORGAN

1.5.1 Antecedentes. El Tren Laminador Continuo de Barras y Alambrones, (Tren Morgan), fue fabricado por la Morgan Construction Co. para la planta en South Works de la Empresa U.S.X. Corporation. Se comenzó a construir en octubre de 1972 y puesto en operación en 1974. Posteriormente quedó fuera de servicio cuando USX abandonó, en 1981, la fabricación de alambrones laminados en caliente.

Acerías Paz del Río lo adquirió en el año de 1988, en virtud de un contrato que formalizó con la U.S.X. Engineers and Consultants, Inc., subsidiaria de U.S.X. Corporation; dicho contrato incluyó la ingeniería, relocalización, adecuación y modernización del laminador para su ubicación en su planta de Belencito. Inicialmente el tren fue construido con cuatro líneas pero antes de su adquisición por Acerías ya habían sido vendidas dos líneas.

Entre abril y diciembre de 1989 se realizó el desmontaje en la planta de la U.S.X. Corporation. A mediados de 1990 se comenzaron las obras civiles para el montaje del tren en Belencito. En 1991 se realizó el montaje mecánico y eléctrico, terminándose de instalar el 4 de octubre de 1992; fue puesto en marcha el 12 de noviembre del mismo año.

(18)

1.5.2 Generalidades. El Tren Morgan es un Laminador de Barras de 2 líneas, con 2 bloques terminadores de un sólo hilo, sin torsión (no twist) seguidos por enfriamiento controlado “Stelmor”. Tiene capacidad para producir redondos de aceros al carbono y aleados, desde 5,5mm hasta 14mm de diámetro, en rollos con un peso nominal de 1400kg y barras para refuerzo de concreto desde 6mm hasta 16 milímetros de diámetro.

Estos son producidos a partir de palanquillas de 103 x 103 mm de sección por 18m de longitud, obtenidas a partir de Tochos laminados en el Tren 710. Su capacidad nominal es de 350.000t/año.

(19)

Figura 3: Diagrama de flujo tren Morgan.

(20)

El tren posee un sistema de cargue de palanquillas, que es un conjunto transportador en voladizo soportado sobre ruedas, que se desplaza a lo largo de la mesa de rodillos por medio de una transmisión de cadena. La parte delantera del equipo de cargue empuja las palanquillas dentro del horno de sostenimiento. Un sistema de enclavamiento evita cualquier Interferencia indeseable entre las funciones de la cadena, el cargador y el horno.

El tren posee un sistema de descargue de palanquillas que consiste en el empujador que es una palanquilla larga, de 100mm x 100mm x 24mts, que se acciona en el horno por medio de un rodillo de agarre. El empujador se puede mover oblicuamente y en sesgo en un plano horizontal, de modo que es posible enganchar al extremo de la palanquilla deseada para deshornarla. A continuación, pasa a través de un rodillo de agarre, que hala la palanquilla, un desviador, que la dirige a cualquiera de las dos líneas,una cizalla de corte perpendicular, que corta los extremos fríos, y finalmente entra a la primera caja del desbastador. La cizalla también sirve para interrumpir el proceso si se presenta un enredo (cobble) antes de la caja Nº 7.

1.5.3 El laminador de barras. El tren desbastador consta de cinco cajas tipo dúo de ø = 450mm (Ver figura 3), que cumplen la función de dar forma al acero reduciéndolo en diámetro, por el proceso de laminación en caliente por medio de cilindros que giran en sentido al flujo del laminado (generando una fuerza de compresión). Tres son accionadas individualmente por motores de 500, 600 y 700 RPM, y las otras dos son accionadas conjuntamente por un motor de 1500HP. Las cajas cuentan con dispositivos de ajuste eléctrico y son altamente resistentes para evitar deflexiones en los cilindros. Las 5 cajas están fijadas permanentemente a las bases y los cilindros se cambian mediante rastras hidráulicas. Tanto las guías estáticas como las de tipo rodillo, se usan para girar la barra entre cajas. Las

(21)

formas en su orden son: caja, óvalo, dado, óvalo y diamante. Cada una de las cajas poseen un sistema de lubricación en los piñones que se conectan al los motores que hacen girar los cilindros.

El Tren intermedio. Consta de seis cajas tipo dúo de ø = 350mm (Ver figura 3), cumplen la función de dar forma al acero reduciéndolo en un diámetro menor que el de las cajas de desbaste. Las cajas 6 y 7 son accionadas en conjunto por un motor de 1500HP; las cajas 8 y 9 mediante un motor de 2000HP y las 10 y 11, cada una por un motor de 900 HP. Estas cajas son removibles y los cilindros se cambian reemplazando la caja completa por una ensamblada previamente. Los laminadores están equipados con guías estáticas y de cilindros para voltear la barra entre las cajas. La barra, que sale como un óvalo, cambia alternativamente de óvalo a diamante hasta que finalmente sale como redondo. Cada una de las cajas poseen un sistema de lubricación en los piñones que se conectan al los motores que hacen girar los cilindros.

Dos cizallas volantes (Ver figura 3), una en cada línea, están localizadas entre las cajas 7 y 8 con el fin de cortar los extremos fríos de las barras. En caso de formarse enredos (cobbles) la cizalla de la línea afectada cortará la barra que se aproxima, en tramos cortos, los cuales caen en las canastas de despunte, localizadas bajo el piso del laminador.

Las dos líneas de barras entran a las cajas 12 (óvalo) y 13 (redondo), que tienen cilindros de ø = 250mm, accionadas cada una por un motor de 500HP. A la salida de la caja 13 se separan, pasando a través de cizallas volantes, que cortan los extremos fríos de las barras antes de entrar en las cajas terminadoras (no twist) y al igual que en la etapa anterior, corta la barra siguiente en caso de cobbles.

(22)

Tren Terminador. Las barras pasan a un formador horizontal de bucles (Side Looper), que controla la velocidad de la barra a la entrada del tren terminador. Este control consiste en un cilindro montado sobre un brazo pivotante que desvía la barra, formando una cueva que es percibida por un sensor fotoeléctrico que regula su tamaño.

Al dejar el control lateral la barra entra al bloque terminador no twist (Ver figura 3), el cual consta de dos cajas de ø 200mm y ocho cajas de Ø = 150mm accionadas por un eje común y circuito de lubricación para las guías de las cajas. Las cajas están colocadas alternadamente a 450mm de la horizontal, de tal modo que la barra no se tuerza durante su paso entre las cajas, como sucede a los laminadores convencionales. Las 10 cajas de cada línea, son accionadas por un motor de 1500 HP con circuitos de lubricación en los piñones de cada caja independientemente.

Los cilindros de acabado son anillos sólidos de carburo de tungsteno prensados sobre los ejes del laminador, los que, debido a su larga duración, facilitan la producción de redondos con una superficie uniforme, lisa y ajustada a tolerancias.

1.5.4 Enfriamiento controlado (Stelmor). Finalizando el paso por los bloques terminadores, las barras pasan por cajas de agua que inician el enfriamiento controlado de las barras, haciendo que estas pasen al transportador “Stelmor” (Ver figura 3) a una temperatura 800 — 900 ºC. Estas cajas de agua tienen una serie de boquillas que suministran el agua a una presión de 30 Psi, tan pronto la parte frontal de la barra ya ha pasado. Luego las barras entran a una rueda guia y a un cono que forma las espiras por cada giro del mismo, cayendo por gravedad los anillos allí formados sobre el transportador “Stelmor” que tiene una longitud de 47 mts. de largo en este se termina el proceso de enfriamiento inyectando aire desde

(23)

la parte inferior del transportador. Al extremo de este hay un contenedor (cámara de formación de rollos), que recibe las espiras y forma un rollo, con un peso aprox de 1300 Kg, en este punto se realiza un giro a 90° (mecanismo hidráulico llamado vela y carro volteador), para ser guiado a un gancho en el transportador de rollos (Jervis Webb) que tiene una longitud aproximada de 500 mts.

1.5.5 Transportador de rollos (Jervis Webb). Un circuito de distribución activado mediante una celda fotoeléctrica, garantiza que el rollo esté centrado en el gancho suspendido, llevando en forma segura el rollo hacia la siguiente etapa del proceso. Durante su avance, puede ser rociado con agua para enfriar el rollo hasta una temperatura que permita su manejo.

En esta área existe un laboratorio de ensayos mecánicos para verificar las propiedades mecánicas de las muestras de rollos. Una vez realizadas las pruebas, los rollos son compactados y amarrados (Ver figura 3), siendo trasladados hasta el sitio de despacho como producto terminado.

A lo largo del transportador se encuentran una serie de estaciones de trabajo, en las cuales los rollos son inspeccionados, calibrados, muestreados, compactados, amarrados, pesados y etiquetados (identificados), para ser posteriormente evacuados a bodegas de Producto Terminado para su comercialización.

(24)

2. SISTEMAS DE LUBRICACIÓN E HIDRÁULICOS.

El tren de laminación Morgan cuenta con 14 equipos, entre sistemas de lubricación, unidades de lubricación y sistemas hidráulicos, estos sistemas son los encargados de suministrar mediante equipo de bombeo el aceite en caudal, presión y temperatura adecuadas para los diferentes equipos distribuidos a lo largo del tren.

Básicamente son unidades de lubricación o unidades hidráulicas que alimentan circuitos para la lubricación de las cajas reductoras que mueven los cilindros laminadores o sistemas hidráulicos para la generación de movimiento en diferentes partes en el tren de laminación Morgan.

Este tipo de equipos trabaja con energía de presión de liquido (Hidrostática), produciendo y poniendo a disposición la energía de presión. En estos sistemas lo que se hace es convertir la energía eléctrica de red (mediante un motor eléctrico) en energía de presión. En este caso el movimiento de rotación y el par de giro del motor de accionamiento se convierten en caudal y presión con una bomba hidráulica1_.

Entre los 14 equipos de sistemas de lubricación, unidades de lubricación y sistemas hidráulicos que están distribuidos a lo largo del tren de laminación se tiene:

1 _{HERBER, Exner. Fundamentos y componentes de la oleohidráulica Training Hidráulico.}

(25)

Sistema A (lubricación): lubrica los Morgoil de las cajas 1 a 7. Posee dos circuitos de distribución de aceite, uno alimenta las cajas de la 1 a la 4 y el otro de la 5 a la 7, Posee una válvula de alivio de presiones, antes de que el aceite (Tipo: Vacuoline 148) sea distribuido por los circuitos (2 de bombas hidráulicas y 2 tanques de almacenamiento de aceite).

Sistema B (lubricación): lubrica los Morgoil de las cajas 8 a 13. Posee dos circuitos de distribución de aceite, uno alimenta las cajas de la 8 a la 11 y el otro de la 12 a la 13, tiene una válvula de alivio de presiones, antes de que el aceite (Tipo: Vacuoline 148) sea distribuido por los circuitos (2 de bombas hidráulicas y 2 tanques de almacenamiento de aceite).

Sistema C (lubricación): lubrica los cojinetes y dientes de los engranajes de las cajas de piñones de las cajas 8 a 13; la cizalla 7 Up & Down. Este sistema posee tres circuitos de distribución de aceite (Tipo: Movil Gear 629); El primero alimenta la cizalla Up & Down, reductores y cajas de piñones de las cajas 1 y 2; El segundo alimenta reductores y cajas de piñones de las cajas 3, 4 y 5; El tercero alimenta reductores y cajas de piñones de las cajas 6 y 7 (2 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite).

Sistema D (lubricación): lubrica los cojinetes y los dientes de los engranajes de las cajas de piñones de la cajas laminadoras de la 8 a la 13 y las chumaceras de las mismas cajas. Este sistema posee tres circuitos de distribución de aceite (Tipo: Movil Gear 634); El primero alimenta las caja de piñones de las cajas 8 y 9 y los cojinetes de los soportes de las alargaderas de las cajas 8 – 9; El segundo lubrica la caja de piñones y los cojinetes de los soportes de las alargaderas de las cajas 10 y 11; El tercero lubrica la caja de piñones de las cajas 12 y 13 (2 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite).

(26)

Sistema E (lubricación): lubrica los cojinetes, los dientes de los engranajes de las cajas de piñones y los rodamientos de los bloques terminadores y la cizallas después de la caja laminadora 13. Este sistema posee tres circuitos de distribución de aceite (Tipo: Vacuoline 525); El primero alimenta el bloque de la línea uno; El segundo alimenta el bloque de la línea dos; El tercero lubrica las cizallas después de la caja 13. (2 de bombas hidráulicas y 2 tanques de almacenamiento de aceite). Sistema F (Lubricación): lubrica los dientes de los engranajes de las cajas de piñones, y los rodamientos de los conos formadores de espiras. Aceite, tipo: Vacuoline 525 (2 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite). Sistema G (Lubricación): Lubrica los rodamientos y engranajes empujador del horno o Pinch Roll. Aceite, tipo: Vacuoline 525 (2 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite).

Sistema H (Hidráulico): alimenta los actuadores hidráulicos de balances de las cajas desbastadoras e intermedias, generando movimiento vertical y los actuadores hidráulicos generando movimientos transversales de las cajas desbastadoras e intermedias, plato selector y peel bar. Aceite, tipo: Nivac FR 200 con un 10 % de agua destilada (4 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite).

Sistema J (Hidráulico): alimenta los actuadores hidráulicos de apertura / cierre de las tapas de las cajas terminadoras y levantamiento de ruedas guía. Aceite, tipo: Turbine 37 Shell (2 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite).

Sistema K (Hidráulico): alimenta los actuadores hidráulicos del carro volteador y de la vela. donde se forman las espiras de manera vertical, luego las posiciona de

(27)

manera horizontal, para entregarlas al sistema de transporte (JERVIS WEB) que las lleva a la compactadora (6 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite)

Sistema L (Hidráulico): alimenta los actuadores hidráulicos de las compactadoras, posee 8 de bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite.

Sistema M (Hidráulico): alimenta los actuadores hidráulicos de brazos empujadores o “Pushers” del horno de sostenimiento, acomodando las palanquillas en el horno, posee 2 bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite.

Sistema BABITT (lubricación): lubrica los cojinetes de las cajas desbastadoras e intermedias, posee 1 bomba hidráulica y 1 tanque de almacenamiento de aceite. Sistema ASHLOW (lubricación): lubrica los rodamientos de las guías de los rodillos del tren terminador, posee 2 bombas hidráulicas y 1 tanque de almacenamiento de aceite.

Todos estos sistemas poseen partes diferentes según su aplicación como sistemas hidráulicos o sistemas de lubricación a continuación se definirán.

2.1 SISTEMAS DE LUBRICACIÓN

El tren Morgan para atender los requerimientos principales de lubricación posee cinco sistemas y cuatro unidades de lubricación. Los sistemas están designados con las letras A, B, C, D y E y las cuatros unidades se identifican con las letras F y G y los nombres Ashlow y babitt.

(28)

Los sistemas de lubricación abarcan un gran número de circuitos de distribución de aceite, mientras las unidades de lubricación poseen un solo circuito de distribución de aceite de aquí su diferencia. Los sistemas poseen más elementos, mientras que las unidades solo los básicos.

2.1.1 Partes principales de un sistema de lubricación. Los sistemas de lubricación están constituidos básicamente por (figura 4):

Uno o dos tanques de almacenamiento de aceite (diferentes tipos de aceite según el sistema), cada uno con sus elementos para determinar el nivel del aceite (mercuroides tipo brazo. Def. Ampolletas de mercurio que indican el nivel por medio de un flotador y un brazo pivotante). Además poseen serpentines, para el calentamiento (con vapor) del aceite, con válvulas termostáticas para el paso de vapor o válvulas manuales dependiendo del sistema.

1. Bombas hidráulicas de piñones accionadas por un motor eléctrico. Cantidad dos (2).

2. Válvulas reguladoras de presión. Cantidad dos (2).

3. Filtros principales (salidas de las bombas) de tipo cartucho lavable. Cantidad dos (2).

4. Acumulador.

5. Intercambiador de calor para el enfriamiento (con agua a temperatura ambiente) del aceite.

6. Panel de control (Figura 16).

7. Manómetros termómetros e interruptores de presión para su control (Figura 13, 14 y 15).

(29)

Figura 4: Sistema de lubricación

Fuente: Foto tomada a un sistema de lubricación en Acerias Paz del Río S. A. Dentro del sistema de lubricación el aceite tiene el siguiente recorrido. Del tanque de almacenamiento pasan por los filtros de succión de cartucho lavable, luego entra al bomba hidráulica que es accionada por un motor eléctrico. La bomba hidráulica forma un vació parcial a medida que las piezas en su interior efectúan su parte del ciclo; el aceite se introduce debido a la presión atmosférica ejercida sobre el y la bomba lo elimina a presión a medida que el ciclo prosigue. Las bombas son tipo engranajes que constan de un par de engranajes accionadas por un elemento motor externo.

BOMBAS HIDRÁULICAS ACUMULADOR MANÓMETROS TERMÓMETROS E INTERRUPTORES DE PRESIÓN PARA SU CONTROL FILTROS PRINCIPALES

TANQUE ALMACENAMIENTO

(30)

El aceite a presión que sale de bomba de engranajes, es limpiado por unos filtros de cartucho lavable (un filtro por cada bomba) por medio de un sensor de presión diferencial, entre la entrada y la salida del filtro se sabe si el filtro esta sucio o no. El aceite sale a determinada presión y entra a un acumulador este cumple la función de asistir a picos de presión o fugas mínimas en los sistemas de lubricación. Después una válvula de seguridad mantiene la presión deseada, generalmente 55 Psi, el aceite pasa por un intercambiador de calor que cumple la función de enfriar el aceite a la temperatura adecuada (el control de temperatura es independiente del control de los motores de las bombas hidráulicas), este hace el recorrido por los diferentes circuitos de lubricación, donde existen válvulas reductoras de presión en cada circuito para mantener la presión óptima, generalmente 20 Psi. Cada circuito tiene sensores de presión determinando si la presión en el circuito es normal.

Los elementos de los sistemas de lubricación se especifican a continuación.

Filtros. Los fluidos hidráulicos se mantienen limpios en el sistema debido, principalmente, a elementos tales como fïltros y coladores.

En algunos casos se utilizan también filtros magnéticos para captar las partículas de hierro o acero que lleva el fluido. Siempre ha existido controversia en la industria sobre la definición exacta de filtros y coladores. En el pasado muchos de estos elementos se denominaban filtros pero se clasificaban como coladores. Para disminuir la controversia, la National Fluid Power Association publicó las defini-ciones siguientes:

Filtro: Elemento cuya función principal es la retención, mediante un material poroso, de los contaminantes insolubles de un fluido.

(31)

Para simplificar, tanto si el elemento es un filtro, como si es un colador, su función consiste en retener los contaminantes de un fluido que pasa a través de él. El material poroso significa simplemente una malla o material filtrante que permite que el fluido pase por él pero detiene a otros materiales.2

Los filtros tiene una filtración nominal y otra absoluta, eso se refiere a que un filtro diseñado para atrapar partículas de 10 micras (filtración nominal) tiene una filtración de 25 micras (filtración absoluta) o mas.

los filtros tiene diferentes aplicaciones como son: los filtros de presión, filtros de retorno (o coladores) y filtros de succión. Los primeros se colocan en la líneas de presión de aceite atrapan partículas muy pequeñas, los segundos retiene partículas finas antes de que lleguen al deposito o tanque y los terceros son el intermedio entre los dos anteriores.

Acerías Paz del Rió S. A. en sus sistemas de lubricación actualmente utiliza filtros de presión y filtros de succión en sus sistemas de lubricación. Los filtros de succión como su nombre lo indica se colocan a la entra de alimentación de aceite de la bomba hidráulica y son filtros de cartucho lavable, es decir que el elemento filtrante es lavable. Estos filtros poseen un indicador visual giratorio que muestra el estado del filtro (figura 5).

(32)

Figura 5: filtro con indicador visual

Fuente: Manual de hidráulica industrial. México: Sperry rand mexicana. S. A. de C. V.,1990. Cap 5, p. 5-6

Los filtros de presión son ubicados en la línea de distribución de aceite antes de los diferentes circuitos de lubricación, estos filtros son de mayor capacidad (mayor tamaño) debido a la presión y el caudal que se maneja después de la bomba hidráulica. También poseen el sistema de indicador visual y por ser críticos en cuanto a su limpieza poseen un sensor de presión diferencial (solo para los sistemas de lubricación) entre la entrada del filtro y la salida del mismo.

Bomba de engranajes. Una bomba de engranajes (figura 6) suministra un caudal, transportando el fluido entre los dientes de dos engranajes bien acoplados. Uno de los engranajes es accionado por el eje de la bomba y hace girar al otro. Las

(33)

cámaras de bombeo, formadas entre los dientes de los engranajes, están cerradas por el cuerpo de la bomba y por las placas laterales (llamadas frecuentemente placas de presión o de desgaste).

Los engranajes giran en direcciones opuestas, creando un vacío parcial en la cámara de entrada de la bomba. El fluido se introduce en el espacio vacío y es transportado, por la parte exterior de los engranajes, a la cámara de salida. Cuando los dientes vuelven a entrar en contacto los unos con los otros, el fluido es impulsado hacia afuera. La alta presión existente a la salida de la bomba impone una carga no equilibrada sobre los engranajes y los cojinetes que los soportan3_.

Figura 6: bomba de engranajes externos.

(34)

Acumulador. A diferencia de los gases, los fluidos utilizados en los sistemas hidráulicos no pueden ser comprimidos y almacenados para su utilización en cualquier tiempo o lugar. Cuando puede utilizarse, la ventaja de un acumulador consiste en suministrar un medio de almacenar fluidos incomprensibles bajo presión. Esto se consigue porque cuando el fluido hidráulico, bajo presión, entra en la cámara del acumulador hace una de las tres cosas siguientes: comprime un muelle, comprime un gas o eleva un peso. Cualquier tendencia a disminuir que tenga la presión, a la entrada del acumulador (aguas arriba del acumulador), hace que el elemento reaccione y obligue al líquido a salir.4

Esto con el fin de asistir a picos de presión, fugas mínimas en los sistemas de lubricación, equilibrio de fuerzas, amortiguación de golpes de presión y mantener constante la presión y compensar el caudal. Teniendo como ventajas el empleo de bombas hidráulicas pequeñas, menor potencia instalada, poca producción de calor y mantenimiento e instalación sencillos.

Acerías Paz del Rió S. A. actualmente utiliza acumuladores de gas (aire comprimido) sin miembro divisor, específicamente acumuladores sin separador (Figura 7), por su instalación vertical y las capacidades varían según los sistemas haciendo de este el mas conveniente. El aceite disponible no excede las 2/3 partes para evitas descargas del aire comprimido a los sistemas de lubricación o hidráulicos.

(35)

Figura 7: Acumuladores sin separación.

Intercambiador de calor. Para producir presión y caudal se requiere energía. Esta se libera parcialmente en forma de calor, por caídas de presión en las tuberías y equipos. Esto quiere decir que en caso de reducciones de presión, de presión de servicio a presión de tanque, perdidas de presión en sistemas, reducción de presión a través de válvulas estranguladoras, etc. se libera calor.

Para descargar el calor se ofrecen dos posibilidades: la superficie del tanque del fluido y un refrigerador aceite-aire e intercambiador de calor (figura 8)5

5 _{HERBER, Exner. Fundamentos y componentes de la oleohidráulica Training Hidráulico.}

(36)

Figura 8: intercambiador de calor

Fuente: HERBER, Exner. Fundamentos y componentes de la oleohidráulica Training Hidráulico. Mannesmann Rexroth. p. 302.

Acerías Paz del Rió S. A. tubo en cuenta la potencia perdida en los sistemas de lubricación, las unidades de lubricación y las unidades hidráulicas, dimensionando así las superficies del tanque de líquido para entregar al ambiente el calor de perdida, dado que esto no es suficiente instalo intercambiadores de calor (refrigerador aceite-agua) dentro de los circuitos hidráulicos y de lubricación. Estos intercambiadores de calor están controlados por un dispositivo neumático (registrador de temperatura), que registrar la temperatura y controla la apertura y cierre de la válvula de agua (figura 9) que alimenta el intercambiador de calor. Esto solo se aplica en los sistemas de lubricación.

(37)

Figura 9: Registrador de temperatura y válvula de agua.

Fuente: Foto tomada a un sistema de lubricación en Acerias Paz del Río S. A.

Los registradores de temperatura son equipos de control proporcional y de alimentación neumatica funcionan con 20 Psi para el control y con 80 Psi para el accionamiento de la válvula. La válvula es de tipo asiento y su posicionador es de tipo diafragma. El elemento sensor de temperatura es un bulbo, con un gas inerte en su interior que se expande a medida que la temperatura aumenta. Este gas activa un mecanismo y se registra la temperatura además de hacer control de la misma.

Válvulas de alivio (válvulas de seguridad). Es una válvula normalmente conectada entre la línea de presión (salida de la bomba) y el depósito. Su objeto es limitar la presión del sistema hasta un valor máximo predeterminado mediante la derivación

(38)

de parte o de todo el caudal de la bomba a tanque, cuando se alcanza el ajuste de presión de la válvula.

Una válvula de seguridad simple o de acción directa (figura 10) puede consistir en una bola u obturador mantenido en su asiento, en el cuerpo de la válvula, mediante un muelle fuerte. Cuando la presión en la entrada es insuficiente para vencer la fuerza del muelle, la válvula permanece cerrada. Cuando se alcanza la presión de abertura, la bola u obturador es desplazado de su asiento y ello permite el paso del líquido al tanque mientras se mantenga la presión.

En la mayoría de estas válvulas se dispone de un tornillo de ajuste para variar la fuerza del muelle. De esta forma, la válvula puede ajustarse para que se abra a cualquier presión comprendida dentro de su intervalo de ajuste.6

Figura 10: Válvula de seguridad simple

(39)

Acerías Paz del Rió S. A. tiene válvulas de seguridad en cada salida de un sistema de lubricación, de una unidad de lubricación o de una unidad hidráulica.

Válvulas reductoras de presión. Las válvulas reductoras de presión (Figura 11) son controles de presión, normalmente abiertos, utilizados para mantener presiones reducidas en ciertas partes de un circuito. Las válvulas son actuadas por la presión de salida, que tiende a cerrarlas cuando se llega al taraje de la válvula, evitándose así un aumento no deseado de presión. Se utilizan válvulas reductoras de acción directa y válvulas reductoras pilotadas.7

Acerias Paz del Rió S. A. utiliza válvulas de acción directa estas utilizan una corredera accionada por un muelle que controla la presión de salida.

Si la presión a la entrada es inferior al ajuste del muelle, el líquido fluye libremente desde la entrada hasta la salida. Un pasaje interno, unido a la salida de la válvula, transmite la presión de salida al extremo de la corredera que no lleva muelle.

Cuando la presión de salida llega al taraje de la válvula (figura 11, vista B), la corredera se mueve, bloqueando parcialmente el orificio de salida. Únicamente alcanza la salida el caudal suficiente para mantener el ajuste prefijado.

(40)

Figura 11: Válvula reductora de presión de acción directa

Sensor de nivel de aceite. Las unidades de lubricación poseen tanques de almacenamiento de diferente capacidad según el sistema, poseen un sistema flotador-brazo que por medio de la fuerza de empuje generada por el aceite sobre el flotador, genera un movimiento que es transmitido por una polea hacia un brazo del sensor de nivel (figura 12).

(41)

Figura 12 : Sensor flotador-brazo.

Los sensores de nivel (mercuroides de nivel) son dos ampolletas de mercurio en contra posición (Ver figura 13) las cuales se encuentran sobre un eje d e giro, el cual es movido por el mecanismo de polea, accionando el brazo del eje de giro, haciendo que las ampolletas cambien de posición y los contactos de mercurio pasen de NC (normalmente cerrado) a NA (normalmente abierto).Estos contactos están conectados en serie, detectando cuando uno se abre, determinando el bajo o alto nivel de aceite.

Flotador. En el interior del tanque.

Mecanismo de polea.

(42)

Figura 13: Sensor de nivel (mercuroide de nivel).

Fuente: Foto tomada a un sistema de lubricación en Acerías Paz del Río S. A.

Sensor de presión. Acerías Paz del Río S.A. tiene como sensores de presión, tubos de Bourdon (Figura 14) que consisten en un tubo cerrado que tiene forma de arco. Cuando se aplica presión al orificio de entrada, el tubo tiende a enderezarse, accionando un acoplamiento que gira un engranaje que abren o cierran un contacto de mercurio dentro de una ampolleta de vidrio. Son llamados mercuroides de presión. Estos son ajustados dentro de un rango de presiones para su activación (cierra el contacto de mercurio) y su desactivación (abre el contacto de mercurio) dejando una banda muerta en donde se debe encontrar la presión normal del sistema.

Brazo de giro Ampolletas de

(43)

Figura 14: Sensor de presión (Bourdon tube pressure switches).

Fuente: Foto tomada a un sistema de lubricación en Acerías Paz del Río S. A.

Este tipo de sensores se utiliza en dos partes fundamentalmente: la primera es para el control de las motores que mueven bombas hidráulicas y la segunda para monitoreo de la presión en los diferentes circuitos de lubricación de aceite.

Sensor de presión diferencial. (Figura 15). Trabaja bajo el principio de presión diferencial, mide la presión de entrada y la salida del filtro de cartucho lavable instalado después de la bomba, lo hace mediante fuelles que mueven un sistema de engranajes, estos engranajes desplazan la ampolleta de mercurio, abriendo el contacto (NC), esto sucede, cuando una de las dos presiones (entrada y salida del filtro) es menor que la otra (deferencia de presión), generalmente la presión de salida se hace menor debido a que el filtro se encuentra sucio. Se utiliza para monitoreo del estado del filtro y así intervenirlo o realizar un mantenimiento de este. Tubo de Bourdon Sistema engranajes Entrada de presión de aceite Ampolleta de mercurio

(44)

Figura 15: sensor de presión diferencial

Tablero de control. Los sistemas de lubricación poseen elementos de control para el funcionamiento de los motores que accionan las bombas hidráulicas. Todos estos elementos están dentro de un tablero de control (figura 16) dentro de este se encuentra dos mercuroides de presión, dos selectores de funcionamiento de las bombas hidráulicas, cuatro indicadores lumínicos, un registrador de temperatura, un selector de servicio de la bomba, un manómetro y dos horometros.

Fuelles Sistema de engranajes Ampolleta de mercurio Entrada de presión

(45)

Figura 16: Tablero de control

La lógica de control de estos tableros esta determinada por el plano (figura 17) descrito a continuación. Registrador de temperatura marca BRISTOL Star Stop switches Test Auto Off Switch bomba 1 o 2 Horometros Manómetro Mercuroide

(46)

(47)

(48)

La alimentación es tomada de la subestación del tren de laminación Morgan de tres líneas de 440V entre ellas, tienen termointerruptores magnéticos o breaker tripolares y un contactor tripolar con su respectivo rele térmico.

La alimentación del transformador de control es tomada de la L1 y la L2, es un transformador bifásico 440V AC / 110 V AC, con neutro aterrizado, el circuito de control, posee tres switch, dos de tres posiciones y uno de dos posiciones. Los switch de dos posiciones seleccionan el estado de la bomba entre Test, auto, off, el tercer switch selecciona la bomba que estará en funcionamiento (bomba 1 o bomba 2). Si los dos switch se seleccionan en auto una bomba entra en funcionamiento continuo y deja la otra bomba lista para entrar a funcionar en forma automática cuando se presente una caida de presión

Un mercuroide (presión normal) se cierra aproximadamente a 45 Psi y se abre a 55 Psi este activa un relevo PS1X el cual se cierra y activa el contactor de la bomba M que mantiene la presión aprox en 50 Psi un contacto auxiliar de la bomba (M) activa el relevo KTAT1 que es el horometro y dos contactos auxiliares uno NC y otro NA activan los indicadores de funcionamiento de la bomba.

Un segundo mercuroide (presión baja) se cierra a aproximadamente a 37 Psi y se abre a 47 Psi este activa un relevo A5AL que a su vez activa el relevo PS2X el cual se cierra y activa el contactor de la segunda bomba (M), funcionando ambas bombas cuando la presión esta por debajo de 45 Psi

El interruptor termomagnético, el contactor tripolar, el transformador de control, el fusible y los relevos de control están ubicados en el centro de control de motores (MCC por sus siglas en ingles “motor control center”) figura 18

(49)

Figura 18: Centro de control de motores “MCC”

Fuente: Foto tomada a un centro de control de motores en Acerías Paz del Río S. A.

Serpentines de calentamiento. Acerías Paz del Río S.A. controla la baja temperatura de los diferentes módulos hidráulicos y de lubricación (cuando se hace cambio de aceite) posee un sistema de control neumático, donde una válvula termostática, que es un bulbo (tubo capilar) lleno de un gas introducido al vació (bulbo mide la temperatura) cuando la temperatura aumenta, el gas dentro del bulbo se expande accionando un diafragma, este abre una válvula, dando paso de vapor al serpentín, como se observa en la figura 19. O en algunos casos el sistema es manual.

(50)

Figura 19: Sistema de calentamiento.

Fuente: Foto tomada a un sistema de lubricación en Acerias Paz del Río S. A. Regulación de temperatura, Para todos los sistemas.

Tabla 1: Regulación de temperatura para cada sistema.

Sistema Tipo Modo Funciona

Enfriamiento Registrador de temperatura Automático NO Válvula termostática Tanque 1 Automático SI A Calentamiento

Válvula para paso vapor

Tanque 2 Manual SI

Enfriamiento Registrador de

temperatura Automático SI

B

Calentamiento Válvula termostática

(51)

Sistema Tipo Modo Funciona Válvula para paso vapor

Tanque 2 Manual SI

Enfriamiento Registrador de

C

Calentamiento Válvula para paso vapor Manual SI Enfriamiento Registrador de

D

Calentamiento Válvula para paso vapor Manual SI Enfriamiento Registrador de temperatura Automático SI Válvula termostática Tanque 1 Automático SI E Calentamiento Válvula termostática Tanque 2 Automático SI Enfriamiento No tiene -- -- F

Calentamiento Válvula para paso vapor Manual SI

Enfriamiento No tiene -- --

G

Calentamiento Válvula para paso vapor Manual SI

Enfriamiento Válvula termostática Automático NO

H

Calentamiento Resistencia trifásica Automático NO

Enfriamiento No tiene -- --

J

Enfriamiento Válvula termostática Automático SI

K

Enfriamiento Válvula termostática Automático SI

L

Enfriamiento No tiene -- -- M Calentamiento No tiene -- -- Enfriamiento No tiene -- -- Babbit Calentamiento No tiene -- -- Enfriamiento No tiene -- -- Ahslow Calentamiento No tiene -- -- Fuente: Autor 2.1.2 Unidades de lubricación.

El tren Morgan para atender los requerimientos principales de lubricación posee cuatro unidades de lubricación, designadas con las letras F y G y los nombres Ashlow y babitt.

(52)

2.1.3 Partes principales de una unidad de lubricación. Las unidades de lubricación básicamente poseen los mismos elementos que los sistemas de lubricación solo que solo poseen un solo circuito de distribución de aceite y se diferencian en los tableros de control.

Tablero de control de las unidades hidráulicas. Estos tableros son de mando directo por el operario y poseen elementos de control para el funcionamiento de los motores que accionan las bombas hidráulicas, esto elementos son dos selectores de funcionamiento de las bombas hidráulicas, cuatro indicadores lumínicos y dos horometros.

(53)

Figura 20: Tablero de control de las unidades hidráulicas.

Fuente: Foto tomada a una unidad de lubricación en Acerias Paz del Río S. A. La lógica de control de estos tableros esta determinada por el plano (figura 21) descrito a continuación. Star Stop switches Test Auto Off Switch bomba 1 o 2 Horometros

(54)

(55)

(56)

La alimentación es tomada de la subestación del tren de laminación Morgan de tres líneas de 440V entre ellas, tienen interruptores termomagnéticos o breaker tripolares y dos contactores tripolares con su respectivo rele térmico.

La alimentación del transformador de control es tomada de la L1 y la L2, es un transformador bifásico 440V AC / 110 V AC, con neutro aterrizado, el circuito de control, posee dos switch de tres posiciones y uno de dos posiciones. Los switch de tres posiciones seleccionan el estado de la bomba remote, off, test, el segundo switch selecciona la bomba que estará en funcionamiento. (bomba 1 o bomba 2) Si los dos switch se seleccionan en remote las bombas se accionan desde otro tablero por el operario, generalmente una de las bombas esta siempre en funcionamiento y la otra bomba se encuentra apagada. Las bombas se alternan semanalmente por el operario.

El interruptor termomagnético, el contactor tripolar, el transformador de control, el fusible y los relevos de control están ubicados en un centro de control de motores figura 18.

2.2 SISTEMAS HIDRÁULICOS

El tren de laminación Morgan utiliza equipo hidráulico para realizar tareas como: empujar las palanquillas dentro del horno de sostenimiento, guiar y alimentar la palanquilla al tren Morgan, recoger las espiras de acero ya laminado y colocarlas en el sistema de transporte JERVIS WEB, etc. Existen cinco sistemas hidráulicos (explicados anteriormente) designados con las letras H, J, K, L y M. Estos sistemas hidráulicos se diferencian de los sistemas de lubricación por el tipo de aceite que

(57)

emplean y que poseen distintos actuadores que son operados por válvulas hidráulicas direccionales desde un punto de control, de manera semiautomática o manual por el operario.

Estos sistemas hidráulicos tiene el mismo principio de funcionamiento que los sistemas de lubricación, con la diferencia que las bombas hidráulicas son accionadas por los operarios y no poseen mercuroides de presión ni de presión diferencial debido a que la presión varia según el trabajo que se realice.

Los tanques de almacenamiento son de menor capacidad y el elemento sensor para determinar el nivel de aceite es tipo pera. No poseen sistema de calentamiento pero si tiene intercambiadores de calor accionados por válvulas termostáticas, poseen filtros de cartucho lavable pero no tiene sensores de presión diferencial para saber si están sucios o no, debido a que la presión puede aumentar o reducirse en tan solo unos segundos. No poseen válvulas reguladoras de presión pero si tienen válvulas de seguridad y el uso del acumulador no es imperativo (unos tiene otros no), en cuanto al panel de control es muy similar al de la unidades de lubricación, con la diferencia que posee circuitos electrohidráulicos, semiautomáticos o manuales.

Sensores tipo pera (figura 22). Este tipo de sensores se utilizan en los sistemas hidráulicos debido a que sus tanque son mas pequeños que los tanque de los sistemas de lubricación, la altura de nivel de líquido se reduce y el acceso es mas limitado como para un flotador, estos sensores ofrecen un desplazamiento mas pequeño y por lo tanto mas preciso poseen una conexión NPT tipo macho que permite rápidamente la adaptación a la altura deseada en cualquier parte del tanque con tan solo un tubo. El interruptor es tipo SPST “Single pole single trough” sellado, que proporciona una alta exactitud y alta repetibilidad con efectos físicos como vacío o vibración. Sumamente versátil, el interruptor es el intercambiable por el usuario como normalmente abierto o normalmente cerrado.

(58)

Figura 22: Sensor tipo Pera.

Fuente: www.omega.com

2.3 MAIN MILL FLOOR LUBE AND HYDRAULIC SYSTEMS SIGNAL PANEL

Los sistemas hidráulicos y de lubricación poseen sistema de presentación de fallas llamado Main mill floor lube and hydraulic systems signal panel (Figura 23), que es un panel de indicadores luminosos con una alarma sonora (actualmente en fuera de servicio) que presenta las fallas de los diferentes circuitos hidráulicos y de lubricación.

Este panel o llamado por los operarios LP´s es un conjunto de relevos que recogen señales de campo (contactos secos de elementos sensores de presión, nivel y filtros sucios) y por medio de una lógica cableada, define que señal falla, la distingue y presenta la falla mediante indicadores luminosos.

(59)

Figura 23: LP’s (Main mill floor lube and hydraulic systems signal)

Main mill floor lube and hydraulic systems signal

Run mill Run clear

fault in morgoil brg system A fault in morgoil brg system B Fault in gear drive system C Fault in gear drive system D fault in fin mill system E Tank No 1 High or low oil level Tank No 1 High or low oil level Tank No 1 High or low oil level Tank No 1 High or low oil level

Tank No 3 High or low

oil level Tank No 1 High or low oil level

Tank No 2 High or low oil level

oil level Main filter dirty Main filter dirty

oil level Tank No 2 High or low oil level

Main filter

(60)

Low system pressure Low system pressure Low pressure shear and drive stand 1 y 2 Low pressure drives & ped BRGS stand 8

y 9 Low system pressure Low system pressure

Low pressure stand 1 Low pressure stand 8 Low pressure drives stand 3, 4 y 5 Low pressure drives & ped BRGS stand 10 y 11 Low pressure crop and shopping shears Low pressure crop and shopping shears Low pressure stand 2 Low pressure stand 9 Low pressure drives stand 6, 7 y 8 shear Low pressure pinion housing stand 12A y 13A Low pressure finishing mill stand 3 Low pressure finishing mill stand 1 Low pressure stand 3 Low pressure stand 10 Low pressure pinion housing stand 12B y 13B Low pressure finishing mill stand 4 Low pressure finishing mill stand 2 Low pressure stand 4 Low pressure stand 11 Low pressure stand 5 Low pressure stand 12A Fault in unit lubrican system F fault in unit lubrican system G Fault in hydraulic system H Low pressure stand 6 Low pressure

stand 12B Tank High or low oil level Tank High or low oil level Low Tank level

Low pressure stand 7

Low pressure

stand 13A Main filter dirty

Main filter dirty Loss/of Roll balance pressure Low pressure

stand 13B Low pressure laying cones

Low pressure furnace push out

Fuente: Foto tomada a un sistema de lubricación en Acerias Paz del Río S. A. y autor

Este panel maneja, variables propias de los sistemas de hidráulicos A, B, C, D, E, F, G y el sistema de lubricación H que son:

(61)

• Presión de aceite

• Perdida de presión en alguno de los circuitos de distribución de aceite de cada sistema.

• Filtro principal sucio

Estas variables son contactos secos de los sensores explicados anteriormente que son recolectadas en un tablero principal llamado LP1 (frente al tren desbatador) el cual por medio de una lógica cableada, que consta de relevos los cuales reconocen el sensor en falla y activan el bombillo correspondiente a la falla, la iluminación se refleja al tablero PL2 ubicado en el sótano del tren desbastador, por medio de cableado en paralelo y al tablero LP3 ubicado en el sótano del tren terminador de igual manera. Adicionalmente al detectar alguna falla en un sistema de lubricación, activa un relevo que se integra con el sistema de control de presión de los sistemas A, B, C, D, E para colocar en funcionamiento la segunda bomba hidráulica del sistema que falla y así mantener la presión de servicio que debe estar alrededor de los 50 psi.

Funcionamiento. Si todo el sistema hidráulico y de lubricación esta operando en condiciones normales de nivel y presión solo el indicador luminoso Run mill (color verde) estará iluminado.

De ocurrir una falla en cualquiera de los sistemas, el indicador luminoso run mill que estaba encendido se apaga, las alarma sonoras se activarán (actualmente fuera de servicio) y el indicador luminoso correspondiente a la falla brillara continuamente para identificar el sistema y la falla específica que existe. La alarma audible llamara la atención de los operarios. Si se desea la alarma puede ser silenciada pulsando un botón de silencio. Oprimiendo el botón de silencio se silenciaran las alarmas audibles, también el indicador luminoso Fault para de destellar indicando la falla aun existente y que se ha reconocido.

(62)

Cuando la falla se atienda el elemento sensor de campo se reestablece y la indicación luminosa se apagara.

(63)

3. EVALUACIÓN.

Para el desarrollo de proyecto se realizo una evaluación de los diferentes sistemas hidráulicos y de lubricación, en cuanto a las señales que van a ser monitoreadas, determinando el estado y la posibilidad de incluir mas señales de campo dentro del sistema de monitoreo. Reconociendo en campo el tipo de sensores, la señal que utilizan y el estado en que se encuentran.

Adicionalmente se debe reconocer y entender el actual sistema de presentación de fallas (Main mill floor lube and hydraulic systems signal panel), debido a que se realizara el montaje del nuevo sistema de monitoreo, paralelamente a este por ser de gran importancia y vital funcionamiento mientras el tren de laminación Morgan se encuentra en servicio.

3.1 SENSORES DE CAMPO

Dentro del tren de laminación Morgan existen diferentes elementos sensores empleados para funciones determinadas. De diferentes tipos y características según su función, área de desempeño, ambiente, etc. Un objetivo a cumplir es el de verificar y evaluar los sensores de campo, determinando el factor de riesgo, en el estado en que se encuentran y su posible reemplazo por sensores mas sofisticados.

Como se sabe el tren de laminación Morgan cuenta con 14 sistemas entre hidráulicos y de lubricación cada uno de ellos deben ser integrados al sistema de monitoreo a diseñar. Los sensores de cada sistema son independientes y pueden integrarse con su sistema de control de aquí la razón de distinguir y diferenciar cada uno.

(64)

De los diferentes sistemas se tienen tres variables físicas a medir entre ellas: la presión, el nivel de líquido y el estado de los filtros, todas estas tiene distintos tipos de sensores de estado ON/OFF. En la siguientes tablas se presentan los sensores según cada sistema.

Tabla 2: Sensores Sistema A.

Variable Descripción Tipo de sensor Cantidad de sensores Tipo de Señal Voltaje de estado activo Nivel de aceite

2 Tanques. Bajo o alto nivel de aceite. mercuroide de nivel 2 Digital 120 VAC Filtro principal sucio

Cartuchos del filtro sucios. sensor de presión diferencial 1 Digital 120 VAC Baja presión sistema

Presión baja en todos o alguno de los circuitos.

Sensor de presión (tubo de bourdon) 1 Digital 120 VAC Baja presión caja 1 Presión baja en el circuito de distribución. Sensor de presión (tubo de bourdon) 1 Digital 120 VAC Baja presión caja 2 Presión baja en el circuito de distribución. Sensor de presión (tubo de bourdon) 1 Digital 120 VAC Baja presión caja 3 Presión baja en el circuito de distribución. Sensor de presión (tubo de bourdon) 1 Digital 120 VAC Baja presión caja 4 Presión baja en el circuito de distribución. Sensor de presión (tubo de bourdon) 1 Digital 120 VAC

(65)

Variable Descripción Tipo de sensor Cantidad de sensores Tipo de Señal Voltaje de estado activo

caja 5 circuito de distribución. presión (tubo de bourdon) Baja presión caja 6 Presión baja en el circuito de distribución. Sensor de presión (tubo de bourdon) 1 Digital 120 VAC Baja presión caja 7 Presión baja en el circuito de distribución. Sensor de presión (tubo de bourdon) 1 Digital 120 VAC Total 11 Fuente: Autor

En este sistema existen siete circuitos de distribución de aceite para los Morgoil de las cajas de laminación 1 a 7, cada uno de ellos posee un sensor de presión tipo tubo de bourdon que esta calibrado a una presión de 20 Psi. El sensor de baja presión general esta calibrado entre un rango de 37 a 47 Psi (NA) y esta ubicado antes de la distribución de aceite en cada circuito. El sensor de filtro sucio determina pérdida de presión a la entrada o la salida del filtro normalmente 50 Psi. Para el sistema A hay 11 señales que deben ser integradas al sistema de monitoreo, estas funciona a un voltaje nominal de 120VAC, debido a la distancia de recorrido y por ser contactos de mercurio su consumo es casi nulo.